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.

[Batterietester48069]

Ja ja da ist einem so mancher Kleinwagen mit anständigen Winterreifen auf der Straße in den Kurven doch oftmals überlegen ,zumindest bis ca 5cm Schneematsch.

[Druckluftschrauber44940]

Ich habe vor kurzem einen alten Monterey (97) geerbt und bin heute damit etwas unterwegs gewesen. Dabei ist mir aufgefallen, dass der Wagen beim langsamen Anfahren mit voll eingeschlagener Lenkung ruckt. Zuerst dachte ich, da ist was kaputt gegangen. Aber inzwischen dämmert mir, dass es an dem fehlenden Differential liegen könnte, oder? Meines Erachtens passiert das aber auch im 2WD-Betrieb. Erklärs mir doch bitte nochmal!!!

[der_Derk]

Der Monterey hat auch noch den Zuschalt-Allrad, und darf in 4H oder 4L nicht auf festem Untergrund gefahren werden - ruckt/bremst ansonsten wie beschrieben. Erst als er wieder Trooper II hieß, gab es den permanenten Allrad unter der im hiesigen Sprachgebrauch ungünstigen Bezeichnung "TOD" (Torque On Demand, aber nur in Verbindung mit langem Radstand), das dürfte Dein Modell aber nicht betreffen.

Die Vorderachszuschaltung in Deinem Monterey geht m.W. mittels Unterdruck, ist ein Stellglied im Vorderachsdifferential mit zwei Schaltventilen (Unterdruckleitung vom Vorderachsdiff aus verfolgen, sollten an der Motorspritzwand sitzen). Fehler im Unterdrucksystem sollte das Allrad-Steuergerät diagnostizieren können, dann blinkt die 4WD-Lampe. Für die besagte Verspannung müssen aber zwei Dinge eintreten: Der Vorderachsfreilauf muss verriegelt sein, und der vordere Verteilergetriebeausgang muss zugeschaltet sein. Ersteres geht über das Allrad-Steuergerät und dessen Beschaltung der Unterdruckventile, führt aber noch nicht zu Verspannungen. Wenn Dein Monterey den Schalthebel für 2H, 4H und 4L hat, wirkt dieser aber direkt auf das Verteilergetriebe - sprich, ist der in 2H eingerastet, ist die Vorderachse definitiv abgekoppelt (oder das VTG defekt). Lässt sich ansonsten nur zuverlässig auf 'ner Hebebühne prüfen; Getriebe in den Leerlauf, und in 2H sollte die vordere Kardanwelle unabhängig von der hinteren drehbar sein.

Solltest Du einen Drehschalter für 2H, 4H und 4L haben, erfolgt die Zuschaltung der Vorderachse elektrisch über einen Stellmotor am Verteilergetriebe, da ist es möglich, dass Schalterstellung und VTG-Betriebsmodus nicht überein passen, im einfachsten Fall ist der Schalter defekt.

[Druckluftschrauber44940]

Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Defekt ist bei mir - also meinem Auto - nix und inzwischen habe ich mich auch an die Verwendung des Zuschaltbaren gewöhnt. Da grad ne Menge Schnee lag, beste Voraussetzungen zum Lernen. Vielen Dank also!

[der_Derk]

Immer gerne - gute Fahrt weiterhin .

[Turboschlumpf46478]

Hallo zusammen,

vielleicht kann jemand einem Allradneuling bei einem Verständnisproblem helfen?!

Der neue Nissan Navara hat einen zuschaltbaren Allradantrieb und ein elektronisches Sperrdifferential mit begrenztem Schlupf. Soll auf allen Rädern funktionieren. Löst dies das Problem in Kurven? Ist die Fahrdynamik damit verbessert?

Zum Hintergrund meiner Frage: Ich möchte mir ein praktisches Fahrzeug anschaffen, das viel Zugkraft hat, aber auch ein wenig Komfort, nicht gleich die eierlegende Wollmilchsau, aber möglichst nahe dran :-)

Ins Auge gefasst habe ich den besagten Nissan oder einen Mitsubishi L200, der dann eben einen permanenten Allradantrieb hat, aber nicht ganz so bequem daher kommt. Wenn schon Allrad, dann möchte ich gerne auch von den Vorteilen bei schlechten Strassenverhältnissen profitieren. Wir haben bei uns im Winter schon regelmäßig mit Frost zu tun und ich bin oft spät nachts unterwegs, wenn der Streuwagen noch nicht draussen war.

Freue mich über jede Auskunft und/oder Anregung!

[der_Derk]

Zitat:

Der neue Nissan Navara hat einen zuschaltbaren Allradantrieb und ein elektronisches Sperrdifferential mit begrenztem Schlupf. Soll auf allen Rädern funktionieren. Löst dies das Problem in Kurven? Ist die Fahrdynamik damit verbessert?

Nein, hat damit nichts zu tun. Das sog. "elektronische Sperrdifferential" ist nichts anderes als eine Traktionskontrolle: Die Raddrehzahlen werden überwacht, und ein zu schnell drehendes Rad abgebremst. Der Navara hat je nach Ausstattung noch eine Differentialsperre an der Hinterachse, beim Pickup mit eher mäßiger Verschränkung keine schlechte Beigabe, aber auch die verbessert das Durchkommen, nicht die Fahrdynamik.

Der zuschaltbare Allradantrieb bleibt bem Navara aber ansonsten, kann man ebenso wenig wie die Diffsperre hinten auf fester Fahrbahn sinnvoll nutzen. Der L200 kann einfach "gedankenlos" auf glatter Straße gefahren werden, der Navara erfordert Mitdenken und -arbeit. Wobei Fahrdynamik sowieso bei keinem Pickup im Lastenheft stand, außer vielleicht beim GMC Syclone, insofern kann man auch mit dem Allrad im Navara leben - wie auch sämtliche Fahrer eines Terrano, Terrano II, Maverick, King Cab oder X-Terra zuvor, die hatten alle in etwa dieselbe Technik drunter .

Navara mit permanentem Allrad gibt es auch - nennt sich dann Pathfinder, und hat eine einteilige Karosserie. Wenn's nicht um die Laderaumtrennung und das leichte Plus an Zuladung geht, ist der Pathfinder vielleicht die bessere Wahl?

[Turboschlumpf46478]

Danke für die umfangreiche und schnelle Antwort. Wieder bin ich ein wenig schlauer.

Den Pathfinder hatte ich nicht bedacht, weil ich dachte der kommt erst in 2017.

[der_Derk]

Gerne. Beim Pathfinder meinte ich die letzte Version (R51), die bis ~2013 produziert wurde. Was da 2017 zu uns kommt, bzw. seit 2013 auf anderen Märkten angeboten wird (R52) hat nichts mehr mit dem Navara oder dessen Technik zu tun - sondern ist im Grunde genommen eine andere Karosserievariante des Murano.

Früher waren Terrano/Pathfinder/X-Terra immer die Kombiversionen des Pickups (King Cab/Navara), hatte sozusagen Tradition und wurde auch bei anderen Herstellern so gehandhabt (Toyota: Hilux -> 4Runner, Mitsubishi: L200 -> Pajero Sport). Die Geländewagen als Ableger der Nutzfahrzeuge wurden jedoch gestrichen, bzw. die Plattformen zurück in den PKW-Bereich transferiert, leider jedoch die Namen beibehalten. Ein aktueller, auf unserem Markt nicht von Nissan angebotener Terrano sieht bspw. so aus, und hat nun wirklich nichts mehr mit einem Pickup gemein...

[Turboschlumpf46478]

Spitzentip mit dem Pathfinder, habe eben einen gekauft

Genau was wir brauchen!

DANKE nochmals! Nicht oft findet man so dufte Typen in Foren

[der_Derk]

Besten Dank, dafür sind wir doch hier

Gute Fahrt mit dem Neuen.

[andyrx]

zufällig erst diesen interessanten Artikel gesehen...wie immer anschaulich und fundiert beschrieben

hatte bezüglich Offroad gerade mit meinem Schwager eine Diskussion...er schwört auf permanenten Allrad....ich hingegen finde den zuschaltbaren Antrieb gerade bei Offroad durchaus konkurrenzfähig bzw. bin ich ein Fan von (auch wenn mein Subaru Forester 2,5 Turbo permanenten Allrad hat) der klassischen Zuschaltlösung...denn der simple zuschaltbare 4x4 im Kia Sportage ist haltbar und robust....wird noch mechanisch eingerückt (nix Stellmotoren) und man merkt eben noch das handfeste einrücken,muss man halt mitdenken und wissen wann man ihn zuschaltet und auch wieder rausnimmt...

jedenfalls habe ich nicht das Gefühl das Offroad der simple Kia Antrieb schlechter ist....als all die raffinierten elektronisch gesteuerten 4x4 Systeme der Neuzeit.....den Subaru hab ich noch nicht an seine Grenzen bringen können (mangels Gelegenheit) denke aber dass die Unterschiede nicht so groß sein werden....und dort wo der Kia Probleme bekommt ich sie mit dem Subaru auch bekomme und andersrum.

Finde halt bei einem echten klassischen Offroader einen zuschaltbaren 4x4 durchaus passend und nicht Old Faishion

Grüße Andy

[der_Derk]

Moin Andy,

'nen permanenter Allrad ist meistens schon schöner, nur - man muss sich eh damit arrangieren, was der Hersteller angeboten hat. Im Gelände ist es auch wirklich kein Nachteil, denn dort würde beim permanenten Allrad eh das Mitteldifferential zuerst gesperrt (es sei denn man fährt einen Mercedes ML, und hofft auf die Traktionskontrolle...). Damit ist die Kraftverteilung dann bei beiden Varianten identisch. Man muss auch immer genau lesen, wenn von "Differentialsperre" die Rede ist, welches die denn sperrt. Der Niva ist so ein Fall, gegenüber SJ und Jimny heißt es da auch immer, dass der aber doch eine Differentialsperre habe. Nur ist diese für's Mitteldifferential, sein Allrad funktioniert im Gelände genauso wie bei den Suzukis.

Nachteil gegenüber heutigen Allradsystemen ist in aller Regel das Fehlen der Traktionskontrolle (auch gerne als "elektronische Differentialsperre" bezeichnet), das gab's halt früher nicht. Dafür war die Verschränkung in aller Regel besser, sodass man später darauf angewiesen war - und man muss halt nicht erst durchdrehende Räder erzeugen, damit die zweite Achse mithilft. Meistens ist eh noch mindestens eine Starrachse drunter, sodass auch die Nachrüstoption einer Differential-(quer-)-Sperre besteht.

[andyrx]

Moin.

danke fürs fachmännische Feedback

ich frage mich immer nur wie Subaru das schafft auf diesen Rollenanordnungen meist noch irgendwie Traktion zu haben während bei diesen Demos die anderen Fahrzeuge meist nicht vom Fleck kommen und ob das in einer Offroad Situation meinem Forester 2,5 XT Turbo (Handschalter aus BJ 2006 ) gegenüber dem simplen Allrad des Kia Sportage 2,0 (BJ 2001) einen Vorteil bringen würde....

Grüße Andy

[der_Derk]

Immer gerne .

Ja, die liebe Rollenbahn... Sollte man mit Vorsicht betrachten, denn sie ist eine Simulation, bzw. Emulation. In realem Gelände werden andere Traktionsverhältnisse bestehen, und meistens wird das genutzt um den Vorteil eines bestimmten Herstellers/Fahrzeugs aufzuzeigen. Sie berücksichtigt keine Verschränkung, und die Steigung ist meistens auch sehr begrenzt. Gelände simuliert das eigentlich schlecht, zeigt dafür aber die Kraftverteilungsmöglichkeiten, die Wirksamkeit von Differentialsperren, bzw. dessen Ersatz. Es zielt halt darauf ab zu testen, wieviel Kraft ein Fahrzeug noch auf ein einzelnes Rad bekommen kann. Die Zuschalt-Allradler versagen dort, denn das können sie schlichtweg nicht - drehen zwei Räder an verschiedenen Achsen durch, war's das. Die meisten Traktionskontrollen können aber auch nur eine begrenzte Kraft übertragen - mach' die Rollenbahn steiler, und sie schaffen es auch nicht.

Am Ende bleibt die Frage, was davon in den Alltag übertragbar ist. Niva, SJ, Wrangler (Rubicon ausgenommen), Terrano, etc. - schaffen im Serienzustand eine Rollenbahn alle nicht, ein aktueller RAV oder CR-V hingegen schon. Das bedeutet aber nicht mal ansatzweise, dass RAV oder CR-V im Gelände weiter kämen.

[Bitboy]

Soweit ich weis ist bei zuschaltbarem Allrad die Vorderachse etwas schneller wie die Hinterachse. Das soll der Arbeit der VA helfen und verhindern das die HA diese schieben muss. Es soll auch die verluste im Antriebsstrang nach hinten ausgeleichen. Daher verspannt auch der Antriebsstrang auf trockener Fahrbahn. Spätestens beim Kurvenfahren werden die Unterschiede größer.