Allradantrieb – Hinterachsgetriebe mit Lamellenkupplung

Mercedes-Benz 4MATIC mit quer eingebautem Motor

Ein Hinterachsgetriebe mit Lamellenkupplung kann neben der Haldex-Variante auch technisch alternativ realisiert werden. Hier zeigt zum Beispiel Mercedes-­
Benz mit seiner 4MATIC und ‚Torque-on-­Demand-Hinterachse‘ eine weitere Möglichkeit.

Aufbau

Der Grundaufbau des Systems besteht aus einer elektrohydraulischen Lamellenkupplung, einer mechanischen Zahnradpumpe sowie einem Regelventil das auch als Proportionalventil bezeichnet wird. Als Schutzeinrichtung und zur Drehmomentbegrenzung ist zusätzlich ein Überdruckventil eingebaut.
Was die Systemregelung angeht, werden die Informationen der bereits verbauten Sensoren genutzt. Aufgrund der geringen Anzahl der Bauteile wiegt das System relativ wenig.

Funktion – Kraftübertragung

Über einen Nebenabtrieb, der sogenannten ‚Power Take-off Unit‘ am Hauptgetriebe, kurz PTU genannt, gelangt die Kraft über die Kardanwelle zum Hinterachsgetriebe. Die im Hinterachsgetriebe integrierte Innenzahnradpumpe dient zum Aufbau des Systemöldrucks. Das Innenzahnrad ist mit der Kardanwelle und das Außenzahnrad mit dem Eingang zum Hinterachsdifferenzial verbunden.

Bei Dreh­zahldifferenzen zwischen Vorder- und Hinterachse beginnt die Pumpe Öl anzusaugen und Öldruck aufzubauen. Der Öldruck wirkt auf das Lamellenpaket und presst es zusammen. Damit der Druck im System geregelt werden kann liegt der Öldruck gleichzeitig an einem Regelventil, auch Proportionalventil genannt, an. Je nachdem wie dieses Ventil vom Allrad-­Steuergerät elektrisch betätigt wird, wirkt mehr oder weniger Öldruck auf das Lamellenpaket.

Die Lamellenkupplung ist aber nie komplett geschlossen. Als Sicherheitseinrichtung dient ein Überdruckventil, sodass der wirkende Öldruck auf einen Maxi­malwert begrenzt wird.

Systemübersicht ‚Torque on Demand‘, 4MATIC. Bild: Daimler AG

Querschnitt 4MATIC mit Torque-on-Demand-­Einheit. Bild: Daimler AG

Querschnitt der PTU. Bild: Daimler AG

Bauteile des Hinterachs­getriebes. Bild: Daimler AG

Das Allrad-Steuergerät erhält alle Informationen zur Systemsteuerung aufgrund der Datenbus-Vernetzung über den Antriebs-CAN. Eine wichtige Kenngröße zur Regelung sind die vier Raddrehzahlsensoren, da das System keine eigenen Sensoren besitzt. Gleichzeitig nutzt das Allradsystem auch das Elektronische Traktionssystem – ETS –, um den Vortrieb stets zu gewährleisten. Aufgrund der stufenlosen Zuschaltung der Hinterachse erfolgt ein ständiger Wechsel zwischen den Funktionen ETS und 4 ETS.

In der Grundstellung, mit geöffneter Lamellenkupplung, wird das Fahrzeug fast komplett im Frontantrieb betrieben. Die Bezeichnung ‚Torque-on-Demand‘ bedeutet, dass der Antrieb zu einem gewissen Grad immer mit der Hinterachse arbeitet. Deshalb ist das System bei den kupplungsbasierenden permanenten Allradsystemen eingeordnet.

Eine komplett klare Abgrenzung zu den zuschaltbaren Varianten ist aber nicht möglich, weshalb die Außendarstellungen teilweise unterschiedlich sind. Die Bezeichnung ‚permanent verfügbar‘ passt hingegen sehr gut.

Info – Proportionalventil

Ein Proportionalventil wird auch als Stetigventil bezeichnet, da ein stetiger Übergang im Durchlass der Ventilöffnung erfolgt und somit ein veränderlicher Volumenstrom des eingesetzten Mediums möglich ist. Der Einsatz als verstellbares Stromventil erlaubt die Regelung von Mengenströmen.