Allradantrieb

Allgemein

Quattrotechnik von Audi, vom Rennsporterfolg auf die Straße

Ein Allradantrieb (4×4 ,engl. Four by Four), 4WD (Four Wheel Drive) und AWD (All Wheel Drive)) ist eine Antriebsart bei Kraftfahrzeugen, bei der die Motorkraft auf alle Bodenberührenden Räder wirkt. Fahrzeughersteller geben auch andere Namen für "ihren" Allradantrieb. Audi nennt es Quattro, BMW X-Drive und Mercedes-Benz 4Matic.

Funktion des Allradantriebes

Es gibt grundlegend zwei Arten einen Allradantrieb in einem Fahrzeug zu verbauen. Entweder werden alle 4 Räder permanent angetrieben, man spricht vom permanentem Allradantrieb. Die zweite Möglichkeit ist der zuschaltbare Allradantrieb. Bei diesem Antriebskonzept wird je nach Bedarf die zweite Antriebsachse zu oder weggeschaltet. Bei dieser Antriebsart spricht man von dem Zuschaltbaren Allradantrieb. Es gibt viele Fahrzeuge mit Allradantrieb, doch die meisten beruhen auf wenigen Konzepten, bei denen dann einzelne Bauteile variiert werden. Ein Grundprinzip findet man bei allen Fahrzeugen: Wenn der Allradantrieb aktiv ist, wird die Motorleistung zunächst auf zwei Zweige aufgeteilt (Verteilung zwischen Vorder- und Hinterachse) und dann wird jeder Zweig noch einmal aufgeteilt (Verteilung zwischen linkem und rechtem Rad).

Beim Differentialgesteuerten (permanenten) Allradantrieb wird die Antriebsleistung stets auf alle vier Räder verteilt. Kupplungsgesteuert oder automatisch bedarfsgesteuert (auch Hang-On genannt) heißt, dass eine Achse permanent angetrieben wird, die andere Achse nur dann, wenn die permanent angetriebene Achse Schlupf hat. Die zweite Achse wird nicht direkt, sondern über eine Visco-Kupplung, eine Fliehkraft-Kupplung oder eine elektronisch gesteuerte Kupplung zugeschaltet.

Aufbau des Allradantriebes

Der technische Unterschied fängt erst hinter dem Getriebe an. Ein Fahrzeug, bei dem nur eine Achse angetrieben hat, kommt im günstigsten Falle (Frontmotor/Frontantrieb oder Heckmotor/Heckantrieb) mit diesen Komponenten aus:

• Einen Antrieb für das Differenzial: Tellerrad oder Stirnradverzahnung, je nach dem, ob ein Längs- oder Quermotor eingebaut ist,
• das Differenzial selbst und
• zwei Antriebswellen

Ein Allradantrieb braucht mindestens diese Komponenten:

• Antrieb der zweiten Achse mit:

• Kardanwelle (die meist geteilt wird und deshalb weitere Zwischenlager hat)
• den Antrieb für das Differential über ein Kegelrad plus Tellerrad
• das Differential selbst, und
• zwei weitere Seitenwellen

• Je nach Bauweise, kann die Aufteilung zwischen Vorder- und Hinterachse so vorgenommen werden:

• Zentraldifferenzial oder Planetengetriebe plus Sperreinrichtung
• Viscokupplung
• Klauenkupplung

• Kette oder Zahnradsatz, wenn im Verteilergetriebe ein Achsversatz erforderlich ist,
• Gehäuse für Zentraldifferential, Visco- oder Klauenkupplung (Verteilergetriebe),
• zusätzliche oder vergrößerte Gehäuse für zweite Achse
• Möglicherweise Änderungen in der Bodengruppe oder der Achsführung der zweiten Achse

Kraftstoffverbrauch

Wenn mehr Getriebeteile bewegt werden, führt das zu einem höheren Kraftstoffverbrauch, denn jede Zahnradpaarung hat einen gewissen Verlust, der das Getriebeöl aufheizt, statt das Fahrzeug anzutreiben. Übliche Getriebewirkungsgrade liegen über 95%, die Leistungsfresser in der Mechanik sind:

• Reibung in Dichtungen und Lagern, insbesondere bei vorgespannten Lagern, wie z.B. Kegelrollenlagern
• Planschverluste im Öl, wenn es durch die Zahnräder gequirlt wird
• Kämmen von Zahnradpaaren, insbesondere wenn zur Wälzbewegung der Zahnräder noch ein Gleitanteil kommt. Der Gleitanteil ist bei einigen Verzahnungsarten üblich, z.B. durch den Achsversatz im Hypoidgetriebe (Tellerrad) und ist z.T. sogar geometrisch zwingend (z.B. Schneckengetriebe im Torsen-Differential).

• Wenn die zusätzlichen Antriebswellen nicht gestreckt sind, haben auch sie einen Verlust, allerdings liegt der Wirkungsgrad bei üblichen Antriebswellen weit über 98%

• Das Mehrgewicht eines Allradfahrzeuges muss beschleunigt werden

Audi hat in den Anfangszeiten des Quattro-Konzeptes behauptet, dass bei bestimmten Fahrsituationen der Allradantrieb sogar verbrauchsgünstiger sei, als ein Zweiradantrieb. Begründet wurde dies so: Beim Antreiben nehmen die Verlustleistungen in den Reifen nicht linear, sondern progressiv zu – doppelte Antriebsleistung bedeutet mehr als doppelt so große Verluste durch Walkarbeit in den Reifen.

Wird nun die Antriebsleistung auf vier Räder verteilt, halbiert sich nicht nur die Verlustleistung je Rad, sondern wird noch kleiner – daher die Einsparung. Allerdings ist diese Argumentation in der Literatur nicht (mehr) aufzufinden, was darauf schließen lässt, dass entweder niemandem außer Audi diese vorteilhafte Eigenschaft der Reifen aufgefallen ist (der Mehrverbrauch, die Testzeitschriften immer wieder feststellen, sprechen da eine andere Sprache) oder dass sich der innere Aufbau und Wirkungsgrad von Reifen stark verändert hat.

Einsatzmöglichkeiten

Der Allrad-Antrieb wird Hauptsächlich bei Geländefahrzeugen und Nutzfahrzeugen (wie zum Beispiel im Unimog) verbaut, aber die Technik erhält immer mehr Einzug in normalen Pkw vor allem die Premium-Hersteller setzten auf ihre Allradkonzepte.

Selbst in der Zweiradindustrie gibt es einige Hersteller die Motorräder mit 2-Radantrieb Entwickeln, z.B. Yamaha mit der WR 450 2WD.

Yamaha WR450 2-WD

Der Antrieb (bei dem bis zu 5% der Motorleistung an das Vorderrad übertragen werden) wird durch eine Hydraulikpumpe die vom Hinterrad oder direkt vom Motor angetrieben wird ermöglicht. Hier ist ein Video passend zu dem Thema Allrad im Motorrad

Der 4Matic Antrieb ist hier rot dargestellt

Vorteile

Die Vorteile des Allradantriebs sind vielfältig:

• Schnelleres Anfahren, bei schlechtem Untergrund
• Reifen fahren sich gleichmäig ab
• Neutrales Fahrverhalten

Der Sicherheitsfaktor

Der Allradantrieb wird gerne von der Werbung als sicher dargestellt. Dies trifft auch in speziellen Situationen zu, wenn man beispielsweise in der Kurve Gas gibt, dann müssen die Räder nicht nur die Seitenführungskräfte übernehmen, damit das Fahrzeug der Kurve folgt, sondern sie müssen gleichzeitig Antriebskräfte auf die Straße übertragen. Die Fähigkeit ist aber begrenzt, wie man am Kammschen Reibungskreis sieht. Wenn man nun die Räder der angetriebenen Achse überfordert, kann das Fahrzeug nicht mehr der Kurve und dem Wunsch des Fahrers folgen. Wenn man aber die Antriebsleistung noch auf eine zweite Achse verteilen kann, dann lässt sich in Kurven besser beschleunigen bzw. mit höheren Geschwindigkeiten fahren. Wenn man sich in einer einsamen Gegend durch einen Fahrfehler festgefahren hat, ist die Wahrscheinlichkeit, mit einem Allrad freizukommen größer, als wenn man nur eine angetriebene Achse hat.

Nachteile

Die Nachteile des Allradantriebs sind vielfältig:

• Erhöhter Verbrauch
• Teurer in der Anschaffung und in der Regel hat man beim Kauf weniger Auswahl bei den möglichen Motor-, Getriebe- und Karosserieversionen
• Mehr Teile, die undicht werden oder kaputtgehen können, z.B. wenigstens zehn statt vier Gelenkwellenmanschetten, ein zweites und drittes Differential
• Mehr Gewicht
• Weniger Platz im Fahrzeug, z.B. Einschränkungen im Kofferraum

Bedarfsgesteuertes Allradsystem von BMW

Fragen

1. Welche beiden Allradkonzepte gibt es im Pkw Bereich?
2. Welche Nachteile ergeben sich durch die Allradtechnik?
3. Mit Welchen Kupplungen kann der Allradantrieb im PKW zugeschaltet werden?
4. Welche Automarke wirbt mit ihrer Allradtechnik "Quattro"?
5. Wie wird der Allradantrieb im Motorrad ermöglicht?

Antworten unter: Allradtechnik: Antworten

Links zum Thema

Allrad-Magazin

Quellen

Wikipedia

Evisor