Mittenkupplungen – der einfache Weg zum effizienten 4×4-Allradantrieb

Die Kupplung, die für den Gangwechsel sorgt, ist nicht die einzige im Getriebe des Autos. Auch bei 4x4-Antrieben sind Kupplungen zu finden, wo sie eine etwas andere Rolle spielen.

Bei Kurvenfahrten überwinden die Räder des Autos unterschiedliche Wege und haben unterschiedliche Drehzahlen. Wenn sich jeder von ihnen unabhängig drehen würde, würde der Geschwindigkeitsunterschied keine Rolle spielen. Die Räder sind jedoch auf unterschiedliche Weise miteinander verriegelt, und es sind Mechanismen erforderlich, um den Geschwindigkeitsunterschied auszugleichen. Es wird ein Differential mit Antrieb auf einer Achse verwendet. Wenn wir von einem 4 × 4-Antrieb sprechen, werden zwei Differentiale (für jede Achse) und ein zusätzliches Mittendifferential benötigt, um den Rotationsunterschied zwischen den Achsen auszugleichen.

Einige Fahrzeuge mit Doppelradantrieb haben zwar kein Mittendifferential (z. B. Pickups oder einfachere SUVs wie der Suzuki Jimny), aber dies ist mit bestimmten Einschränkungen verbunden. In diesem Fall darf der Allradantrieb nur auf losem Untergrund oder vollständig mit Schnee oder Eis bedeckten Straßen zugeschaltet werden. Bei modernen Lösungen ist das Mittendifferenzial „Pflicht“, und in vielen Fällen erfüllen Lamellenkupplungen seine Aufgabe. Sie sind beliebt, weil sie es ermöglichen, auf relativ einfache und kostengünstige Weise den Antrieb der zweiten Achse (bei Versionen mit Aktivierungssystem) schnell zuzuschalten und die Verteilung des Antriebs je nach Ausführung mehr oder weniger genau zu steuern.

Viskosekupplung

Dies ist die einfachste und billigste Art der Lamellenkupplung, da sie keine Betätigungs- und Steuerelemente hat. Die Kupplungsscheiben, bei denen es sich um Reibelemente handelt, sind abwechselnd auf der Primär- und der Sekundärwelle montiert und können in axialer Richtung gleiten. Ein Scheibensatz dreht sich mit der Eingangswelle (Antriebswelle), da er entlang des Innenumfangs durch die Keile, die mit den Keilen der Welle zusammenfallen, mit ihr verbunden ist. Ein zweiter Satz Reibscheiben ist auf der Sekundärwelle installiert, die an dieser Stelle die Form einer großen „Tasse“ mit Schlitzen für die Keile der Kupplungsscheiben hat, die sich entlang ihres Außenumfangs befinden. Ein Satz Reibscheiben ist in einem Gehäuse eingeschlossen. So ist jede Lamellenkupplung aufgebaut, die Unterschiede liegen in der Kupplungsbetätigung und Steuerung, d.h. bei den Verfahren zum Anziehen und Lösen der Kupplungsscheiben. Bei einer Visco-Kupplung ist das Gehäuse mit einem speziellen Silikonöl gefüllt, das mit steigender Temperatur seine Dichte erhöht. Beide Wellen mit den darauf montierten Kupplungsscheiben sowie den ihnen zugeordneten Fahrzeugachsen können unabhängig voneinander rotieren. Wenn das Auto unter normalen Bedingungen läuft, ohne zu schleudern, drehen sich beide Wellen mit der gleichen Geschwindigkeit und es passiert nichts. Die Situation ist so, als ob die beiden Wellen in konstanter Beziehung zueinander stünden und das Öl die ganze Zeit über die gleiche Viskosität behielt.

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Dreht sich jedoch die Kardanwelle, die von der angetriebenen Achse angetrieben wird, durch Schlupf schneller, steigt die Temperatur in der Kupplung und das Öl verdickt sich. Die Folge davon ist das „Kleben“ der Kupplungsscheiben, der Kupplung beider Achsen und die Antriebsübertragung auf Räder, die unter normalen Bedingungen nicht fahren. Eine Visco-Kupplung benötigt kein Aktivierungssystem, da die Kupplungsscheiben automatisch eingerückt werden. Dies geschieht jedoch mit deutlicher Verzögerung, was der größte Nachteil dieser Kupplungsart ist. Ein weiterer Schwachpunkt ist die Übertragung nur eines Teils des Drehmoments. Das Öl in der Kupplung bleibt auch dann noch flüssig, wenn es eindickt, und zwischen den Scheiben rutscht es immer.

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hydraulische Kupplung

Ein Beispiel für eine hydraulische Lamellenkupplung ist die erste Version der Haldex-Kupplung, die hauptsächlich in Fahrzeugen von Volkswagen und Volvo zum Einsatz kommt. Der Drehzahlunterschied zwischen Eingangs- und Ausgangswelle führt zu einem Anstieg des Öldrucks im hydraulischen Teil der Kupplung. Durch den Druckanstieg bewegt sich der Kolben, der über eine spezielle Druckplatte auf die Kupplungsscheiben drückt. Wie viel Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen wird, hängt vom Öldruck ab. Der Druck der Kupplungsscheiben wird durch eine elektronische Steuerung und Druckventile geregelt. Das Steuersystem besteht aus vielen Elementen: Kupplungssensor, Kupplungstemperatursensor, Kupplungsaktuator, Motorsteuerung, ABS- und ESP-Systemsteuerung, Motordrehzahlsensor, Raddrehzahlsensor, Gaspedalstellungssensor, Längsbeschleunigungssensor, Stoppsignal". Sensor, Sekundärbremssensor, zusätzliche Ölpumpe und Automatikgetriebesensor bei Automatikversionen. 

Elektrohydraulische Kupplung

Bei diesem Kupplungstyp ist kein Drehzahlunterschied zwischen Eingangs- und Ausgangswelle erforderlich, um den zum Zusammendrücken der Kupplungsscheiben erforderlichen Öldruck zu erhalten. Der Druck wird von einer elektrischen Ölpumpe erzeugt, was das gesamte Hydrauliksystem stark vereinfacht. Das auf die Ausgangswelle übertragene eingestellte Drehmoment wird durch das Kupplungsöffnungsgrad-Steuerventil realisiert, das durch die Kupplungssteuerung gesteuert wird. Eine elektrische Ölpumpe erhöht die Kupplungsdrehzahl, da sie fast sofort ausreichend Öldruck aufbauen kann. Das Steuerungssystem basiert auf der gleichen Anzahl von Elementen wie bei Flüssigkeitskupplungen. Diese Bauart der Mittelkupplung findet man hauptsächlich bei Volkswagen, Ford und Volvo.