Traktoren - Wegbereiter des modernen Allradantriebs ?
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Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
Traktoren - Wegbereiter des modernen Allradantriebs ?
Historie und Ausblick
Prof. Jürgen Stockmar, Heribert Lanzer, Horst Christian
MAGNA STEYR Powertrain AG & Co. KG, Graz
www.magnasteyr.com
Nie zuvor in der nun 125-jährigen Geschichte des Automobils fuhren so viele Personenwagen
mit Allradantrieb über die Straßen aller Industrienationen wie heute. Dieser Trend ist in Mittel-
europa und den USA besonders in den letzten Jahren sehr ausgeprägt zu beobachten, obwohl
die Strassen immer besser ausgebaut werden und der Winterdienst immer schneller und zuver-
lässiger funktioniert. In der Landwirtschaft dagegen hat sich der Traktor mit Allradantrieb ge-
rade in Deutschland bereits seit vielen Jahren durchgesetzt und weist in der leistungsstarken
Klasse über 100 PS einen Marktanteil von fast 100 Prozent auf. Diese zeitliche Voreilung in der
Markt-Penetration des Allradantriebes bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen drängt natürlich die
Frage auf: sind Traktoren der Wegbereiter des modernen Allradantriebs?
1 Die frühe Geschichte des Allradantriebs
Das Ziehen schwerer Lasten auf unbefestigten Wegen und des Pflügen zählen ganz ohne Zweifel zu
den anstrengendsten Arbeiten in der Landwirtschaft, die über Zehntausende von Jahren zunächst
Menschen, später Tiere verrichten mussten. Als James Watt 1765 die leistungsfähige Niederdruck-
Dampfmaschine entwickelte, war sie die erste steuerbare Kraftmaschine in der Geschichte der
Menschheit, die in der Zukunft viele Arbeitsaufgaben lösen sollte. Es wäre zu erwarten gewesen, dass
zumindest die Großgrundbesitzer in der Dampfmaschine eine Möglichkeit gesehen hätten, Feldarbei-
ten zukünftig schneller und ertragreicher durchzuführen. Wenn man allerdings die ersten Traktorunge-
tüme des beginnenden Maschinenzeitalters in der Landwirtschaft sieht, kann man die Zurückhaltung
verstehen: bis zu 25 Tonnen brachten die ersten Dampftraktoren (Bild 1) auf die Waage und sie wa-
ren damit eher zur Bodenverdichtung als zur Bodenkultivierung geeignet.
Bild 1: CASE-Dampftraktor aus dem Jahr 1907
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Und wie schon bei der Einrichtung der ersten Eisenbahnstrecke in England sahen auch die beiden
englischen Erfinder Timothy Burstall und John Hill eine erste sinnvolle Anwendung der Dampfmaschi-
ne in einem Automobil für den wohl profitableren Personentransport. 1825 wurde den beiden Ingeni-
euren ein Patent für eine dampfgetriebene Transportmaschine erteilt, das für die Entwicklungsge-
schichte der Allradantriebe einen Paukenschlag bedeutete: Burstall und Hill statteten ihr Fahrzeug
nämlich zusätzlich zu dem permanenten Hinterradantrieb mit einem zuschaltbaren Vorderradantrieb
aus (Bild 2). Ihrer Zeit weit voraus, trieben sie die zuschaltbare Vorderachse über eine lange Kardan-
welle an, während andere Konstrukteure noch Jahrzehnte auf Riemen, Ketten und sogar Seilantrieb
vertrauten. 1827 rollte das erste Fahrzeug der Welt mit mechanischem Antrieb auf alle vier Räder
über Englands Straßen. Von „fahren“ im heutigen Sinne konnte dabei allerdings noch keine Rede
sein, denn das fast 8 Tonnen schwere, hohe Gefährt erreichte gerade einmal bescheidene Fußgän-
gergeschwindigkeit.
Bild 2: 1827 eingesetzter Dampfwagen mit Allradantrieb von
Burstall und Hill
Natürlich gingen viele große Ideen, wenn sie keinen Durchbruch erringen konnten, im Nebel der Ver-
gangenheit verloren. Glücklicherweise war es aber schon immer das Bestreben von Menschen mit
innovativen Ideen, diese auch kommerziell nutzen zu können. Dieser Nutzung ging der Schutz des
geistigen Eigentums voraus, der am besten mit gewährten Patenten verteidigt werden konnte. So
belegen Patente auch die technischen Fortschritte, die häufig mühsamen Wege und auch die vielen
Irrwege bis zum jeweiligen Stand der Technik.
Ein Beispiel für Fortschritt und Irrweg ist das am 31. März 1857 vom Patentamt der Vereinigten Staa-
ten von Amerika dem Erfinder John S. Hall erteilte Patent auf einen Dampfwagen mit Allradantrieb.
Mister Hall hatte bei seiner Erfindung vermutlich Traktionsaufgaben für seinen Dampfwagen als Ziel
gesehen. Er kombinierte für seinen vierradgetriebenen Dampfwagen einige erstaunliche moderne
Elemente mit abenteuerlichen Konstruktionsprinzipien. Sein Zugfahrzeug besaß eine Knick-Lenkung
wie der Dampfwagen von Burstall und Hill, aber keine Differenziale in der Vorder- und Hinterachse, so
dass dieses Fahrzeug beim Befahren einer engen Kurve durch die hohen Reibungen im Antriebs-
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strang radikal heruntergebremst worden wäre. Allein diese Tatsache lässt bezweifeln, ob der
Hall´sche Dampfwagen jemals vom Patent in die Realität umgesetzt worden ist. Aber das Konzept des
Vierradantriebes war für landwirtschaftliche Anwendungen damit angedacht, von nachfolgenden Kon-
strukteuren aber erst nach fünf Jahrzehnten zur Praxistauglichkeit weiterentwickelt worden.
2 Die ersten modernen Personenwagen mit Allradantrieb
1900 rüstet der damals 25-jährige Ferdinand Porsche als Cheftechniker der Hofwagen-Fabrik Jakob
Lohner & Co. in Wien für den englischen Rennfahrer E. W. Hart ein Elektrofahrzeug zur Leistungsver-
dopplung mit vier elektrischen Radnabenmotoren mit jeweils 2,5 PS an allen vier Rädern aus. Später
setzt Porsche dann das Konzept der Radnabenmotoren mit Hybridantrieb für die bekannten Kanonen-
Zugmaschinen ein.
1903 schufen Jacobus und Hendrik-Jan Spijker mit ihren Konstrukteuren J.-V. Laviolette und F.W.
Brand das erste Automobil mit einem mechanischen Vierradantriebskonzept (Bild 3), wie es auch
heute noch vielfach verwendet wird: der vorne längs eingebaute Sechszylindermotor trieb über ein
zweistufiges Verteilergetriebe mit Zentraldifferenzial und Kardanwellen die Vorder- und Hinterachse
permanent an. Der gesamte Fahrzeugentwurf dieses „Spyker Grand Prix Racer“ für den Wettbe-
werbseinsatz war seiner Zeit um einen Quantensprung voraus. Um so bedauerlicher ist, dass diese
große Pionierleistung heute fast in Vergessenheit geraten ist.
Bild 3: Spyker-Rennwagen mit dem ersten modernen Allradantrieb, 1903
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3 Der erste Traktor mit Allradantrieb
Die Ingenieure hatten die Traktionsvorteile des Allradantriebes für die effiziente Übertragung der Mo-
torleistung auf die Straße für den Motorsport also bereits klar erkannt. Die praktische Umsetzung die-
ser Erkenntnis auch für die Landwirtschaft erfolgte allerdings erst 1907 durch die Gasmotoren-Fabrik
Deutz. Dieses Unternehmen stellte einen ersten verwendbaren Traktor mit Allradantrieb vor (Bild 4),
der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wurde, dessen 40 PS auf vier gleichgroße Eisenräder
übertragen wurden. Dieser Traktor konnte in beiden Richtungen arbeiten. Seine Mechanik war kom-
pliziert, woraus ein hoher Preis und damit ein geringer Markterfolg resultierte.
Bild 4: Deutz-Traktor, Baujahr 1907, mit Allradantrieb, Allradlenkung und Zweiwegetechnik
Eine interessante Weiterentwicklung des Allradantriebes entwarf der Konstrukteur F. Huber für den
Lanz-Ackerbulldog (Bild 5), der 1923 auf den Markt kam. Wegen des hohen Gewichts des über der
Vorderachse angeord-neten schweren Motors legte Huber die Vorderachse als Hauptantriebsachse
aus. Das Credo seines Firmenpatriarchen Heinrich Lanz „Ein Traktormotor kann nicht einzylindrig
genug sein“ setzte Huber in dem liegendem Einzylindermotor mit zehn Litern Hubraum getreulich um.
Bild 5: Zeichnung des Lanz-Ackerbulldog, 1923, Hinter-
achsantrieb automatisch zuschaltend
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Erst wenn die größeren Vorderräder einen gewissen Schlupf aufwiesen, schaltete ein Klinkengesper-
re-Freilauf auch die Hinterräder zum Antrieb dazu. Der schon von Burstall und Hill für ihren Dampfwa-
gen eingebaute zuschaltbare Vierradantrieb wurde durch diese einfallsreiche mechanische Lösung
zum ersten bekannten automatisch zuschaltbaren Allradantrieb. Da der Lanz-Ackerbulldog (Bild 6)
über eine Knick-Lenkung verfügte, umging er mit diesem Konzept elegant das Problem der ungleich
großen Spur-Radien beim Befahren enger Kurven ohne Mitteldifferenzial und die daraus resultierende
Verspannung.
Bild 6: Der schwere 10-Liter-Einzylinder des Lanz-
Ackerbulldog lastete auf der Vorderachse
4 Allradtraktoren gehen in Serienproduktion
Sowohl in Europa als auch in Amerika wurden sporadisch von verschie-denen Firmen Traktoren mit
Allradantrieb vermarktet. Besonders erwähnt werden müssen die Traktoren von Fendt, MAN (Bild 7)
und Nordtrak, die bereits kurz nach Ende des zweiten Weltkrieges angeboten wurden. Es lag wohl an
den schweren Zeiten, dass alle drei Marken ihre Allradtraktoren nur in wenigen hundert Exemplaren
auf die Felder bringen konnten und dann die Produktion wieder einstellen mussten.
Der wirkliche Durchbruch der Allrad-Technologie blieb so, trotz vieler positiver theoretischer und prak-
tischer Untersuchungen über ihre Vorteile im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit, die Effizienz und
auch für die Boden-belastung, zunächst aus. Erst mit der Steigerung der Motorleistungen der Trakto-
ren wurde der Allradantrieb wieder interessant. Seit 1951 SAME mit dem Typ DA 25 die ersten Allrad-
Traktoren in Großserie produzierte, stieg der Marktanteil der Traktoren mit Allradantrieb bis heute in
einem damals nicht erwarteten Maße und bedeutete endlich den Durchbruch in Europa.
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Bild 7: MAN Ackerdiesel mit zuschaltbarem Vorderachsan-
trieb, 1948
5 Die Neuzeit des Allradantriebs im Pkw
Dieser hohe Allradanteil bei Traktoren mit ihren dann bereits bekannten Vor-zügen war fraglos auch
ein Treiber für die weite Verbreitung der ersten Allrad-Pkw von Subaru besonders in ländlichen Gebie-
ten gewesen. Die Nutzer kannten die Vorteile des Vierradantriebes von ihren landwirtschaftlichen
Maschinen und wollten sie auch im eigenen Straßenfahrzeug einsetzen. (Noch) nicht von der ange-
wandten Technik, aber von der Marktentwicklung hat der Traktor zum ersten Mal eine zumindest regi-
onale Führungsrolle in der Allrad-Penetrierung des Marktes übernommen.
Der Subaru Leone L (Bild 8) erschien bei uns 1974 zunächst als Kombifahrzeug und war mit einem
zuschaltbaren Allradantrieb ausgerüstet. Der vor der Vorderachse platzierte Boxermotor trieb perma-
nent nur die Vorderräder an, der Hinterradantrieb musste bei den ersten Versionen noch manuell zu-
geschaltet werden. Der Subaru Leone L als erstes in Großserie produziertes Fahrzeug mit Allradan-
trieb hatte weltweiten Erfolg und bereitete den Markt für die danach erscheinenden Fahrzeuge mit
Allradantrieb von anderen Herstellern, besonders von Audi, vor.
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Bild 8: Das erste in Großserie produzierte Allrad-Auto: Suba-
ru Leone, 1972
In den über zwei Jahrzehnten zwischen der Vorstellung des SAME Allrad- Traktors DA 25 und der
Markteinführung des Subaru Leone L wurde 1966 der Jensen FF (Bild 9) mit einem außerordentlich
fortschrittlichen Allrad-antriebs-System präsentiert. Neben einer Reihe erstmals in den Automobilbau
eingeführten Techniken zeichnete sich der Jensen FF durch ein von der Firma Ferguson Develop-
ments entwickeltes Antriebssystem aus, das alle vier Räder permanent antrieb. Ein Planeten-
Zentraldifferenzial teilte im Normalfall der Hinterachse 63 Prozent, der Vorderachse 37 Prozent des
anliegenden Drehmomentes des 325 PS starken Chrysler V8-Motors mit 6,3 Litern Hubraum zu. Der
FF-Vierradantrieb arbeitete mit zwei Mehrscheiben-Differenzialbremsen (Bild 10), die, mechanisch
vom Schlupf der beiden Antriebsachsen angesteuert, ein Durchdrehen einer Achse wirkungsvoll ver-
hinderten. Die Auslegung gestattete der Vorderachse eine um 16,5 Prozent höhere Geschwindigkeit
als der Hinterachse, der Hinterachse aber nur einen Schlupf von fünf Prozent. Das Antriebskonzept
des Jensen FF hat viele, erst später mit Hilfe moderner Technik und der Elektronik, wieder aufgegrif-
fene Konstruktionsprinzipien für die Auslegung eines Allradantriebes vorweg genommen. Mit dieser
Entwicklung von Ferguson Developments begann die Neuzeit des Allradantriebs.
Die knappe Finanzdecke von Jensen und der hohe Preis des Fahrzeuges verhinderten einen durch-
schlagenden Markterfolg. Nur ganze 330 Fahrzeuge verließen die Produktionsstätten in West Brom-
wich, danach musste Jensen Motors 1971 die Tore für immer schließen.
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Bild 9: Der erste Personenwagen mit permanentem Allradan-
trieb und Schlupfkontrolle: Jensen FF, 1966
Bild 10: System des wegweisenden Ferguson-Allradantriebs für den Jensen FF, 1966
6 Das Problem beim Kurvenfahren
Bei Ferguson Developments hatten die Allradspezialisten schon ein in der Zukunft immer wichtiger
werdendes Problemfeld mit der höheren erlaubten Schlupfrate der Vorderachse angedacht: die grö-
ßere Geschwindigkeit der Vorderräder beim Kurvenfahren wegen des weiteren Spurkreises der Vor-
derachse bei der nur noch ausschließlich verwendeten Achsschenkel-Lenkung. Gerade bei Traktoren
mit den relativ kurzen Radständen und der für verschiedene Arbeiten unabdingbaren Wendigkeit
mussten Lösungen für den Allradantrieb gefunden werden. Wegen der geforderten Rangierbarkeit
wurden die Radeinschlagwinkel mit immer weiter verfeinerten Außenantriebsgelenken bis zu 50 Grad
gesteigert. Bei diesem maximalen Einschlagwinkel drehen die Vorderräder fast 30 Prozent schneller
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als die Hinterräder. Bei starren Allradantrieben treten bei dieser Drehzahldifferenz unerlaubt hohe
Blindmomente mit den unakzeptablen Folgen reduzierter Zugleistung und erhöhtem Verschleiß auf.
Die einfachste Lösung dieses Problems stellt die manuelle oder automatische Abschaltung des Vor-
derradantriebs beim Befahren enger Kurvenradien dar. Natürlich nimmt dieses Konzept wegen der
dann fehlenden Zugkraft der Vorderachse in Kurven dem Allradantrieb einen Teil seiner Berechtigung.
Erst 1986 beginnt der japanische Traktorhersteller Kubota, sein System des „Double Speed Turn“
(Bild 11), mit dem eine zweistufige Anpassung der Vorderachsgeschwindigkeit beim Kurvenfahren
erreicht wird, schrittweise in alle seine Allradtraktoren einzuführen. Bei Geradeausfahrt und bei kleine-
ren Lenkwinkeln wird die Vorderachse über eine geschlossene Klauenkupplung mit einer bestimmten
Übersetzung angetrieben. Bei größeren Lenkwinkeln über 40 Grad wird die Klauenkupplung geöffnet
und eine Lamellenkupplung geschlossen, die nunmehr die Vorderräder über eine höhere Übersetzung
schneller antreibt. Kubota hat dieses System eines Overdrives zur Vorderachse inzwischen verbessert
und nennt es jetzt Bi-speed Lenkung. Der Wechsel der Übersetzung zur Vorderachse geschieht nun-
mehr vollautomatisch und wird von Sensoren für die Einschlagwinkel der Vorderräder, der Fahrge-
schwindigkeit und der Motordrehzahl über einen Bordrechner gesteuert.
Bild 11: Schaltbarer „Double-Speed Turn“-Vorderradantrieb
von Kubota, 1986
Nachteilig bei der Lösung von Kubota ist natürlich, dass die exakte Drehzahl- Anpassung der Vorde-
rachs-Geschwindigkeit beim Kurvenfahren nur in zwei Auslegungspunkten vorgenommen wird. In den
anderen Bereichen werden zwar reduzierte, aber doch signifikante Blindmomente erzeugt.
Diesen Nachteil umgeht eine Lösung, die an einem Fendt-Traktor Farmer 312 LSA bereits vor über
zehn Jahren vom Lehrstuhl für Landmaschinen der TU München unter Prof. Renius entwickelt wurde
(Bild 12). Bei diesem Konzept wird die Vorderachse über ein hydrostatisches Überlagerungsgetriebe
angetrieben, das die richtige Drehzahl der Vorderräder für alle Kurvenradien und Schlupfbedingungen
optimal einstellen kann. Der erhebliche Konstruktions-Aufwand verhinderte eine weite Verbreitung
dieser Konzeption.
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Bild 12: Prinzip des stufenlos regelbaren Vorderradantriebs des Fendt-Traktors Farmer 312
LSA, 1994
In Personenwagen kann einsatzbedingt keine der vorgestellten Lösungen eine Anwendung finden.
Pkw mit Allradantrieb fahren zu einem großen Prozentsatz auf Straßen mit hohen Reibwerten, bei
denen die Verspannungen beim Kurvenfahren durch eine nur zweistufige Anpassung der Vorderachs-
Geschwindigkeit nicht toleriert werden kann. Den notwendigen Drehzahlausgleich zwischen Vorder-
und Hinterachse nimmt bei hochwertigeren Fahrzeugen deshalb ein Zentraldifferenzial vor. Bei Fahr-
zeugen ohne Zentraldifferenzial sind Visco-Kupplungen oder die weit verbreitete Haldex-Kupplung für
den Drehzahlausgleich zwischen Vorder- und Hinterachse zuständig. Für Geländefahrzeuge lassen
sich die Zentraldifferenziale entweder manuell sperren oder sie werden automatisch mit Differenzial-
bremsen verschiedener Bauart wie Visco-Bremsen oder Lamellenpaketen gesperrt.
Zentraldifferenziale wären auch für Traktoren eine Lösung für die Aufrechterhaltung des vollen Vor-
triebs zu der Vorderachse beim engen Kurvenfahren. In die bereits bestehenden Getriebegehäuse
und das generelle Layout der Allrad-Traktoren sind sie allerdings kaum zu integrieren (Bild 13). Dar-
über hinaus stellen die beim starken Zug auftretenden Vorderachsentlastungen beim offenen Zentral-
differenzial eine unakzeptable Reduktion der Gesamttraktion dar. Eine Differentialsperre ist deshalb
beim Traktor unerlässlich.
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Bild 13: Mechanik des Steyr-Traktors 8075 mit zuschaltbarem Vorderachsantrieb
Interessant wäre für Traktoren auch eine variabel gesteuerte Leistungsverzweigung zwischen der
Hinter- und der Vorderachse, wie sie Honda für den neuen Geländewagen Pilot als VTM-4 ( Variable
Torque Management 4 WD ) eingeführt hat. Eine aufwändige Elektronik regelt je nach Achsbelastung
und Fahrsituation den Leistungsanteil für die beiden Achsen über Lamellenkupplungen auf einen
Bestwert ein.
Natürlich bestehen gravierende Unterschiede zwischen den Einsatzprofilen von Personenwagen oder
SUVs und Traktoren. Die schwerste von Traktoren durchzuführende Arbeit ist das Pflügen, bei dem
normalerweise eine möglichst gerade Furche gezogen werden soll. Für diesen Haupteinsatzzweck
des allradgetriebenen Traktors bedeutete ein Zentraldifferenzial einen kostentreibenden Overkill.
Dennoch zeigen die aufwändigen Lösungen von Kubota und Fendt, dass auch im Traktorbau ein Be-
darf an der präzisen Anpassung der Vorderachsdrehzahl beim Kurvenfahren besteht. Die Traktor-
Konstrukteure werden auf Dauer gar nicht umhin kommen, sich viel intensiver als bisher mit einem
Zentraldifferential zu beschäftigen.
Eine nachträglich in bereits bestehende Gehäuse integrierbare Lösung des Achsdrehzahldifferenz-
Problems zeigt ZF in einem bereits 1992 gewährten Patent: in den Hinterachsantrieb wird eine
Rutschkupplung eingebaut, die beim Kurvenfahren die Hinterachsdrehzahl sensorgesteuert reduziert.
Eine Anwendung dieser Einbaulösung ist derzeit nicht bekannt.
7 Schalten ohne Zugkraftunterbrechung
Traktoren und Personenwagen haben sich nicht nur auf dem Gebiet des Allradantriebes, sondern
auch auf dem Feld der Drehmomentübertragung ohne Zugkraftunterbrechung über Jahrzehnte einen
Wettlauf geliefert. Da das Getriebe ein unabdingbarer Teil des Antriebsstranges ist, soll dieser Seiten-
Aspekt hier ebenfalls beleuchtet werden.
In dem noch nach 1900 tobenden Systemkampf zwischen Dampfmaschine, Elektromotor und Ver-
brennungsmotor hat letzterer das Feld als Antriebsmaschine für mobile Einheiten zu einem großen
Prozentsatz übernommen. Trotz der vielen unbestreitbaren Vorteile des Verbrennungsmotors sind
11Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
zwei Nachteile bei ihm systemimmanent: er kann nicht aus dem Stillstand ohne eine gesonderte
Startvorrichtung anfahren und seine Drehmomentkurve über der Drehzahl entspricht nicht der idealen
Zugkrafthyperbel. Ein Starter, eine Anfahrkupplung und zusätzliche Übersetzungen eines Kennungs-
wandlers zur Anpassung der Motordrehzahl an die Fahrgeschwindigkeit sind deshalb notwendige
Komponenten, um den Verbrennungsmotor effizient einsetzen zu können. Die auftretende Zugkraft-
Unterbrechung beim Schalten eines her-kömmlichen mechanischen Getriebes von einem Gang auf
den anderen stört und erschwert, besonders bei schweren Arbeiten wie dem Pflügen, den kontinuierli-
chen Arbeitsprozess. Schon 1954 stellte International Harvester in den USA mit dem „Torque Ampli-
fier“ das erste zweistufige Lastschaltgetriebe vor. Ford folgte 1958 mit dem „Select-O-Speed“-
Getriebe, das zehn unter Last schaltbare Vorwärtsgänge zur Verfügung stellte. Und 1963 folgte John
Deere mit dem „Power Shift“-Getriebe, bei dem acht Vorwärtsgänge lastschaltbar waren. Alle drei
Lösungen wurden nach fast 20-jähriger Produktionszeit erstaunlicherweise wieder eingestellt und
verschwanden vom Markt. Amerikanische Landwirte müssen also wieder schalten, wenn auch nur mit
einem Finger.
1995 stellt Kubota in Japan ein Achtfach-Lastschaltgetriebe mit Bi-Speed Turn-Einrichtung vor, das
1999 weltweit exportiert wird. Im selben Jahr folgen mehrere europäische Hersteller ebenfalls diesem
Trend und präsentieren ihre eigenen lastschaltbaren Getriebe.
Die Vorteile, Arbeiten ohne Zugkraftunterbrechung bei genau angepasster Drehzahl durchführen zu
können, waren aber zusätzlich evident und führten zur Konstruktion von stufenlos arbeitenden Getrie-
ben in Deutschland und Österreich bei Fendt, ZF und Steyr-Daimler-Puch (Bild 14). Bei allen drei
Getrieben handelt es sich um hydrostatische Überlagerungsgetriebe. Die Grundlasten werden von
mehrstufigen mechanischen Übersetzungen übertragen, die Drehzahlanpassung und der Übergang
zwischen den einzelnen Gangstufen wird mit dem hydrostatischen Antrieb und entsprechend geschal-
teten Lamellenkupplungen und Bremsbändern vorgenommen. Die Verkaufserfolge der großen Trakto-
ren mit stufenlosen Getrieben (Bild 15) lassen erwarten, dass sich diese Konzepte in Zukunft ver-
stärkt durchsetzen werden.
Bild 14: Die stufenlos arbeitende hydrostatische Getriebeeinheit der Steyr / ZF S-Matic
12Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
Bild 15: Integration der S-Matic in den Traktor-Antrieb
Beim großen Pkw war die Frage der Zugkraftunterbrechung beim Schalten schon vor Jahrzehnten mit
der Entwicklung der automatischem Getriebe in den USA gelöst. Mit ihren Millionen Stückzahlen zei-
gen sie, dass dieses Konzept besonders den Komfortanforderungen entsprechen konnte. Für europä-
ische Verhältnisse waren die mit dem automatischen Getrieben und Drehmomentwandlern verbunde-
nen Wirkungsgradeinbußen und die damit einhergehenden höheren Kraftstoffverbrauch für Klein- und
Mittelklassewagen nicht akzeptabel.
1966 überraschte dann die kleine holländische Firma DAF mit der Vorstellung des Kleinwagens Daf-
fodil (Bild 16), der mit einem stufenlos arbeitenden Riementrieb ausgestattet war. Diese Variomatic
arbeitete mit zwei Kegelscheiben-Paaren, über die ein Textilverstärkter Gummiriemen lief. Je nach
Position der Kegelscheiben konnte die Übersetzung stufenlos variiert werden. Dieses Prinzip der stu-
fenlos Drehzahlanpassung wurde im Werkzeugmaschinenbau schon lange als PIV-Getriebe einge-
setzt und feierte im Daffodil seine Premiere im Automobilbau.
Bild 16: Daffodil, 1966
13Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
Zur Übertragung höherer Motorleistungen war der Gummiriementrieb natürlich nicht geeignet. Die
Weiterentwicklung konzentrierte sich dann auf eine metallische Schubgliederkette, die heute bei allen
CVT-Getrieben zur Standardkomponente geworden ist.
Basierend auf der Entwicklung des Porsche Doppelkupplungsgetriebes gingen bei Volkswagen für
den Turan und bei Audi für den TT und den A3 kürzlich lastschaltbare Doppelkupplungsgetriebe in
Serie. Diese Konstruktionen erscheinen im Pkw erst mit Jahren Verzögerung, als Lastschaltgetriebe
im Traktor bereits den Stand der Technik darstellen. Ihre Vorteile sind hier wie da die Kombination
hoher Wirkungsgrade mit Schaltungen ohne Zugkraftunterbrechung. Beim Traktor wird dadurch primär
die Arbeitsgeschwindigkeit stabilisiert, beim Pkw erhöhen sich der Schaltkomfort und die Geschwin-
digkeit beim Schaltvorgang.
8 Lenken mit Brems- und Motorkraft
Seit Automobile erstmals für den Motorsport eingesetzt wurden, nutzen die mutigeren Fahrer die zu-
sätzliche Lenkwirkung durch Leistungseinsatz. Leider sehen wir diese beherzten Powerslides
(Bild 17) nur noch auf Rallye-Sonderprüfungen.
Bild 17: Subaru Impreza in vollem Drift mit hohem Leistungseinsatz an den
Hinterrädern
Natürlich sind Traktoren nicht die richtigen Geräte, um mit einem Powerslide die Fahrtrichtung zu
wechseln. Aber immerhin wurden zunächst mit Einzelradbremsen, sogenannten Lenkbremsen, für die
rechten und linken Hinterräder Lenkwirkungen durch verschieden große Längskräfte erzielt. Bereits
1994 drehte Kubota (wieder einmal) dieses Prinzip um und ließ sich für die Hinterachse eines allrad-
getriebenen Traktors über zwei Kupplungen die separate Drehmomentsteuerung des rechten und
linken Hinterrades patentieren. Damit hat Kubota für den Traktoreinsatz voraus gedacht, was erst
einige Jahre später, ebenfalls aus Japan, als Torque Vectoring für allradgetriebene Geländefahrzeuge
und Personenwagen eingeführt wurde. Beim Kubota Patent muss der Fahrer noch mit 2 Pedalen die
Drehmoment-Variationen der beiden Hinterräder vornehmen. Beim Mitsubishi Lancer EVO übernimmt
diese Aufgabe eine komplizierte, elektronisch gesteuerte Mechanik im Hinterachsdifferential. Mitsubi-
shi nennt diese Möglichkeit der ungleichmäßigen Drehmomentverteilung auf die beiden Hinterräder
14Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
AYC für Active Yaw Control, also aktive Gierwinkel-Beeinflussung. Ziel dieser komplexen Vorrichtung
ist die Stabilisierung des Fahrzeugs im Grenzbereich, für den der Lancer Evo als Basis für ein reines
Wettbewerbsfahrzeug konsequent ausgelegt war.
Einfacher als Mitsubishi hat Honda für den Acura (Bild 18) die Verteilung ungleichgroßer Antriebskräf-
te auf die beiden Hinterräder mit zwei getrennt steuerbaren Lamellenkupplungen gelöst. Zumindest in
der beschriebenen Basisausführung war der Traktor bei der Einführung des Torque Vectoring den
Personenwagen und SUVs um einige Jahre voraus.
Bild 18: Die Torque Vectoring-Hinterachseinheit des Honda Accord
9 Elektronik übernimmt die Kontrolle
Seit der Einführung des Transistorradios und der Transistorzündung im Kraftfahrzeug übernimmt die
Elektronik immer mehr Funktionen. Aus Gründen der Wartungsmöglichkeiten und der Zuverlässigkeit
hielten elektronische Bauelemente relativ spät ihren Einzug in die Traktortechnik. Mit der Anwendung
der variablen Antriebsgeschwindigkeit für die Vorderräder und der stufenlosen Getriebe war auch die
Einführung komplexer elektronischer Regelungen im Traktor unumgänglich. Denn nur sie sind in der
Lage, die für die exakte Steuerung der jeweiligen Übersetzung im Getriebe herangezogenen Ein-
gangsgrößen mit der notwendigen Geschwindigkeit und Präzision auszuwerten, die für eine sinnvolle
Anwendung der Antriebe unabdingbar ist. Damit steht das elektronische Getriebe-Management
(Bild 19) im modernen Traktor dem Antriebsstrang-Management eines Oberklasse-Geländewagens
um nichts nach.
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Bild 19: Elektronische Steuerung der S-Matic
In beiden Anwendungsfällen werden vom Fahrzeug die Fahrgeschwindigkeit, der Schlupf der Hinter-
räder im Vergleich zu den Vorderrädern, der Lenkwinkel und zukünftig sicher auch der Gierwinkel zur
exakten Steuerung der Komponenten im Antriebsstrang herangezogen. Unterschiede bestehen aller-
dings in der Auswertung dieser Signale. Für den Traktor sind eine möglichst gleichbleibende Arbeits-
geschwindigkeit, geringer Schlupf der Antriebsräder und Annäherung an den Kraftstoffverbrauchs-
Bestpunkt die wichtigsten Regelaufgaben.
Für die schnellen Personenwagen und Geländefahrzeuge, die heute auch Geschwindigkeiten deutlich
über 200 km/h erreichen, gilt dagegen die Stabilisierung des Fahrverhaltens in kritischen Fahrzustän-
den durch die Algorithmen der Fahrdynamikregelung als eine primäre Aufgabe. Die Regelelektronik
hat zur Erfüllung dieser Aufgaben eine Reihe von Einflussmöglichkeiten, zum Beispiel durch Sperren-
betätigung oder Abbremsen eines Rades.
10 Analyse und Ausblick
Für den Motorenbau in Personenwagen konnte über Jahrzehnte die Zukunft leicht vorausgesagt wer-
den: man musste dazu nur die Entwicklung im Schiffsmaschinenbau genau analysieren und konnte
extrapolieren, wann zum Beispiel vier Ventile pro Zylinder, Turboaufladung, verstellbare Nockenwellen
oder Pumpedüse-Elemente auf der Straße ihren Einzug halten werden. Denn die Suche nach höchs-
ten Wirkungsgraden, nach jedem Gramm/ PSh, ist beim Schiffsdiesel nicht mit der gleichzeitigen For-
derung nach Beherrschung hochdynamischer Lastwechselvorgänge erschwert und damit verzögert.
Die parallele Ableitung zukünftiger Konzepte in Personenwagen aus dem aktuellen Stand im Trakto-
renbau ist auf dem Allradantriebs-Sektor so nicht möglich. Die Analyse der Technologien und die
chronologische Abfolge ihrer Einführung in die Traktoren lässt keinen generellen Schluss auf die
Technikentwicklung im Geländewagen und im Pkw zu (Bild 20). Der Traktor konnte deshalb keine
signifikante Vorreiterrolle bei der Entwicklung moderner Allradantriebs-Systeme für Personenwagen
spielen, weil die beiden Einsatzprofile und Zielsetzungen zu unterschiedlich sind. Allerdings konnte
16Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
der Traktor mit Allradantrieb in landwirtschaftlichen Gebieten ganz ohne Frage eine Vorreiterrolle bei
der Marktdurchdringung übernehmen. Denn fast 100 Prozent Allradanteil bei den leistungsstarken
Traktoren über 100 PS und über 70 Prozent bei den kleineren Arbeitsmaschinen in Deutschland sind
gute Argumente, auch bei Personenwagen- oder beim Geländewagenkauf auf die Vorteile des Allrad-
antriebs zu setzen.
Bild 20: Chronologische Abfolge der Technologie-Entwicklung bei Allradantrieben
Auffallend ist beim Traktor, dass Innovations-Sprünge in der Allradantriebstechnik früher im Zwanzig-
jahres-Rhythmus stattgefunden haben, die jetzt erwartungsgemäß schneller abfolgen. Viele wichtige
Entwicklungen im Traktor und im Personenwagen sind mit verschiedenen Ansätzen zu ähnlichen Zei-
ten vorgedacht und eingeführt worden. Auffällig sind dabei die teilweise verschiedenen Konstruktions-
lösungen, die nicht auf gleichen bewährten Komponenten wie zum Beispiel dem Zentraldifferenzial
oder der Zahnkette beruhen, sondern ganz spezifische Konstruktionen darstellen.
Die Entwicklungsgeschichte der Allrad-Technik im Traktor und im Personenwagen sowie dem Gelän-
dewagen belegt, dass die Entwicklungsabteilungen für beide Produktlinien noch zu wenig miteinander
vernetzt sind. Eine engere Zusammenführung von Marketingfachleuten und Ingenieuren könnte so-
wohl im Traktorbau als auch in der Personenwagen-Entwicklung Synergien zwischen beiden Diszipli-
nen generieren, die schneller und effizienter zu neuen Lösungen durch gegenseitige Befruchtung und
Gedankenaustausch führen.
17Stockmar, J; Lanzer, H.; Christian, H.: Traktoren – Wegbereiter des modernen Allradantriebs? WISSENSPORTAL baumaschine.de 3(2003)
Quellen
Der vorliegende Beitrag wurde auf der VDI-Tagung "Antriebssysteme für Off-Road-Einsätze" gehalten.
weitere Beiträge sind dem VDI-Bericht Nr. 1793, 2003 "Antriebssysteme für Off-Road-Einsätze", VDI
Verlag GmbH, Düsseldorf zu entnehmen.
Autor
Prof. Jürgen Stockmar, Heribert Lanzer, Horst Christian
MAGNA STEYR Powertrain AG & Co. KG,
Liebenauer Hauptstrasse 317, 8041 Graz, Austria
Tel.: +43 316 404-0
Fax: +43 316 401-322
Internet: www.magnasteyr.com
(Korrektur Abschnitt 6 am 10.06.09)
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