Konzeptvergleich Getriebe-Technik

Die neuen Formen der Kraftübertragung

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Foto: Hans-Dieter Seufert

Auch unter Sportlern geht der Trend immer mehr zur automatischen Gangwahl.

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Auch unter Sportlern geht der Trend immer mehr zur automa... Doppelkupplung, Wandler und Co. im Konzept-Vergleich: In der zweiten Generation der Elfer-Baureihe 997 belebt P... Das aktuelle PDK von Porsche schaltet 60 Prozent schnelle... Im Serieneinsatz kommt das Porsche-Doppelkupplungsgetrieb... Dabei entspricht die Abstufung der ersten sechs Fahrstufe... Die Schemazeichnungen verdeutlichen das Grundprinzip der ... ...grün, geltend für den zweiten Gang mit jeweiligem Kr... Der Audi R8 kann für 7.400 Euro Aufpreis mit dem elektro... Unter mechanischen Gesichtspunkten blieb das Getriebe unv... Der mechanische Schaltmechanismus wurde durch einen zweit... Wie bei automatisierten Getrieben üblich, entsprechen au... Mit der S tronic offeriert Audi ein bis 550 Newtonmeter D... Was haben wir uns damals gefreut. Wie kleine Kinder haben... Vorrangig in der schnellsten Schaltstufe, in der das auto... Nur der Beifahrer hat gelitten - aufgrund der sinnlosen S... In puncto Komfort rangiert das DKG deutlich vor dem SMG. ... Im aktuellen BMW M3 kommt statt des automatisierten Schal... Mit Hilfe des DKG beschleunigt das M3 Coupé zwei Zehntel... Durch einen sechsstufigen Drivelogic-Modus kann die Schal... Damit es nicht zu thermischen Problemen kommt, wird das D... Die Nasskupplungen des BMW M3-DKG wollen gut gekühlt wer... Bevor der Ferrari California ab Mitte 2009 mit manuellem ... Das Siebengang-DKG ist an der Hinterachse angeordnet und ... Um dem standzuhalten und um eine möglichst kompakte Bauw... Die Schaltzeit der beispielsweise im F 430 verwendeten F1... Das DKG benötigt nur rund 50 Millisekunden. Geballte Ladung: Das Transaxle- DKG des Ferrari Californi... Sportliches Schalten ist auch ohne manuelles Getriebe ode... So kommt der Wandler nur im ersten Gang zum Einsatz, ab d... Während im Fahrprogramm D das Getriebe vollautomatisch u... Dabei überträgt das Automatikgetriebe Schaltbefehle dur... Die Schaltzeit des Getriebes im manuellen Modus beträgt ... Achtstufen-Automatik des Lexus IS-F mit Planetenradsätze... Die vier Linien zeigen jeweils einen Ausschnitt der Besch... Beim SL 63 setzt AMG erstmals ein neu entwickeltes Sieben... Gegenüber einem DKG wurde das Speedshift-Getriebe deutli... Die minimale Schaltzeit des Getriebes liegt bei 100 Milli... Das Speedshift-Getriebe schaltet deutlich schneller als d... Im SL 63 AMG ersetzt eine nass laufende Kupplung den Wand... Im VW Scirocco sind zwei unterschiedliche Doppelkupplungs... Jene Technologie mit sechs Vorwärtsgängen wird im Sciro... Hierzu zählen der 200 PS starke TSI und der 140 PS leist... In allen anderen, drehmomentschwächeren VW-Modellen mit ... Neben schnelleren Schaltvorgängen ohne Zugkraftunterbrec... Großserienpionier: 2003 ebnete Volkswagen der Doppelkupp... In den meisten Rennfahrzeugen, wie beispielsweise im Pors... Durch engagiertes Drücken des Schaltstocks nach vorn sch... Dadurch wird kurzzeitig die Einspritzung unterbrochen und... Der Schaltvorgang in einem 911 RSR dauert 0,07 Sekunden. ...

Es war über Jahrzehnte eine Charakterfrage, die die Autofahrer in zwei Lager spaltete: Automatik oder manuelles Schaltgetriebe? Dortmund oder Schalke, Bayern oder Hamburg - so zerstritten wie die Kicker-Fans schienen auch die Befürworter der beiden primär angewandten Getriebearten zu sein. Für Sportfahrer war es ein ungeschriebenes Gesetz: Ohne zackigen Gangwechsel per Hand, Kuppeln und herzhafte Zwischengas-Stöße ist das Autofahren kein Vergnügen. Wer einen klassischen Wandler-Automaten wählte, wurde als schaltfaules Weichei abgestempelt. Teurer, höherer Verbrauch, mehr Gewicht und schlechtere Sprintleistungen standen auf dem Kerbholz der Automatik.

Neu Getriebetechniken ändern die Einstellung

Wie sich die Zeiten ändern. Eine neue Generation von automatisierten Schalt-, Doppelkupplungs- und Automatikgetrieben vereint die einst so gegensätzlichen Lager. Den größten Anteil an der neuen Sportlichkeit auf dem Automatik-Sektor hat dabei zweifellos das Doppelkupplungsgetriebe (DKG). Doppelt eigentlich auch deswegen, weil das neue Wunderwerk der Zahnradtechnik zwei Teilgetriebe in sich vereint, die wahlweise vollautomatisch oder durch manuelle Betätigung von Schaltwippen am Lenkrad zur Tat schreiten.

Anders als beim klassischen Automaten mit Drehmomentwandler erfolgt die Momentenübertragung durch die jeweils geschlossene Kupplung direkter. Im Innern eines DKG herrscht Arbeitsteilung: Die eine Hälfte ist für den Anfahrvorgang, die ungeraden Gänge und den Rückwärtsgang zuständig. Die andere Hälfte bedient die geraden Gänge. Diese Trennung bietet zwar die Möglichkeit, die nächsthöhere Stufe im lastfreien Teilgetriebe bereits vorzuwählen. Zur für den Fahrer nachvollziehbaren Schaltzeitverkürzung wirklich notwendig ist dieser Kniff aber nicht. Der eigentliche Schaltvorgang geht mit einem Hand-in-Hand der beiden Kupplungen vonstatten. Die eine öffnet, die andere schließt - beides verläuft mit Überschneidungen, also mit kurzzeitig schleifenden Kupplungen. Somit sind die Gänge nicht nur ohne Unterbrechung des Kraftflusses, sondern auch blitzschnell gewechselt.

DKG: sportliches und effizientes Getriebe

Neben kürzeren Schaltvorgängen ohne Zugkraftunterbrechung bietet das Doppelkupplungsgetriebe auch verschiedene andere Vorteile. "Das DKG ist nicht nur ein sehr sportliches, sondern auch ein sehr effizientes Getriebe. Es bietet Verbrauchsvorteile, und die Übersetzungsverhältnisse lassen sich mit sehr einfachen Mitteln anpassen. Aus einem Baukasten-DKG kann die sportlichste oder auch die sparsamste Getriebevariante gestaltet werden.

Bei einem Wandlergetriebe steht man vor der Entscheidung zum Einsatz eines weichen, komfortbetonten oder harten, sportlichen Wandlers. Dazwischen gibt es nichts. Und genau diese ganze Spanne zwischen Schwarz und Weiß können wir mit dem DKG abdecken - allein über Steuerungsalgorythmen", erläutert Bernd Eckl, Geschäftsführer beim Getriebehersteller Getrag.

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Getriebe · Doppelkupplungsgetriebe · DSG · Automatik · Schaltung · Planetengetriebe · DKG · Wandlergetriebe

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Grundsätzlich neu sind die Erkenntnisse zur Doppelkupplungs-Technologie nicht. Die ersten Entwicklungsschritte reichen mehrere Jahrzehnte zurück. Nachdem bereits Anfang der vierziger Jahre erste Patente für Vorläufer des Doppelkupplungsgetriebes angemeldet wurden, konstruierte Porsche 1964 den Getriebe-Typ 913 - ein lastschaltbares DKG. Schwierigkeiten mit der Lastschaltkupplung beim Wechseln der Gänge oder die fehlende Leistungselektronik der Getriebesteuerung führten aber zur Einstellung der aufwendigen Entwicklung. Erst 1981 ließen sich mit Hilfe eines Mikroprozessors die mechanischen Getriebebewegungen über Hydraulikventile besser kontrollieren - die Geburt des sogenannten Porsche-Doppelkupplungsgetriebe (PDK). Das lastschaltbare, elektronisch über Drucktasten am Lenkrad gesteuerte Stirnradgetriebe wurde erstmals 1983 im Gruppe C-Rennwagen Porsche 956 eingesetzt.

1987 beendete Porsche die PDK-Getriebeentwicklung

Darüber hinaus entwickelte der Stuttgarter Sportwagenhersteller 1985 für den in der Gruppe B homologierten Audi Sport-Quattro S1 ein PDK-Rallye-Getriebe. 1987 beendete Porsche jedoch die Weiterentwicklung der Doppelkupplungstechnik. Wiederholte Elektronik- und Hydraulikdefekte und ein vergleichsweise hohes Gewicht machten das PDK für den Motorsporteinsatz, aber auch für die Serienentwicklung vorerst uninteressant.

Es dauerte bis ins Jahr 2003, um dem Doppelkupplungsgetriebe den Weg in die Großserie zu ebnen. Unter dem Namen Direktschaltgetriebe (DSG) machte Volkswagen eine Sechsgang-Variante zunächst im Golf R 32 salonfähig. Audi ging zeitgleich mit dem DSG im TT 3.2 Quattro an den Start. Bei dieser ersten DKG-Generation vertrauten die Entwickler auf im Ölbad laufende Lamellenkupplungen, die hydraulisch über Ringkolben betätigt werden. Übliche Trockenkupplungen wurden wegen des höheren Verschleißes durch die schleifenden Kupplungen beim Gangwechsel zunächst nicht eingesetzt.

Seit 2008 rollt die nächste DSG-Generation aus dem VW-Konzern mit verbessertem Wirkungsgrad und zwei trockenen Reibkupplungen, die nicht so energieaufwendig wie Nasskupplungen agieren. Neben der geringeren Ölmenge durch den Wegfall der Kupplungskühlung sank beim Siebengang-DSG auch das Gewicht um 23 auf 70 Kilogramm. Im Vergleich zum Sechsgang- Modell ist der erste Gang kürzer ausgelegt, um die Sprintqualitäten zu optimieren. Der Zusatzgang mit langer Übersetzung wurde als Overdrive konzipiert und trägt zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei. Ad acta gelegt ist das Sechsgang- DSG deswegen nicht. Vorerst bleibt die Siebengang-Variante den kleineren Motoren, die maximal 250 Newtonmeter Drehmoment leisten, vorbehalten. Das Topmodell des Volks-Sportlers Scirocco, mit 200 PS-Direkteinspritzer (280 Newtonmeter maximales Drehmoment) muss - genauso wie die drehmomentstarke Diesel-Variante mit 140 PS und 320 Newtonmeter - weiterhin mit sechs Gängen und nasslaufenden Kupplungen auskommen.

Egal, ob sechs oder sieben Gänge

Egal, ob sechs oder sieben Gänge - beim Thema Standfestigkeit macht das Doppelkupplungsgetriebe den strammen Max. „Die Drehzahlfestigkeit ist bei einem DKG höher als bei einem Wandlerautomaten. Bei ungefähr 7.400/min bekommt der Wandler durch die Fliehkraft Probleme. Doppelkupplungsgetriebe haben Drehzahlfestigkeiten, die sie auch jenseits der 9.000/min noch sicherstellen können“, erklärt Getrag-Entwickler Günter Rühle. Beim Thema maximales Drehmoment sind Doppelkupplungsgetriebe heute ebenfalls äußerst belastbar. So überträgt auch der Leistungsprimus Bugatti Veyron die 1.250 Nm seines Sechzehnzylinders mit einem DKG.

Dennoch spielt das maximale Drehmoment beim Getriebekonzept eine sehr wichtige Rolle. Bis rund 600 Newtonmeter ähneln sich das Doppelkupplungsgetriebe und der Wandler-Automat in ihren Abmessungen. Erst darüber hinaus hat die herkömmliche Automatik wieder Vorteile. „In Wandler-Automaten wird die eingeleitete Kraft über mehrere Planetengetriebe verteilt, dadurch lässt sich so ein Getriebe ab einem gewissen Punkt kleiner bauen. Beim DKG muss die gesamte Leistung über eine Zahnradstufe geleitet werden. Und das gibt die Dimensionierung vor. Deswegen baut ein DKG auch nicht kleiner als ein Handschaltgetriebe. Schwierig wird es bei Inline-Konzepten, da wird der Mitteltunnel ziemlich schlank gehalten, somit hat hier der Automat bezüglich des Platzbedarfs Vorteile. Transaxle-Konzepte bieten hingegen wieder etwas mehr Raum“, erläutert Günter Rühle.

Während im Nissan GT-R das Doppelkupplungsgetriebe von Zulieferer Borg Warner platzgünstig an der Hinterachse sitzt und die 480 Biturbo-PS des Japaners mit verschliffenen Schaltvorgängen auf die Straße zelebriert, setzt ein deutscher Supersportler noch auf eine andere Technologie. Im Audi R8 versteckt sich hinter dem Synonym R tronic nicht der sportliche Bruder des Siebengang-DKG S tronic, das Drehmomentwerte bis 550 Newtonmeter verdauen kann. Mit den maximal 430 Newtonmeter Drehmoment des Achtzylinder-Mittelmotorrenners hätte das Audi-DKG zweifellos keine Probleme. Jedoch aus Platz- und Kostengründen verzichteten die Ingolstädter auf das Doppelkupplungsprinzip und installierten ein elektrohydraulisch angesteuertes Sechsganggetriebe. Als Basis dienen die Innereien der manuellen Schaltbox. Aktuatoren befehligen, automatisiert oder via Tastendruck, die Arbeitsweise der Schaltgabeln. Mit etwas ruppigen Anfahreigenschaften und merklichen Schaltpausen, auch im sportlichen S-Modus, hat die R tronic im Vergleich mit einem Doppelkupplungsgetriebe konzeptbedingte Nachteile.

Im Sportprogramm schaltet das Getriebe zackig hoch

Wie auch das SMG von BMW (M5, M6) haben die automatisierten Schaltgetriebe wohl auf kurz oder lang ausgedient. Mit der zweiten Generation der 997-Baureihe schaltet auch Porsche via Doppelkupplung mit sieben Gängen. Nachdem die PDK-Entwicklung Ende der Achtziger zu Gunsten der Tiptronic eingestellt wurde, setzt die Gemeinschaftsentwicklung von Porsche und ZF neue Maßstäbe in puncto Sportlichkeit. Während die ersten sechs Gänge identisch übersetzt sind wie beim manuellen Sechsgangschaltgetriebe, dient die siebte Stufe als Schongang. Im Normalmodus hechelt das Getriebe zwar mit Sprit sparenden Hintergedanken und unmerklichen Schaltvorgängen zum Teil sehr früh in die siebte Fahrstufe. Im Sportprogramm schaltet das Getriebe zackig hoch und vollautomatisch dank Zwischengas vor der Kurve ruckfrei zurück.

Dass sportliches Automatikfahren auch ohne Doppelkupplung, sondern mit Wandler höchsten Fahrspaß bieten kann, beweist Lexus mit der Achtstufen-Direktschaltautomatik im Power-Japaner IS-F. Der Trick eines weiteren Wunderwerks der Kraftübertragung: Nur im ersten Gang ist der Wandler aktiv. Ab dem zweiten Gang stellt eine Wandlerüberbrückungskupplung den direkten Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe her. Innerhalb einer Zehntelsekunde wechselt das Getriebe die Gänge. Die besonders eng gestuften Übersetzungen eins bis fünf sorgen für eine zügige Beschleunigung des 1,8-Tonners (0 auf 100 km/h in 4,9 Sekunden), während die Gänge sechs bis acht als Schongänge deutlich länger ausgelegt sind. Im Programm D agiert das Getriebe vollautomatisch. Wird über die Lenkradwippen im manuellen Modus M geschaltet, gibt es die freie Drehzahlwahl bis 6.800/min und spontane Gangwechsel mit sequenziellem Renncharakter.

Trotz weitreichender Ingenieurskunst scheint sich aber das Doppelkupplungsgetriebe im sportlichen Sektor stärker durchzusetzen. In der aktuellen BMW M3-Generation tritt nun auch ein sequenziell geschaltetes Siebenganggetriebe mit zwei ölgekühlten Nasskupplungen die Nachfolge des SMG-Getriebes aus dem Vorgänger an. Im Automatikmodus schaltet das M3-DKG vergleichbar weich wie ein klassischer Wandler-Automat. Beim manuellen Schaltvorgang soll in der letzten Stufe des Drivelogic-Verstellbereichs eine kleine Momentenüberhöhung mehr Sportlichkeit respektive Schaltemotion vermitteln. „Die Momenterhöhung muss nicht sein, aber es war der Wunsch der M GmbH, um dieses sportlichere Feeling zu generieren“, verrät Entwicklungsleiter Rühle, der für das BMW-Getrag-Konzept mitverantwortlich zeichnet. An das emotionale Schaltfeuerwerk im Vorgänger-M3 E 46 reicht der Schaltvorgang mit Doppelkupplung allerdings nicht heran.

Ein weiteres Konzept auf dem Markt der sportlichen Kraftübertragung hat AMG mit dem sogenannten Speedshift MCT 7-Gang-Sportgetriebe im Mercedes SL 63 AMG präsentiert. Statt eines Drehmomentwandlers arbeitet hier eine nasse Anfahrkupplung. Diese sorgt für eine deutlich direktere Anbindung und macht die Trägheit des Wandlers vergessen. Dabei kann der Fahrer vier unterschiedliche Fahrprogramme des Getriebes wählen. Im manuellen Modus werden die Gänge mit der Lenkradschaltung innerhalb von 100 Millisekunden gewechselt. Damit ist das AMG-Sportgetriebe im SL 63 deutlich schneller als die herkömmliche Fünfgang-Automatik im größeren Bruder SL 65 AMG Black Series. Der schnellste Gangwechsel dauert hier 255 Millisekunden.

Ferrari California: Sportler mit Automatik-Konzept

Der aktuellste Sportler mit Automatik-Konzept ist der Ferrari California. Für das neueste Cavallo Rampante entwickelte Getrag ein Transaxle-Doppelkupplungsgetriebe. "Wenn man ein DKG mit nassen Kupplungen bestückt, kann deren Durchmesser kleiner sein", erklärt Günter Rühle. Beim California werden daher zwei im Ölbad laufende Lamellenkupplungen verwendet. Beim neuesten Ferrari-Getriebe strebten die Ingenieure nach einer besonders kompakten Getriebeeinheit, um einen möglichst tiefen Schwerpunkt zu ermöglichen. Dreh- und Angelpunkt ist auch hier die Elektronik, wodurch auf Wunsch ähnliche Schaltstöße wie im F 430 mit F1-Schaltung im System hinterlegt werden können.

Und wie sieht nun die Zukunft der Kraftübertragung aus? "Ob Planetengetriebe oder DKG - alle Techniken haben ihre Vor- und Nachteile", so Friedrich Eichler von AMG. Der Trend zu automatisierten Getrieben wird auch im Sportwagen voranschreiten. Borg Warner rechnet bis zum Jahr 2013 mit einem um 500 Prozent steigenden Bedarf nach Doppelkupplungsgetrieben. ZF kalkuliert, dass der heutige Automatikanteil von rund 28 Prozent in Deutschland jährlich mindestens um ein Prozent wachsen wird. Generell nimmt die Getriebethematik Fahrt auf, was Bernd Eckl freut: "Früher stand immer nur der Motor im Mittelpunkt. Heute gilt auch das Getriebe als Gradmesser für Verbrauch und Leistung."