Dem Derk sein Blog

Der zuschaltbare Allradantrieb - Funktion und Grenzen

[der_Derk]

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jimny-winter

Ein weiteres, immer wiederkehrendes Thema im Forum ist der zuschaltbare Allradantrieb. Ähnlich wie schon bei der Freilaufnabe, bietet es sich an, diesem Thema einen Blogartikel zur zentralen Zusammenfassung zu spendieren. Fangen wir am Besten gleich mit der Definition an: Beim zuschaltbaren Allradantrieb handelt es sich, im Gegensatz zum permanenten Allradantrieb und dem automatisch zuschaltendem Allrad um ein vom Fahrer manuell betätigtes System, welches als Besonderheit über kein Mitteldifferential oder eine vergleichbare Einrichtung (Lamellenkupplung, etc.) verfügt. Zu finden ist es in Geländewagen und Pickups, die weiteste Verbreitung fand das System in den 80er und 90er Jahren. Der Trend zum SUV hat es mittlerweile weitgehend vom Markt verdrängt, da hier Bedienungseingriffe seitens des Fahrers nicht mehr in dem Maße gewünscht sind.

Wie funktioniert das Ganze technisch?

Der Motor verteilt die Kraft über ein zentrales Verteilergetriebe (VTG) auf Vorder- und Hinterachse, wie bei anderen Allradsystemen auch. Im Gegensatz zum permanenten Allradantrieb findet sich jedoch im Verteilergetriebe kein Differential, sondern lediglich eine Kupplung, welche nur die beiden Betriebszustände "offen" und "geschlossen" kennt, keinen Schlupf. Somit können Vorder- und Hinterachse entweder kraftschlüssig verbunden oder komplett getrennt werden. In der gebräuchlichen Auslegung wird die Hinterachse direkt angetrieben, während die Vorderachse dazugeschaltet werden kann - die andere Möglichkeit, die Vorderachse direkt anzutreiben und die hintere bei Bedarf zuzuschalten ist nicht üblich, mit entsprechenden Umbaumaßnahmen lassen sich manche Verteilergetriebe aber dahingehend modifizieren.

Im VTG enthalten ist in beinahe allen Fällen auch das Untersetzungsgetriebe, welches bei Bedarf die straßentaugliche Übersetzung um den Faktor 1,5-2 (bis zu 4 je nach Modell, oder höher nach entsprechenden Umbauten) reduziert. Dies realisiert auf den Faktor 2 bezogen bei halbierter Raddrehzahl das doppelte Drehmoment am Rad, und macht Steigfähigkeiten von 45 Grad und (rechnerisch) mehr erst möglich. Es wird dabei auch gerne von 12 Gängen oder 10+2 gesprochen, was zwar technisch durchaus richtig ist, aber beim Fahren meistens nicht so genutzt werden kann, da nur sehr wenige Modelle über eine synchronisierte Untersetzung verfügen. Man kann also nicht während der Fahrt zwischen hoher und niedriger Übersetzung wechseln.

Wo kann ich Umschalten?

Waren in den Anfängen noch rein mechanische Schaltmöglichkeiten in Form eines zweiten Schalthebels hinter oder neben dem normalen Schalthebel vorgesehen, wurde dies über die Zeit durch elektromechanische Ausführungen verdrängt. Bei den aktuellen Modellen befindet sich irgendwo ein Drehschalter oder Tastensatz im Armaturenbrett, und die eigentliche Betätigung des VTG erfolgt über Stellmotoren. Möglich sind üblicherweise die Einstellungen 2H, 4H, 4L und N. Wie nicht schwer zu erraten ist, beziffert die erste Zahl die Anzahl der angetriebenen Räder, "H" ist die Übersetzung für hohe Geschwindigkeiten, "L" ist die Untersetzung zum langsamen aber kraftvollen Fahren im Gelände. Man sieht schon, dass 2L offensichtlich nicht vorgesehen ist, dies lässt sich aber manchmal über Umwege dennoch realisieren. Die Betriebsanleitung rät meistens davon ab, da das höchstmögliche Drehmoment dann auf eine Achse losgelassen wird. "N" ist der Leerlauf, der aber nicht immer vorhanden ist. Notwendig ist er bestenfalls bei Fahrzeugen mit Automatik, um diese ohne Schäden am Automatikgetriebe abschleppen zu können; Fahrzeuge mit manuellem Schaltgetriebe haben dadurch keine Vorteile, lediglich einen Leerlauf mehr. Aus historischer Sicht konnte man über diese Stellung externe Geräte wie z.B. hydraulische Winden antreiben, aber die Leerlaufwelle ist bei keinem mir bekannten nicht-LKW-Getriebe herausgeführt, nur manchmal ist der Gehäuseflansch noch vorhanden.

Wann sollte ich umschalten?

Der ganz entscheidende Punkt dieser Antriebsart ist weiter oben genannt: Es gibt kein Mitteldifferential, Vorder- und Hinterachse drehen im Allradbetrieb immer mit exakt derselben Drehzahl. Das hat keinerlei Nachteile solange man nur geradeaus fährt - in Kurven jedoch legt die Vorderachse einen längeren Weg zurück als die Hinterachse, müsste somit also auch schneller drehen. Durch die feste Verbindung von vorderer und hinterer Kardanwelle im Verteilergetriebe kann sie es aber nicht. Dies hat zwei entscheidende Nachteile auf die Fahrdynamik: Das Einbremsen der Vorderachse in Kurven vergrößert den Wendekreis und lässt das Fahrzeug stark untersteuern, die Rückstellkräfte im Lenkrad sind ebenfalls sehr hoch. Weiterhin ist die Bremskraftverteilung nun auf einmal auch nicht mehr frontlastig, sondern zu gleichen Teilen auf beide Achsen verteilt - die Hinterachse neigt also zum Überbremsen. Zusammenfassend: Zuschaltbare Allradantriebe und Kurven vertragen sich nicht.

Man muss also abwägen, wann man die Traktionsvorteile wirklich benötigt und wann nicht. Dabei ist noch zu beachten: Auf festem Untergrund benötigt man sie definitiv nicht, denn dort kommen auch alle 2WD-Fahrzeuge problemlos voran. Gleichzeitig kann die Verwendung auf festem Untergrund schwere Schäden am Antrieb nach sich ziehen, wenn es nicht gelingt die durch die Drehzahlunterschiede auftretenden Verspannungen im Antriebsstrang durch Radschlupf auszugleichen. Haften die Räder zu gut, gibt irgendwann ein anderes Bauteil nach - und das kann vom Verteilergetriebe über dessen Aufhängung, den Kardangelenken, den Antriebs- und Gelenkwellen bis hin zur Freilaufnabe einiges an teuren Teilen sein. Manche Hersteller haben für solche Fälle eine Notlöseeinrichtung vorgesehen, die bei zu hoher Belastung (lautstark) überspringt, ähnlich einer verzahnten Rutschkupplung - das ist aber im Sinne einer möglichst guten Kraftübertragung und Geländetauglichkeit kontraproduktiv, da der Allradantrieb gerade in solchen Situationen halten soll.

Wenn das alles so viele Nachteile hat, was soll man dann damit?

Es ist - wie oft im Leben - eine Frage des Bedarfs und des Preises. Ein zuschaltbarer Allradantrieb ist zunächst mal billiger als ein Permanenter. Er dient aber im Gegensatz dazu nicht der Verbesserung der Fahrdynamik, sondern er hat lediglich das Durchkommen in schwierigen Situationen zum Ziel. Dafür bedarf es keines Mitteldifferentials - denn das würde sowieso als Erstes gesperrt, um nicht alle Kraft an einem freien Rad verpuffen zu lassen (auch den Umkehrschluss beachten: Ein freies Rad bei drei offenen Differentialen hat eine Schussfahrt zur Folge, wenn man mit der Motorbremse einen steilen Hang hinunter will und ein Rad dabei den Bodenkontakt verliert). Auf losem Untergrund und im Gelände ist der Zuschalt-Allrad mindestens genauso gut und brauchbar wie jeder Andere - und auf der Straße darf man ihn zwar nicht verwenden, benötigt aber auch nicht zwingend vier angetriebene Räder, was die Mehrzahl der PKW mit nur einer angetriebenen Achse beweist. Etwas schwierig wird das bei winterlichen Straßenverhältnissen, wo das Wissen um "ich habe Allrad" eine Überlegenheit über die "normalen" PKW suggeriert. Tatsächlich bezieht sich dies beim Zuschalt-Allrad aber nur auf Anfahren und Durchkommen, die Fahrdynamik ist eher schlechter - das ist den meisten Fahrern dann schlecht zu vermitteln. Die Verbrauchsreduzierung durch das Abschalten nicht erforderlicher Teile ist mehr grüne Kosmetik, tatsächlich resultiert der Verbrauchsunterschied eher aus der Anwendung - mit zugeschaltetem Allrad fährt man nicht allzu schnell (ist auch wenig sinnvoll, ohne Mitteldifferential), in 4L sollte man besser gleich nach Betriebsstunden abrechnen.

[RuedigerV8]

Danke für die gut verständliche und interessante Erklärung!

lg Rüdiger:-)

[uhunziker]

Sehr ausführlich beschrieben, Danke! Trifft so eigentlich auch auf meinen Nissan Patrol zu, nur bei schmierigen Strassenverhältnissen schalte ich den Allrad auch im 'normalen' Verkehr zu, wenn die Hinterachse allein zu lebendig wird. Untersteuern ja, aber bei 'normaler'' Fahrt (und dem Wissen was da genau passiert) durchaus beherrschbar.

Ich habe mehrere Winter mit FWD überstanden und nun den 2. Winter mit dem Patrol. Der Wagen hat mich noch nicht im Stich gelassen, durch die erhöhte Bodenfreiheit zum normalen PW sitzt er auch viiiiel später auf und kann sein Gewicht in Form von erhöhter Traktion auch länger ausspielen. Der Nachteil ist wenns dann doch mal rutscht... Der Volvo in meiner Signatur kommt da jeweils früher wieder zum stehen

Gruss

[Lewellyn]

Sehr guter Artikel zum Thema.

Ach ja, damals, mit dem Isuzu Trooper durch den Wald. Und damit meine ich nicht Waldweg.

Allrad rein, Untersetzungsgetriebe rein und....dann bekam man rasch die Traktionsgrenzen auf einer fetten Laubschicht im Buchenwald gezeigt. Vor allem, wenn man noch einen Anhänger mit frisch gesägten Rundlingen dahinter hatte. Wenigstens hatte der Trooper den kurzen Radstand, fuhr noch halbwegs um die Bäume rum. Versuchsweise sind wir da mal mit einem 110er Landy reingefahren. Der hatte zwar mehr Traktion durch die ganzen Sperren, kam aber kaum bis gar nicht um die Bäume rum.

Die Freilaufnaben beim Trooper musste man übrigens durch einen Meter rückwärts fahren entsperren.

[Habuda]

Nunja, nicht ganz richtig

Unser Jeep Cherokee hat z.b das Selec-Trac-Mitteldifferential. Im zugeschalteten Allrad (Full Time), also quasi permanenter Allradantrieb erlaubt dieses Mitteldifferential einen Drehzahlunterschied zwischen Vorder- und Hinterachse(eben beim Durchfahren von Kurven mit Allrad). Damit kann man auch auf trockener Straße fahren, allerdings sollte man den Antrieb nicht übermäßig strapazieren, da es sonst zu Schäden kommen kann.

Es gibt da allerdings noch die Einstellung des Part Time Allrades, wo sich dann beide Antriebsachsen gleich schnell drehen und mechanisch verbunden sind.

Die Untersetzung müsste beim Jeep auch größer als Faktor 2 sein, ich meine mal von 2,7:1 gelesen zu haben.

Ansonsten ganz netter Beitrag, wobei der Full Time Allrad bei Schnee auch für eine bessere Fahrdynamik sorgt.

Gruß

[Faltenbalg9980]

Zitat:

Der ganz entscheidende Punkt dieser Antriebsart ist weiter oben genannt: Es gibt kein Mitteldifferential, Vorder- und Hinterachse drehen im Allradbetrieb immer mit exakt derselben Drehzahl.

Es gibt Fahrzeuge mit und ohne, so würde ich das nicht stehen lassen. Ein Fahzeug das sich beim Zuschalten automatisch sperrt wäre (für mich)im Alltag unbrauchbar.

[der_Derk]

Danke für die Blumen...

@ Habuda: Auf Jeep bezogen beschreibt der Artikel das Command-Trac, Selec-Trac erlaubt ja die permanente Nutzung - insofern ist das eher ein abschaltbarer Allradantrieb. Klingt nach Haarspalterei, aber bei Mitsubishi wäre es bspw. vergleichbar, dort kann man auch die Vorderachse abschalten und hat zusätzlich das Mitteldifferential im Verteilergetriebe. Aber genau aus dem Grund nennt sich das dann nicht zuschaltbarer Allradantrieb...

@Qarks: Das entspräche dann dem vorangegangenen Satz, sobald ein Mitteldifferential oder eine ähnliche Einrichtung im Verteilergetriebe vorhanden ist, nennt man das nicht mehr zuschaltbaren Allradantrieb, dann ist's ein Abschaltbarer oder eben ein Permanenter. Kernelement des zuschaltbaren Allrads ist eben, dass er nicht permanent nutzbar ist (bezogen auf den Straßeneinsatz).

Gruß,

Derk

[Habuda]

Das ist wirklich Haarspalterei, denn ob nun ab- oder zuschalten spielt ja eigentlich keine Rolle, da es primär darum geht, dass man Allrad bei Bedarf aktivieren, um mal ein anderes Wort zu nehmen, kann.

Ich wäre dir Dankbar, wenn du das noch in den Beitrag editieren könntest, sodass es eindeutig geklärt ist.

Gruß

[Achsmanschette51801]

Dieser Unterschied zwischen zuschaltbarem und abschaltbarem Allrad war mir auch nicht bewußt.

Der Artikel ist sehr schön geschrieben und auch für Allradlaien wie mich sehr verständlich und anschaulich beschrieben. In der Schule würde ich Dich mit einer klaren 1 bewerten

[der_Derk]

Hm, ich dachte eigentlich dass ich das gleich mit dem eingangs erwähnten Satz geklärt hatte...?

Zitat:

Beim zuschaltbaren Allradantrieb handelt es sich, im Gegensatz zum permanenten Allradantrieb und dem automatisch zuschaltendem Allrad um ein vom Fahrer manuell betätigtes System, welches als Besonderheit über kein Mitteldifferential verfügt.

Selec-Trac gilt doch als permanter Allradantrieb und wird/wurde auch in der Form von Jeep beworben?

Aber ich könnte die Nennung des Mitteldiffs noch um "ähnliche Einrichtungen" erweitern...

@ meehster: Danke, da muss ich ja mal bei meinen Eltern fragen ob's dafür nochmal 5 Mark gibt

[Habuda]

Anscheinend war es für mich nicht klar Sonst hätte ich ja nichts geschrieben

[der_Derk]

Auch wieder wahr, aber dann hat's uns beiden ja geholfen - Du kennst einen Begriff mehr, und ich kann mich (hoffentlich) klarer ausdrücken...

[Faltenbalg9980]

Als meiner meinung nach ist der Unterschied zwischen zu- und abschaltbar eher Haarspalterei.

Selec-Trac wird als permanenter allrad eworben, das ist korrekt.

Aber Mitsubishi ist anscheinend nicht dieser Meinung, da wird der zuschaltbare Allrad der bei 4H noch ein offenes Mitteldiff hat als ebensolcher bezeichnet.

Klar ist aber für mich das ein Fahrzeug ohne Mitteldiff ein no go ist, gleichzeitig die manuelle betätigung (möglichst über eine mechansische verbindung) das Idealmodell darstellt.

[Habuda]

Exakt

Sind denn noch mehr solche Themen deinerseits geplant? Hast ja auch schon die verschiedenen Offroadbegriffe erklärt wie ich gesehen habe.

Wenn ja, dann hast du auf jedenfall einen Leser schon sicher

Schönen Abend noch

Gruß

[der_Derk]

@ Habuda: Muss mal sehen, was an Themen noch übrig ist - Allgemeines zu den Geländewerten der Kataloge, die Freilaufnabe und der hier beschriebene Antrieb waren mir jetzt erstmal die wichtigsten Sachen, ich könnte noch was zum permanenten Allradantrieb und den Pseudo-Versionen machen, wobei jetzt Haldex und Torsen nicht so meine ausgewiesenen Fachgebiete sind. Das hat ein anderer User hier auch bereits gut zusammengestellt.

@ Qarks: Bei Mitsubishi gibt es beide Varianten: Während der alte Pajero L040, L200 (aktuelles Modell ausgenommen) und der Pajero Sport tatsächlich "nur" über den zuschaltbaren Allradantrieb verfügen, hat der Pajero ab Modellreihe V20 und der Pajero Pinin (Motorisierungsabhängig) den sogenannten Super-Select-4WD - das ist der, den ich gerade zum Vergleich mit dem Jeep bemüht habe, dieser ist permanent mit Abschaltmöglichkeit der Vorderachse.

[Reifenfüller136233]

@Derk

Ich bewundere immer wieder auf´s neue Dein excellentes Fachwissen zum Thema Offroad in allen möglichen Facetten und die Gabe, dies dem geneigten Leser näherzubringen. Gäbe es den Titel "Dr. offroad h.c.", Du hättest ihn verdient!

Da mein nächstes Fahrzeug ein 4x4 werden soll, bin ich schon seit einiger Zeit dabei, mich zu dieser Thematik etwas kundig zu machen.

Dabei konnte ich durch die Lektüre Deiner Beiträge schon ziemlich viel an neuen Erkenntnissen dazugewinnen. Deshalb an dieser Stelle mal ein herzliches Dankeschön für Dein Engagement in der Offroadrubrik bei MT - verbunden mit der Hoffnung, auch in 2011 wieder etliches von Dir hier lesen zu können!