Mit dem Allradantrieb ist es wie mit einer Versicherung. Man braucht sie fast nie, es ist aber beruhigend, sie zu haben. Verschiedene technische Systeme konkurrieren miteinander.
Gelegentlich sieht man des Menschen treuesten Freund mit einer Art Notausstattung. Ein paar Manufakturen schrauben Rollwagen zusammen, die ihm eine Fortbewegung ermöglichen, obwohl die Hinterbeine dazu nicht mehr in der Lage sind. Solch ein Tier ist ein armer Hund: Laufen ist nur auf topfebenen Strecken möglich, und wenn der Bürgersteig nicht geräumt ist, lässt man ihn am besten ganz zu Hause.
Da sich die meisten Autos ständig auf Asphalt bewegen, kann man damit leben, dass eine der Achsen hinterhergezogen oder geschoben wird. Wenn der Winter mit seinen Schrecken für Normalfahrer naht, freuen sich indessen die Schneekönige. Da gibt es nicht wenige Besitzer allradgetriebener Fahrzeuge, denen Matsch und Schnee nicht tief genug sein können, weil man es da den Konventionellen einmal richtig zeigen kann – wenn der Platz reicht, an ihnen vorbeizuziehen. Für Leute, die das noch nicht erlebt haben, ist der Gewinn an Zugkraft eindrucksvoll. Die potentielle Traktion verdoppelt sich, wenn vier statt zwei Räder angetrieben sind. Gefühlt geht es unaufhaltsam voran, weil der Wagen, einmal in Bewegung, durch seine Masse über die Schneeverwehungen geschoben wird.
Kuriose Anfänge
Die Idee, alle Räder anzutreiben, ist der derzeitigen Beliebtheit der Allradgetriebenen (4×4 oder 4WD) zum Trotz so alt wie das Kraftfahrzeug. Schon zu Beginn des vergangenen Jahrhunderts konstruierte Ferdinand Porsche ein Elektroauto mit einem Motor je Rad, er war damit seiner Zeit weit voraus. Die Frage, wie die Kraft des Verbrennungsmotors am besten an zwei Achsen weitergereicht wird, beschäftigt seitdem die Ingenieure. Mit teils kuriosen Ergebnissen: Tempo verbaute 1935 einen Motor hinten und einen zweiten vorn.
Einfach vom Getriebe aus die zwei Achsen über Wellen anzutreiben, geht nicht gut. Die gelenkten Vorderräder legen einen längeren Weg zurück als die Hinterräder. Wären sie im rechten Winkel eingeschlagen, bliebe das kurveninnere Hinterrad stehen, die anderen führen dann wie der äußere Schenkel eines Zirkels darum herum. Wenn die Wellen zu beiden Achsen mit der gleichen Drehzahl laufen, gibt es Verspannungen, die umso stärker sind, je enger die Kurve und je länger der Radstand ist. Irgendwo muss ein Ausgleich her- entweder die Räder radieren, oder es geht etwas zu Bruch. Versucht wurde solch ein simpler ständiger Vierradantrieb im DKW Munga, in einem Militärfahrzeug mit Zweitaktmotor aus den fünfziger Jahren. Er fuhr sich auf der Straße bockig und war nur wegen der schmalen Räder mit grobem Profil um die Kurve zu zwingen.
Allradantrieb hat viele Vorteile
Im Gelände war er gut, denn auf rutschigem Boden gibt es keine Verspannungen. Die heute noch in manchen Geländewagen verbaute einfachste Variante des Vierradantriebs schaltet deshalb bei Bedarf einfach eine Achse zu. Ein Hebel rückt dazu meist eine schlichte Klauenkupplung ein, die zweite Antriebswelle wird dann mitgenommen. Der bekannteste Vertreter dürfte der Jeep Wrangler sein, auch einige Pick-ups überlassen noch dem Fahrer die Entscheidung, ob er Allrad haben möchte. Auf trockener Straße ist so etwas nicht zu gebrauchen, deshalb stirbt der zuschaltbare Allradantrieb allmählich aus. Das ist fast schade, denn nur er vermittelt den erstaunlichen Unterschied – mit einer Handbewegung geht es zügig weiter.
Auch auf trockener Straße hat der Allradantrieb Vorteile, wenn er stets im Eingriff ist. Die Leistung verteilt sich dann auf vier Räder, das schont Mechanik und Reifen. Der Ausgleich zwischen den Achsen lässt sich mit einem Differential herstellen, wie es auch zwischen den Rädern einer Achse eingebaut ist (Technik und Motor vom 12. März) – eine Lösung, die gut, aber teuer ist. Sie hat die paradoxe Folge, dass ein solches Fahrzeug unter extremen Bedingungen weniger Vortrieb haben kann als ein zweiradgetriebenes, weil sowohl das Mitteldifferential als auch das Achsdifferential die Kraft dorthin schicken, wo der geringste Widerstand ist. Wenn ein Rad in der Luft hängt, verpufft dort die Leistung wirkungslos. Autos mit diesem Antriebskonzept wie der Land Rover Defender und der Lada Niva haben deshalb eine Sperre für das Mitteldifferential. Abhilfe schafft auch eine elektronische Traktionskontrolle, die das durchdrehende Rad einbremst. Dieser billige Ersatz für mechanische Differentialsperren ist unter Geländefahrern allerdings unbeliebt, denn dabei wird Energie nicht verteilt, sondern für das Erhitzen der Bremsscheiben verschwendet.
Aber auch Nachteile
Den unbestreitbaren Vorzügen des Allradantriebs stehen freilich einige Nachteile gegenüber, die bis in die jüngere Vergangenheit eine weite Verbreitung auf den Straßen verhindert haben. Neben dem konstruktiven Aufwand, der mit höheren Kosten verbunden ist, bringt der zweite Antriebsstrang zusätzliches Gewicht mit. Das erhöht den Treibstoffverbrauch, und auch die zusätzliche Mechanik mit Zahnrädern und Wellen kostet Leistung. Grob gerechnet muss man etwa zehn Prozent Mehrverbrauch einplanen. Das schreckt ab. Erst Mitte der sechziger Jahre kam der erste Straßenwagen mit permanentem Allradantrieb auf den Markt. Wegen des hohen Preises und des schrecklichen Benzindursts kam der Jensen FF nicht über eine Kleinserie hinaus.
Die Neuzeit des Allradantriebs begann, so will es die Legende, 1977 bei einer Wintererprobung im nördlichen Schweden. Ein VW Iltis, ein von Audi für die Bundeswehr entwickelter Geländewagen und Nachfolger des DKW Munga, war auf den verschneiten Straßen rascher unterwegs als die deutlich besser motorisierten Limousinen des sich gerade wieder aufrappelnden Herstellers. So etwas nahm Ferdinand Piëch, damals noch Entwicklungschef der Marke, nicht hin, sondern befehligte die Entwicklung eines Allrad-Personenwagens. 1980 wurde der Audi quattro geboren. Als der Finne Hannu Mikkola 1983 erstmals mit einem Allradauto die Rallye-Weltmeisterschaft gewann, war die Überlegenheit dieses Antriebsprinzips auch für die Straße bewiesen. Moderne Allradtechnik war das freilich noch nicht, es regierte das klassische mechanische Differential mit Sperre. Seitdem hat der Allrad auch im Alltagsauto eine ähnliche Karriere hinter sich wie der Turbolader: Was einst als exquisit galt, ist nun Gemeingut, vom Fiat Panda bis zum VW-Transporter sind viele Autowünsche auch mit Allradantrieb zu erfüllen.
Kronenräder
Die Unterschiede zwischen verschiedenen Marken und Modellen der modernen 4×4-Welt bestehen heute vor allem darin, wie das für den bestmöglichen Vortrieb benötigte Moment zwischen den Achsen verteilt wird. Eine asymmetrische oder variable Kraftverteilung mit mehr Drehmoment nach vorn oder hinten lässt sich grundsätzlich mit mechanischen und mit elektronisch gesteuerten Lösungen erreichen. Allrad-Pionier Audi verzichtet beim 2010 eingeführten Kronenrad-Differential auf jegliche Elektronik.
Ein Kronenrad kann man beim Besuch einer historischen Mühle sehen- es handelt sich um ein Winkelgetriebe, bei dem eines der beiden Zahnräder zylindrisch geformt und auf seiner Welle beweglich gelagert ist, so dass es stets im Eingriff bleibt. Zwei Kronenräder, die über vier Ausgleichsräder miteinander verbunden sind, nutzt Audi, um im Normalzustand 60 Prozent des Drehmoments auf die Hinterachse zu übertragen. Die Ankopplung der zu den Achsen führenden Gelenkwellen erfolgt über zwei Lamellenkupplungen, für deren Betätigung – das ist der Trick – das auf die axial beweglichen Kronenräder wirkende Antriebsmoment genutzt wird. Ist das volle Moment nicht zu übertragen, weil an einer Achse Schlupf auftritt, sucht sich die überschüssige Kraft selbst den Weg in Richtung der anderen Achse. Stufenlos und ohne jede Verzögerung sind so Drehmomentverteilungen von bis zu 85 Prozent an der Hinter- oder 70 Prozent an der Vorderachse möglich.
Im R8 nutzt Audi hingegen noch die Visco-Kupplung, einen Klassiker der Allradtechnik aus den achtziger Jahren, der in verschiedenen Bauformen unter anderem von Subaru und Volvo verwendet wird und auch schon dem VW Bully zum Allradantrieb verholfen hat. Die Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse erfolgt dabei über Lamellenscheiben, die in einem Ölbad laufen. Das Drehmoment wird nicht durch direkten mechanischen Kontakt, sondern wie in einem Automatikgetriebe über das Hydrauliköl übertragen, das bei Drehzahlunterschieden verquirlt wird. Auch ein solches System reagiert selbsttätig auf eine Differenz der Drehzahl an Eingangs- und Ausgangswelle. Allerdings führt eine rein hydraulische Kupplung dazu, dass einzelne Räder nicht gezielt gebremst werden können. Da dies für den Eingriff elektronischer Antiblockier- und Stabilitätsprogramme notwendig ist, wird heute nur mehr die weiterentwickelte Viscomatic eingesetzt, bei der ein kleines Planetengetriebe über eine hydraulische Bremse geregelt wird.
Die Haldex-Generation
Die Konzernmutter aus Wolfsburg hält hingegen weiter die Haldex-Kupplung hoch, die beispielsweise den Golf 4-Motion antreibt. Die neue Haldex-Generation, von dem amerikanischen Zulieferer Borg-Warner entwickelt, ist im Prinzip nichts anderes als eine Mehrscheibenkupplung mit hydraulischer Betätigung. Die Höhe des übertragenen Drehmoments ist vom hydraulischen Druck abhängig, bei vollkommen geschlossener Kupplung ist die Hinterachse starr verbunden. Sie baut recht kompakt und ist mittlerweile auch hinreichend dynamisch zu regeln – wenn auch nicht so schnell wie ein mechanisches System. Dafür kann eine Haldex-Kupplung mittlerweile fast drucklos betrieben werden. Auf trockener Straße werden also nur die Vorderräder angetrieben. Ein solches System ist eigentlich ein Frontantrieb mit bei Bedarf zugeschalteten Hinterrädern.
Dieser Allrad für zwischendurch verspricht weniger Reibung und damit geringeren Treibstoffverbrauch. Er ist ohne großen konstruktiven Aufwand zu realisieren und macht sich deshalb daran, große Teile des Marktes zu erobern. Die meisten wahlweise mit Allradantrieb ausgestatteten Personenwagen und auch moderne SUVs wie Ford Kuga, Opel Mokka und VW Tiguan setzen auf diese Lösung. Oft ist er selbst bei vermeintlichen Geländewagen wie dem neuen Mercedes-Benz GLA nurmehr als Sonderausstattung zu ordern. Anders sieht es am anderen Ende der Modellpalette aus, die M-Klasse fährt mit vier tatsächlich permanent angetriebenen Rädern. Die Momentverteilung erfolgt in einem festgelegten Verhältnis über ein zentrales Planetengetriebe, das mechanisch gesperrt werden kann. Einen Hebel zu ziehen ist dazu nicht mehr notwendig, die Verriegelung übernimmt auf Knopfdruck ein elektrischer Stellmotor. Schlupf an einzelnen Rädern wird in aller Regel über Bremseingriffe des ESP bekämpft.
Offroad und bei Eis und Schnee klar überlegen
Wiederum anders arbeitet das unter dem Namen X-Drive vermarktete BMW-System. Es nutzt zwar die für das ESP verbauten Raddrehzahl-Sensoren, bremst aber bei Schlupf nicht die Räder ab, sondern verteilt die Antriebskraft je nach Bedarf zwischen den beiden Achsen und den Rädern. Als Regler kommt auch bei den Münchnern eine Lamellenkupplung zum Einsatz, deren Anpresskraft variiert werden kann.
Welche Lösung auch immer für den Allradantrieb gewählt wurde: Auf Eis und Schnee sowie jenseits des Asphalts sind alle dem Zweiradantrieb überlegen. Landwirte, Jäger, Pferde- und Bootsbesitzer kommen am Allrad deshalb kaum vorbei. Die genannten Nachteile verlieren rasch an Bedeutung, wenn zum ersten Mal unter winterlichen Bedingungen das Ziel der Fahrt nicht erreicht worden ist. Vielleicht erklärt das Gefühl, im Zweifel mit dem 4×4 weiterzukommen, dessen steigende Beliebtheit.
Für solche Zwecke dürfte eine neue Klasse der Allradsysteme, die sich in immer mehr Hybridfahrzeugen findet, allerdings nicht die erste Wahl sein. Der elektrische Antrieb wirkt dabei nicht auf dieselbe Achse wie der Verbrennungsmotor. Die Freude am Vortrieb mit 4×4 währt damit nur so lange, wie die Batterie ausreichend geladen oder die Geschwindigkeit nicht allzu hoch ist. Seriöse Hersteller wie Peugeot, der eine elektrische Hinterachse unter anderem in der Dieselhybridversion des 3008 anbietet, scheuen sich daher auch, das System überhaupt als Vierradantrieb zu bewerben.