De eerste automaat in de geschiedenis​



De originele Hydra-Matic transmissie was een van de belangrijkste innovaties in de geschiedenis van de auto. Hoewel het niet de allereerste automatische transmissie was, was het wel de eerste die betrouwbaar werkte. Dit grote commerciële succes legde de basis voor de ontwikkeling van alle toekomstige automatische versnellingsbakken.

We kijken terug naar de oorsprong van de Hydra-Matic en de man erachter: Earl Thompson. Thompson was niet alleen verantwoordelijk voor deze baanbrekende transmissie, maar ontwierp in de jaren 20 ook de eerste versnellingsbak met synchromesh, die schakelen eenvoudiger en soepeler maakte.



Schakelen: Verleden, heden en toekomst



Recente ontwikkelingen hebben de discussie over handgeschakelde transmissies opnieuw op gang gebracht. Merken zoals Ferrari en Lamborghini hebben aangekondigd afscheid te nemen van de traditionele handbak, ten gunste van F1-stijl sequentiële versnellingsbakken.

Ook in Nederland is deze verschuiving duidelijk merkbaar. Steeds meer modellen worden uitsluitend geleverd met een automaat; handgeschakelde transmissies blijven vaak alleen beschikbaar in de basisuitvoeringen. Deze trend wordt versterkt door de groeiende populariteit van hybride en elektrische voertuigen.

Hybrides worden vrijwel altijd uitgerust met een automatische transmissie, omdat deze beter aansluit op hun complexe aandrijflijnen die de verbrandingsmotor en elektromotor naadloos moeten laten samenwerken. Elektrische voertuigen gaan nog een stap verder: zij hebben in principe geen versnellingen nodig vanwege het direct beschikbare koppel van hun elektromotoren. In plaats van een versnellingsbak hebben EV’s meestal een eenvoudige selector, waarmee de rijrichting wordt gekozen.

Met deze technologische vooruitgang lijkt het einde van de handgeschakelde transmissie in zicht. Elektrische voertuigen worden steeds populairder en zorgen ervoor dat automatisch schakelen de norm wordt.



Buiten een kleine groep enthousiastelingen en vrachtwagenchauffeurs heeft de Amerikaanse auto-industrie de handgeschakelde transmissie op zijn best gezien als een noodzakelijk kwaad. De versnellingsbak met meerdere versnellingen, die teruggaat tot de jaren 90 van de 19e eeuw, moest vooral inspelen op de beperkingen van vroege verbrandingsmotoren met hun beperkte vermogen en smalle toerenbereik.

​

Een overbrengingsverhouding die voldoende kracht bood om een zware auto vanuit stilstand te laten accelereren, zorgde ervoor dat de motor bij hogere snelheden overbelast raakte. Tegelijkertijd was een optimale overbrengingsverhouding voor normaal rijden ontoereikend bij het beklimmen van hellingen. Eén van de voordelen van vroege elektrische auto's was juist dat ze zelden een andere versnelling nodig hadden. Dankzij het direct beschikbare maximale koppel konden deze voertuigen soepel optrekken en rijden zonder meerdere versnellingen. Als de eerste autofabrikanten efficiëntere manieren hadden gevonden om elektriciteit op te slaan, had de aandrijflijn van personenauto's er vandaag heel anders uit kunnen zien.

​

De uitdagingen van vroege transmissies

​

Een vroege 'sliding-gear' transmissie bood zelden een soepele ervaring. Zelfs opschakelen vereiste precieze timing en geduld om het knarsen van tandwielen te voorkomen. Terugschakelen was nog lastiger en vereiste dubbel clutchen en nauwkeurige afstemming van het motortoerental. Omdat toerentellers in die tijd nog niet gebruikelijk waren, was dit voor veel bestuurders een lastige klus.

De meeste automobilisten hanteerden dan ook een eenvoudige strategie: zo snel mogelijk schakelen naar de hoogste versnelling en daarin blijven rijden tot het volgende stopmoment.

Autofabrikanten herkenden deze problemen en zochten naar oplossingen. Henry Ford, bijvoorbeeld, had een sterke voorkeur voor planetaire transmissies omdat hij zelf pas in de jaren 20 leerde omgaan met een conventionele versnellingsbak. De pedaalgestuurde planetaire transmissie van de Model T was slechts marginaal eenvoudiger in gebruik, maar bood een meer intuïtieve aanpak voor beginnende automobilisten.

​​

Preselector



Vlak na de Eerste Wereldoorlog begonnen uitvinders zoals de Brit Walter Gordon Wilson en de Franse Jean Cotal de mogelijkheden te onderzoeken van een meer geavanceerde 'preselector' planetaire transmissie. Bij een preselector transmissie kies je de gewenste overbrengingsverhouding met een selectiehendel en schakel je deze in door het indrukken van een pedaal, dat de functie van het conventionele koppelingspedaal overnam. Deze systemen waren eenvoudig in gebruik… als ze werkten. Ze waren echter duur, zwaar, verbruikten veel vermogen en waren te complex voor de meeste monteurs om te onderhouden. Wilson en Cotal's preselectors werden in enkele Britse en Franse auto's gebruikt tot begin jaren '50, maar het werd nooit een commercieel succes.

​

Hoewel de preselector transmissie de bediening vereenvoudigde, was het nog steeds geen volledig automatische versnellingsbak. Er waren wel experimenten met automatische transmissies sinds 1904, maar deze hadden allemaal weinig succes. Pas in de jaren '30 waren hydraulische remmen zo geavanceerd dat automatische transmissies daadwerkelijk haalbaar zouden kunnen worden.

De Cord 810/812 was een van de weinige Amerikaanse auto's die was uitgerust met een preselector transmissie. Dit was een vierversnellings Bendix 'Electric Hand' transmissie. De keuze viel op dit systeem omdat het de verbinding tussen de schakelhendel en de voor de motor geplaatste transmissie vereenvoudigde.

 

E.L. Cord, de oprichter van het merk, stond bekend om zijn technologische vooruitstrevendheid, maar had minder interesse in de verkoop van zijn auto's. Ondanks het ongewone ontwerp, dat door sommige Amerikanen werd gewaardeerd, was het gebruik van geavanceerde technologie uiteindelijk de ondergang van Cord. Voorwielaandrijving met onafhankelijke vering, weggewerkte koplampen, ontbrekende treeplanken en meer gaven de auto een totaal andere uitstraling dan de meeste andere auto's uit 1935. De productieaantallen bleven echter laag, en door de complexe techniek en het gebrek aan interesse van E.L. Cord, was het verhaal van de Cord 810/812 eind 1937 voorbij.

​

De oorsprong van de Automaat

 

Uiteraard is de automaat niet uitgevonden door één persoon en ineens miraculeus geïntroduceerd als een instant succes. De eerste werkende automatische transmissie, zoals we die nu kennen, is het resultaat van vele jaren van experimenten en verbeteringen door verschillende uitvinders over de hele wereld.

​

In Frankrijk werkten Louis-René Panhard en Émile Levassor aan een soort vroege automatische transmissie in 1894. Tijdens een demonstratie ging het systeem echter direct stuk. De uitleg over de werking werd vervolgens verder afgerond met een tekening op een schoolbord. Dit project markeerde de vroege pogingen om automatische systemen te ontwikkelen, maar de technologie was destijds nog niet rijp.

 

In Boston, USA, werkten de gebroeders Sturtevant aan een tweetraps automatische transmissie. Deze zou werken met centrifugaalgewichten die bij een bepaalde snelheid de koppeling zouden deactiveren. Hoewel het idee theoretisch interessant was, bleek de praktische uitvoering verre van betrouwbaar, wat de commerciële doorbraak van deze techniek verhinderde.

 

De Canadees Alfred Horner Munro vroeg in 1923 een patent aan voor een automatische transmissie die werkte met perslucht. Munro was een stoomtechnicus en zijn ontwerp maakte gebruik van luchtdruk om het schakelen te regelen. Hoewel dit systeem op papier werkte, was het niet krachtig of praktisch genoeg voor gebruik in de auto-industrie van die tijd.

 

In Brazilië, in 1932, werkten José Braz Araripe en Fernando Lehly Lemos aan een systeem dat gebruikmaakte van hydraulische druk om het schakelen automatisch te regelen. Dit was een veelbelovende technologie die de basis vormde voor de ontwikkeling van latere automatische transmissies. Hun werk trok de aandacht van General Motors, die hun ideeën en prototype uiteindelijk kocht om de technologie verder te ontwikkelen.

​

Syncro-Mesh Silent-Shift​



Onder de vele uitvinders die zochten naar manieren om het schakelen eenvoudiger te maken, bevond zich een hydrauliekingenieur uit Portland, Oregon, genaamd Earl A. Thompson. Zijn eerste stap was het vereenvoudigen van het schakelproces. In 1918 vroeg hij een patent aan voor wat hij het 'automatisch versnellingswissel mechaniek' noemde. Dit systeem maakte gebruik van conische synchronizers om de snelheid van de tandwielen gelijk te krijgen voordat ze werden gekoppeld, wat resulteerde in soepel schakelen zonder het traditionele ‘dubbel clutchen’ dat bij handgeschakelde versnellingsbakken nodig was.

Het patent was eigenlijk bedoeld voor een preselector transmissie, maar het belangrijkste aspect was dat het ervoor zorgde dat schakelen knarsvrij kon gebeuren, iets wat het rijcomfort aanzienlijk verbeterde.

Thompson ontwikkelde een werkend prototype en installeerde dit in een nieuwe Cadillac die hem werd gedoneerd door zijn jongere broer Kirk, die een Cadillac-dealerschap runde in Spokane, Washington. In 1924 reed Thompson de Cadillac naar Detroit om zijn uitvinding te demonstreren aan autofabrikanten. Hoewel de meeste fabrikanten niets wilden weten van buitenstaanders, dachten Cadillac's hoofdingenieur Ernest W. Seaholm en president Lawrence Fisher dat Thompsons uitvinding potentie had. Zij stuurden hem door naar GM's New-Devices Committee. Door gebrek aan interesse overwoog Thompson bijna om op te geven. Cadillac had echter wel interesse en nam de ontwikkeling van het systeem op zich, waarbij ze Thompson als consultant huurden.



De komende jaren was Thompson bezig met het ontwikkelen van zijn synchronizer mechanisme. Volgens Ernest W. Seaholm bouwde Cadillac 25 prototypes die samen 1,5 miljoen mijl aflegden op de GM Proving Grounds voordat de productie in augustus 1928 van start ging. Het systeem werd in de herfst van 1929 geïntroduceerd op de Cadillac- en LaSalle-modellen.

Qua kosten waren de vroege synchromesh-transmissies slechts gesynchroniseerd in de tweede en derde versnelling. Om in de eerste versnelling te schakelen, was het over het algemeen noodzakelijk om tot stilstand te komen. Desondanks was het systeem een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de eerdere 'crash'-bakken, waardoor autorijden aanzienlijk eenvoudiger werd. Het synchromesh-systeem werd al snel beschikbaar op andere GM-merken en werd later gelicenseerd door tal van andere autofabrikanten. Tegen het midden van de jaren '30 was het systeem standaard op bijna alle Amerikaanse auto's en veel Europese auto's.

​

Toen de eerste synchromesh-auto's werden verkocht, promoveerden Fisher en Seaholm Thompson tot assistent-hoofdingenieur. Thompson had het knarsen uit het schakelproces gehaald, en de volgende stap was het automatiseren van het schakelen.

 

Militair transmissie project



Sinds het midden van de jaren 20 probeerde GM-president Alfred P. Sloan, onder leiding van ontwikkelingschef Charles Kettering, een werkende automatische transmissie te laten ontwikkelen. Dit diende zowel commerciële als persoonlijke doelen, aangezien Sloan volgens eigen zeggen geen goede bestuurder was en moeite had met het bedienen van een conventionele transmissie.

In de late jaren 20 begon de Dynamics-afdeling van GM met het werken aan een frictie-transmissie op basis van een patent dat was overgenomen van Citroën.

 

Het ontwerp gebruikte een set toruslagers en tandwielen om de energie over te brengen, gecombineerd met een automatische koppeling. Het geheel functioneerde als een CVT (Continu Variabele Transmissie). Deze ontwikkeling was een samenwerking tussen Buick en Cadillac, onder leiding van Owen Nacker van Cadillac, John Dolza van Buick, en GM-onderzoeksingenieur John Almen.

Buick investeerde veel geld in het ontwikkelen van het systeem, dat ze 'The Roller' noemden. Hoewel het goed functioneerde op de GM Proving Grounds, was het systeem twee keer zo zwaar als een conventionele transmissie en had het een korte levensduur. Nog problematischer was dat de Buick accountants berekenden dat met de verwachte verkoopaantallen de Roller-transmissie voor minstens $500 verkocht moest worden — het equivalent van zo'n $8000 in hedendaags geld. Dit bracht Harlow Curtice, de CEO van Buick, ertoe het project in 1932 te annuleren.

 

Bij Cadillac had Earl Thompson een heel andere richting in gedachten. Ernest Seaholm, hoofdingenieur bij Cadillac, vertelde dat Thompson's inspiratie kwam van een 1930 Daimler die Cadillac voor evaluatie had gekocht. Deze Daimler had een Wilson preselector transmissie gecombineerd met een vloeistofkoppeling. Hoewel de Daimler nog steeds met de hand moest worden geschakeld, zag Thompson hierin wel het potentieel voor een automatische transmissie.

Aan het begin van 1932 startte Thompson samen met ontwikkelaars Ralph Beck en Walter Herndon het project voor een eigen automatische transmissie. In de lente van 1932 werd Owen Nacker assistent-hoofdontwikkelaar bij Cadillac, zodat Thompson zich volledig op het project kon concentreren. Het team werd verder uitgebreid met drie extra leden voor het testwerk: William Carnegie, Maurice Rosenberger, en Oliver Kelley. Dit team kreeg de naam 'Militair Transmissie Project', compleet met een vervaarlijk 'Verboden Toegang' bord op de deur. Hoewel hun werk later veel militaire toepassingen kreeg, was de naam slechts een codenaam, net zoals bij de ontwikkeling van de Cadillac V16. Dit project werd ook vermomd als een busmotorproject.

 

Cadillac begon ook patenten op te kopen voor andere automatische schakelsystemen. Vele hiervan waren onbruikbaar, maar Thompson wilde er zeker van zijn dat er geen juridische problemen zouden ontstaan. Een van de patenten die werden verworven, was van de Braziliaanse uitvinders José Braz Araripe en Fernando Lehly de Lemos. Araripe beweerde dat de AST (de automatische transmissie van Cadillac) alleen tot stand was gekomen doordat hij naar Detroit reisde en zijn uitvinding had verkocht voor $10.000. Het is niet helemaal duidelijk of het patent van Oscar H. Banker voor zijn automatische transmissie ook deel uitmaakte van de aankoop, hoewel hierover informatie beschikbaar is, maar geen sluitend bewijs.

​

Misschien kwam het door de Wilson transmissie, maar Thompson stapte over van de preselector naar een planetair tandwielstelsel. Dit systeem was al langer in gebruik in de auto-industrie. Henry Ford gaf er de voorkeur aan, net als Ford-ontwikkelaar Howard Simpson, wiens eigen latere automatische transmissie-systeem gebruikt zou worden door Chrysler, Ford, GM en Mercedes. Cadillac had al twee- en drie-traps transmissies met een planetair tandwielstelsel gebruikt, maar was hiervan afgestapt ten faveure van de 'sliding-gear' transmissie.

 

Het voordeel van een planetair tandwielstelsel is dat het de verhoudingen verandert door het wisselend toepassen van koppelingen en rembanden. Dit kan geregeld worden door elektromagneten, hydraulische, of vacuüm servos. Zelfs met zulke automatisering moest de bestuurder echter nog steeds iedere versnelling zelf kiezen. Thompson en zijn team bedachten een hydraulisch systeem dat de schakelmomenten automatisch zou bepalen op basis van het toerental, de stand van het gaspedaal, en andere inputs.

Een enkelvoudig planetair tandwielstelsel is normaal gesproken geschikt voor slechts twee voorwaartse versnellingen, dus de meeste van Thompson's concepten gebruikten twee planetaire tandwielstelsels in serie. Zo kwam men uit op vier voorwaartse versnellingen. De vroegste ontwerpen, gepatenteerd in 1934 en 1935, bedienden één tandwielenstelsel handmatig en de andere automatisch door gebruik te maken van een lamellenkoppeling en een remband, bediend door een hydraulische remband. Deze ontwerpen gebruikten nog steeds een conventioneel koppelingspedaal en waren voorzien van een 'low' en 'high' range.

​

• Low range bood automatisch schakelen tussen de eerste en tweede versnelling.

• High range schakelde automatisch tussen de derde en vierde versnelling.

​

De bestuurder startte in 'low' en schakelde handmatig naar 'high'. Afhankelijk van de motorsnelheid werd dan de derde of vierde versnelling gekozen.

Hoewel de resultaten veelbelovend waren, werd het project al snel onbetaalbaar. Door de depressie was de financiële toestand van Cadillac nogal precair. Rond 1934 overwoog GM zelfs het merk Cadillac op te heffen. Service manager Nicholas Dreystadt overtuigde het bestuur om Cadillac een tweede kans te geven, maar helaas werd daardoor wel het ontwikkelingsbudget gehalveerd. De ontwikkeling van stuurbekrachtiging, die rond dezelfde tijd plaatsvond, werd geannuleerd. Het automatische transmissieproject was echter te waardevol om te schrappen, vond Alfred P. Sloan. In januari 1935 werden Thompson en zijn team overgebracht naar het corporate ontwikkelings team, rapporterend aan hoofdontwikkeling Ormond E. Hunt.

​​

The Automatic Safety Transmission by Olds

 

Het automatische transmissieproject kwam al snel onder de aandacht van Oldsmobile's manager Charles McCuen en hoofd ontwikkeling Harold T. Youngren. McCuen was bekend met Buick's eerdere 'Roller' project en was enthousiast over de mogelijkheid om een automatische transmissie voor Oldsmobile te ontwikkelen. Hij gaf Youngren's team de opdracht om nauw samen te werken met Thompson's 'Transmission Development Group', zodat een productierijpe versie voor Oldsmobile ontwikkeld kon worden. Thompson en zijn team waren verantwoordelijk voor het conceptuele ontwerp, terwijl het personeel van Oldsmobile zich concentreerde op het vertalen van die ideeën naar een produceerbare vorm.

 

Het eerste resultaat van deze inspanningen was een semi-automatische versnellingsbak die door GM de Automatic Safety Transmission (AST) werd genoemd. Het veiligheidsaspect van de AST was dat het zogenaamd mogelijk was voor de bestuurder om beide handen aan het stuur te houden. De AST had vier voorwaartse versnellingen, maar behield een conventionele frictie koppeling. Het schakelen gebeurde echter automatisch. Het behouden van de koppeling was een compromis, aangezien Thompson en zijn team nog steeds hoopten een vloeistofkoppeling te gebruiken, maar McCuen zette hen onder druk om iets te ontwikkelen dat hij kon bouwen en verkopen. Daardoor was er te weinig tijd om een werkende vloeistofkoppeling te ontwikkelen.

 

De AST ging begin 1937 in productie en was vanaf juni beschikbaar in de verkoop. Hoewel het in wezen een Oldsmobile project was, werd de transmissie gebouwd in een voormalige Buick fabriek in Flint, Michigan. Buick ingenieurs waren echter niet enthousiast over de AST. Zij hadden hun eigen ideeën over een automatische transmissie, die later zou uitmonden in de naoorlogse Dynaflow. Oldsmobile had echter niet de capaciteit of de apparatuur om de AST te bouwen. Buick gaf $5 miljoen uit aan machinerie, wat zij terugverdienden door Oldsmobile een forse $180 te factureren voor elke gebouwde transmissie.

 

De AST was aanvankelijk een $80 kostende optie voor de achtcilinder Oldsmobiles en werd vanaf modeljaar 1938 ook als optie aangeboden voor de zescilinders. Buick had niet de intentie om de AST te gebruiken, maar onder druk van GM introduceerde Buick's directeur Harlow Curtis met tegenzin de 'Self Shifting Transmission' als optie op de 1938 Specials. In tegenstelling tot Oldsmobile bood Buick de transmissie niet aan op de duurdere modellen en stopte in het midden van 1938 de levering vanwege de lage verkoopcijfers.

 

De AST was geenszins de eerste of enige semi-automatische transmissie van die tijd. Reo had zijn Self-Shifter gelanceerd in mei 1933 met veel tamtam, maar zowel de transmissie als het merk waren tegen het midden van de jaren '30 verdwenen.** Rond 1937 was Chrysler bezig met de ontwikkeling van zijn eigen M4 halfautomatische transmissie, die debuteerde in 1940.

 

De meeste semi-automaten uit die tijd waren problematisch, en de AST was geen uitzondering. Er waren veel kinderziektes, en de transmissie was zo complex dat Oldsmobile dealers adviseerden om deze niet te repareren, maar op te sturen naar de fabriek voor vervanging. Buick bood weinig hulp, aangezien de ontwikkelaars in Flint het beschouwden als een probleem van Oldsmobile. De productie van de AST was erg beperkt. Slechts 7% van de 1937-1939 Oldsmobiles en waarschijnlijk 3000 Buicks gebruikten de transmissie. Aangezien Oldsmobile meer betaalde voor iedere transmissie dan ze ervoor vroegen, heeft het merk enorm veel geld verloren op dit project.

Het lijkt erop dat het doel van de AST was om meer real-world ervaring op te doen voor de volautomatische transmissie die Thompson en McCuen ooit hoopten aan te bieden.

 

Hydra-matic

 

In 1939 had Oldsmobile 5000 pre-productie auto's gebouwd met een nieuwe versie van de AST, genaamd Hydra-matic. Intern was de Hydra-matic vergelijkbaar met de AST, maar het gebruikte een derde planetair tandwielstelsel voor de achteruit. Twee oliepompen, waarvan er één door de motor werd aangedreven en de andere door de uitgaande as, zorgden voor de werkdruk van het kleppenhuis. Een vloeistofkoppeling verving de conventionele koppeling. Oliver Kelley, de hoofdontwerper en degene op wiens naam het patent was ingediend, noemde het de 'vloeistof turbo koppeling'. Deze koppeling had een onorthodoxe functie die het handelsmerk van de Hydra-matic zou worden: om te voorkomen dat de auto vooruit kruipt bij stationair draaien, stuurde het motorvliegwiel het vloeistofkoppeling-schoepenrad aan door het voorste planetaire tandwielstelsel, in plaats van rechtstreeks. Hierdoor draaide het schoepenrad altijd langzamer dan de motor, waardoor de kruipneiging verminderd werd.

 

Zoals bij de AST zorgde de 'low' range voor het automatisch schakelen tussen één en twee. Drive functioneerde als 'High' range van de AST, maar de 'governor' was zodanig aangepast dat hij automatisch schakelde tussen alle vier de versnellingen. Het schakelen van twee naar drie was nog steeds complex en kon schokkerig zijn als de banden en verbindingen niet perfect waren afgesteld. Er was geen koppelingspedaal, en men hoefde alleen handmatig te schakelen naar neutraal of achteruit. Er was geen park-stand, maar er was wel een parkeerpal die geactiveerd kon worden door de transmissie in 'reverse' te zetten. De eerste versnelling was erg kort, omdat een vloeistofkoppeling niet erg efficiënt is. De eerste versnelling was zo kort dat de auto opschakelde voordat je überhaupt in beweging was gekomen. Daarom had de Hydra-matic vier versnellingen.

 

In tegenstelling tot de AST, werd de Hydra-matic niet door Buick gebouwd, maar door GM's Detroit Transmission Division in Livonia, Michigan. De productie startte in mei 1939. Toen de 1940 Oldsmobiles in productie gingen in oktober, werd Hydra-matic een reguliere optie. Opmerkelijk was dat de prijs van $57 lager was dan die van de laatste AST ($73). Waarschijnlijk was dit wederom een stuk lager dan de werkelijke productieprijs.

 

Toen Alfred P. Sloan, het hoofd van GM, zijn eerste rit maakte in een Oldsmobile uitgerust met Hydra-matic, was hij onder de indruk. "Al 15 jaar vind ik dat een versnellingspook niet in een echt moderne auto thuishoort. Het is slechts een kwestie van tijd totdat alle auto's dit type transmissie zullen hebben." Zijn uitspraak kwam al heel dicht bij de waarheid. In Amerika komt een handgeschakelde transmissie weinig voor. Ook in Europa zien we de laatste jaren een flinke verschuiving naar automaten, en sommige merken leveren zelfs geen handbakken meer in de luxere modellen.

​

​

​