Geländewagen abc

                                               Die Entwicklung des Allradantriebes  hier
JEEP 4x4 Antriebskonzepte  hier

• Traktionshilfe
  
  ist der übergeordnete Begriff für alle Arten von Systemen, die in die Kraftverteilung bei Achsen eingreifen. Dazu gehören mechanische Hilfen wie Achsdifferenzialbremsen oder Achsdifferentialsperren, aber auch die elektronisch geregelte Schlupfregelegung, die durch automatischen Bremseingriff die Wirkung von Differenzialsperren imitiert.
  Schlupfregelungen werden in der Werbung auch gerne als Traktionskontrolle bezeichnet -
  Traction Control - in Wahrheit wird hier nichts kontrolliert, sondern gesteuert und geregelt.
  
  Ein echter Offroader verfügt über ein Reduktionsgetriebe. Dieses haben Offroader, weil es zum Fahren in schwierigem Gelände unabdingbar ist und auch bei Steigungen sowie beim Bremsen im Gefälle nicht fehlen darf. Zudem bedeutet eine kurze Untersetzung einen ganz erheblichen Kraftzuwachs für maximale Steig- oder Zugfähigkeit.

• Achsverschränkung  
  
  Das Zauberwort für alle Geländewagenenthusiasten ist Verschränkung, besser gesagt, die Verschränkung der Achsen. Je weiter eine Achse einseitig ausfedern und die andere Achse gleichzeitig auf derselben Fahrzeugseite einfedern kann, desto grösser ist die Verschränkung.

• Je besser die Verschränkung eines Geländewagens ist, desto besser kann
  er Traktion nutzen.
  Gute Traktion
  verhindert das Steckenbleiben ganz erheblich.
  Eine gute Traktion wird 
  durch lange Federwege erreicht.

Lange Federwege garantieren, dass die Räder länger auf den Boden gepresst werden. Dies ist ein ganz wichtiger Faktor für die Traktion. Je länger eine Feder anteiliges Wagengewicht auf einen Reifen überträgt, desto länger hat dieser Reifen Traktion.

Im folgenden Video wird sehr gut veranschaulicht, wie wichtig für Geländeeinsätze die Verschränkung ist.

• Achsdifferenzial

Das Differenzial sorgt in angetriebenen Achsen, wenn nötig (bei Kurvenfahrt) dafür, das rechte oder linke Rad mit unterschiedlicher Drehzahl zu versorgen.
 

• Aufstandsfläche

Ist der "Fussabdruck" eines Reifens, die Fläche des Reifens, die Bodenkontakt hat.
 

• Antriebsstrang

Die Kombination aus Motor, Getriebe, Verteilergetriebe, Kardanwellen, Differenzialen und Achshalbwellen.

• Bauchfreiheit

Die Bodenfreiheit unter der Mitte, dem Bauch des Fahrzeuges, auch 
Rampenwinkel genannt. Je grösser der Rampenwinkel, desto besser die Geländefähigkeit.
 

• Bodenfreiheit

Es wird die minimale Bodenfreiheit angegeben, der geringste Abstand zwischen einem Bauteil, meist zu einem Achsdifferenzial des Fahrzeuges und dem Boden.
 

• Böschungswinkel

Dieser Winkel gibt an, wie steil eine Böschung oder ein Hang sein darf, ohne dass der Geländewagen mit der Stossstange festsitzt, wenn er auf waagrechtem Grund vorwärts respektive rückwärts an die Böschung heranfährt.
 

• Differenzialsperren

Das Fahrzeug hat sich festgefahren. Das hintere linke Rad  dreht freudig, ebenso das Vordere. Während die Räder, die Bodenkontakt haben und das Fahrzeug bewegen könnten, still stehen.
 

Hat man nun eine echte Differenzialsperre - an Hinter- und Vorderachse, dann drehen tatsächlich alle 4 Räder synchron. Bei festgefahrenem Fahrzeug sehr hilfreich. Allerdings lässt sich mit Vorderradantrieb und aktivierter Differenzialsperre praktisch nicht Lenken, Kurvenfahren wird unmöglich.
Autos mit permanentem Allradantrieb verfügen zusätzlich über ein Differenzial im Verteilergetriebe (günstiger Viscokupplungen im Antriebsstrang).

Es gibt auch Fahrzeuge mit zuschaltbarem Allradantrieb die über ein Zwischendifferenzial  im Verteilergetriebe verfügen. Ein Zwischen- oder Ausgleichsdifferenzial vermeidet Verspannungen im Antriebsstrang. Bei bestimmten Fahrzeugen kann auch das Zwischendifferenzial gesperrt werden.
Der Antrieb wird dadurch zu gleichen Teilen auf Vorder- und Hinterachse verteilt.
 

Das heisst, dass eine echte Differenzialsperre an der Hinterachse grösstenteils genügt. Meist ist serienmässig ein normales Differenzial oder ein selbsthemmendes Sperrdifferenzial eingebaut.
 

Gelegentlich kann man sich bei einem durchdrehenden Rad an der Hinterachse durch einen Trick helfen. Man zieht vorsichtig die Handbremse, damit das durchdrehende Rad abgebremst wird. Damit es sich dennoch drehen kann wird ein höheres Drehmoment benötigt, das dann durch die ausgleichende Differenzialwirkung auch das andere Rad der Achse erhält und sich so zur Bewegung zwingen lässt.
Ideal wäre natürlich, man könnte die Räder an der Hinterachse einzeln abbremsen. Sinnvoll wäre eine solche Bremse wenn keine echte Differenzialsperre vorhanden ist.

Es gibt verschiedene Arten von Sperren die sich zum Einbau in den Wrangler wie auch den Cherokee eignen.

• Differenzial-Bremse (keine Sperre)
  Limited Slip Differential -limitiert den Schlupf-
  (Trac-Lock, Auburn Gear, Eaton, ZF etc.)
  Wirkungsgrad wird in % angegeben.
  Beispiel: Eine 40%ige Diff-Bremse leitet einem Rad das stillstehen würde -weil das gegenüberliegende durchdreht- noch 30% der Kraft zu.
   
• automatische Sperren
  zum Einbau in den Differenzialkorb (Lock-Right, EZ-Locker, etc.)
  als Ersatz für den Differenzialkorb (Detroit Locker, etc.)
  (nicht abschaltbar)
   
• manuelle Sperren (ARB, OX Locker, etc.)
  (abschaltbar)

Alle manuellen Sperren erfordern umfangreiche Umbauten und Installationsarbeiten. Das Differenzial wird durch das Sperrdifferenzial komplett ersetzt. Ausserdem sind Umbauten für den Betätigungsmechanismus nötig. ARB und Locker erfordern Luftleitungen, ARB einen Kompressor, Unterdruck Sperren ein Vakuum-Reservoir.
Die Sperrwirkung ist OPTIMAL  mehr...
 

• Differenziale - Traktionsmanagement

Seit man Autos baut, weiss man um die Mängel der Differenziale auf  wechselnde Traktion richtig zu reagieren. Die Einzigen, die perfektes Traktionsmanagement garantieren und Steckenbleiben verhindern, die Differenzialsperren, müssen manuell vom Fahrer aktiviert werden.

Deshalb gibt es seit einiger Zeit das Transparente Traktionsmanagement. Um Fehlbedienungen zu vermeiden, dem Fahrer komplizierte Traktionskalkulationen abzunehmen und um so unbefriedigende Systeme wie Differenzialbremsen zu eliminieren, wurden in den letzten Jahren neue transparente Systeme entwickelt.
 
Das Quadra-Drive System von Jeep, also die Kombination aus Quadra-Trac II und Vari-Lok-Achsen, ist ein transparentes Konzept, das nahtlos von progressiver Differenzialbremsung bis zur Differentzalsperrung den bisher weitest möglichen Bogen spannt. Transparent soll heissen, dass sie ohne Zutun des Fahrers arbeiten und der Eingriff des Systems von ihm nicht wahrgenommen wird.
 

• Geländegängigkeit

Zwei Faktoren sind es vor allem, nämlich die Bodenfreiheit und die Traktion. Die Bodenfreiheit hängt wesentlich von der Radgrösse ab. Die Achsen befinden sich nun mal im Radmittelpunkt und damit im Abstand des Radhalbdurchmessers vom Boden. Wir verstehen unter der Traktion die Fähigkeit Zugkraft zu entwickeln. Es kommt also darauf an, die Motorkraft auf den Boden zu bringen und in Vortrieb umzusetzen.

Während der Wintermonate erleben wir die Grenzen der Traktion an jeder verschneiten Steigung. Eine wesentliche Verbesserung der Traktion bringen alleine schon die richtigen Reifen. Aber auch hier spielt der Durchmesser des Rades bzw. des Reifens eine wichtige Rolle.
 
Die Reifenaufstandfläche hängt vom Durchmesser und der Breite des Reifens ab. Je grösser die Aufstandsfläche ist, um so geringer der Flächendruck und um so mehr Profil kommt gleichzeitig zum Eingriff.
Die Bedeutung optimaler Bereifung zur Verbesserung der Traktion kann kaum überbewertet werden. Sind es doch nur die Reifen, die die Verbindung zwischen Fahrzeug und Untergrund herstellen.
 

• Geländeuntersetzung

In einem dem normalen Getriebe nachgeschalteten Getriebe, dem Verteilergetriebe, werden die Gänge weiter untersetzt (reduziert).
Erster Effekt der Geländereduktion: Niedrigst mögliche Geschwindigkeit, damit Zeit für Manöver im Gelände bleibt.
Zweiter Effekt: Ganz erheblicher Kraftzuwachs. Ideal bei schwerem Anhängerbetrieb.

• Kippwinkel

Wann kippt das Fahrzeug?
Hier hilft ein auf dem Markt erhältliches Neigungswinkel-Messgerät. Es wird meist auf dem Armaturenbrett befestigt.
Die Geräte sind auf 45 Grad kalibriert.

Aber auch hier spielt die Bodenbeschaffenheit eine sehr wichtige Rolle (seitliches Wegrutschen), dann natürlich die Beladung (Schwerpunkt). Im Kipp - Grenzbereich ist in der Praxis höchste Vorsicht angezeigt. Im Ernstfall ist man gut beraten, das Fahrzeug hangwärts mit einem Seil zu sichern. (z.B. Türpfosten - Baumstamm).

• Permanenter Allradantrieb

Mit permanentem Allradantrieb ausgerüstete Fahrzeuge bieten meist keine Wahlmöglichkeit zwischen Zweirad- oder Vierradantrieb. Der Vierradantrieb ist permanent. Den nötigen Drehzahlausgleich zwischen Vorder- und Hinterachse besorgt ein Zentraldifferenzial oder das Drehmoment wird nur bei  Bedarf auf die zweite Achse weitergeleitet, wie beim Jeep Grand Cherokee mit einem Gerotor/Kupplungssystem.

Zentraldifferenzial/Längsdifferenzial
Verteilergetriebe, in der Funktion als Zentraldifferenzial werden bei mehr als einer angetriebenen Achse benötigt, um die Leistung des Motors zwischen den Achsen aufzuteilen. Zentraldifferenziale können wie Achsdifferenziale beschaffen sein, so dass sie ebenfalls eine Standübersetzung von i0 = − 1 haben, man spricht dann von einer Momentenaufteilung von 50:50 zwischen den Achsen.

Es ist auch möglich, dass Zentraldifferenziale andere Standübersetzungen haben, dann kann die Hinterachse mehr Antriebsmoment auf die Straße bringen, als die Vorderachse - beim Beschleunigen und in Steigungen ein großer Vorteil. Eine mögliche Verteilung wäre z.B. 35:65, d.h. wenn die Vorderachse 35% des Antriebsmomentes bekommt, dann kann die Hinterachse bis zu 65% übertragen.
Erklärung von Wirkungsweisen der verschiedenen Differenziale hier

Permanenter Allradantrieb ohne Sperren in den Achsen, gibt keine Gewissheit, mit einem Rad auf Glatteis oder in der Luft hängend noch Traktion zu haben.

Der Quadra-Drive beim Grand Cherokee 2000-05 kennt einen anderen Allradmodus. Heckantrieb mit automatisch zuschaltender Vorderachse. Nicht mit permanent gleichzusetzen.
(Ab Modell 05 elektronisch gesteuert.)

Je nach Modell verteilen die Kraftübertragungen das Antriebsmoment auf unterschiedliche Weise auf die Vorder- und Hinterachse. Zu den verbreitetsten Lösungen gehören Viscokupplungen, Lamellenkupplungen, Haldexkupplungen oder Torsen-Differentiale.
 

• Zuschaltbarer Allradantrieb

Das Zwischengetriebe überlässt dem Fahrer bis heute die Entscheidung zwischen Zweiradantrieb zu den Hinterrädern oder Allradantrieb durch eine hinzugeschaltete Kraftübertragung zu den Vorderrädern. (Umgekehrte Reihenfolge bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb).
Ohne 100% Sperren in den Achsen, gibt es keine Gewissheit, mit einem Rad auf Glatteis oder in der Luft hängend noch Traktion zu haben, trotz zwei angetriebener Achsen. Sperren können bei mechanischen Systemen nachgerüstet werden.
 

• Permanenter elektronisch gesteuerter Allradantrieb gepaart mit einem Automatikgetriebe sowie einem Reduktionsgetriebe

Elektromotoren sind für das Schliessen und Oeffnen der Lamellenkupplungen im Zentraldifferenzial und den beiden Achsdifferenzialen zuständig. Die E-Motoren erhalte ihre Befehle von einem Rechner, den zahlreiche Sensoren mit Daten füttern.
Zugleich kann das System mit Fahrdynamik-Regelsystemen, elektronischen Fahrhilfen, Sicherheits- und Ueberwachungssystemen gekoppelt werden.

Dieses System garantiert einen jederzeit zur Verfügung stehenden Allradantrieb. Alles geschieht ohne Zutun des Fahrers. Aehnliche Leistungen erbrachten bis heute nur Fahrzeuge mit drei 100%igen Sperren - die mussten aber je nach Bedarf zugeschaltet resp. wieder ausgeschaltet werden
 

• Steigungen

Die Steigfähigkeit wird grösstenteils  in Prozenten ausgedrückt. Meist ist allerdings nicht klar, auf welchen Steigungswinkel sich die Prozentangaben beziehen. Nach weitverbreiteter Meinung entspricht eine Steigung von 100 Prozent einer senkrechten Wand, also einem Winkel von 90 Grad. Dies stimmt aber so nicht.

Die Prozentangabe bezieht sich auf ein Verhältnis von Grundfläche zu Höhe, also 1:1, was einem Steigungswinkel von 45 Grad entspricht. Diese 45 Grad werden als 100 Prozent angesetzt. Eine Steigfähigkeit von 80 Prozent = Steigfähigkeit 36 Grad.

Die maximale Steigfähigkeit eines echten Geländewagens liegt zwischen 50-100%. Dies ist allerdings ein theoretischer Wert. Ist der Untergrund halbwegs fest, sodass kein Reifenschlupf entsteht, werden die Grenzen der Steigfähigkeit mehr vom Mut des Fahrers als durch technische Möglichkeiten gezogen.
 

• Watfähigkeit, Wattiefe

Gibt an, wie tief das Wasser sein darf um unbeschadet durchfahren zu können.
 

• Winden (elektrisch, hydraulisch, mechanisch)  
  Unterschieden wird zwischen 2 Windentypen.

1. Leichte Bergungswinde. Sie sind für den gelegentlichen Einsatz (Notsituation) entwickelt worden. Leicht montier- und demontierbar können sie überall eingesetzt werden. Als gelegentliches Hilfsmittel sind sie völlig ausreichend.

2. Arbeitswinde. Sie sind mit einer Dauerschmierung sowie einer Freilaufvorrichtung ausgestattet. Damit kann das Stahlseil per Hand schnell zum Befestigungspunkt gezogen werden.

Zu diesem Typ gehört auch eine Fernbedienung mit Vor- und Rücklauf. Für den beruflichen Einsatz empfehlen sich die bis zu rund 4.5 t (elektr.) ziehenden robusten Arbeitswinden. Die hydraulischen Winden leisten natürlich locker ein mehrfaches an Zugkraft.

• Elektrische, hydraulische oder mechanische Winde?

Für Geländefahrzeuge ist die elektrische Winde am besten geeignet. Der  An- und Einbau ist unkompliziert. Hohe Montagekosten entfallen. Lediglich Anbauplatte und der Einbausatz sind nötig.

Für grosse Zuglasten eignet sich die hydraulische Winde am besten. Bedingt allerdings eine Hydraulikpumpe im Fahrzeug. Daher findet man diese Winden meist bei grösseren Fahrzeugen die standardmässig schon über Hydraulikpumpen verfügen. 

Die mechanische Winde findet bei neueren Fahrzeugen eigentlich keine Beachtung mehr.

Tipp: Durch Verwendung von Umlenkrollen können Seilwinden in ihrer Zugleistung verdoppelt werden.
 

• 4x4 ist keine Garantie

Leicht wähnen sich Allradfahrer in falscher Sicherheit. Doch die Gesetze der Physik gelten auch für sie. Deshalb:

-   Allradfahren muss gelernt sein, am besten unter kundiger Leitung im Gelände.

-   Nur mit einer guten Bereifung kann ein Allradfahrzeug seine Möglichkeiten umsetzen. Auf Schnee verlängert sich auch beim Allradfahrzeug der Bremsweg ohne Winterreifen um rund 50 Prozent.

-   Ein Allradfahrzeug beschleunigt zwar auf rutschiger Strasse besser, aber es bremst nicht besser als ein front- oder heckgetriebenes Auto.

-   4WD-Fahrzeuge sind in der Regel schwerer als konventionelle, entsprechend mehr Kraft ist nötig, sie zum Stillstand zu bringen.

-   Allradantrieb ersetzt Schneeketten nicht. Bei der Talfahrt kann ein 4x4-Fahrzeug ins Rutschen geraten wie jedes andere auch.

Fahren auf Eis und Schnee. Mit Respekt, jedoch ohne Angst vor winterlichen Fahrbahnen. mehr...

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