Das VW-Doppelkupplungs-Getriebe DQ 250 aus dem VW-Werk Kassel

Das weltweit erste und in Großserie hergestellte Doppelkupplungsgetriebe DQ 250, gefertigt im Werk Kassel der Volkswagen AG

1. Zusammenfassung

Ein Fahrzeuggetriebe, entwickelt bei VW in Wolfsburg, gefertigt im Volkswagenwerk Kassel in Baunatal, hat in den vergangenen Jahren das Autofahren in Deutschland, Europa und weit, weit darüber hinaus verändert. Das Getriebe verband bei der Produktion die Kostenvorteile eines traditionellen Schaltgetriebes – wenn auch zunächst nicht vollumfänglich – mit dem Komfort eines Wandler-Planetensatzgetriebes, welches bis zu diesem Zeitpunkt zumindest in Deutschland und großen Teilen Europas der gehobenen Mittel- und Oberklasse vorbehalten war: Die gut 60 Jahre existierende Idee, zwei Patentierungen und die Arbeiten bei Porsche, u.a. im Rennsport, zu einem vollautomatisch geschalteten und dennoch beinflussbaren Doppelkupplungsgetriebe wurden Realität.

Entgegen ersten VW-eigenen und zu knappen Einschätzungen verschaffte diese Technik dem VW Konzern einen technologischen Vorsprung von mindestens einem Jahrzehnt und wurde für zahlreiche Drehmomentgrößen in Quer- und Längseinbau des Antriebsstrangs bis hin zur Hybridversion mit dem E-Motor in der Kupplungsglocke weiterentwickelt. Mittlerweile wird die Doppelkupplungsversion für Pkw-Getriebe von zahlreichen Herstellern angeboten. Seit zwei Jahren sind dieses erste, seit 2002 in Großserie in unserer Region hergestellte Getriebe und zwei weitere Typen im Technik-Museum Kassel ausgestellt. Dies nehmen wir zum Anlass, sowohl auf den Produktionsstandort als auch auf die dort hergestellten Getriebearten in ihrer Geschichte und Funktion kurz zurückzublicken.

Die Kupplung im Auto hat als Bauteil die Aufgabe, mechanische Leistung vom Motor zum Getriebe zu leiten, sie unterbricht den Kraftfluss im Stillstand (zum Anhalten) des Fahrzeugs und beim Gangwechsel des Getriebes. Das Getriebe wiederum überträgt das Drehmoment des Motors auf die Räder, sodass sich das Fahrzeug in Bewegung setzt. Bei einem einfachen Schaltgetriebe – wie es bis heute mit jedoch zurückgehenden Stückzahlen in Baunatal produziert wird – tritt bei jedem Gangwechsel eine Zugkraftunterbrechung auf, weil der Kraftfluss durch die Kupplungsbetätigung für kurze Zeit unterbrochen ist.

Bei einem Doppelkupplungsgetriebe handelt es sich im Prinzip um zwei Teilgetriebe im "Parallelbetrieb". Jede der Getriebeeinheiten hat eine eigene Kupplung, die elektronisch angesteuert wird. Damit erreicht man, dass ein Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung stattfinden kann, weil praktisch zeitgleich Kupplung 1 öffnet während Kupplung 2 schließt. Diese Kupplungsbetätigungen gehen quasi "ineinander über", so dass keine Unterbrechung des Kraftflusses stattfindet. Dieser Vorgang wiederholt sich dann wieder beim Schalten von der 2. in die 3. Stufe, und natürlich auch in umgekehrter Reihenfolge und läuft je nach Drehmomentanforderung und Last des Fahrzeugs "automatisiert" ab. Im Stillstand sind bei laufendem Motor beide Kupplungen geöffnet.

2. Einleitung

Der unerwartet schnelle wirtschaftliche Aufschwung Deutschlands nach dem Zweiten Weltkrieg, bekannt unter dem Schlagwort "Wirtschaftswunder", mit der beginnenden Motorisierung und parallel dazu der wirtschaftliche Niedergang der durch die Kriegsindustrie geprägten Region um Kassel, brachte ein aufstrebendes Unternehmen und einen kleinen Landkreis zusammen. Volkswagen in Wolfsburg benötigte Mitarbeiter sowie einen neuen Standort für Fahrzeugkomponenten und der Landkreis Kassel sowohl einen Gewerbesteuerzahler als auch Arbeitsplätze für seine Bewohner. VW erwarb von Henschel das südlich Kassels gelegene Werksgelände am Rande der Dörfer Altenbauna und Rengershausen, beide heute Stadtteile Baunatals, und errichtete dort das Werk Kassel der damaligen Volkswagen GmbH.

Das Werk begann 1958 in den noch vorhandenen Gebäuden der Henschel Flugzeugwerke mit der Aufbereitung gebrauchter Motoren für den legendären Käfer und den Transporter, die Getriebeaufbereitung kam später hinzu. Nach Aufbau der Hallen 1 (im Nordwesten) und 4 (im Südosten des damaligen Werksgeländes) umfasste das Fertigungsprogramm des Werkes ab 1960 nach Verlagerung aus dem Stammwerk in Wolfsburg zunächst die Getriebeproduktion mit der Gießerei für die Gehäuse, die Zahnräder- und Wellenfertigung mit der zerspanenden, härtenden und schleifenden Bearbeitung und letztlich die Getriebemontage und Qualitätsprüfung eines handgeschalteten Viergang-Getriebes für die luftgekühlten Boxermotoren (Werbespruch "Luft friert nicht ein!") im Heck des Fahrzeugs. Weitere Fertigungsbereiche wie Karosseriebleche mit dem Großpresswerk, Abgasanlagen, der Ersatzteilbereich und viele Erweiterungen kamen später hinzu (im Bild oben Teile des "Nordrandbau", hier der Hallen 2 und 1, in klassischer VW-Architektur, Quelle *1).

Eine Getriebefertigung? Wozu die denn? Das Auto hat doch einen Verbrennungsmotor, welcher das Fahrzeug antreibt! Die Notwendigkeit eines Getriebes bei einem Verbrennungsmotor sollte eigentlich jedem Autofahrer, jeder Autofahrerin bekannt sein. Früher gehörten zur Führerschein-Ausbildung auch technische Grundkenntnisse, heute nimmt die Straßenverkehrsordnung sicherlich einen breiteren Raum ein und selber "schrauben" kann man bei aktuellen Fahrzeugen voller Steuergeräte und Bussysteme kaum noch. Daher nur zwei knappe Aussagen und eine Erklärung zur Notwendigkeit eines Getriebes bei Verbrennungsmotoren:

• Fahren möchten viele, sicherlich nicht alle Autofahrer in einem Geschwindigkeitsbereich von 5 bis 200 km/h. Also sowohl bei Fahrten durch eine Spielstraße als auch auf der Autobahn in einem Geschwindigkeitsverhältnis von 1:40.
      
• Ein üblicher Viertakt-Ottomotor hat einen nutzbaren Drehzahlbereich von etwa 1.200 bis etwa 6.000 U/min, darunter entwickelt er nur wenig Drehmoment, weit darüber hinaus nutzen dies nur wenige Fahrer aufgrund des stark steigenden Verbrauchs und wenn doch, dann nur kurzzeitig. Also ein Drehzahlverhältnis von etwa 1:5 wie die neben-/obenstehende, ausschließlich prinzipielle, Kurve ohne detaillierte Messwerte zeigt. Sie ist zwar frei Hand für einen üblichen Viertakter nach dem Otto-Verfahren erstellt, sie trifft aber zum Verlauf des Drehmoments (M in Newtonmeter in Rot) und der Leistung (P in Kilowatt in Blau) über der jeweiligen Drehzahl mit deutlichen Abwandlungen auch für einen Dieselmotor zu. Aktuelle reine E-Antriebe werden völlig anders betrieben, Erklärungen hierzu gern bei einer bestellten TMK-Führung durch den Autor.    
• Wie passen diese beiden sehr unterschiedlichen Verhältnisse in einem Fahrzeug zusammen? Nur mit einem schaltbaren Getriebe mit einer Übersetzungsspreizung – der heute üblichen sechs oder sieben Gänge vom niedrigsten zum höchsten – von etwa 1:8 bei, mit höherer Gangzahl, stufig fallendem Drehmoment (zur Ausnahme CVT-Getriebe später einige Sätze). Aber mit welchem Getriebetyp?

Deutschland und der Rest Europas in Pkw von der Kleinstwagen- bis weit in die obere Mittelklasse hinein: Jahrzehntelang ein Volk von Autofahrern, welche mit dem "Schaltknüppel das Benzin rührten"! Auch noch, nachdem im VW-Werk Kassel ab 1967 zunächst Dreigang-, etliche Jahre später Viergang-Automatikgetriebe für VW- und auch Audi-Fahrzeuge produziert wurden. Nur teilweise fanden Automatikgetriebe Eingang in die obere Mittelklasse wie z.B. bei Mercedes in der E-Klasse. Lediglich in der Oberklasse waren sie ein Standard, ausgestattet mit Drehmomentwandler und Planetensätzen.

3. Typische Getriebe aus dem Volkswagenwerk Kassel

Das legendäre "Käfer"-Getriebe im TMK: Vier Gänge und der R-Gang, anfänglich teilweise unsynchronisiert 

Handgeschaltete Getriebe also! Links bzw. oben als Beispiel der Typ, der auch schon in unserem Objekt des Monats Mai 2024 enthalten war. Das "Käfer"-Getriebe war im Heck vor dem Motor, also unter dem Gepäckfach hinter der Rücksitzbank untergebracht. Dieser "beheizte" Gepäckraum wurde vom Autor auch für den Transport und die weitere Reifung einer Bananenstaude im Winter 1966 nach Schwarzheide in der DDR benutzt. Das Getriebe hatte vier Gänge, von denen der R-Gang und der 1. Gang nicht synchronisiert waren, also eigentlich nur beim Runterschalten am Berg, z.B. dem Großglockner oder dem Col du Galibier, "Zwischengas" zur Drehzahlanpassung und damit geräuscharmen Schaltung erforderte. Der erste gebraucht gekaufte "Käfer" Baujahr 1959 des Autors mit 34 PS benötigte dies, der Fahrer erlernte es. Modifikationen des Getriebes bei steigender Motorleistung und Fahrzeugvarianten kamen im Lauf der Jahre hinzu. Zu Beginn der 70-er Jahre jedoch kriselte es, der Käfer und dessen "Abwandlungen" wie die Typen 3 (VW 1600, auch "selbst erfahren") und 4 (VW 411/412; nein, nicht erfahren, daher auch keine Löcher für die berühmten Ohren rechts und links im Dach "erlebt") verkauften sich in Deutschland nicht mehr gut, der Markt verlangte wassergekühlte Frontmotoren, gute Raumverhältnisse, eine ordentliche Heizung und Vieles mehr.

Ein Schaltgetriebe reichte  – bei allem Verlangen nach neuen Modellen mit besserem Platzangebot und wassergekühlten Frontmotoren –  den allermeisten Autofahrern noch jahrelang aus. Mit der Fusion der Auto Union in Ingolstadt und den NSU Motorenwerken in Neckarsulm zur späteren Audi AG gelangte das der Presse bereits vorgestellte NSU-Modell K 70 in den VW-Konzern. Mit gut einjähriger Verzögerung durch VW-interne Prüfungen sowie der Verlagerung von – noch durch NSU bestellten – Fertigungseinrichtungen wurde die Produktion des vollsynchronisierten 4-Gang-Getriebes im VW-Werk Kassel aufgenommen. Die Herstellung des Fahrzeugs erfolgte im neuen VW-Werk Salzgitter und es betrat unter dem Namen "VW K 70" als erstes neues Modell mit einem wassergekühlten 4-Zylinder-Viertakt-Reihenmotor mit Frontantrieb den Automarkt! Der Autor hat reiche Erfahrung mit seinen beiden K 70, die mit vergleichsweise hohen Sitzen, annehmbarer Feder-/Dämpferabstimmung, höherem Spritverbrauch und (nur beim ersten K70) verzogenen Zylinderköpfen, aber auch besserem Überblick bei viertürigem Raum für vier Erwachsene viel bot. Es war eine Freude, vom Bodensee durch den sehr winterlichen Schwarzwald an den vielen "Heckschleudern" vorbei nach Freiburg ins Rheintal zu gelangen (na ja, die Spikes haben geholfen).

Im VW-Konzern kam es danach mit neuen Modellen zunächst zum Audi 50, wenige Monate danach zu dessen Sparversion Polo mit anfänglich Viergang-, später Fünfgang-Getriebe (Typen 084/085). Und dann kamen für alle folgenden Modelle wie Golf, Passat usw. zahlreiche weitere Handschaltgetriebe (Typ 020 usw. usw., im Motor-/Getrieberaum teils in Quer-, teils in Längsanordnung). Ausgestellt ist im TMK als einer der wesentlich späteren Getriebetypen das ML 310 mit sechs Gängen in Längsanordnung des Antriebsstrangs und Verteilerdifferenzial für Allradantrieb, also für die größeren Audi ab A4 und selbstverständlich vollsynchronisiert.

Rechts bzw. oben beispielhaft ein Drehmomentwandler bestehend aus Pumpenrad (1, hinten) und Turbinenrad (2, vorn) mit dazwischen liegendem Leitrad 3 (Bild, Quelle *2).

Wer wie der Autor in den 70-er Jahren in den USA war, erlebte vom Kleinwagen bis zur Oberklasse Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler. Dies waren selbst bei höherklassigen Fahrzeugen nur 3-Gang-Automaten und zunächst auch dort ohne Wandlerüberbrückung zur Verbrauchsreduzierung. Die großvolumigen Motoren mit hohem Drehmoment über einen weiten Drehzahlbereich und die Geschwindigkeitsbegrenzung auf meist 55 mph (Meilen pro Stunde) erforderten dies auch nicht. Ab welchem Datum Automatikgetriebe im VW-Werk Kassel für kleinvolumige Motoren bei meist keiner Geschwindigkeitsbegrenzung auf Landstraßen und Autobahnen gebaut wurden, ist für uns nicht mehr sicher feststellbar, wahrscheinlich war es aber ab 1967 für die luftgekühlten Boxermotoren der Getriebetyp mit der internen Bezeichnung 003 mit einem Längseinbau vor dem Motor und der Lasterfassung durch den Unterdruck im Ansaugrohr, also der Drosselklappenstellung. Vermutlich ab 1974/75 produzierte das Werk den Getriebetyp 010 (AG3) für den Quereinbau mit wassergekühlten Motoren. Dieses Getriebe hatte – getrennt für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt – zwei Planetensätze, jeweils bestehend aus Hohlrad und Planetenträger mit drei Planetenrädern. Beide Planetensätze hatten ein gemeinsames Sonnenrad. Ferner hatte es neben einer nachstellbaren Bandbremse eine hydraulisch betätigte Direkt- und Rückwärtsgangkupplung sowie eine 1.Gang- und Rückwärtsgang-Bremse, jeweils aufgebaut mit Innen- und Außenlamellen und damit  vergleichbar den Bauteilen im Doppelkupplungsgetriebe, um das es in diesem Artikel geht.

Der hydrodynamische "Drehmomentwandler" wurde von Hermann Föttinger  (geb. 1877, verst. 1945) in 1904/05 als hydrodynamische Kupplung entwickelt, trägt aber bis heute die Bezeichnung "Föttinger-Wandler" bzw. "Föttinger-Getriebe" ohne jedoch Drehmomente wandeln zu können. Denn unter Föttingers Entwicklung ist nur die Zusammenfassung einer Pumpe und einer Turbine ohne das später hinzugekommene Leitrad zu verstehen. Erst ehemalige Mitarbeiter Föttingers entwickelten daraus das "Trilok"-Getriebe, welches mit einem feststehenden Leitrad als Drehmomentwandler mit über 2-facher Erhöhung dient und – angeordnet auf einem Freilauf – mitdrehend als Kupplung verwendet wird. Diese Entwicklung stellt damit den heutigen Pkw-Wandler mit seinem unbestreitbaren Vorteil dar, insbesondere bei der Anfahrt Drehmomente sanft erhöhen zu können, was Pferde- oder Bootsbesitzer mit ihren Anhängern zu schätzen wissen.

Das Planetengetriebe, auch als Umlaufgetriebe bezeichnet, wurde vom schottischen Ingenieur William Murdoch (geb. 1754, verst. 1839) um 1800 erfunden. Es ermöglichte erstmals aus der linearen Bewegung eines Kolbens heraus eine gleichmäßige Rotation von Maschinenteilen und führte über weitere Entwicklungen zum lange Jahre üblichen 4-Gang-Pkw-Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler und  Ravigneaux-Planetensatz. Durch nachgeordnete weitere Planetensätze entstanden 5-Gang-, 6-Gang- und 8-Gang-Versionen auch die 14-Gang-Rohloff-Nabenschaltung mit drei Planetensätzen aus Fuldatal im Lkr. Kassel.

Links bzw. oben beispielhaft ein Planetengetriebe mit dem Hohlrad (1), dem mit nur zwei Zähnen an der Pfeilspitze kaum sichtbaren zentralen Sonnenrad (2), um das innerhalb des Hohlrads die drei Planetenräder  kreisen (3), gelagert auf dem Planetenträger (4) (Bild, Quelle *3)

Es folgte dem Typ 010 ab 1986 ein 4-Gangautomat unter der internen Bezeichnung AG4 mit einem Ravigneaux-Planetensatz, benannt nach dem französischen Erfinder Pol Ravigneaux. Hierfür wurden anstelle einer Bandbremse wie beim 3-Gangautomat nunmehr drei Kupplungen für den R-Gang und die vier Vorwärtsgänge sowie zwei Sonnenräder mit unterschiedlicher Zähnezahl und sechs Planetenräder mit zwei verschiedenen Zähnezahlen und Längen benötigt. Der R-Gang sowie der 1. und 2. Gang wurden ausschließlich mit hydraulischer Kraftübertragung und somit Schlupf im Wandler gefahren, nach annähernd erreichter Angleichung von Pumpen- und Turbinenrad im 3. und 4. Gang überbrückte eine weitere Kupplung den Wandler zur Kraftstoffersparnis. Den Ravigneaux-Planetensatz demonstrieren wir unseren Besuchern auf Wunsch gern im "Handbetrieb", einen Drehmomentwandler können wir derzeit noch nicht präsentieren.

Beim Lesen dieser kurzen Beschreibungen der "AG3- und AG4-Getriebe" werden Besucher unserer Internetseiten vielleicht feststellen, dass dies mit Worten zwar möglich ist, aber beim Autor eine gut überlegte Wortwahl und beim Leser sehr, sehr viel Verständnis erfordert. Wir alle nämlich sind visuell geprägt und ein Bild, eine Grafik sagen mehr aus als tausend Worte. Dazu gehören trotz bei uns vorhandenen Unterlagen jedoch einwandfreie Bildrechte, die wir nicht besitzen. Und derzeit haben wir im TMK auch beide Typen nicht, hoffen aber einen gebrauchten 4-Gang-Automaten beschaffen zu können und werden dann Fotos zur Erklärung erstellen. Bei Interesse und bestellter Führung zu Getrieben erklären wir auch jetzt schon unseren Besuchern die Funktion anhand vorhandener Grafiken jedoch gern.

Für einige Jahre folgte den 4-Gangautomaten aus dem VW-Werk Kassel in Längsanordnung beim Audi A6 und A4 ein CVT-Getriebe (Continuously Variable Transmission = stufenlose, also kontinuierlich variable Übersetzung) unter dem Namen "multitronic" im Markt, fabrikintern VL 300. Ein solches Getriebe erhoffen wir uns für die Präsentation im TMK sehr: Es war – nicht nur für den Autor, sondern auch für dessen Mitfahrer – sehr beeindruckend zu erleben, dass ein Fahrzeug bei gleichbleibender Motordrehzahl im verbrauchsoptimalen Drehmomentbereich und damit auch gleichbleibendem Motorgeräusch durch stufenlose Übersetzungsänderung tatsächlich schneller wurde.

Zur Erklärung des CVT-Prinzips ist rechts bzw. oben mit der Fig. 1 ein weitgehend  selbsterklärender Auszug aus der US-Patentschrift 2068784 dargestellt (Grafik rechts bzw. oben, Quelle *4)

Erreicht wurde dies durch zwei konische Scheibenpaare, zwischen denen im einfachsten Fall ein Keilriemen lief, und bei denen gegensinnig der Abstand der beiden Scheiben jedes Paares verstellt werden konnte. Das treibende Scheibenpaar übertrug das Motordrehmoment nur über die Flanken des Keilriemens, das angetriebene erhielt es nur durch die Flanken. Dies begrenzte die zu übertragenden Momente sehr und führte zu mehreren Varianten. Bekannt wurde das Prinzip mit den Keilriemen der breiten Öffentlichkeit schon viele Jahre vorher durch die "Variomatic" des niederländischen Pkw-Herstellers DAF, der Fachwelt in der Maschinenindustrie durch das Getriebe des Bad Homburger Unternehmens "P.I.V. Antrieb Werner Reimers". Reimers kaufte das Patent des englischen Erfinders Geoffrey Joseph Abott aus dessen schon in 1924 erfolgter Erfindung. Audi wählte für die im VW-Werk Kassel gefertigte "multitronic" den "Variator" mit dessen konischen Scheiben sowie eine breite Wiegegelenk-Laschenkette und setzte für wahlweise Vorwärts-/Rückwärtsfahrt zwei Lamellenkupplungen ein, eine davon mit einer Drehrichtungsumkehr über eine Rücklaufwelle.

4. Das Doppelkupplungsgetriebe DQ 250 

Die Nachfolge des Audi-CVT (nur in Antriebsstrang-Längseinbau gefertigt) trat dann eine Getriebeversion an, um die es in diesem ersten TMK-Artikel zu Getrieben aus Baunatal geht. Nämlich die Doppelkupplung mit den beiden Teilgetrieben in einem Gehäuse und zunächst nur im Quereinbau unter dem etwas sperrigen Begriff Direktschaltgetriebe (DSG) für den Golf R32 und den Audi TT eingesetzt. Im Gegensatz zu den bisherigen Abschnitten zu Automatikgetrieben zunächst etwas zur Geschichte der Doppelkupplung (Bild links bzw. oben, Quelle *5):

• Eine erste, wesentlich einfachere Version hatte das britische Unternehmen Morgan Threewheeler mit ihrem tatsächlich als 3-Rad-Fahrzeug (3-Wheeler) gebauten Wagen. Er hatte bis 1931 ein 2-Gang-Getriebe ohne Rückwärtsgang und zwei Klauenkupplungen zum wahlweisen Antrieb des Hinterrades über getrennte Ketten. Das müssen Geräusche gewesen sein!
• Der französische Erfinder Adolphe Kégresse (geb. 1879, verst. 1943) meldete 1939 ein Patent zu einer "Art Doppelkupplungsgetriebe" (DKG) an, über das uns keinerlei Kenntnisse vorliegen ("Zitat" aus WIKIPEDIA).
• 1940, also nur ein Jahr später, folgte eine Anmeldung des Darmstädter Professors Rudolf Franke. Beide, also Kégresse und Franke haben vermutlich nichts voneinander gewusst und nach dem Krieg soll es Franke gewesen sein, "der die Idee des DKG weiter voran trieb und erste Voraussetzungen für die heutige Lösung schuf" ("Zitat" aus AUTOMOBILINDUSTRIE).
• Konkreter wurde es offensichtlich durch Porsche nach dem folgenden "Zitat aus WIKIPEDIA": "Die ersten Studien zum PDK gingen auf das Jahr 1969 zurück, als der für Porsche tätige Ingenieur Imre Szodfridt das PDK anregte. Daraus ergab sich das Porsche-Getriebe Typ 919, dessen Entwicklung vom damaligen Porsche-Technikchef Ferdinand Piëch unterstützt wurde, das aber aufgrund zu ruppiger Schaltvorgänge nicht in die Serienfertigung gelangte. Im Zuge der Entwicklung des Porsche 956/962 wurde das PDK wieder aktuell und mehrfach von Porsche im Rennsport eingesetzt". Der Autor dieses TMK-Artikels erinnert sich noch gut an das erste Gespräch – nach Bekanntwerden VW-Entwicklung – zu einem Prüfstand mit den aus Zuffenhausen im Cayenne angereisten Herren über den wenige Jahre zuvor erfolgten Stopp eigener Entwicklungsarbeiten am DGK!
• Und dann, diese extrem kurze Geschichte des DGK aus Autorensicht abschließend, kam es zu den ersten Gesprächen in Baunatal und Wolfsburg zu EOL-Prüfanlagen für dieses Getriebe und an deren Ende das hier vorgestellte TMK-Exponat steht.

Das Doppelkupplungsgetriebe DQ 250 in Allradausführung mit teilaufgeschnittenem Kupplungs- und Mechatronikbereich in einer frühen Ausstellung (Bild, Quelle *6)

Über 20 Jahre sind nun, nicht nur in der Kompakt- und Mittelklasse, sondern auch in der oberen Mittelklasse und bei SUV die "Direktschaltgetriebe (DSG)" in Fahrzeugen der Volkswagen AG sowie die "S tronic"-Getriebe in denen der Konzerntochter AUDI AG schon im Einsatz. Seit zwei Jahren werden sie auch im Technik-Museum Kassel ausgestellt. Das erste dieser Typenreihe soll hier als ein TMK-Objekt des Monats mit dem eher technischen Begriff "Doppelkupplungsgetriebe (DKG)" beschrieben werden (s. Bild oben, Quelle *4).

Der Begriff sagt im Gegensatz zu den Marktbezeichnungen "DSG" und "S tronic" inhaltlich aus, dass zwei Teilgetriebe in einem Gehäuse vereinigt sind, von denen im Fahrbetrieb stets eines mit dessen geschlossener Kupplung die Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und den Rädern zur Straße übernimmt. Die andere Kupplung ist geöffnet, der vermutlich demnächst erforderliche Gang bereits eingelegt und zur Übernahme des Antriebs (z.B. vom 2. Gang ► 3. Gang bei konstanter Beschleunigung) bzw. beabsichtigtem Runterschalten (vom 5. Gang ► 4. Gang bei Überhol-Beschleunigung oder Bergauffahrt) bereit.
   

4.1 Anordnung der Gang- und Schalträder

Die obige Aussage bedeutet auch, dass ein Gangwechsel nur sequentiell möglich ist, also beim Beschleunigen vom 1. zum 2. Gang, weiter zum 3. usw. oder beim Verzögern vom 6. zum 5. Gang, weiter zum 4. usw. Ein manueller direkter Gangwechsel z.B. vom 3. in den 5. oder gar 6. Gang ist, anders als bei einem Hand-Schaltgetriebe nicht möglich. In jedem der beiden eigentlichen Getriebeteile ist ein DKG ähnlich aufgebaut wie ein handbetätigtes Schaltmuffengetriebe, denn es hat gemäß der prinzipiellen Darstellung unten, welche in der Gangaufteilung nicht mit dem DKG DQ 250 übereinstimmt und auch keinen Rückwärtsgang aufweist, folgenden Aufbau (Grafik, Quelle *7):

• Zunächst einen Antrieb A von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, geführt über ein Feder-Dämpfer-Element zur Reduzierung der Schwingungen durch den Motor, beide hier nicht dargestellt.
• Wegen der beiden – oben nur schematisch dargestellten – Kupplungen (K1 und K2) zwangsläufig auch zwei Eingangswellen (EW1, innenliegend) und (EW2, Hohlwelle), welche konzentrisch ineinander liegen. Auf der inneren EW1 sind für den 1.Gang, 3.G. und 5.G. die festen Gangräder angeordnet, auf der äußeren EW2 die festen Gangräder für den 2.G., 4.G. und 6.G. Für Rückwärtsfahrt ist eine Drehrichtungsumkehr über eine Rücklaufwelle erforderlich, diese und der R-Gang sind erst bei den nächsten beiden, dem DQ 250 entsprechenden Grafiken dargestellt.
• Es hat außer den festen Gangrädern auf EW1 und EW2 auch lose Schalträder für den 1.G - 6.G. sowie deren Synchronisierungen, Schiebemuffen und Schaltgabeln, die beim hier beschriebenen DQ 250 teilweise anders angeordnet sind und auch mehrfach genutzt werden. Dies gilt für das feste 1.Gangrad auf EW1 für den 1.G. auf AW1 (s. Grafik unten von links betrachtet: erster linker blauer Pfeil nach unten) und den Antrieb der Rücklaufwelle (zweiter blauer Pfeil nach oben) sowie das feste 4./6.Gangrad auf EW 2 für den 4.G. auf AW1 (erster grüner Pfeil nach unten) und den 6.G. auf AW2 (grüner Pfeil nach oben). Derartige technische Lösungen sprechen angesichts der Forderung nach schmaler Bauweise für eine hohe Konstrukteurskunst, denn sie ist mit Ideen, Berechnungen und praktikablen Lösungen verbunden!
• Es hat bei Frontantrieb ein Vorderachs-Ausgleichsgetriebe (Differenzial D) und
• beim weiter oben abgebildeten abgebildeten TMK-Exponat DQ 250 für Allradantrieb zusätzlich einen angebauten Kardanwellenabtrieb zur Hinterachse.

• Die obige Grafik (Quelle *5) zeigt in gestreckter Darstellung den Kraftfluss, also wie das vom Verbrennungsmotor gelieferte Drehmoment über die jeweilige Kupplung K1 (s. rechts, außen) bzw. K2 (s. rechts, innen), die Eingangswellen EW1 (innere Welle, blaue Pfeile) bzw. EW2 (Hohlwelle, grüne Pfeile), die festen Gangräder auf den konzentrischen Eingangswellen, die Abtriebswellen AW1 (s. unten) bzw. AW2 (s. oben) und zuletzt deren Abtriebszahnräder AZ1 bzw. AZ2 (s. rote Pfeilspitzen) dem Ausgleichsgetriebe mit dem Achsantrieb D (s. Grafik unten, Differenzial) zugeleitet wird. Mit blauem Pfeil ist oben der Kraftfluss des R.-Gang dargestellt.

• Die Grafik oben (Quelle *5) zeigt in ebenfalls gestreckter Darstellung alle Elemente des DQ 250. Da auch die obere Abtriebswelle AW2 in das große Antriebsrad des Ausgleichsgetriebes unten eingreifen muss, sind beide Abtriebswellen in einem Bogen um die Eingangswellen angeordnet. Diesen Bogen kann man sich, von der Kupplungsseite her betrachtet, von etwa "10:30 Uhr" für die AW1 bis etwa "7:30 Uhr" für die AW2 vorstellen, wenn Kupplungsdrehpunkte und damit die Eingangswellen EW1 und EW2 den Zeigermittelpunkt einer Uhr bilden. Die links vom festen 1. Gangrad angetriebene Rücklaufwelle liegt in einem annähernd gleichschenkligen Dreieck zwischen den beiden EW und der AW2 , sodass sie mit ihrem festen rechten Rad mit umgekehrter Drehrichtung das Schaltrad R.-G. antreiben kann.

4.2 Ein- und Auskuppeln

• Beim Handschaltgetriebe erfolgt das Öffnen der Kupplung, welche zwischen Schwungrad und Getriebe in der Kupplungsglocke angeordnet ist, per Fuß, früher ausschließlich direkt, seit vielen Jahren zumindest bei leistungsstärkeren Fahrzeugen hydraulisch über Geber- und Nehmerzylinder. Die Bildmontage oben mit Ausschnitten des "Käfer"-Getriebes zeigt links den Betätigungshebel, von dem ein Stahlseil im Wagentunnel bis zum linken Fußpedal am Fahrersitz führte. Rechts ist die Steckverzahnung zur Drehmomentübertragung der Kupplungsscheibe auf der Getriebeeingangswelle und der Ausrückring abgebildet. Beim Treten des Kupplungspedals wird über das Kupplungsseil der äußere Betätigungshebel gezogen und über dessen Welle mit den beiden links und rechts angeschweißten Hebeln der Ausrückring gegen die Kraft der nicht abgebildeten Tellerfeder nach vorn in Richtung Motor gedrückt (beim "Käfer" nach hinten wegen des Heckeinbaus) und dadurch die ebenfalls nicht abgebildete Kupplung getrennt. Weitere Details beim Exponat des Monats Mai 2024.
        
• Beim DKG übernimmt für jede Kupplung in einem Hydraulikzylinder dessen Kolben die Schließung, hier hinter der Pfeilspitze und der Schraubenfeder zum Lösen der Kupplung für die teilweise aufgeschnittene innere Kupplung K2 des DQ 250 im Bild rechts. Der Zylinder mit seinem Kolben ist zusammengebaut mit der jeweiligen Kupplung. Geregelte Hydraulik-Ventile geben den Ölfluss frei, angesteuert von der elektronischen Steuerung und deren Schaltprogramm, beeinflussbar vom Fahrer über Wählhebel bzw. Paddel am Lenkrad bei gewünschtem Gangwechsel und überwacht auf zulässige Motordrehzahl (Bildausschnitt, Quelle *4).
      

4.3 Schalten der Gänge

• Beim handbetätigten Schaltmuffengetriebe existiert eine nach außen geführte Schaltwelle, welche durch Ziehen und Drücken die Auswahl der Gasse für die Gänge 1 oder 2, 3 oder 4 und 5 oder 6 ermöglicht (im Fahrzeug quer zur Fahrtrichtung) und bei betätigter Kupplung durch Drehen den jeweiligen Gang einlegt (im Fahrzeug in oder gegen die Fahrtrichtung). Beispielhaft ist hier beim auch nebenan ausgestellten Audi-Getriebe ML 310 am oberen Bildrand rechts die nach außen geführte Schaltwelle zu erkennen und die dreifache Rastung für die genannten Gangpaare. Die halbrunde Kulisse unten im Bild links lässt je nach Rastung nur das Einlegen der Gänge der jeweiligen Gassenwahl über den zugehörigen Gangsteller zu.
       
• Die Auswahl und Schaltung der Gänge des DKG DQ 250 erfolgt – wenn auch vom Fahrer beeinflussbar – automatisch und verbindet die Vorteile eines Automatikgetriebes mit Drehmomentwandler, Planetensätzen und sechs (DQ 250) oder sieben Gangstufen (TMK-Exponate DQ 200 und DL 501) zur Verbrauchsreduzierung mit den Vorteilen eines traditionellen vollsynchronisierten Schaltmuffengetriebes. Es ist also ebenso ein Vollautomat mit der Möglichkeit der Beeinflussung durch den Fahrer, kann aber gleichzeitig auch kostengünstiger aufgrund des Verzichts auf Planetensätze und eine größere Zahl von Kupplungen produziert werden. Eine getriebeinterne Mechatronik mit elektronischer Steuerung, Sensorik, Busverbindung zu weiteren Steuergeräten im Fahrzeug, Schalt- und Regelventilen sowie Stellzylindern übernimmt alle Aufgaben. Diese Mechatronik ist im linken Teilbild unten nur in geringem Umfang erkennbar. Und auch das rechte Teilbild zeigt nur die teilweise verdeckten Schalträder der im Getriebe oben liegenden Abtriebswelle AW1 (in der obigen Prinzipskizze unten dargestellt) mit vier Gängen (1. und 3.Gang sowie 4. und 6.Gang) mit ihren Synchronisierungen, Schiebemuffen und Schaltgabeln, lässt jedoch keine Betätigung der Schaltgabeln erkennen.
     
  

5. Abschluss und Ausblick

Mit diesem Bild beenden wir unseren Artikel zum DKG DQ 250. Leider ist das Getriebe nur an wenigen Stellen aufgeschnitten, sodass bedeutende Teile wie die Kupplungen, die Ventile und Stellzylinder sowie die eigentliche Gangschaltung kaum zu erkennen sind. Bei bestellten Führungen erläutern wir das Getriebe mit seinen nicht sichtbaren Kupplungen und der Hydraulik gern in zahlreichen weiteren Details, vor allem die eigentliche Schaltung. In einem späteren Artikel stellen wir anhand weiterer Fotos auch das erste DGK DL 501 für Antriebsstrang-Längseinbau vor. 

Text sowie nicht mit Quellenangabe gekennzeichnete Bilder (auch Bearbeitungen) und Grafiken: Wolfgang Dünkel, TMK

(last update 01.08.2024)

Hier finden Sie eine verlinkte Auflistung unserer seit Oktober 2020 vorgestellten Objekte des Monats.

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Bild-, Zitat- und Grafikquellen:

*1:       Nordrandbau des Volkswagenwerks Kassel, Bild-Nr: DB2022IM00021, Copyright: Volkswagen AG, abgerufen 25.07.2024

*2:       Schnittmodell eines Drehmomentwandlers im Porsche-Museum Stuttgart, https://de.wikipedia.org/wiki/ Drehmomentwandler_ (hydrodynamisch)#/media/Datei:Torque-converter-cutbox-model.jpg, angenommener Fotograf BerndB, abgerufen 25.07.2024, bearbeitet durch Wolfgang Dünkel, TMK

*3:       Beispiel eines Planetengetriebes, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/John_Deere.jpg, GFDL, CC BY-SA 3.0
<https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons, abgerufen 25.07.2024, bearbeitet durch Wolfgang Dünkel, TMK

*4:       CVT-Getriebe mit Fig. 1 aus US-Patentschrift 2068784, https://de.wikipedia.org/wiki/Positive_Infinitely_Variable#/
media/Datei:US2068784-Figure_1.png, gemeinfrei, abgerufen 25.07.2024

*5:       Volkswagen 6-Gang-DSG: Schnittmodell DSG-Getriebeeinheit (Bild-Nr. DB02_60779), Kraftfluss (Bild-Nr. DB02_60792_large), Hauptschnitt (Bild-Nr. DB02_60791), alle Copyright: Volkswagen AG, abgerufen 25.07.2024

*6:       DQ 250 Teilschnitt, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/
VW_DSG_transmission_DTMB.jpg, Matti Blume, eigenes Werk, GNU Free Documentation License, abgerufen 18.07.2024

*7:       Prinzipbild eines Doppelkupplungsgetriebes, https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelkupplungsgetriebe#/media/
Datei:Doppelkupplungsgetriebe-A.svg ,Xavax, eigenes Werk, gemeinfrei, abgerufen 18.7.2024, bearbeitet durch Wolfgang Dünkel, TMK