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Kraftübertragung  

Die Haldex-Kupplung als Allradantrieb

von VW
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- 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.

Funktion der Haldexkupplung


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

 

 

Haldex Bauteile

Haldex Bauteile

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.

Lamellenkupplung

Lamellenkupplung

 

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.

Lamellenkupplung
 
Lamellenkupplung

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. 

Lamellenkupplung

Außenlamellengehäuse

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.

Lamellenkupplung

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.

 


 

Haldexkupplung der fünften Generation

Wolfsburg, 20. August 2013 - Typisch für den Golf R ist seit jeher der permanente Allradantrieb 4MOTION. Im vierten Golf R kommt nun ein 4MOTION-System der neuesten Generation zum Einsatz. Gekoppelt ist dieser Allradantrieb an ein manuelles 6-Gang-Getriebe mit verstärkter Kupplung und einer Schaltwegeverkürzung. Als Sonderausstattung steht zudem ein automatisch schaltendes 6-Gang-Doppelkupplungsgetriebe (DSG) zur Verfügung, das alternativ ebenfalls manuell geschaltet werden kann.

Golf 4motion

Golf 4motion

Der unter anderem mittels einer Haldex-5-Kupplung perfektionierte 4MOTION-Allradantrieb des Golf R wird bereits aktiv, bevor Schlupf auftritt. Ein Traktionsverlust kann damit nahezu ausgeschlossen werden. Das System nutzt hier eine vom jeweiligen Fahrzustand abhängige Vorsteuerung. Bei geringer Last oder im Schub erfolgt der Vortrieb primär über die Vorderachse, die Hinterachse ist dabei entkoppelt. Diese Grundabstimmung spart Kraftstoff. Die Hinterachse des Golf R wird bei Bedarf allerdings in Sekundenbruchteilen stufenlos zugeschaltet, sobald das notwendig wird. Dies geschieht über die mittels einer elektrohydraulischen Ölpumpe betätigte Haldex-Kupplung.

Haldex 5

Haldex 5 Kupplung

Situationsabhängige Kraftverteilung

Ein Steuergerät errechnet permanent das ideale Antriebsmoment für die Hinterachse und regelt über die Ansteuerung der Ölpumpe, wie weit die Lamellenkupplung geschlossen werden soll. Dabei steigt der Anpressdruck auf die Kupplungslamellen proportional zum an der Hinterachse gewünschten Drehmoment. Mit der Höhe des Drucks auf die Kupplungslamellen lässt sich das übertragbare Drehmoment stufenlos variieren. Selbst beim schnellen Anfahren und Beschleunigen des 300 PS starken Golf R wird ein Durchdrehen der Räder vollends verhindert, da das Steuergerät die Drehmomentverteilung entsprechend der dynamischen Achslasten regelt. Die Ansteuerung der Haldex-5-Kupplung erfolgt in erster Linie in Abhängigkeit des vom Fahrer angeforderten Motordrehmoments. Parallel wertet eine sogenannte Fahrzustandserkennung im Allradsteuergerät Parameter wie die Raddrehzahlen und den Lenkwinkel aus. Je nach Bedarf können nahezu 100 Prozent des Antriebsmoments an die Hinterachse geleitet werden.

 

Allradkupplung

Allradkupplung Generation V Einzelteile

Vierrad-EDS als Quersperren

Parallel zu der als Längssperre fungierenden Haldex-Kupplung übernehmen die in das elektronische Stabilisierungsprogramm integrierten elektronischen Differenzialsperren (EDS) die Funktion von Quersperren. Sie ermöglichen via Anbremsen des durchdrehenden Rades eine weiterhin stabile Übertragung der Antriebskraft durch das gegenüberliegende Rad. Beim Golf R kommen die elektronischen Differenzialsperren als sogenanntes Vierrad-EDS an beiden Achsen zum Einsatz.

4Motion

4Motion

XDS+ präzisiert Spurführung in Kurven

Darüber hinaus ist der Golf R an der Vorder- und Hinterachse mit XDS+ ausgestattet, das bei schneller Kurvenfahrt die kurveninneren Räder anbremst und so das Lenkverhalten optimiert. In der neuen Version XDS+ kann diese Funktion auf ein größeres fahrdynamisches Spektrum angewendet werden – das Fahrzeug wird somit auch außerhalb von Beschleunigungszuständen agiler. Technisch handelt es sich beim XDS+ um eine Funktionserweiterung der elektronischen Differenzialsperren. Sobald die Elektronik erkennt, dass eines der kurveninneren Räder bei schneller Fahrt zu sehr entlastet wird, baut die Hydraulik der Electronic Stability Control (ESC) an diesem Rad gezielt einen Bremsdruck auf, um wieder die optimale Traktion herzustellen. Das XDS+ wirkt so als Quer-Sperrdifferenzial, mit dem das Untersteuern in schnell gefahrenen Kurven ausgeglichen wird.

ESC Sport

Der neue Golf R ist serienmäßig mit der Funktion „ESC Sport“ ausgestattet. Aktiviert wird das System über einen zweistufigen Schalter auf der Mittelkonsole. Drückt der Fahrer die Taste einmal kurz, schaltet die Electronic Stability Control (ESC) in den Modus „ESC Sport“. Bei sehr schnellen und kurvenreichen Fahrten – etwa auf der Rennstrecke – spricht das ESC in der Folge später an und ermöglicht so nochmals agilere Handlingeigenschaften. Wird die ESC-Taste länger als drei Sekunden gedrückt, wird das System indes für den professionellen Einsatz auf der Rennstrecke komplett deaktiviert – diese Deaktivierung ist nur im Golf R und keinem anderen Modell der Baureihe verfügbar.

 

Mit freundlicher Unterstützung von VW (Infos und Bilder)

siehe auch | Audi Quattro | Multitronic |



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Johannes Wiesinger

bearbeitet: 16.03.2015

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