A3 Quattro Wirkungsgradunterschiede zwischen 6 Gang Handschalter und dem DSG
Aus gegeben Anlaß soll hier aufgezeigt werden, welcher Art die Wirkungsgradunterschiede zwischen 6 G. HS und 6 G. DSG sind und in wiefern diese Getriebeverluste einer Messung auf einem 2 Achsen Rollenprüfstand zugänglich sind.
1) Mehrgewicht von ca. 30 Kg sorgt für erhöhten Rollwiderstand der Reifen. Die Walkleistung dividiert durch den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs (~0,85 … 0,88) erhöht den Drehmoment und Leistungsbedarf des A3 Quattro an der Kupplung.
2) Das DSG Steuergerät erfordert zusätzlich den Leistungsbedarf, der dividiert durch den Wirkungsgrad (~0,6) des Generators den Drehmoment und Leistungsbedarf am Keilrippenriemen
3) Die Hydraulikpumpe des DSG erzeugt bis zu einem Druck von p=80 bar. Der Leistungsbedarf ist P=p*Q(Punkt)/(Wirkungsgrad der Pumpe) Der Volumenstrom wird aber wesentlich mitbestimmt durch den Kühlbedarf der Kupplungen, vor allem wenn öfter unter hoher Last geschaltet wurde, um diie Wärme hervorgerufen durch den Kupplungsschlupf während der Schaltvorgänge.
4) Die Kupplung im Ölbad läuft schlupffrei für den eingelegten und Drehmoment übertragenden Teil des Getriebes. Der leer laufende Teil hat zwischen seiner Kupplung und der Kupplung im Eingriff eine Relativgeschwindigkeit und über die Viskosität des dort befindlichen Getriebeöls eben auch eine Verlustleistung, die das Getriebeöl erwärmt. Die Verlustleistung liegt bei oder unter 1% der übertragenen Leistung.
5) Die Konstruktion des Getriebes beruht auf 2 Wellen, die koaxial aufeinander stecken, die je Welle immer 2 Zahnräder im Eingriff haben und daher immer eine Relativgeschwindigkeit zwischen den koaxialen Wellen aufweisen. Das Getriebeöl schmiert zwar diese beiden koaxialen Wellen, aber schon ohne Übertragung von Drehmoment und Leistung tritt eine wenn auch geringe Reibung auf, die der 6 G HS nicht aufweist. Wird nun Drehmoment und damit auch Leistung übertragen, führt das Abwälzen der Zahnflanken aufeinander zu geringen Reibungsverlusten und aufgrund der auftretenden Kräfte zu einer Durchbiegung der Kraft übertragenden Teilwelle. Die Wellen sind Nadelgelagert und garantieren so geringe relative Reibungsverluste. Weil aber immer beide Teilwellen ein Zahnradpaar im Eingriff haben ( z.B.: im 6. Gang läuft auf der anderen koaxialen Welle immer der 5. Gang mit), entsteht geringe Reibleistung zwischen den koaxialen Wellen.
Und nun die spannende Frage : ist denn die jeweilige Verlustleistung zu 1) … 5) auf einem 2 Achenprüfstand meßbar ?
1. Die Walkleistung der Reifen zerfällt in mehre Anteile. Z.B. die Formänderungsarbeit des Laufstreifen und hier wichtig : die Übertagung der Kraft kann ja nur über die Reifenseitenwand erfolgen, die sich in Folge der Kraft verformt und aufgrund der Drehbewegung des Reifen eine stehende Welle auf der Seitenwand ausbildet. Die Absorptionsrate des Seitenwandgummis setzt die Energie der stehenden Welle in Wärme um. Aber nur in voller Größenordung, wenn der Triebstrang Leistung und Drehmoment überträgt. Der Fehler ist im Bereich von unteren 1 stelligen Prozentbereich der übertragenen Leistung oder Drehmoment. Dieser Fehler ist auf einem Rollenprüfstand prinziell nicht vermeidbar.
2. Zu 2) nicht messbar, da der Generator im Ausrollmessvorgang des Prüfstand per Kupplung abgekoppelt ist, da der Generator ja über den Keilrippenriemen an der Kurbelwelle hängt. Der Fehler in Drehmoment und Leistung ist gering, unter 1% aber eben vorhanden. Dieser Fehler ist prinzipiell auf einem Rollenprüfstand nicht vermeidbar
3. Die Hydraulikpumpe hängt üblicherweise an der Getriebeeingangswelle, wird nicht mit erfaßt, Der Fehler liegt im mittleren bis obren 1 stelligen Prozentbereich mit zusätzlicher Ungewissheit bezüglich Volumenstromabreglung. Dieses ist der größte Verursacher der DSG Getriebeverluste, die leider auf einem 2 Achsen Leistungsprüfstand nicht erfaßt werden.
4. Die Kupplungen im Ölbad laufen offen für den Fall des Ausrollversuchs und tragen einen Teil zu den Unwägbarkeiten eines 2 Achsenrollenprüfstandes bei
5. 5) ist eine Quelle an zusätzlicher Verlustleistung, aber eher gering (~1%). Leider ist diese Verlustleistung auf einem 2 Achsenrollenprüftstand nicht vollständig messbar. Denn : im Ausrollversuch liegt kein Motormoment an und die Durchbiegung der koaxialen Wellen ist null. Damit wird nur die Reibung der beiden Wellen aufgrund der Relativgeschwindigkeit nicht aber die etwas größere Verlustleistung der relativ rotierenden und dynamisch durchgebogenen Wellen. Es geht um einen Prozentsatz <1% von Drehmoment und Leistung . Das ist nur auf einem Getriebeprüfstand messbar, wo Eingangsdrehmoment und Drehzahl gemessen werden und eben auch Ausgangsdrehzahl und Ausgangsdrehmoment.
Weiter sei angemerkt, das die Wellendurchbiegung abhängt davon, wie weit das Zahnradpaar im Eingriff von den Wellenlagern entfernt angeordnet ist. Sitzt das Zahnradpaar mittig, ist die Durchbiegung und damit die Verlustleitung am größten. Damit ist die Verlustleistung pro Gang schon 3 dimensional : Verlustmoment über Drehzahl, Eingangsmoment, Getriebeöltemperatur. Hinzu kommt das stark variierende Antriebsmoment der Hydraulik Pumpe aufgrund von notwendigem Kupplungsdruck und notwendiger Wärmeabfuhr bedingt durch Schaltvorgänge, vor allem unter Last.
Um nun den Getriebeverlusten eine genauere Größenordnung zuzumessen, könnte mal jemand organisieren, das mit dem VCDS im DSG Getriebesteuergerät geschaut wird, ob auf irgend einem Kanal die Getriebeverlustmomente auslesbar sind. Und das sollte bitte auch mindestens für den 5. Und 6. Gang durchgeführt werden mit Parameter Eingangsdrehzahl über Volllast zwischen 1500 U/min bis Begrenzer. Dazu muß das Getriebe auf der Straße in warmen Zustand unter Volllast gefahren werden.
Grüße, Stefan
P.S.: das hättet Ihr alles schon selbst als know how zusammen kondensieren können, den die DSG Konstruktion ist öffentlich, der Rest ist allgemeine Physik und KFZ know how.
