Das DSG Getriebe - Direktschaltgetriebe - Aufbau und Funktion

Das Direktschaltgetriebe (DSG) auch Doppelkupplungsgetriebe kommt in immer mehr Fahrzeugen zum Einsatz. Der Beitrag von J. Schubert gibt Einblick in Geschichte und Technik des DSG.

- Doppelkupplungsgetriebe auf englisch: dual clutch transmission (DCT)

Geschichtlicher Hintergrund zum DSG Getriebe

Schon in den 80’er Jahren wurde im Prototypenrennsport mit einem Zweikupplungsgetriebeexperimentiert. Zur damaligen Zeit dominierte Jaguar die Prototypen. Hans Joachim Stuck (Porsche 956) setzte damals auf der Noris das erste Sequentielle Getriebe mit zwei Vorgelegewellen und zwei Kupplungen ein. Auf Anhieb konnte die überlegende Motorleistung der Jaguar durch das neue Getriebekonzept (wurde von ZF entwickelt) egalisiert werden. Von da an konnten wieder Siege eingefahren werden. Dieses Getriebekonzept wurde damals PDK-Getriebe genannt (Anm. d. Red.: = Porsche-Doppelkupplungsgetriebe; Lesen Sie hierzu auch die Anmerkungen ganz unten von Peter!). Es war ein sequentielles Getriebe mit zwei Vorgelegewellen. Auf der einen war der 1., 3., und 5. Gang. Auf der anderen der 2., 4., und 6. Gang. Die Gangvorwahl erfolgte auf rein mechanischem Wege.

Der Fahrer wählte beim Beschleunigen mit einer Wippe den nächsten Gang vor und bei einer definierten Motordrehzahl (kurz vor Begrenzerdrehzahl) öffnete die eine Kupplung, und die andere schloss sich. Die bei den anderen Fahrzeugen langen Zugkraftunterbrechungen während des Schaltens konnte bei Porsche fast völlig unterbunden werden. Wenn damals ein Porsche aus der Kurve beschleunigte, machte sich der Gangwechsel nur durch ein kurzes Quietschen der Räder bemerkbar. Sie konnten später sogar noch mit dem überstarken Sauber-Mercedes (ca. 150 PS mehr) mithalten. Als die Prototypenrennen eingestellt wurden, starb auch das PDK-Getriebe.

Auch im Rallye-Sport setzte man mit Walter Röhrl im Audi ein Zweikupplungsgetriebe ein. Auch dort konnte man die Konkurrenz durch die kurzen Schaltphasen niederringen.

Direktschaltgetriebe mit 2 Kupplungen und 2 Teilgetrieben

Funktionen des DSG

Jetzt hat der VW-Konzern das „alte" neue Getriebe-Konzept für die Serie wieder entdeckt. Durch die moderne Regelungstechnik über CAN-Bus konnte das alte PDK-Getriebe so überarbeitet werden, dass es für ein Serienfahrzeug einsetzbar wurde.

Das Problem an zwei konkurrierenden Kupplungen ist die Steuerung. Bei einem Rennwagen, der alle paar hundert Kilometer zerlegt und neu eingestellt wird, lassen sich Toleranzen leicht ausgleichen. In einem Serienfahrzeug sind die Inspektionsintervalle ungleich länger.

All diese Probleme werden im DSG (Direktschaltgetriebe) von der Elektronik gelöst. Sowohl Kupplung als auch Getriebe werden über eine ausgeklügelte Sensorik - kombiniert mit einer Hydraulik - elektronisch gesteuert. Auf der Mittelkonsole sitzt hierzu ein Wählhebel. Wie sonst bei Tiptronic-Fahrzeugen lässt er sich in zwei Gassen führen: Die rechte enthält die Positionen "Stopp" für Parken, "R" für rückwärts, "N" für Leerlauf und "E" für die Economy-Position, das Getriebe schaltet hier die Gänge selbsttätig. In die linke Gasse geschwenkt, übernimmt der Wählhebel die Tiptronic-Funktion. Wie bei einem Sportwagen lassen sich die Gänge sehr schnell wechseln: Antippen des Hebels nach vorn("+") führt zum Hoch-, nach hinten ("-") zum Herunterschalten. Der jeweils eingelegte Gang wird wie bei Sportwagen im Kombi-Instrument angezeigt.

Schema des  7-Gang DSG mit 2 Kupplungen und 2 Teilgetrieben: Kupplung 1 und Antriebswelle 1: Gänge 1,3,5, 7; Kupplung 2 und Antriebswelle 2: Gänge 2,4,6,R

Auch bei aktivierter Tiptronic kann der Motor nicht abgewürgt oder überdreht werden: Die Elektronik schaltet beim Erreichen der Höchst- bzw. der Mindestdrehzahl automatisch. Im Economy-Modus wählt das Getriebe immer den verbrauchsgünstigsten Gang, was zu deutlichen Spriteinsparungen führt.

Im Sportmodus erfolgt die Gangwahl leistungsabhängig. Beim Anfahren kuppelt die Elektronik weich ein, und ermöglicht auch am Berg ein sanftes Beschleunigen (kann mit elektrohydraulischer Bremse kombiniert werden).

Die trockene Doppelkupplung von VW ist ein sehr kompaktes Bauelement

In der Praxis hat die neue Direktschaltung deutliche Vorteile: In Position"Economy" fährt der Wagen beim Gasgeben an, wobei der Fahrer mit einem Schalter im Armaturenbrett zwischen einer Tiptronic, und dem Automatik-Modus wählen kann. Nimmt der Fahrer (im Automatikmodus) während der Fahrt Gas weg, so kuppelt die Elektronik aus. Der Wagen rollt frei ohne Verbindung zum Motor, dieser läuft dann sparsam im Leerlauf weiter. Beim Tritt auf das Bremspedal wird wieder eingekuppelt, um die Bremswirkung des Motors auszunutzen. Gleichzeitig sinkt der Verbrauch durch eine Schubabschaltung auf Null. Das freie Rollen mit dem Motor im Leerlauf ist z.B. wesentlich am sehr niedrigen Verbrauch des Lupo 3L TDI im tatsächlichen Verkehr beteiligt. Auch im Economy-Modus (Automatik) lässt sich jederzeit durch Kickdown die volle Leistung des Motors mobilisieren - beispielsweise zum Überholen. Die Tiptronic-Funktion erlaubt individuelles Schalten bei erhöhtem Komfort. So schaltet das Getriebe bei stehendem Wagen automatisch in den ersten Gang, der Fahrer muss nicht wie beim Schaltgetriebe zurückschalten und wenn der Fahrer mal vergisst, rechtzeitig hoch- oder runterzuschalten, übernimmt dies für ihn die automatische Steuerung. 

DSG-Fahrzeuge verfügen generell über ein elektronisches Gaspedal. Der Motor und die Steuerung für das Direktschaltgetriebe, dazu das ABS und das Kombi-Instrument sind über einen CAN-Datenbus miteinander verbunden. Informationen werden blitzschnell ausgetauscht, und ausgewertet. Die Getriebesteuerung erkennt dabei die einzelnen Fahrzustände, beim Gaswegnehmen bergauf vor einer Kurve (Passfahrt) beispielsweise schaltet sie nicht hoch. Die Elektronik erkennt sogar den Fahrer! Je nach seinem Temperament verschiebt sie die Schaltpunkte in Richtung sportlich oder sparsam.

1. und 2. Gang sind eingelegt, Kupplung 1 eingekuppelt

Aufbau des DSG Getriebe

Der Motor treibt beide Kupplungskörbe an. Eine Kupplung geht auf die hohl gebohrte Eingangswelle 1 (grün). Die andere Geht auf die in der ersten Welle laufende Eingangswelle 2 (rot). Es kann nun immer auf der anderen Eingangswelle der nächste Gang vorgewählt werden. Zum Schaltzeitpunkt öffnet die eine Kupplung, während die andere schließt. Nachteil: Es lassen sich keine Gänge überspringen.

Im obigen Bild ist der 1. Gang aktiv (Welle 1/rot), während der zweite Gang schon vorgewählt ist. Schließt nun Kupplung zwei (grün) kann auf der ersten Welle der nächste Gang vorgewählt werden (siehe Bild unten).

 

2. Gang eingelegt, 3. Gang vorgewählt, Kupplung 2 geschlossen

• Animation zum DSG

https://youtu.be/nzPlKN_U7uI

• Video zum Direktschaltgetriebe (Wie funktioniert ein Doppelkupplungsgetriebe (kurz DCT engl. für dual clutch transmission oder DSG Direktschaltgetriebe))

https://youtu.be/WFvwWXw1qcg

7 Gang DSG

Im Bild des 7-Gang Direktschaltgetriebes von Audi ist zu sehen, dass Kupplung 1 geschlossen ist und Kupplung 2 offen. Der 3. Gang ist aktiv und der 4. Gang vorgewählt.

7-Gang Direktschaltgetriebe Audi

VW hat 2008 ein Umweltprädikat für das DSG erhalten. Das 7-Gang-DSG spart über den gesamten Lebenszyklus, das heißt einschließlich der Herstellung von Werkstoffen und Komponenten, der Nutzungsphase sowie der Verwertung, gegenüber einem herkömmlichen Wandlerautomaten rund 3,5 Tonnen Treibhausgase CO2 ein. Auch das 6-Gang-DSG verringert die Umweltlasten über den gesamten Lebensweg deutlich.

Ein DSG-Getriebe ist auch auf hohe Effizienz hin konzipiert: Der siebte Gang ist z.B. beim Audi TT RS als drehzahlsenkender Overdrive Gang lang übersetzt und reduziert so den Verbrauch. Der Fahrer hat zusätzlich die Wahl zwischen zwei vollautomatischen Modi und dem manuellen Modus, in dem er die Gänge mittels der Schaltwippen am Lenkrad oder per Wählhebel wechselt. Zusätzlich bietet eine „Launch Control“ die nahezu perfekte Beschleunigung aus dem Stand heraus – mit geballter Turbo-Power und minimalem Reifenschlupf. Damit beschleunigt der TT RS mit S tronic noch rasanter als mit dem Handschaltgetriebe. Bereits in 4,3 Sekunden werden mit dem Coupé aus dem Stand 100 km/h erreicht

Ausblick und Fazit

Das Direktschaltgetriebe wird im PKW-Sektor das Automatikgetriebe der Zukunft werden. All die hydraulischen Verluste im Wandler (herkömmliche Automatik) gehören mit dem DSG der Vergangenheit an. Auch die immensen Kosten für ein Sportgetriebe (Tiptronic am Lenkrad) werden der Vergangenheit angehören. Wenn dieses Getriebe seine Kinderkrankheiten überwunden hat, und die Stückzahlen verkauft werden, die es günstig macht, lässt sich in Zukunft jedes Getriebekonzept über Softwareupdate verwirklichen! Auf Dauer wird es wahrscheinlich das stufenlose "Schubgliederbandgetriebe" aus dem Rennen werfen. Das DSG ist bei weitem nicht so anfällig wie das stufenlose "Schubgliederbandgetriebe". Im DSG lassen sich 6 Gänge unterbringen (Anm. Red.: aktuell 7 Gänge), was im PKW-Sektor völlig ausreichend ist. S

elbst die Multitronic von AUDI mit Laschenkette von Luk (etwas andere Technik, Anm. Red.) wird bei Audi auf 5-6-7 Schaltstufen programmiert. Der Vorteil des DSG gegenüber dem "Laschenkettenkettengetriebe" liegt klar auf der Hand. Beim "Laschenkettenkettengetriebe" muss ständig mit hohen hydraulischen Drücken die Spannung der Kette (Bild unten) erhalten werden. Liegt in der Hydraulik ein noch so kleiner Fehler vor, wird das Getriebe innerhalb kürzester zerstört. Jede Audi oder Fiat Niederlassung kann davon ein Lied singen. Beim Direktschaltgetriebe müssen „nur" die beiden Kupplungen gesteuert werden. Durch die Kopplung mit dem E-Gas werden im Notlaufprogramm die Schaltphasen verlängert um das Getriebe und die Kupplungen zu schützen. Kleinere Fehler haben aber nicht einen Komplettausfall oder gar die Zerstörung des Getriebes zur Folge.

Parallelschaltgetriebe LUK

Die Firma LuK hat ein eigenes Modell des Parallelschaltgetriebes (PSG) entwickelt.

PSG Prinzip (LUK)

Beim LuK Parallelschaltgetriebe handelt es sich ebenfalls um ein Doppelkupplungsgetriebe.  Das PSG, das von LuK als "trockene" Version einer Doppelkupplung konzipiert wird, zeichnet sich im Gegensatz zu den bereits am Markt befindlichen "nassen" Doppelkupplungen durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus. Es besitzt elektromotorische Aktoren, die nur während den Stellzeiten Energie benötigen. Gleichzeitig besteht keine Begrenzung für hohe Motordrehmomente. 

Doppelkupplung nass bzw. trocken Quelle: Luk

Einsatz von Doppelkupplungsgetrieben

• DSG mit 6-Gangetriebe ab 2003, VW Golf, Audi TT, Audi A3 (02E; DQ 250) nasse Kupplung

• seit 2007 mit 7-Ganggetriebe mit trocken laufender Doppelkupplung bei VW (OAM; DQ 200), und 

• nasser Kupplung für Audi und Bugatti Veyron aber auch bei 

• BMW mit 7 Gängen (von Getrag) und nasser Kupplung

• Getrag entwickelte aber auch für Ford und Volvo ein DKG, künftig auch Chrysler

• seit 2008 Porsche Doppelkupplung (PDK) mit 7 Gängen und Nasskupplungen im 911 mit ZF

• Ford und Volvo erhalten Getriebe für Quereinbau, Audi, BMW und Porsche für Längseinbau.  

• Nissan  (Aisin) 

• Rover-Nachbau „Roewe“ in China

• DCS (Dual Clutch System) bei Peugeot

• Mercedes z.B. A-Klasse

...Änderungen sind nicht unbedingt immer auf dem aktuellen Stand

Anmerkung von Peter:

Ein sehr interessanter Artikel ... nur leider ist die Historie zum Thema nicht ganz richtig: PDK Getriebe wurden bei Porsche leider (noch) nie in Serie gebracht, aber die Leistungsfähigkeit war sehr beeindruckend, z.B. bei einem Formel 1 Getriebe und beim kurzen Audi Sport Quattro (wurde u.a. beim Pikes Peak Rennen mit Walter Röhrl eingesetzt) dargestellt. Der Nachteil des PDK war, dass keine sog. Doppelschaltungen durchgeführt werden konnten (z.B. 4-2), weil beide Gänge ja über die gleiche Kupplung angesteuert werden, wurde beim DSG über die Schaltung eines Zwischenganges vermieden. Insgesamt gesehen hat wohl das Fehlen der elektronische Regelbarkeit von Kupplungen (nass wie trocken) das PDK im Serieneinsatz verhindert. Peter

Dieser Fachbeitrag stammte ursprünglich von Jürgen Schubert und wurde inzwischen immer weiter aktualisiert und ergänzt. 

Lesen Sie auch den Bericht zur multitronic von Audi.

Infos zum Getriebeölwechsel beim DSG

Quellen: VW, Audi, Luk,

Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 04.04.2022

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