Haldex-Kupplung

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Die Haldex-Kupplung

- ein intelligenter Allradantrieb

Auf der Suche nach einem intelligenten Allradantrieb, der vor allem regelbar ist, stießen die Antriebstechniker von Volkswagen im Jahre 1995 auf eine neue Kupplungsart. Dabei handelt es sich um das Antriebskonzept der schwedischen Firma Haldex, für das die Allrad-Spezialisten von Steyr-Daimler-Puch in Österreich die Funktions-Software entwickelt haben. Kernstück ist eine im Ölbad laufende Lamellenkupplung, die axial zusammengedrückt wird. Mit der Höhe des ausgeübten Drucks lässt sich das übertragbare Drehmoment variieren und damit die Kraftübertragung auf die Hinterräder regeln. Der Druck wird nach allen Regeln der Programmier-Kunst so gesteuert, dass der "4MOTION" getaufte, neue High-Tech-Allradantrieb alles das kann, was dem bisherigen Syncro-Antrieb fehlte.

Die neue Kupplung ist eine kompakte Baugruppe, die an gleicher Stelle platziert ist wie die Visco-Kupplung des bisherigen Syncro-Antriebs: Sie sitzt am Hinterachsgetriebe und wird von der Kardanwelle angetrieben.
Ihr elektronisches Steuergerät erhält Informationen über den Hauptweg aller elektronischen Informationen, den CAN-Bus. Dieser überträgt vom ABS- und Motorsteuergerät: Signale von den Radsensoren, Signale der Schlupf-Regelsysteme und Bremsen, Motorsignale wie Gaspedalstellung, Motordrehzahl u.a. Abhängig davon regelt sie Höhe und Verlauf des hydraulischen Drucks, der auf die Kupplungslamellen ausgeübt wird. Den Druck erzeugen zwei kupplungsinterne Ringkolbenpumpen. Sie werden nur dann wirksam, wenn Ein- und Ausgangswelle nicht mit gleicher Drehzahl laufen. Denn nur dann ist eine Drehmomenten-Aufteilung erforderlich.

Ein wesentlicher Vorzug der Haldex-Kupplung ist ihre außerordentlich kurze Reaktionszeit: Schon nach einem Drehwinkel von nur 45 Grad - also am Anfang der ersten Umdrehung nach "Befehlsempfang" durch elektronisches Signal - liegt der Druck vollständig an und erzeugt das entsprechende Hinterachs-Drehmoment. Die Kupplung regelt das Moment stufenlos von Null bis zur vollen Übertragung hoch, was einer Aufteilung des Antriebs von 50:50 zwischen Vorder- und Hinterrädern entspricht, je nach Reibwertverhältnis sind sogar bis zu 100 Prozent des Antriebsmoments an der Hinterachse möglich.
Sie ist sehr robust ausgelegt und kann maximale Momente bis 3200 Newtonmeter an die Hinterachse übertragen. Das ist mehr als das Doppelte gegenüber der bisherigen Visco-Kupplung.

Vorteile:

Sie verwirklicht den permanenten Allradantrieb, sobald der Motor gestartet wird und ist regelbar.

Sie garantiert spurstabiles Beschleunigen

sowie neutrales bis leicht untersteuerndes Fahrverhalten im Normalbetrieb und

sogar übersteuerndes Fahrverhalten bei Leistungsüberschuss.

Sie führt zu einem gutmütigen Fahrverhalten im Schubbetrieb,

verspannt sich beim Rangieren nicht,

verkraftet unterschiedliche Reifenumfänge (Notrad) und

gestattet das Abschleppen mit angehobener Achse.

Vor allem aber harmoniert sie mit allen Schlupf-Regelsystemen von der Antiblockierbremse (ABS) über Antriebsschlupf-Regelung (ASR) und elektronischer Differentialsperre (EDS) bis hin zum Fahrstabilitätsprogramm (ESP).

Das Motordrehmoment wird über das Schaltgetriebe, das Vorderachsdifferenzial und den Vorderachsantrieb auf die Kardanwelle übertragen. Die Kardanwelle ist mit der Eingangswelle der Haldex-Kupplung verbunden. In der Haldex-Kupplung ist die Eingangswelle von der Ausgangswelle zum Hinterachsdifferenzial getrennt. Eine Drehmomentübertragung auf das Hinterachsdifferenzial kann nur über das geschlossene Lamellenpaket der Haldex-Kupplung erfolgen.

Die Mechanik besteht im Wesentlichen aus den drehenden und sich bewegenden Teilen. Dazugehören

- die Eingangswelle

- die Innen- und Außenlamellen

- die Hubscheibe

- die Rollenlager mit den Ringkolben

- die Ausgangswelle

Die Elektronik besteht im Wesentlichen aus

- der elektrischen Ölpumpe

- dem Stellmotor für das Regelventil

- dem Temperatur-Geber

- dem Steuergerät

Die Hydraulik besteht im Wesentlichen aus

- den Druckventilen

- dem Akkumulator

- dem Ölfilter

- den Ringkolben

- dem Regelventil

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Die Lamellen-Kupplung

Die Eingangswelle der Kupplung, in der Abbildung blau dargestellt, ist mit der Kardanwelle verbunden. Mit dem Drehen der Eingangswelle werden die Rollenlager für den Hubkolben und für den Arbeitskolben sowie die Außenlamellen mitgenommen.

Die Ausgangswelle, in der Abbildung rot dargestellt, bildet von der Hubscheibe bis zum Trieblingskopf eine Einheit. Auch die Innenlamellen sind über eine Längsverzahnung mit der Ausgangswelle verbunden.

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Funktion der Mechanik

Im Moment des Beschleunigens dreht die Eingangswelle mit dem Rollenlager des Hubkolbens um die noch stehende Hubscheibe der Ausgangswelle. Dabei läuft das Rollenlager des Hubkolbens über eine Berg- und Talbahn der Hubscheibe. Diese Auf- und Abbewegungen gibt die Rolle weiter auf den Hubkolben. Der Hubkolben wird dadurch in Hubbewegung versetzt und baut einen Öldruck auf. Dieser Öldruck wird über einen Ölkanal an den Arbeitskolben gelenkt. Der Arbeitskolben wird durch den Öldruck nach links gegen die Lagerrolle und Druckplatte des Lamellenpaketes gedrückt. Das Lamellenpaket wird zusammengepresst. Die Verbindung der Eingangswelle zur Ausgangswelle der Kupplung ist hergestellt, und damit der Allradantrieb.

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Bei Drehzahldifferenz zwischen der Vorder- und der Hinterachse dreht das Außenlamellengehäuse mit den Rollenlagern um die Ausgangswelle, so dass die Rollenlager des Hubkolbens auf der Hubscheibe abrollen. Durch die Form der Hubscheibe durchlaufen die Rollenlager des Hubkolbens eine Berg- und Talbahn und geben diese Hubbewegung auf den im Gehäuse liegenden Hubkolben weiter.

Die Ausgangswelle mit der Längsverzahnung für die Innenlamellen bildet mit der Hubscheibe und dem Trieblingskopf eine Einheit. Das Außenlamellengehäuse mit der Längsverzahnung für die Außenlamellen und den Rollenlagern bilden eine Einheit mit der Eingangswelle.

Durch die Hubbewegung des Hubkolbens wird ein Öldruck erzeugt, der sich über den Ölkanal auf den Arbeitskolben auswirkt und diesen nach links treibt.

Über die Rollenlager des Arbeitskolbens wird der Druck über eine Druckplatte auf das Lamellenpaket übertragen. Die Kupplung schließt und stellt so eine Verbindung zwischen der Vorder- und der Hinterachse her.

Aus Gründen des Umfangs verzichte ich auf eine Schilderung der Hydraulik- und Elektronikfunktionen.

Mittlerweile gibt es die Haldex bereits in Version 4 mit vielfach verbesserten Funktionen als hier beschrieben.

Ein Video zu Haldex: http://www.volkswagen.de/technik/index_.htm

Zum Nachlesen:

Mit freundlicher Unterstützung von VW (Infos und Bilder)

siehe auch | Audi Quattro | Multitronic |

Wiesinger

überarbeitet: 26.08.10

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Auf der Suche nach einem intelligenten Allradantrieb, der vor allem regelbar ist, stießen die Antriebstechniker von Volkswagen im Jahre 1995 auf eine neue Kupplungsart. Dabei handelt es sich um das Antriebskonzept der schwedischen Firma Haldex, für das die Allrad-Spezialisten von Steyr-Daimler-Puch in Österreich die Funktions-Software entwickelt haben. Kernstück ist eine im Ölbad laufende Lamellenkupplung, die axial zusammengedrückt wird. Mit der Höhe des ausgeübten Drucks lässt sich das übertragbare Drehmoment variieren und damit die Kraftübertragung auf die Hinterräder regeln. Der Druck wird nach allen Regeln der Programmier-Kunst so gesteuert, dass der "4MOTION" getaufte, neue High-Tech-Allradantrieb alles das kann, was dem bisherigen Syncro-Antrieb fehlte.
Die neue Kupplung ist eine kompakte Baugruppe, die an gleicher Stelle platziert ist wie die Visco-Kupplung des bisherigen Syncro-Antriebs: Sie sitzt am Hinterachsgetriebe und wird von der Kardanwelle angetrieben.	Ihr elektronisches Steuergerät erhält Informationen über den Hauptweg aller elektronischen Informationen, den CAN-Bus. Dieser überträgt vom ABS- und Motorsteuergerät: Signale von den Radsensoren, Signale der Schlupf-Regelsysteme und Bremsen, Motorsignale wie Gaspedalstellung, Motordrehzahl u.a. Abhängig davon regelt sie Höhe und Verlauf des hydraulischen Drucks, der auf die Kupplungslamellen ausgeübt wird. Den Druck erzeugen zwei kupplungsinterne Ringkolbenpumpen. Sie werden nur dann wirksam, wenn Ein- und Ausgangswelle nicht mit gleicher Drehzahl laufen. Denn nur dann ist eine Drehmomenten-Aufteilung erforderlich.
Ein wesentlicher Vorzug der Haldex-Kupplung ist ihre außerordentlich kurze Reaktionszeit: Schon nach einem Drehwinkel von nur 45 Grad - also am Anfang der ersten Umdrehung nach "Befehlsempfang" durch elektronisches Signal - liegt der Druck vollständig an und erzeugt das entsprechende Hinterachs-Drehmoment. Die Kupplung regelt das Moment stufenlos von Null bis zur vollen Übertragung hoch, was einer Aufteilung des Antriebs von 50:50 zwischen Vorder- und Hinterrädern entspricht, je nach Reibwertverhältnis sind sogar bis zu 100 Prozent des Antriebsmoments an der Hinterachse möglich.	Sie ist sehr robust ausgelegt und kann maximale Momente bis 3200 Newtonmeter an die Hinterachse übertragen. Das ist mehr als das Doppelte gegenüber der bisherigen Visco-Kupplung.
Vorteile: Sie verwirklicht den permanenten Allradantrieb, sobald der Motor gestartet wird und ist regelbar. Sie garantiert spurstabiles Beschleunigen sowie neutrales bis leicht untersteuerndes Fahrverhalten im Normalbetrieb und sogar übersteuerndes Fahrverhalten bei Leistungsüberschuss. Sie führt zu einem gutmütigen Fahrverhalten im Schubbetrieb, verspannt sich beim Rangieren nicht, verkraftet unterschiedliche Reifenumfänge (Notrad) und gestattet das Abschleppen mit angehobener Achse. Vor allem aber harmoniert sie mit allen Schlupf-Regelsystemen von der Antiblockierbremse (ABS) über Antriebsschlupf-Regelung (ASR) und elektronischer Differentialsperre (EDS) bis hin zum Fahrstabilitätsprogramm (ESP).