Entwicklungen im Bereich Elemente zur Bedienungserleichterung (Convenience) im Jahre 2003
Der größte Produktbereich für Paragon ist der Produktbereich der Positionssensoren, der im Jahre 2003 etwa 14 Mio. Euro ausmachen dürfte. Um das Potential dieses Bereiches aufzuzeigen, werde ich nachfolgend einige technische Entwicklungen, die auch unter dem Begriff "Shift-by-wire" Systeme (Elektromotorische Getriebeschaltungen) geführt werden, aufzeigen. Von diesen Entwicklungen wird Paragon profitieren, da sie für den Massenmarkt in Deutschland, bei vielen neuen Modellen zum Einsatz kommen. Beispielsweise beim Golf V, Audi 3 und auch bei BMW.
a)Das DSG-Getriebe
Schon in den 80ÿger Jahren wurde im Prototypenrennsport mit einem Zweikupplungsgetriebe experimentiert. Zur damaligen Zeit dominierte Jaguar die Prototypen. Hans Joachim Stuck 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 PTK-Getriebe genannt. 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 Saubermercedes (ca. 150 PS mehr) mithalten. Als die Prototypenrennen eingestellt wurden, starb auch das PTK-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.
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Jetzt hat der VW-Konzern das þalteý neue Getriebe-Konzept für die Serie wieder entdeckt. Durch die moderne Regelungstechnik über CAN-Bus konnte das alte PTK-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. 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 Spriteinspaarungen 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).In der Praxis hat die neue Direktschaltung deutliche Vorteile: In Position "Economy" fährt der Wagen beim Gasgeben an, wobei der Fahrer mit einemSchalter 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
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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. Zum Aufbau
er Motor treibt beide Kupplungskörbe an. Eine Kupplung geht auf die hohlgebohrte 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 Schaltzeitpunktöffnet 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).--------------------------------------------------------------------------------
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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 Schubkettengetriebe aus dem Rennen werfen. Das DSG ist bei weitem nicht so anfällig wie das Schubkettengetriebe. Im DSG lassen sich schon heute 6 Gänge unterbringen, was im PKW-Sektor völlig ausreichend ist. Selbst das Schubkettengetriebe (Multitronic) wird bei Audi auf 5-6 Schaltstufen programmiert. Der Vorteil des DSG gegenüber dem Schubkettengetriebe liegt klar auf der Hand. Beim Schubkettengetriebe muss ständig mit hohen hydraulischen Drücken die Spannung der Kette erhalten werden. Liegt in derHydraulik ein noch so kleiner Fehler vor, wird das Getriebe innerhalb kürzester zerstört. Jede Audi oder Fiat Niederlassung kann davon ein Lied singen. Beim Direktschaltgetriebe
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müssen þnurý 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.
b)SMG (Sequenziell manuelle Getriebe)
Sequenzielles manuelles Getriebe oder kurz SMG – so nennt sich bei BMW das Getriebe für alle, die zwar kein klassisches Automatikgetriebe mit Wandler wünschen, trotzdem aber in den Genuss automatischen Schaltens kommen wollen. Denn das SMG gehört zu den automatisierten Schaltgetrieben. Man kann es wie gewohnt mit der Hand schalten – allerdings nicht mit einem klassischen Schalthebel, sondern wie eine Automatik mit Steptronic durch Antippen des Schalthebels nach hinten, um hoch zu schalten und nach vorn, um herunter zu schalten. Ein Kupplungspedal muss man nicht mehr treten, denn das Ein- und Auskuppeln bei diesem Getriebe geschieht ebenso wie das Einlegen der jeweiligen Fahrstufe per Elektromotor, der beim Berühren des Schalthebels aktiviert wird. Alternativ zum Schalthebel gibt es Schaltwippen oder so genannte Paddles am Lenkrad. Zieht man eines davon zu sich heran, wird der nächsthöhere Gang eingelegt, drückt man auf eines der Paddles, wird herunter geschaltet. Und das geschieht blitzschnell, denn für den Gangwechsel braucht dieses Getriebe maximal gerade einmal 150 Millisekunden.
Beim SMG gibt es im Unterschied zum klassischen Schaltgetriebe, bei dem die Gänge mit dem Schalthebel eingelegt werden, der mechanisch mit dem Getriebe verbunden ist, keine mechanische Verbindung zwischen dem Wählhebel und dem Getriebe mehr. Denn die Kommandos zum Gangwechsel werden durch elektrische Impulse gegeben – „Shift by wire" heißt das in der Sprache der Ingenieure. Da das Getriebe, das so betätigt wird, ein klassisches Schaltgetriebe ist, hat das gegenüber einer klassischen Automatik einige Vorteile. Denn da es keinen Drehmomentwandler hat wie eine normale Automatik, entfallen auch die dort entstehenden Leistungsverluste. Das bedeutet in der Praxis, dass mit einem SMG ausgestattete Fahrzeuge die gleichen Fahrleistungen und die gleichen Verbrauchswerte erreichen, wie die Modelle mit klassischem Handschaltgetriebe.
Das bestätigte bei ersten Probekilometern ein Cabrio 330Ci, für das es neben dem jetzt als Serienausstattung angebotenen sportlich gestuften Sechsgang-Schaltgetriebe mit als Overdrive ausgelegter sechster Fahrstufe und der klassischen Fünfgang-Automatik nun auch das Sechsgang-SMG gibt. Denn so schnell wie dieses Getriebe wechselt, von wenigen Ausnahmefahrern einmal abgesehen, kein normaler Fahrzeuglenker die Gänge – ein kurzes Antippen reicht, und schon ist die nächste Fahrstufe verfügbar. Und wer besonders zügig fahren möchte, kann dabei sogar auf dem Gas bleiben. Denn die Motorsteuerung unterbricht beim Hinaufschalten für Millisekunden die Zugkraft des Motors, um dem Getriebe den Gangwechsel zu erlauben.
Auf eines allerdings muss man aufpassen. Wenn man beim Beschleunigen an die Drehzahlgrenze kommt, dann beantwortet dieses Getriebe das nicht etwa damit, dass es automatisch in den nächsthöheren Gang schaltet, sondern der Motor regelt ab. Hier vertritt BMW eine andere Philosophie als etwa Audi beim Direktschaltgetriebe, wo in solchen Fällen automatisch hochgeschaltet wird. Keine Angst muss man haben, wenn man bei zu hoher Motordrehzahl das Kommando zum Hinunterschalten gibt. Denn wenn der Motor im niedrigeren Gang überdrehen würde, wird ein solches Kommando nicht ausgeführt.
Eine Getriebetechnik, die geradezu einlädt zum sportlichen Fahren, bei dem man sich abgesehen von kurzen Tippbewegungen auf Schalthebel oder Schaltwippen ganz auf das Fahren konzentrieren kann. Statt durch Tippbewegungen manuell zu schalten, kann man das SMG die Gangwahl auch automatisch vornehmen lassen. Dann allerdings muss man die bei solchen Getrieben unvermeidlichen kurzen Zugkraftunterbrechungen in Kauf nehmen, die nur beim neuen DSG von Audi und VW nicht mehr auftreten. Aber die lassen sich nach kurzer Eingewöhnung durch gefühlvollen Umgang mit dem Gaspedal so gut wie völlig überbrücken, so dass sich das SMG als eine attraktive Alternative zur klassischen Automatik empfiehlt. ivd
c)Neue Getriebe: Schalten und schalten lassen
VW stellt jetzt das Direktschaltgetriebe DSG vor: Gangwechsel ohne Unterbrechung der Zugkraft
von Thomas Geiger
Früher ließen sich Autofahrer zwei Lagern zuordnen: dem der Handschalter- und dem der Automatikfahrer. Technologien wie das automatisierte Schaltgetriebe haben die Grenzen zwischen beiden Getriebekategorien in den vergangenen Jahren bereits zunehmend verschwimmen lassen. Dazu zählen etwa die kupplungsfreie Handschaltung in der A-Klasse von Mercedes-Benz oder die Automatik mit manueller Tiptronic-Gasse in Sportwagen. Doch für die Wahl des Getriebetyps wird es künftig noch eine weitere Variante geben.
Die neue Alternative kommt aus dem VW-Konzern und trägt den Namen Direktschaltgetriebe (DSG). Dahinter verbirgt sich ein manuelles Getriebe, das zwar ohne Kupplungspedal, aber nicht ohne Kupplung auskommt. Stattdessen gibt es zwischen Motor und Antriebsachsen sogar zwei Lamellen-Kupplungen, die den elektronisch gesteuerten Gangwechsel reibungslos und ohne Zugkraftunterbrechung bewerkstelligen.
Elektronik steuert die Kupplung
Während der aktive Gang noch seinem Drehzahlende entgegenfährt, wird der nächste in der zweiten Gasse bereits eingelegt. Im richtigen Moment wird von der Getriebesteuerung in Sekundenbruchteilen die eine Kupplung geöffnet und die andere geschlossen. Anders als bei einem konventionellen Schaltgetriebe wird der Kraftschluss dabei nicht unterbrochen und im Gegensatz zur herkömmlichen Automatik geht auch kein Drehmoment für die Beschleunigung verloren.
Die Gänge wählt der Fahrer dabei entweder über den Schaltknüppel auf der Mittelkonsole oder über Wippen beziehungsweise Knöpfe am Lenkrad, so VW-Sprecher Hans-Gerd Bode. Oder er überlässt die Wahl des richtigen Ganges wie bei einer herkömmlichen Automatik ganz der Elektronik.
Mit dem Direktschaltgetriebe will VW Fahrspaß und Ökonomie gleichermaßen steigern: So wird nach Unternehmensangaben die Beschleunigung verbessert und auch der Kraftstoffverbrauch reduziert sich im Durchschnitt um bis zu zehn Prozent.
Nach Angaben von Audi-Sprecher Rudolf Schiller wurde das Prinzip des DSG bereits vor 50 Jahren für Allrad-Lkw entwickelt und hatte sich in den vergangenen 20 Jahren auch im Rallye-Sport bewährt. Reif für die Serie sei das DSG aber erst jetzt durch die Verwendung moderner Elektronik.
Vielzahl von neuen Entwicklungen
Zunächst kommt das Direktschaltgetriebe in den beiden sportlichsten Kompaktmodellen des Konzerns zum Einsatz: VW bietet sie nach Werksangaben im Frühjahr als Option für den Golf R32, Audi rüstet damit im Sommer den TT 3.2 quattro aus.
Doch das ist nur der Anfang. Denn im VW-Werk Kassel hat das Unternehmen laut VW-Sprecher Bode eine Produktionskapazität für bis zu 1000 DSG-Einheiten pro Tag geschaffen. Damit will der Konzern - ähnlich wie schon in den USA - das konventionelle Schaltgetriebe deutlich zurückdrängen.
Aber auch bei herkömmlichen Schalt- und Automatikgetrieben gibt es eine Reihe neuer Entwicklungen. So erhalten konventionelle Schaltgetriebe mit Blick auf Verbrauch und Fahrkomfort immer häufiger einen sechsten Gang. Außerdem ersetzt etwa BMW das Kupplungspedal zunehmend durch eine elektronisch gesteuerte Hydraulik. Dieses so genannte Sequenzielle Manuelle Getriebe (SMG) hat nach Angaben von BMW-Sprecher Friedbert Holz seinen Einstand im M3 gegeben und ist künftig in einer ganzen Reihe von Modellvarianten der 3er-Baureihe verfügbar.
Das SMG-Getriebe fährt sich Holz zufolge komfortabler als eine rein manuelle Schaltung, ist aber ökonomischer und preiswerter als eine konventionelle Automatik. Diese Vorteile könnten nach seiner Einschätzung in den kommenden Jahren zum endgültigen Aus für herkömmliche Schaltgetriebe führen.
Automaten mit sechs Fahrstufen
Die Hersteller von Automatikgetrieben haben dagegen keine Zukunftsängste - rechnen sie doch nach Einschätzung des Marktbeobachters EurotaxSchwacke mit steigenden Ausrüstungsquoten. Dabei profitieren sie auch von technischen Neuerungen wie der sechsten Automatik-Fahrstufe, die erstmals im neuen 7er von BMW zum Einsatz gekommen ist. Mittlerweile gibt es das vom Automobilzulieferer ZF entwickelte Getriebe auch bei Jaguar. Und auch Audi setzt im neuen A8 auf sechs Gänge.
Doch ein Problem haben alle Getriebehersteller gemeinsam: Dem steigenden Drehmoment immer stärkerer Motoren ist kaum ein System gewachsen. So erklären Entwickler von VW hinter vorgehaltener Hand den späten Start des für den Geländewagen Touareg vorgesehenen V10-TDI vor allem damit, dass lange Zeit keine Automatik die maximal 750 Newtonmeter (Nm) dauerhaft auf die Straße bringen konnte
Gruß
Kleiner Chef