Audi – Land of quattro – quattro-Technik erklärt – Seite 2

Der quattro-Antrieb hat die Marke Audi über die Jahre begleitet und verändert. In den letzten 30 Jahren hat Audi auch nicht einfach nur an einem System festgehalten, sondern die Technik immer weiter entwickelt und dabei revolutioniert was wir heute „Allradantrieb“ nennen.

„Ich kann mit dem quattro in Zukunft sicher perfekter fahren, aber schneller wahrscheinlich nicht mehr“

Zitat: Walter Röhrl

Dieses Zitat stammt von Walter Röhrl 1984, nach dem Sieg bei der Rallye Monte Carlo. Walter Röhrl war nie zufrieden mit sich selbst, aber er erkannte den Allradantrieb als die größte Veränderung im Rallyesport. Zu diesem Zeitpunkt setzte Audi noch ein eher einfaches Allradkonzept ein. Einen permanenten Allradantrieb mit zwei möglichen Differentialsperren (Mitte und Hinten).

Die Entwicklung war nach der Revolution des permanten Allradantriebes für Serienfahrzeuge, eine stetige Evolution.

1987  – Das Torsen-Differential

Torsen ist ein Kunstwort, gebildet aus den beiden englischen Begriffen: „Torque“ und „sensing“ – also „Kraft fühlend“.

Doch warum braucht man eigentlich Differentiale?
Auf Youtube gibt es ein gutes Video (engl.) das die Notwendigkeit und die Funktion von Differentialen erklärt:

Seit 1987 setzt Audi das Torsen-Differential für die Verteilung der Kraft zwischen Vorder- und Hinterachse ein. Ein System mit dem frei von zusätzlichen Steuergeräten die Kraft zwischen den beiden Achsen verteilt werden kann. Torque-Sensing bedeutet hierbei, dass der „gefühlte“ Verlust von Traktion bereits dazu führt, das die Kraft zur Achse mit mehr Grip geleitet wird. Ein simples, aber geniales System. Es gleicht die Drehzahlunterschiede zwischen der Vorderachse und der Hinterachse aus, sorgt aber trotzdem dafür, dass die Achse mit mehr Grip, mehr Kraft bekommt.  Die Verteilung der Kraft erfolgt bis zu 75% auf die Achse mit der besseren Traktion.

Quattro ist jedoch nicht nur Torsen

Der Namen für den Allradantrieb ändert Audi nicht, egal in welcher Form die Kraftübertragung stattfindet und so muss man für den Begriff „quattro“ heute muss man sich auf vier Varianten des „quattro“ einstellen:

1.  Haldex für Fahrzeuge mit quer eingebauten Motoren (Audi A3, TT)
2. Selbst sperrende Mittendifferential (Fahrzeuge mit Längsmotor)
3. Kronenrad Differential (Sportmodelle)
4. Visco-Kupplung (Nur Audi R8)

Haldex für Fahrzeuge mit quer eingebauten Motoren ( z.Bsp.: Audi A3, TT)

Für die quer eingebauten Aggregate in den Kompaktmodellen wählte Audi eine völlig andere Technologie – eine Lamellenkupplung, die elektronisch gesteuert und hydraulisch betätigt wird. Sie gab ihren Einstand 1998 im TT quattro und A3 quattro.

Die Kupplung sitzt am Ende der Kardanwelle vor dem Hinterachsdifferenzial – eine Einbaulage, die auch der Achslastverteilung des Fahrzeugs zugute kommt. In der Grundverteilung geht der allergrößte Teil der Motorkräfte auf die Vorder­achse. Das Steuergerät analysiert die Fahrbedingungen permanent mithilfe einer Vielzahl an Daten; wenn nötig, leitet es eine Umverteilung der Kräfte ein.

Im Inneren der Kupplung befindet sich ein Paket Lamellen, das im Ölbad läuft. Die metallenen Reibringe liegen paarweise hintereinander – abwechselnd ist je ein Ring fest mit dem Gehäuse, das mit der Kardanwelle rotiert, verzahnt, der andere mit der Abtriebswelle zum Hinterachsdifferenzial. Das Lamellenpaket kann durch geregelten hydraulischen Druck zusammengepresst werden. Wenn der Druck steigt, strömt stufenlos mehr Moment auf die Hinterachse, in manchen Fällen fast 100 Prozent.

Zum schnellen Aufbau des Öldrucks, der über 100 bar erreichen kann, dienen zwei elektrisch angetriebene Pumpen. In den aktuellen A3- und TT-Modellen sorgt ein Speicher, der den Öldruck permanent vorhält, für die noch schnellere Neuverteilung der Kräfte, sie erfolgt innerhalb weniger Millisekunden

Selbst sperrende Mittendifferential (Fahrzeuge mit Längsmotor)

Im RS 4 der zweiten Generation zündete Audi 2005 die nächste Evolutionsstufe seines klassischen quattro-Antriebs. Das neue selbstsperrende Mittendifferenzial, das heute in vielen Modellen mit längs eingebautem Motor aktiv ist, blieb dem rein mechanischen Prinzip treu, stellte gegenüber dem Torsen-Differenzial jedoch einen erheblichen Fortschritt dar.

Im normalen Fahrbetrieb lautet die Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse 40 : 60 – diese asymmetrisch-dynamische Momentenverteilung führt zu einem sportlichen, heckbetonten Handling. Bei Bedarf kann das Mitten­differenzial bis zu 60 Prozent der Kräfte nach vorne und bis zu 80 Prozent nach hinten umleiten. Falls ein Rad einer Achse durchdrehen sollte, regelt es die Elektronische Differenzialsperre EDS per Bremseneingriff ab.

Das selbst sperrende Mittendifferenzial ist als Planetengetriebe aufgebaut. Ein Hohlrad schließt ein Sonnenrad ein; zwischen beiden drehen sich walzenförmige Planetenräder, die mit dem rotierenden Gehäuse verbunden sind. Sie verteilen die Antriebsmomente asymmetrisch – der etwas größere Teil fließt über das Hohlrad, das einen größeren Durchmesser hat, und die mit ihm verbundene Abtriebswelle zum Heck. Der kleinere Anteil gelangt auf das kleinere Sonnenrad und geht von dort zur Vorderachse.

Wenn die Traktion an einer Achse nachlässt, entstehen durch die schnecken­artige Form der Zahnräder und ihre schrägen Steckverzahnungen axiale Kräfte im Differenzial. Sie sorgen über Reibscheiben für ein definiertes Sperrmoment, das die Umleitung der Kräfte zu den Rädern mit den besseren Reibwerten bewirkt.

Der große SUV Q7 nutzt eine Sonderform des selbst sperrenden Mitten­differenzials – es ist in ein Verteilergetriebe integriert. Das Sonnenrad treibt über eine Kette eine Nebenwelle an, die am Getriebe vorbei zur Vorderachse führt. Die Kette übernimmt den Transport des Öls, die sonst übliche Ölpumpe entfällt. Der gesamte Antriebsstrang des Q7 hat in der jüngsten Evolutionsstufe deutlich an Gewicht verloren. Unabhängig davon baut das Verteilergetriebe überaus robust; zudem erlaubt  es eine hohe Bodenfreiheit, wichtig für den Einsatz im Gelände.

Kronenrad Differential (Sportmodelle)

Genau 30 Jahre nach dem Debüt des ersten quattro hat Audi die jüngste Evolutionsstufe seines permanenten Allradantriebs für längs eingebaute Frontmotoren eingeführt – den quattro-Antrieb mit Kronenraddifferenzial und radselektiver Momentensteuerung.

Im Inneren des neuen Mittendifferenzials, das im RS5, im A7 Sportback und im neuen A6 zum Einsatz kommt, drehen sich zwei Kronenräder, die ihren Namen ihrer Verzahnungsgeometrie verdanken. Das hintere Rad treibt die Kardanwelle zum Hinterachsdifferenzial an, das vordere den Abtrieb zum Vorderachs­differenzial. Die Kronenräder stehen mit vier drehbar gelagerten Ausgleichsrä­dern im Eingriff. Sie sind im 90-Grad-Winkel zueinander angeordnet und erhalten ihren Antrieb vom Gehäuse des Differenzials, also von der Getriebeausgangs­welle.

Im normalen Fahrbetrieb drehen sich die beiden Kronenräder so schnell wie das Gehäuse. Aufgrund ihrer speziellen Geometrie ergeben sich gezielt ungleiche Hebelwirkungen: In der Grundverteilung gehen 60 Prozent des Motormoments zum Differenzial der Hinterachse und 40 Prozent nach vorne.

Wenn sich die Momente verschieben, weil der Grip an einer Achse nachlässt, entstehen unterschiedliche Drehzahlen und axiale Kräfte im Inneren des Differenzials – sie führen dazu, dass die benachbarten Lamellenpakete aneinander gepresst werden. Die entstehende Selbstsperrwirkung leitet nun das Gros des Antriebsmoments auf die Achse mit der besseren Traktion, bis zu 85 Prozent fließen nach hinten. Im umgekehrten Fall – wenn die Hinterachse weniger Grip hat – vollzieht sich dieser Vorgang entsprechend, jetzt fließen bis zu 70 Prozent der Momente an die Vorderachse.

Mit dieser noch breiteren Momentenverteilung übertrifft das Kronenraddifferenzial seine Vorgänger – die Traktion wird noch besser. Die Umverteilung der Kräfte und Momente erfolgt ohne zeitliche Verzögerung und absolut homogen, die aktive mechanische Arbeitsweise garantiert höchste Effizienz und verzögerungs­freie Reaktionen. Weitere Stärken des Kronenraddifferenzials sind seine Kompaktheit und das geringe Gewicht – mit 4,8 Kilogramm ist es etwa zwei Kilogramm leichter als sein Vorgänger-Bauteil.

Audi koppelt das Kronenraddifferenzial mit einer intelligenten Softwarelösung im Bremsenmanagement, der radselektiven Momentensteuerung. Sie kann auf jedes der vier Räder gezielt zugreifen. Das neue System macht Kurvenfahrten noch präziser und dynamischer.

Bei schneller Kurvenfahrt ermittelt die Software aus der Lenkvorgabe und der Position des Gaspedals die optimale Verteilung der Antriebskräfte auf alle vier Räder. Wenn sie erkennt, dass die entlasteten kurveninneren Räder bald durchrutschen werden, bremst sie diese ganz leicht ab – ein feines Anlegen der Beläge an die Scheibe mit minimalem Druck genügt.

Über die Wirkung des Differenzials können die kurvenäußeren Räder mehr Antriebsmoment auf die Straße bringen. Die Unterstützung erfolgt gleitend und kontinuierlich. Das Auto bleibt merklich länger neutral, das Untersteuern beim Einlenken und Beschleunigen wird praktisch neutralisiert, und die Eingriffe des ESP erfolgen später und weicher – falls sie überhaupt noch nötig sind.

Visco-Kupplung (Nur Audi R8)

Der Hochleistungssportwagen R8 nimmt eine Sonderstellung im Programm von Audi ein – auch bei seinem Packaging und seinem Antrieb. Der Mittelmotor ist längs im Heck vor der Hinterachse platziert, das Getriebe direkt hinter ihm. Es integriert einen Nebenabtrieb für eine Kardanwelle, die seitlich am Motor vorbei zur Vorderachse läuft.

Dort übernimmt eine Viscokupplung die Kraftverteilung zwischen der Vorder­achse und der mit einem Sperrdifferenzial arbeitenden Hinterachse. Im regulären Fahrbetrieb zweigt die Kupplung nur etwa 15 Prozent der Momente für die Vorderachse ab – der R8 fährt sich Sportwagen-typisch heckbetont. Wenn die Hinterräder Schlupf aufweisen, fließen binnen kürzester Zeit weitere 15 Prozent nach vorn.

Der Hauptbestandteil der Viscokupplung ist ein Paket runder Lamellenscheiben, die abwechselnd unterschiedlich verzahnt sind: Jeweils eine ist über das Gehäuse mit der Kardanwelle verbunden, die jeweils nächste mit der Abtriebs­welle zur Vorderachse. Die Lamellen laufen in einer viskosen Flüssigkeit.

Wenn sie aufgrund eines Traktionsverlustes an der Hinterachse mit stark unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, wird das Öl aufgrund seiner inneren Reibung zäher. Durch das Mitnehmen der jeweils anderen Lamellenscheiben gelangt jetzt ein erhöhtes Moment an die Abtriebswelle zur Vorderachse.

Quattro – Auch nach 30 Jahren eine Erfolgsgeschichte