Wie es funktioniert: Der Antriebsstrang

Ob Sie nun einen 500 PS starken Sportwagen oder eine 96 PS starke Schräghecklimousine fahren, all die Kraft unter der Motorhaube Ihres Autos oder Lastwagens ist nutzlos, wenn das Drehmoment des Motors nicht durch ein komplexes Labyrinth von Gängen zu den Antriebsrädern gelangt.

In der Tat ist der Antriebsstrang vielleicht der am wenigsten verstandene Teil eines Fahrzeugs. Neue Innovationen im Bereich des Allradantriebs haben diese Verwirrung für viele Fahrer nur noch schlimmer gemacht. Hier ist eine Fibel, um das Geheimnis unter den Dielen zu erklären: was wirklich passiert, wenn Sie auf das Gaspedal drücken.

FRONT-WHEEL DRIVE

Obwohl der Frontantrieb in Klassikern wie dem Cord von 1929 zu finden ist, basiert die überwältigend beliebte moderne Konfiguration auf dem Mini von 1959. Sein Schöpfer, Sir Alec Issigonis, brachte den kleinen Motor quer – seitlich – unter die Motorhaube, montierte das Getriebe und das Differential in einer Einheit, die Transaxle genannt wird, und baute diese unter und hinter dem Motor ein. Während einige Fronttriebler einen in Längsrichtung – von vorne nach hinten – montierten Antriebsstrang haben, befinden sich alle Komponenten immer noch vorne. Da die Vorderräder sowohl lenken als auch antreiben müssen, sind sie über komplexe Kreuzgelenke, sogenannte Gleichlaufgelenke, mit den Achshalbwellen verbunden, die die Kraft bei starker Anlenkung gleichmäßig übertragen können.

PRO

– Mehr Platz für Personen und Ladung.
– Besserer Kraftstoffverbrauch durch geringeres Gewicht.
– Verbesserte Traktion bei nassem Wetter dank des Gewichts über den Antriebsrädern.

CON
– Erhöhter Verschleiß an Vorderreifen und Aufhängung.
– Beengter Motorraum erschwert die Wartung.
– Begrenzte Leistung der Vorderräder, ohne dass die Lenkung unberechenbar wird.
– Reduzierte Traktion bei Nässe bei Upgrades.

Transaxle

Die Funktionsweise eines Transaxle ist genau die gleiche wie die eines Getriebes. Der Unterschied ist folgender: Anstatt über eine lange Antriebswelle mit der Hinterachse verbunden zu sein, treibt die Ausgangswelle des Getriebes ein großes Zahnrad an, das direkt mit dem Zahnkranz des Differentials kämmt. Und das Differential selbst (das bei einem Auto mit Frontantrieb an der Hinterachse montiert wäre) befindet sich im Transaxle-Gehäuse, das parallel zum Getriebe montiert ist. Wenn die Kraft anliegt, verteilt das Differential sie über die Halbwellen auf die beiden Vorderräder.

Continuously Variable Transmission (CVT)

CVTs erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und werden in einigen neuen Fords, Saturns und Audis eingesetzt. Anstelle von Zahnrädern verwendet das CVT einen Riemen zwischen zwei Riemenscheiben. Die eine wird über eine Welle vom Motor angetrieben, die andere treibt eine Welle zur Differentialeinheit und den Antriebsachsen an. Beide Riemenscheiben sind geteilt, so dass ihre Hälften näher zusammen und weiter auseinander gleiten können. Da der Riemen in den Riemenscheiben höher und tiefer läuft, ändern sich die effektiven Übersetzungsverhältnisse zwischen der treibenden und der angetriebenen Welle.

Hinterradantrieb

Noch immer der Klassiker, war der Heckantrieb für viele Jahre das einzige Antriebssystem. Ein längs eingebauter Motor, an dem das Getriebe direkt angeschraubt ist, leitet die Kraft über eine Antriebswelle an ein Differential an der Hinterachse. Das Differential dreht die Kraft um 90° und leitet sie an die Hinterräder weiter. (Einige Sportwagen wie Corvettes, Ferraris und Porsches haben ein kombiniertes Getriebe und Differential – oder Transaxle – im Heck.)

Die Antriebswelle ist über Kardangelenke und einen Keilkompensator verbunden, um vertikale und longitudinale Aufhängungsbewegungen zu ermöglichen.

PRO
– Bessere Gewichtsverteilung vorne/hinten resultiert in flinkerem Handling.
– Servicefreundlichkeit dank verteilter Komponenten.
– Geringerer Verschleiß, da die Vorderreifen das Auto nicht gleichzeitig lenken und ziehen müssen.

CON
– Schlechte Traktion und Stabilität auf nasser Straße ohne ausgeklügelte elektronische Steuerung.
– Geringerer Passagier- und Laderaum.

Manuelles Getriebe

Das Getriebe ist über eine federbelastete, beidseitig mit Reibmaterial belegte Kupplungsscheibe mit dem Motor verbunden. Zum Schalten muss die Kupplung ausgerückt werden, und das Getriebe muss sich im Leerlauf befinden oder die Kupplung muss ausgerückt sein, damit das Fahrzeug bei laufendem Motor angehalten werden kann. Das Getriebe besteht aus einer Eingangswelle vom Motor und einer Ausgangswelle zu den Antriebsrädern. Die Eingangszahnräder können hin- und hergleiten, um mit ihren Ausgangszahnrädern zu kämmen. Synchronisationskegel zwischen den gleitenden Zahnrädern und der Welle ermöglichen ein reibungsloses Schalten. Der Rückwärtsgang befindet sich auf einer eigenen Welle.

Automatikgetriebe

Ein ölgefüllter Drehmomentwandler, der das Motordrehmoment im Getriebeträger vervielfacht, ermöglicht einen gewissen Schlupf, so dass das Fahrzeug angehalten werden kann, während der Motor läuft. Eine Reibungskupplung, die in der Mitte des Wandlers eingebaut ist, hält die Eingangs- und Ausgangswellen auf der gleichen Geschwindigkeit für Autobahnfahrten. Computergesteuerter Hydraulikdruck wählt aus, welche Kombination von Zahnrädern innerhalb mehrerer Planetensätze sich drehen kann, wodurch sich die Übersetzungen zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen ändern.

Offenes Differential

Bei Kurvenfahrten schlagen die äußeren Räder einen größeren Bogen als die inneren. Das Differenzial muss dafür sorgen, dass sich die äußeren und inneren Räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen können – daher der Name – und trotzdem beide Räder mit Kraft versorgt werden. Das Basisdifferentialgehäuse enthält ein großes Tellerrad, das mit einem kleinen Ritzel kämmt, das von der Antriebswelle angetrieben wird. Das Verhältnis zwischen Ring- und Ritzelrad wird als Achsübersetzung oder Hinterachsübersetzung bezeichnet. Das Tellerrad treibt außerdem einen Träger an, der senkrecht kämmende Zahnräder enthält, mit denen sich die linke und rechte Achswelle unabhängig voneinander drehen können. Nachteil: Das Rad mit der geringsten Traktion begrenzt die auf die Straße wirkende Kraft.

Sperrdifferenzial

Das Konzept, dem nicht schlupfenden Antriebsrad mit einem Sperrdifferenzial Traktion zu geben, geht mindestens auf die späten 1950er Jahre zurück. Obwohl es heute viele Falten zu dem alten Thema gibt, ist das Wesentliche das Gleiche. Die Zahnräder des Zahnkranzes sind mechanisch miteinander verbunden, um das Drehmoment unabhängig von den Bedingungen zu teilen. Dies kann einfach durch das Hinzufügen von federbelasteten Kupplungspaketen erreicht werden, die die Zahnkränze am Durchdrehen hindern. Die Kraft fließt dann zu beiden Rädern bis zur Kapazitätsgrenze der Kupplungspakete. Die Zahnkränze können auch pneumatisch oder elektrisch miteinander verriegelt werden, was aber die Differentialfunktion aufhebt.

VIER- & ALLRADANTRIEB

Aus Sicht der Traktion ist es am besten, wenn sowohl Vorder- als auch Hinterräder das Fahrzeug antreiben. Allerdings drehen sich Vorder- und Hinterachse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, es sei denn, man fährt auf einer perfekt geraden Linie. Die einzige Möglichkeit, dass beide Räder das Fahrzeug bei Kurvenfahrten auf trockener Straße antreiben können, ist, dass ein Differential zwischen ihnen besteht. (Auf rutschigem Untergrund gleicht der Reifenschlupf die Drehzahlunterschiede zwischen den Rädern aus.)

Viele Fahrzeuge mit Allradantrieb teilen einen Großteil ihres Antriebsstrangs mit ähnlichen Modellen mit Frontantrieb, fügen aber ein kompaktes Mitteldifferenzial, eine Antriebswelle und ein Hinterraddifferenzial hinzu. Fahrzeuge mit Allradantrieb verwenden ein Verteilergetriebe, das hinter dem Getriebe angeordnet ist und bei Bedarf die Kraft auf die Vorder- und Hinterachse leitet. Wenn es eingeschaltet ist, treibt das Verteilergetriebe zwei separate Antriebswellen an, die einzelne Differentiale betätigen. Bei Fahrzeugen mit echtem Allradantrieb, die im Allradmodus ins Gelände fahren, wird kein Mitteldifferential verwendet.

PRO
– Maximale Traktion auf verschiedenen Untergründen.

CON
– Zusätzliches Gewicht, das den Kraftstoffverbrauch reduziert.
– Mehr Dinge, die kaputt gehen können.
– Höhere Kosten.

ZUKUNFT ANTRIEB

In zwei Jahrzehnten können Sie erwarten, dass die Kraft, die Ihr Fahrzeug bewegt, elektrisch sein wird. Es wird wahrscheinlich einen relativ kleinen Elektromotor für jedes Rad haben, und die Konzepte von Front-, Heck- und Allradantrieb werden obsolet werden. Die Elektronik wird in der Lage sein, die Kraft auf jedes einzelne Rad, auf alle Räder gleichzeitig oder auf eine beliebige Kombination zu lenken. Den Strom liefert entweder eine Wasserstoff-Brennstoffzelle oder ein Verbrennungsmotor, der mit Wasserstoff betrieben wird und einen Generator antreibt. Da die Entwicklungskosten für Brennstoffzellen immer noch schwindelerregend sind, könnte eine wirtschaftlichere Alternative darin bestehen, Tankstellen durch Wasserstofftankstellen zu ersetzen.

Viskokupplung

Dies ist ein Differential ohne Getriebe. Die Eingangswelle von der Transaxle (an den Vorderrädern) und die Ausgangswelle zu den Hinterrädern tragen jeweils eine Reihe von Lamellen, die abwechselnd ineinander verschlungen und eng beieinander liegen. alle Lamellen schwimmen in einer speziellen Flüssigkeit, die bei Bedarf die Kraft von den Eingangs- zu den Ausgangslamellen überträgt. Wenn die vorderen Antriebsräder zu schlupfen beginnen, drehen sich deren Welle und Platten schneller als die anderen. Durch diesen Geschwindigkeitsunterschied im Gehäuse wird die Flüssigkeit aufgewirbelt und erwärmt, wodurch sie sich verdickt und die abwechselnden Platten fester miteinander verbindet. Ein Teil des Drehmoments wird nun zu den griffigeren Rädern geschickt, bis die durchdrehenden wieder Traktion erlangen.

Torsen-Differenzial

Das Torsen stammt aus dem Jahre 1983. Seitdem wurde er von verschiedenen Autoherstellern eingesetzt, unter anderem von Audi und Hummer. Der Torsen vervielfacht das verfügbare Drehmoment der Achse, die anfängt durchzudrehen oder die Traktion zu verlieren, und leitet es an die langsamer drehende Achse mit besserer Traktion weiter. Die Zahnräder ermöglichen ein Drehmomentverhältnis von 4:1, was bedeutet, dass sie viermal so viel Leistung an die nicht durchdrehende Achse liefern können, als von der durchdrehenden Achse unterstützt werden kann. Ein großer Vorteil von Torsen-Systemen ist, dass sie, da sie rein mechanisch sind, sehr schnell auf Schlupf reagieren.

Verteilergetriebe

Das Verteilergetriebe ist ein separates Getriebe, das hinter dem Getriebe montiert ist. Die Kraft wird an das Verteilergetriebe geleitet, um nur auf die Hinterräder oder auf Vorder- und Hinterräder geleitet zu werden. Eine separate Antriebswelle verbindet das Verteilergetriebe mit einem Differential an der Vorderachse. Die meisten Verteilergetriebe bieten auch zwei Übersetzungsstufen, für einen hohen und einen niedrigen Bereich. Während viele Fahrzeuge immer noch ein manuell geschaltetes Verteilergetriebe haben, bieten einige jetzt eine elektrisch aktivierte Schaltung.