Antriebsstrang

Der Motor alleine bringt ein Fahrzeug nicht nach vorne. Dazu gehören noch ein paar Komponenten mehr. Darum spricht man heute von Antriebsstrang. Zum Antriebsstrang gehört neben dem Motor auch das Getriebe mit Anfahrelement und Differential, ggf. Achsverteilergetriebe und weiteren Differentialen, Antriebswellen, Öle, Kühler, Hydraulikkomponenten (Pumpen, Ventile, Stuerblöcke, Kolben etc.), Filter, Aktuatorik, Sensorik sowie die dazugehörige Software im Steuergerät und künftig weitere Generatoren und Elektro-Motore für die Integration als Hybriden oder gar Vollelektrischen Antriebs. Wie man sieht, ist dies ein recht breites Betätigungsfeld. Im Folgenden einige Informationen zum Antriebsstrang und seinen Komponenten. Zum Wissensausbau für besseres Customizing!

 


 

Automatikgetriebe

Bei vielen Autofahrern und Autoschraubern sind Automatikgetriebe mit einer Menge Vorurteilen versehen. Man ist langsamer, man hat weniger Fahrstufen, die Beschleunigung ist schlechter, der Kraftstoffverbrauch ist höher und eigentlich ist die Automatik auch ganz und gar unsportlich. In den Anfängen des Automobils traf dies auch zu, wobei man beim Schaltgetriebe auch nicht vergessen darf, dass es synchronisierte Gänge nicht von Anfang an und erst recht nicht in beliebiger Anzahl gab. Es gab auch grundsätzlich nur eine Art von Automatikgetrieben. Das Getriebe hatte einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und mehrere über nasse Kupplungen betätigte Planetenradstufen zur Leistungsübertragung. Diese Bauart von Automatikgetrieben gibt es heute auch noch, jedoch ergänzt um automatisierte Handschaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe und Stufenlosgetriebe. Der normale Autofahrer wird in der Regel beim Umstieg von der anderen Technik zuerst nichts merken, denn alle haben das gleiche Bedienkonzept (Wählhebel, keine Kupplung). Der Volksmund spricht üblicherweise vom Automatikgetriebe und unterscheidet (leider) nicht die Funktionsweise. Die aktuelle Entwicklung von Automatikgetrieben (AT) hat jedoch dem normalen Handschaltgetriebe (HS) mehr als nur eine Nase voraus. Die komplette Integration ins Fahrzeug bietet Verbrauchs- und Beschleunigungsvorteile die bis auf den Preis keine Nachteile mehr entstehen lassen. Und doch gibt es Nachteile, wenn man automatisierte HS mit ATs auf eine Stufe setzt, gerade im Bereich Fahrkomfort.

Weitere klassische Vorteile der hydrodynamischen Getriebe (Drehmomentwandler und Stufenautomat) dargestellt:
• Lastabhängige, stufenlose Übersetzungsänderung erlaubt die Anpassung der Übersetzung an die Belastung der Abtriebswelle.
• Nahezu verschleißfrei, bei einfachen Systemen gibt es keinen Abrieb
• Elastische Verbindung zwischen Motor und Triebstrang reduzieren Schwingungen und Drehmomentstöße werden gedämpft, da An- und Abtrieb nicht formschlüssig
verbunden sind (nur Wandler ohne Kupplung bzw. offen gefahren)
• Rückwirkungsfreie Auslegung möglich, da ein Abwürgen des Motors nicht möglich ist (solang Kupplung offen oder nicht vorhanden)

Dem stehen als Nachteile gegenüber:
• Schlechter Wirkungsgrad in weiten Betriebsbereichen (nur wenn Wandler ohne Freilauf und (Überbrückungs-)Kupplung eingesetzt wird)
• Hoher Innovationsaufwand für Nachfolgegetriebegeneration, denn das Getriebe muss lastschaltbar sein (konventionelle Automatgetriebe, CVT) oder eine zusätzliche Schaltkupplung (Wandlerschaltkupplung) zur Reduktion der Primärmasse (Massenträgheitsmoment) oder bauraum- und schnittstellengleich zu Hybridsystemen sein.

Im klassischen Automatik Getriebe arbeitet als Anfahrelement ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Klassisch besteht dieser wiederum aus einer Pumpe (impeller), Turbine (turbine) und Leitrad (stator) die koaxial angeordnet sind und einen Kreislauf bilden. Pumpe und Turbine sind dabei drehbar, das Leitrad ist fest. Die Pumpe ist mechanisch mit dem Schwungrad des Motors verbunden und wir somit durch den Motor angetrieben. Als Arbeitsflüssigkeit wird ATF-Öl verwendet. Die Schaufeln der Pumpe setzen das Öl im Wandler in Richtung Turbine in Bewegung. Der entstehende Ölstrom treibt dabei die Turbine an. Die Pumpe wandelt dabei mechanische Energie in Fluidenergie. Die Turbine ist mechanisch mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden und stellt die Rückkopplung vom hydraulischen Weg der Kraftübertragung zum mechanischen dar. Die Turbine wandelt die Fluidenergie zurück in mechanische Energie. Die erzeugten Verluste bleiben als Wärme im Öl.  Beim Fahrzeugstart treibt die Pumpe die Turbine an. Die Pumpe hat Motordrehzahl n1 und die Turbine steht still n2=0. Der Ölstrom bewirkt, dass die Turbine an Geschwindigkeit gewinnt und bis zur Motordrehzahl beschleunigt wird, so dass n2 ungefähr n2 wird. Hätte der Wandler kein Leitrad, so wäre dies die Funktionsweise einer hydraulischen Kupplung. Durch das Leitrad wird eine Drehmomenterhöhung bewirkt die für eine Steigerung der Zugkraft sorgt. Das aus der Turbine ausströmende Öl strömt auf das Leitrad bzw. auf dessen Schaufeln und wird durch diese umgelenkt. Durch die Umlenkung des Ölstroms wird das Drehmoment erhöht. Zur Vollständigkeit: Das aus dem Leitrad ausströmende Öl wird von der Pumpe angesaugt und wieder zum antreiben der Turbine verwendet. Mit steigender Turbinendrehzahl ändert sich jedoch der Anströmwinkel des Öls auf das Leitrad, so dass der Widerstand abnimmt und dementsprechend auch das Drehmoment nicht mehr erhöht wird und schlussendlich auf das Eingangsmoment abfällt. Der Wandler wird dabei stetig durch eine kleine Zahnradpumpe mit Öl versorgt. Eine Füllung des Wandlers ohne Ölspülung würde auf schnellstem Weg zum Hitzetod führen. Da während der Fahrt kein mechanischer Kraftschluss vorhanden ist, wird trotzdem die Turbine weiterhin von der Pumpe angetrieben. Dabei herrscht einerseits Schlupf und andererseits werden die Strömungsverhältnisse sehr schlecht, der Wirkungsgrad lässt sehr zu wünschen übrig. Für den Autofahrer heißt dies, dass der Kraftstoffverbrauch steigt. Um die Effizienz zu steigern verwendet man einen Freilauf im Leitrad, der bei etwa 80% Drehzahlgleichheit auslöst und das Leitrad frei im Ölstrom treiben lässt. Um bei konstanter Fahrt den Schlupf zu eliminieren, wird eine Wandlerüberbrückungskupplung verwendet, die mechanisch die Pumpe mit der Turbine verbindet. Weitere Entwicklungen sind geregelte Wandlerkupplungen zur frühzeitigen Schließung der Kupplung und Pumpenkupplungen um Schleppverluste zu vermeiden, da die Pumpe trotzdem fördert. Durch die hydrodynamische Leistungsübertragung werden Drehungleichförmigkeiten des Motors effizient unterdrückt. Bei Verwendung von Überbrückungskupplungen hingegen werden im geschlossenen Zustand wieder Schwingungen übertragen, was zu Komforteinbussen führt. Um diese zu eliminieren, hat man torsionsgedämpfte Kupplungen entwickelt, die das gleiche Prinzip der Dämpfung verwenden, wie z.B. Kupplungsscheiben oder Zweimassenschwungräder. Eine Weiterentwicklung ist der Turbinentorsionsdämpfer der auch Stöße aus der Hydraulik eliminiert. Durch die Hydraulik lassen sich sehr hohe Drehmomente übertragen. Dabei ist der hydraulische Durchmesser des Torus entscheidend, denn der Wert wirkt sich in der fünften Potenz aus. Für atemberaubende Burn-Outs hingegen sind Überbrückungskupplungen eher Gift. Beim "Anfahren" hilft die Drehmomenterhöhung schneller die Rutschgrenze des Reifens zu erreichen. Sämtliche Stöße und Schlupfverluste werden von der Hydraulik aufgenommen. Dies heisst natürlich auch, dass die Hydraulik gekühlt werden muß. Serienmäßig waren früher im Volumenmarkt meist keine Hydraulikölkühler verbaut. Ausnahmen bilden hier großvolumige Motoren schwerer Limousinen, bei uns seltener anzutreffen, in den USA doch des Öfteren vertreten. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen gehört ein Ölkühler jedoch mittlerweile zum Standartumfang. Wichtig für jeden Ölkreislaufs ist auch hier, dass ein gemässigtes Temperaturniveau eingehalten wird. Dies bestimmt sich nicht nur aus der Kühlergröße sonder auch aus der von Gehäuse und Leitungen abgegebenen Wärme durch Konvektion, der Ölsorte, der umlaufenden Ölmenge, der Filterart, der Pumpe und natürlich auch aus den Dichtungswerkstoffen. Wer großes vor hat, sollte sich also diese Parameter seines Getriebes näher anschauen und ggf. Maßnahmen ergreifen. Ein riesiger Ölkühler bringt z.B. nichts, wenn die Pumpe es nicht schafft entsprechend Öl zu fördern oder lokal zu hohe Temperaturen für Dichtungen entstehen.
Bei bestehenden Antriebssträngen hat man meist keine große Möglichkeit den Wandler in seinen Kenndaten zu beeinflussen. Manchmal gab/gibt es in einer Generation mehrere Wandler mit verschiedenen Kennungen bei Bauraum- und Anschlussmaßgleichheit. Hier kann u.U. eine andere Kennung verwendet werden. Auch soll es vorkommen, das es Wandler mit gleichen Anschlussmaßen in mehreren Generationen gegeben hat, d.h. hier kann man evt. einen Generationssprung machen. Sollte jedoch z.B. eine Kupplung hinzugekommen sein, so wird einerseits die Position der Verzahnung auf der Welle meist nicht mehr passen und hat das Getriebe keinen hydraulischen Steuerausgang für die Kupplung.
Die Kennung (Wandlerkennlinie) wird durch mehrere Parameter beeinflusst:
- Wandlergröße im Sinne des hydraulischen Durchmessers D. Man beachte, daß der Durchmesser mit der fünften (!) Potenz in das Moment eingeht M~D^5
- Meridianquerschnitt (meist Rund, Oval, Rund-Hoch, Quer-Oval, etc.)
- Schaufelwinkel
- Verlauf der Schaufel zwischen Ein- und Austritt
Um das Zusammenspiel zwischen Motor, Wandler und Getriebe bestmöglich auszuwählen, werden diverse Kennfelder erstellt, die die verschiedenen Betriebspunkte darstellen. Hier wird aus dem Motorkennfeld (Drehzahl ggü. Drehmoment/Leistung) und dem Wandlerkennfeld (Pumpenmoment-Wandlung-Wirkungsgrad ggü. Drehzahlverhältnis) das Primärkennfeld, aus dem diverse Informationen abgelesen werden können (Betriebspunkte, Hochlaufkurve, Wandlerdiagram), erzeugt. Das Sekundärkennfeld, welches sich aus dem Primärkennfeld ableitet, zeigt dabei die Zugkraft über Getriebeeingangsdrehzahl, Hochlauf und Verlustleistung. Die Diagramme bzw. Kennfelder werden für alle Betriebsbereiche (Reversieren v<0, Zug 0<v<1, Schub v>1) erstellt.

 


 

Die Multitronic – Genial oder Unsinn? Eine realistische Betrachtung

Wer bei google und Co "Multitronic" als Suchbegriff eingibt, bekommt neben Haustechnik und Software überwiegend Reparaturangebote oder Hilferufe verzweifelter Multitronic-Fahrer angezeigt. Dabei schränken diese Ergebnisse die Meinungsbildung doch stark ein. Ziel der Multitronic Entwicklung war es, den Komfort eines Automatikgetriebes mit der Wirtschaftlichkeit und der Fahrdynamik von Schaltgetrieben zu vereinen. Beschleunigung und Kraftstoffverbrauch sollte auf dem Niveau eines 5Gang Handschaltgetriebes und deutlich über dem eines 5Stufen Automatikgetriebes liegen. Die Verstellvorgänge sollten mindestens so schnell wie beim Fahrstufenwechsel von Automatikgetrieben

Die Audi Multitronic ist ein sog. CVT (Continous Variable Transmission), ein Stufenlosgetriebe mit einem nicht sehr glücklichem Start. Man kennt ähnliche Lösungen aus älteren DAF oder Volvo. Von diesen ist ein Gummibandeffekt in den Köpfen geblieben und das man theoretisch rückwärts genauso schnell wie vorwärts fahren kann. Und das es kompliziert ist. Nun, wer sich die Anleitung dazu nicht durliest, Wartungen nicht einhält und generell blöd auf beiden Augen ist, ist selber schuld. Nicht das es bei anderen Dingen wie Wandler-Automaten anders wäre, nein, die alten Dinger sind nur nicht ganz so empfindlich. Wobei, lasst uns mal in der Geschichtskiste graben…

Audi 5000 – oder auch Audi 100 C3 Typ44 – "unintended acceleration"

… oder frei nach Otto Walkes' english-for-runaways einfach "I break together". Saudämliche Fahrzeugführer in den USA können Fahrpedal und Bremse nicht unterscheiden. Scheinbar sind die Fahrzeuge mit einer Schall- und Vibrationsdichten Kabine ausgestattet. Es kommt noch schlimmer, speziell dem Namen nach ältere Fahrzeugführer aus Deutschland sind nicht besser! Das schlimme an der Sache, Audi war und ist nicht der einzige Fahrzeughersteller der dieses "Problem" hat. Auch alle anderen Anbieter von Fahrzeugen mit Automatikgetriebe haben dieses Problem. Schon damals haben die deutschen am Intellekt der typisch US-amerikanischen Bürger gezweifelt, wie sonst lässt sich die Ignoranz der VAG Geschäftsführung, des Vertriebs und der Entwicklung erklären? Ein schlacksiger Kommentar von Ferdinand Piech, der damals Audi Chefentwickler war, brachte das Fass zum überlaufen, der Scherz wurde als Spott empfangen. So what? Audi verkaufte daraufhin je nach Quelle 15.000 bis 20.000 Fahrzeugen weniger im Folgejahr. Den Höhepunkt markierte man 1991 mit gerade mal 12.000 verkauften Fahrzeugen in den USA. Man beachte das Audi bis dato mit Mühe und Not gerade mal knapp 75.000 Fahrzeuge zu Glanzzeiten dorthin exportierte. Abhilfe schaffte hier "Shift Lock", eine Funktion die heute standartmäßig in den meisten "Automatik" Fahrzeugen zu finden ist: Der Gangwechsel bzw. Fahrstufenwechsel P auf D oder R ist nur mit getretenem Bremspedal möglich. Ein Sperrriegel der über eine Feder gespannt sperrt und über einen Elektromagneten zurück fährt und entsperrt und dabei über den eh vorhandenen Bremslichtschalter angesteuert wird ist die simple Lösung. Und das alles nur, weil CBS damals in einer kurzen Reportage falsch berichtete und damit eine riesen Klagewelle ausgelöst hat. Ein Blick in die Bedienungsanleitung hätte geholfen. Aber das ist scheinbar zu schwer, oder können wir etwa nicht lesen?!

Zurück in die Zukunft

...auch wenn Audi hier wieder der Buhmann ist, andere sind nicht besser. Ende der 90er wurde die Multitronic in A6 und A4 in die Serie eingeführt. Erschreckender Weise wollte so mancher Kunde den Anfahr- und Schaltruck spüren, die Multitronic meldete zu wenig zurück. Was war passiert? Es prallten Welten aufeinander. Bisher hat doch so schön alles geruckt, man bekam alles von der Straße mit, auch die Drehzahlen des Motors konnte man prima hören. Selbst in Limousinen war die Dämmung nach heutigem Stand der Technik nur mäßig. Die Ingenieure hatten die technisch saubere Lösung, die Nutzung des jeweils optimalen Betriebspunkts umgesetzt und sich nicht an den 08/15 Fahrzeugführer gewandt oder ihne gar bei Markteinführung aufgeklärt. Das sowas vom Autoverkäufer nicht erwartet werden kann ist klar, Hauptsache die Kasse stimmt oder es kommt heisse Luft – damals wie heute. Man hat dann Steuerungsseitig Drehzahlanhebungen und –absenkungen realisiert um den Nörglern entgegen zu kommen. Technisch völlig sinnbefreit.

Aufeinmal fallen den Internetforen zu folge regelrecht alle Multitronic Fahrzeuge aus. Hier brauchte es keinen TV Sender, das Internet ist für solche Kampagnen gerade zu prädestiniert. Man laß von Fahrzeugen die "plötzlich" auf der Autobahn regelrecht explodiert sind, nicht mehr bremsen konnten oder einfach wie ein Stein liegen geblieben sind. Die Reparaturkosten schnellten schnell auf 3.000, 4.000 oder 5.000€, bis sich rausstellte, dass ganze Getriebe getauscht wurden. In der Natur des Internets, des Web2.0 liegt natürlich auch das größte Manko zu grunde, es fehlt an Feedback über die finale Lösung und Erfahrungsberichten, die wenigsten Leute schliessen Themen ab. Das kommt natürlich den auf den Plan gerufenen Reparturwerkstätten, Entschuldigung: Multitronic Experten zu gute. Nicht das die alle schlecht sind, aber die Reparatur kann prinzipiell jeder durchführen.

Wie ist die Multitronic aufgebaut? Die Multitronic hat wie jedes andere Getriebe auch Zahnräder. Jedoch werden hier keine verschiedene Paarungen von Zahnrädern zur Realisierung der Übersetzung verwendet. Die Multitronic verwendet zur Kraftübertragung eine Metallkette (Laschenkette) die auf zwei Paar Scheiben (Variatorscheiben) läuft. Die konusförmigen Scheiben sind dabei über zwei Kolben axial zueinander beweglich, dadurch wird der Durchmesser bzw. die Übersetzung bestimmt. Das ist soweit nichts neues zu früheren Lösungen mit Ausnahme der Übertragungsfähigkeit von 300Nm bis zu heute partiell genutzten 400Nm. Dementsprechend gibt es nicht nur eine sondern mehrere Versionen die im Grundaufbau identisch sind, jedoch in Details abweichen. Audi hat seinerzeit mit mehreren Systempartnern die Multitronic entwickelt, u.a. mit LUK (Schäffler Gruppe) die sich für die Kupplung, Variatorscheiben, Laschenkette und Schieberkasten (Hydraulik) oder Temic (Telefunken Microelectronic GmbH, heute in Continental bzw. Schäffler aufgegangen) die sich für das elektrohydraulische Steuergerät verantwortlich zeigen. Neben der Kette und den Variatoren zeichnet sich die Multitronic durch ein vorgeschaltetes Planetengetriebe aus. Dieses bietet zusammen mit der dem Planetengetriebe vorgeschalteten nasslaufenden Mehr-Lamellen-Kupplung bisher ungeahnte Möglichkeiten. Dies ist auch einer der Hauptunterschiede in Funktion und Verhalten zum klassischen Wandler-Automaten. Kriechgänge die beim Wandler leicht hydrodynamisch dargestellt werden können, können mit einer starren Kupplung nicht dargestellt werden. Über die nahezu unendliche Übersetzung aus Planetengetriebe mit Variator und übersteuernder Kupplung lässt sich diese Funktion jedoch sicher darstellen. Die Kupplung besteht je nach Type aus 6 oder 7 nasslaufenden Lamellen. Die Anzahl der Lamellen wird vorwiegend durch das zu übertragende Drehmoment bestimmt. Allerdings hängt die Übertragungsfähigkeit auch von den Belägen der Lamellen, dem Öl und der Ansteuerung ab. Für bestimmte Typen gibt es RetroFit Kits die von 6 auf 7 Lamellen umgerüstet werden können – inkl. SoftwareUpdate! Hier wurde Kundenreklamationen bezüglich Anfahrverhalten entgegengekommen.

Würde man die Multitronic nun z.B. rein hydraulisch ansteuern, könnte man eine lastabhängige automatische Regelung der Verstellung realisieren. Übersteuerungen manueller oder softwaretechnischer Natur lassen sich so nur bedingt, umständlich und schwer reproduzierbar darstellen. Mit Sensoren und elektrischen Aktoren die auf die Hydraulik wirken, lässt sich so ziemlich jede steuerungstechnische Schweinerei darstellen. Denn beim CVT ist es sehr wichtig einen kontinuierlichen Soll-Ist-Abgleich zu haben. Die Steuerung lässt dabei von Komfort über Sport bis zu verbrauchsoptimal alles zu. Das tolle dabei ist, die Steuerung (Hytronic) ist selbstlernend bzw. selbstadaptiv! Sie passt sich dem Fahrerverhalten an und hinterlegt mehrere typische Verhaltensmuster. Das kranke dabei, sollte z.B. ein älterer Herr mit Hut den Schlüssel mit einem Gasjunkie tauschen, dann passiert auf den ersten paar km erst mal nix – nix atemberaubendes. Hat die Steuerung erst mal bemerkt, dass da jemand anderes am Steuer sitzt der keinen Hut trägt, dann passiert auch mal was wenn man aufs Pedal tritt. Die Sache hat nur einen Haken, denn wie so oft, gibt es bei Software mehrere Versionen und natürlich Parametrierungen. Auf die finalen Versionen haben Erfahrungen aus dem Feld und vom Prüfstand entscheidenden Einfluss. Da große Stöße bzw. Schaltrücke gerade den Variatorscheiben und der Kette nicht so gut bekommen, sind hier softwareseitig Funktionen eingebaut um die Verstellung möglichst dynamisch, schnell aber auch sicher und langlebig zu gestalten. Leider gibt es gerade zu Softwareversionen und der Parametrierung wenig offizielle Informationen, d.h. Karl Customizer muß hier erst mal noch etwas warten. Schliesslich geht’s hier um grundlegendes. Customizing kommt später. Um noch eins zu sagen, die 6 bzw 7 Schaltstufen die es in der manuellen Gasse gibt, sind "vorgefertigte" Sprünge der Variatoren die sich an typischen Handschaltgetrieben orientieren. Beim Schalten merkt man hier sehr gut, das es eine "Unterbrechung" der Zugkraft gibt um die Variatoren zu schonen – der Schaltvorgang dauert sehr lang (last wegnehmen-variator verstellen-last aufbringen).  Auch lässt die Software keine Spielereien mit Gas und Bremse bezüglich Burn Outs zu – Der Anfahrvorgang ist auf einen Drehzahlbereich um Leerlaufdrehzahl begrenzt. Audi nennt diese Spielereien DRP – Dynamisches Regelprogramm. Neben der Software ist jedoch auch die Elektronik-Hardware nicht von der Stange. Durch die rauen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Medien, Schwingungen) ist eine Vielzahl an Sonderlösungen problematisch. Man hat sich daher dazu entschlossen die Software nach dem End-Of-Line Prinzip aufzuspielen um die Anzahl der Steuergerätevarianz kleinstmöglich zu halten. Dies erfordert auch in der Werkstatt ein Umdenken, während man früher "einfach" das Steuergerät bei Hardwareänderungen getauscht hat, muß man heute "nur" ein Softwareupdate durchführen und das System in die Grundeinstellung bringen. Den heftigereren Randbedingungen wirkte man mit sorgfältiger Komponentenauswahl und Verwendung von dauerelastischer Vergussmasse im Steuergerät entgegen.

Im Steuergerät sind folgende Sensoren integriert:

  • Geber 1 für Getriebeausgangsdrehzahl (G195)
  • Geber 2 für Getriebeausgangsdrehzahl (G196)
  • Geber für Getriebeöltemperatur (G93)
  • Multifunktionsschalter/Fahrbereichssensor (F125)
  • Geber für Getriebeeingangsdrehzahl (G182)
  • Geber 1 für Hydraulikdruck automatisches Getriebe (G193)
  • Geber 2 für Hydraulikdruck automatisches Getriebe (G194)

Im Schieberkasten (hydraulische Steuereinheit) sind folgende Ventile integriert:

  • Druckregelventil 1 (N215) > Magnetventil für Kupplung
  • Druckregelventil 2 (N216) > Magnetventil für Übersetzung
  • Magnetventil (N88) > Kupplungskühlen und Sicherheitsabschaltung
  • Kupplungskühlventil
  • Mindest-Druckventil
  • Druckbegrenzungsventil
  • Kupplungssteuerventil
  • Steuerdruckventil

Warum jedoch gibt es all die Mythen und Probleme um die Multitronic? Man muß hier etwas separieren zwischen Neuwagen und Gebrauchten. Es gab gerade bei Einführung verschiedener Motoren immer wieder Probleme. Ob hier jetzt mangelhafte Abstimmung, Toleranzfehler der Komponenten oder fehlerhafte Freigaben Schuld sind, wird Audi wohl nicht öffentlich bestätigen. Das hier der ein oder andere nicht seinen Händler mehr in die Pflicht genommen hat ist äußerst unverständlich. Möglicherweise sind oftmals auch eigene frühe Pool-Fahrzeuge mit wenig km erst spät ins Feld gekommen, trotzdem gilt der Gewährleistungs und Garantieanspruch. Die meisten Fehler sind jedoch bei gebrauchten Fahrzeugen anzutreffen. Die Hauptausfallursache Nummer eins sind nicht durchgeführte Getriebeölwechsel! Vorab: alle 60.000km ist ein Ölwechsel fällig!!! Das wird leider sehr häufig übersehen. Wer die letzten Absätze gelesen hat versteht auch warum: Das Getriebeöl schmiert Variator, Kette, Kupplung und betätigt den Kupplungskolben und die Variatorkolben. Das Getriebeöl wird über den Schieberkasten und das Steuergerät verteilt und sitzt so ziemlich in jeder Ecke im Getriebe. Durch Abrieb und Alterung kann sich z.B. der Kupplungsbelag zusetzen, die Kanäle der Kolben verstopfen, Dichtungen verschleissen, der Schieberkasten klemmen oder undicht werden, Abrieb die Sensoren beeinflussen, etc. Daher ist ein regelmäßiger Getriebeölwechsel absolut Lebensnotwendig für eine Multitronic. Auch bei weniger Laufleistung, sollte das Getriebeöl nicht länger als 4Jahre im Getriebe verweilen. Ab hier wird’s für Betroffene schwierig, denn was schlussendlich wirklich dauerhaft kaputt ist lässt sich vorher nicht 100%ig sagen. Denn je nachdem wieviel Schmutz eingetragen wurde kann von einfacher Reinigung und Ölwechsel bis zum Tausch von Kupplung, Steuergerät und Schieberkasten alles dabei sein. Hier schlägt die Stunde für freie Werkstätten, denn die Audi Werkstatt rechnet jede Aktion erneut ab, auch Pauschalen gibt’s nicht. In den allermeisten Fällen ist es mit dem Tausch des Steuergeräts getan. Die Sensoren versagen hier im Regelfall. Sollte der Schieberkasten defekt sein, so lässt sich dies danach genauso bewerkstelligen. Jedoch ist dabei eine frische Ölfüllung über den Jordan gegangen. Steuergerät, Schieberkasten und Kupplung tauschen ist leider jeweils mit dem Ablassen des Öls verbunden.

Die typischen Fehlermeldungen die man über die Fahrzeugdiagnose erhält sind:

  • Druckregelventil 1 N215 Stromkreis Fehler (18226, P1818)
  • Druckregelventil 2 N216 Stromkreis Fehler
  • Schaltventil 1/Magnetventil 1 N88 Funktionsstörung (17134, P0750)
  • Schaltventil 1/Magnetventil 1 N88 Stromkreis Fehler (17137, P0753)
  • Gang-/Übersetzungsüberwachung falsches Übersetzungsverhältnis (17114, P0730)
  • F125 Fahrstufensenor Signal nicht plausibel (17090, P0706) – Multifunktionsschalter/Fahrbereichssensor
  • Geber 1 für Getriebeausgangsdrehzahl G195 kein Signal (17106, P0722)
  • Geber 2 für Getriebeausgangsdrehzahl G196 kein Signal (18201, P1793)
  • Geber für Getriebeeingangsdrehzahl G182 (17100, 17105)

Typische Anzeichen für ein defektes Steuergerät sind:

  • Blinkende Fahrstufenanzeige im Kombiinstrument (PRNDS blinkt rot)
  • Invertiert blinkende Fahrstufenanzeige im Kombiinstrument (PRNDS blinkt invertiert/rot)
  • Probleme beim Schalten in oder aus Rückwärtsgang (zeitweise verschwunden)
  • Probleme beim Motorstart (Anlaser ohne Funktion)
  • Probleme beim Anfahren (Abwürgen, nur Benziner)
  • Selbständige Umschaltung von D auf S (ab 2003) im Kombiinstrument (Wahlhebel nicht betätigt)
  • Keine Zugkraft im Rückwärtsgang bzw. nur bei hoher Drehzahl (Achtung! Gefährlich durch ruckartige Beschleunigung) – rückwärts Bergauf ist nahezu unmöglich
  • kein DRP Programm mehr verfügbar bzw. eingeschränkt verfügbar

Der tausch des Steuergeräts kostet bei Audi ca. 1.300€ incl. Steuergerät (knapp 500€), Ölwechsel und Umsatzsteuer. Der reine (regelmäßige!) Ölwechsel kostet ca. 250€ incl. Öl und Umsatzsteuer. Sollte der Schieberkasten zusätzlich zum Steuergerät getauscht werden, so sind hier zusätzlich ca. 600€ anzusetzen. Je nach Region und Fähigkeit der Werkstatt können die Preise etwas variieren, jedoch wird im Regelfall nach festen Sätzen abgerechnet. Größere Differenzen sollten nicht auftreten. Die Werkstatt sollte in der Lage sein einen Kostenvoranschlag zu machen.

Die Reparatur der Multitronic sollte tatsächlich der Werkstatt überlassen bleiben. Es wird leider zu viel Spezialwerkzeug benötigt. Ein funktionierender Diagnosetester der das Protokoll KW2031 unterstützt ist zwingend notwendig. Für die Befüllung muß man sich etwas basteln. Sauberkeit ist natürlich das A und O und setzt eine einwandfreie Werkstattumgebung vorraus. Zu beachten ist auch, das kein herkömliches ATF verwendet werden darf. Da die Variatorscheiben und die Kette gezielt in Öl laufen, muß der Reibkoeffizient entsprechend stimmen. Dies kann nur mit von Audi freigegebenen ATF-CVT-Ölen realisiert werden. Von Verschleissschutz-Additiven muß bei der Multitronic unbedingt Abstand genommen werden! Des weiteren ist die originale Werkstattdokumentation unerlässlich. Für die meisten privaten Schrauber ist dieser Aufwand einfach nicht rentabel genug.

 


 

Zusammenfassung Kupplungsfunktion

In der Kupplungsscheibe kann zur Schwingungsisolation ein ein- oder mehrstufiger Torsionsdämpfer, gegebenenfalls mit Vordämpfer integriert sein. Zur optimalen Schwingungsisolation kann auch ein zweiteiliges Schwungrad (Zweimassenschwungrad, ZMS) mit einem zwischengeschalteten elastischen Element vor die Kupplung geschaltet werden (Abb. 2.2.4). Die Resonanzfrequenz dieses Feder-Masse-Systems liegt unterhalb der Erregerfrequenz (Zündfrequenz) des Motorleerlaufs und damit außerhalb des Betriebsdrehzahlbereiches. Es wirkt als schwingungsisolierendes Element gegenüber dem Motor nachgeschalteten
Triebwerkskomponenten (Tiefpassfilter). Immer weiter steigende Drehungleichförmigkeiten in Kombination mit niedrigen Primärmassen erzeugen Schwingungen auf der Riemenseite. Auch hier werden künftig Riemenscheiben mit Torsionsdämpfer zum Standart gehören.
Ein vollständiges Kupplungssystem besteht heute grundsätzlich aus Schwungrad, Kupplungscheibe, Torsionsdämpfer, Druckplatte, Ausrücker sowie Ausrückgabel, Führungsrohr, Nehmerzylinder, Kugelbolzen
Kraftfahrzeugkupplung ist zwischen Motor und Getriebe angeordnet. Die Anforderungen sind vielfältig:
- Fahrzeugmasse muss beim Anfahren ruckfrei an den Motor angeschlossen werden
- Schwingungsgeräusche sollen gedämpft werden
- zuverlässiges Trennen und Schließen des Kraftflusses beim Schalten gewährleisten
- angenehme und stressfreie Bedienung
- möglichst hohe Lebensdauer
Das Drehmoment des Motors wird je zur Hälfte vom Schwungrad und von der Kupplungsdruckplatte durch Reibung auf die Beläge der Kupplungsscheibe übertragen.
Über die Belagfederung, Mitnehmerscheibe und den Torsionsdämpfer der Kupplungsscheibe wird das Drehmoment dann auf die Verzahnung der Getriebeeingangswelle und somit in das Getriebe eingeleitet.
Voll eingekuppelt herrscht Haftreibung. Während des Einkuppelvorgangs herrscht Gleitreibung vor. Diese erzeugt Wärme und Verschleiß. Die Kupplung arbeitet während dieses Vorgangs als Drehzahlwandler. (Zum Verständnis: auch wenn die Drehzahl gleich ist = stationärer eingekuppelter Zustand = nSchwungrad=nKupplungsscheibe, dann ist die Kupplung immer noch ein Drehzahlwandler mit u=1 durch n2/n1)
Die schnellstmögliche und vollständige Unterbrechung der Drehmomentübertragung ist eine Grundvoraussetzung für Funktion und Lebensdauer des Schaltgetriebes.
Beim Auskuppeln unterstützen in der Regel Motorschwingungen die Belagfedern beim Abdrücken der Kupplungsscheibe vom Schwungrad. Wenn sich jedoch resultierende Axialkräfte ergeben, die die Kupplungsscheibe an eine der beiden Gegenreibflächen drücken und so ein Schleppmoment aufbauen, kann es zu Trennproblemen kommen.
Solche Axialkräfte können durch Unterdruck, einseitig wirkende Schwingungen des Schwungrades und der Anpressplatte oder durch geneigten Einbau des Motor-Getriebe-Blocks verursacht werden.
Die elastische Verformung des gesamten Kupplungssystems ist die Basis für die Dosierbarkeit der Kupplung. Eine komplett starre Kupplung hätte keinen Dosierweg. Je starrer die Kupplung wird, desto "sportlicher" fühlt sie sich an oder der Komfort nimmt ab.
Mithilfe des Ausrücklagers kann der feststehende Ausrückmechanismus die Kupplung betätigen. Achtung, die rotierenden Teile haben immer noch Motordrehzahl! Die Betriebstemperatur entspricht mit einiger Verzögerung der der Getriebeglockenluft plus Eigenerwärmung. Da die Alterung des Schmierfetts im Ausrücklager mit steigender Betriebstemperatur schneller voran schreitet, kann es zum frühzeitigen Ausfall des Ausrückerlagers kommen. Temperaturen von 180°C stellen hier eine typisches Maximum dar.
Daher sollte hier nur hocherwertiges und Temperaturbeständiges Fett zum einsatz kommen. Die Getriebeglockeluft wird dabei hauptsächlich durch den Motor und das Getriebe beeinflusst. Während des Kupplungsvorgangs trägt die freiwerdende Wärmemenge aus der Reibarbeit ihr übriges dazu bei die Luft zu erwärmen.
Die Seilzugbetätigung als Kraftübertragung zwischen Pedal und Betätigungshebel am Getriebe wurde bei modernen Fahrzeugen weitestgehend durch die hydraulische Betätigung ersetzt, da sie zum einen funktionelle aund bauraumtechnische Nachteile hat. Die Hydraulik hat grundsätzlich geringere und über die Lebensdauer nahezu konstante Reibungsverluste. Die Nachstellung bei Belagverschleiß ist einfach und zuverlässig. Die Schwingungsdämpfung, mit der sich Pedalvibrationen und Geräusche unterdrücken lassen, ist besser als beim Seilzug. Aber bei Motoren mit kritischem Schwingsniveau (Drehungleichförmigkeiten) muß ein Vibrationsdämpfer, eine "Hydraulik-Spule", verwendet werden, um auf ein erträgliches Niveau zu kommen. Ohne diesen ist die Hydraulik nicht besser als ein Seilzug. Die hydraulische Betätigung besteht aus dem Geberzylinder der vom Bremsflüssigkeitsbehälter versorgt wird, dem Nehmerzylinder und der zu ihm führenden Druckleitung. Nehmerzylinder und Ausrücker können zu einem Bauteil zusammengefasst sein.
Grundsätzlich sei eines gesagt, gegen Missbrauch ist keine Kupplung geschützt. Um einen vorzeitigen Ausfall zu verhindern, gehen manche Fahrzeughersteller dazu über, die Kupplung zu "überwachen" und schränken je nach Modell der Ermittlung die Fahrzeugfunktion ein, bis hin zur Fehlermeldung, in der Hoffnung, das der Fahrer so zur Besinnung kommt und die Werkstatt aufsucht.
Der Kupplungsdurchmesser bestimmt im wesentlichen das Gewicht und die Kosten der Kupplung. Da der Durchmesser der Kupplung mit dem durchmesser des Schwungrads einhergeht, beeinflusst dieser auch die Bodenfreiheit des Fahrzeugs. Allerdings wächst mit dem Durchmesser das Massenträgheitsmoment der Kupplungsscheibe. Dadurch erhöht sich der Kraftbedarf zum Schalten des Getriebes und die Synchroneinrichtungen werden höher belastet. Das Ansprechverhalten des Fahrzeugs wird träger. Doch hat eine größere Kupplung auch eine größere Belagfläche und ein besseres Wärmespeichervermögen. Beides wirkt sich positiv auf den Belagverschleiß und die Übertragungssicherheit in kritischen Situationen aus.
Bei der Auslegung (Konstruktion sagte man früher mal) einer Kupplung, wird immer ein Kompromiss aus Kosten, Bauraum, Gewicht, Funktionsreserven bei Fehlbedienung, Lebensdauer und Komfort gewählt. Dies hängt stark von der Philosophie des Fahrzeugherstellers ab.    
Die Kraftübertragung in einer trockenen Kupplung erfolgt heute fast ausschließlich mithilfe von organisch gebundenen Reibbelägen. Diese werden auf Belagfedern genietet, die als gewellte Segmente aus Stahlblech eine flexible Anpassung des Belags an die Gegenreibfläche ermöglichen. Die organischen Beläge bestehen aus Garnen, die in einem Reibzement aus Harzen, Kautschuken und Funktionsstoffen wie z. B. Ruß, Grafit oder Kaolin eingebettet sind. Die Garne bestehen i.d.R. aus Glas-, Polyacrylnitril-, Aramid-, und anderen Fasern sowie einem Messing- oder Kupferdraht.
Heutige Doppelkupplungssysteme stellen dabei neue Anforderungen an den Reibbelag. Durch den häufigen Energieeintrag beim Schaltvorgang unter Last wird das Betriebstemperaturniveau erhöht. Dies erfordert eine hohe Verschleißbeständigkeit des Reibbelags. Auch Impulsstartkupplungen, die bei Hybriden Antrieben genutzt werden, stellen ähnlich hohe Anforderungen, da in sehr kurzer Zeit der gesamte Reibvorgang unter hoher Last statt findet.
Sinterbeläge sind auch hier keine Alternative. Diesen werden nach wie vor dem Motorsport und industriellen Anwendungen aus Komfortgründen vorbehalten. Kupfer ist der Grundwerkstoff gesinterter Metallbeläge. Dabei werden 4 bis 8 Reibsegmente (pads) kreisförmig angeordnet. Sinterbeläge zeichnen sich durch einen auch bei extremer Belastung hohen Reibungskoeffizienten aus. Dieser führt allerdings zu erheblichem Verschleiß der Gegenreibflächen.

 


 

Braucht man Rennsportkupplungen/Motorsportkupplungen?

Schon die sehr leistungsstarken Motoren der Top-Straßenfahrzeuge stellen bei sportlicher Fahrweise höchste Anforderungen an die Übertragungssicherheit und Wärmekapazität der Kupplung. Im Motorsport sind die Anforderungen noch extremer: Temperaturen um 1000°C, über 18000 1/min oder die Übertragung von bis zu 1600 Nm Drehmoment sind eine Herausforderung. Erst Recht bei minimaler Baugröße, extrem niedrigem Gewicht, kleinem Massenträgheitsmoment, hoher Betriebssicherheit, Dosierbarkeit der Kupplung und hoher Lebensdauer. Um die Zielwerte  zu erreichen, werden bei Motorsportkupplungen durchaus Gehäuse aus Titan und Reibpaarungen aus Carbon-Materialien eingesetzt. Solche Kupplungen sind als Mehrscheiben-Lamellen Kupplung ausgeführt. Der Reibungskoeffizient nimmt bei dieser Kupplung mit steigender thermischer Belastung zu. Der Verschleiß ist erst erst auf hohem Temperaturniveau akzeptabel. Dieses Reibverhalten eignet sich daher nicht für normale Straßenfahrzeuge. Komfort spielt hier keine große Rolle, das System muß nur idiotensicher funktionieren. In der Zwischenzeit werden automatisierte Getriebe (hydraulisch, elektrisch betätigt) eingesetzt, die fehlbedienungen nahezu ausschliessen und die Betätigungszeit auf ein minimum reduzieren. Antwort: Ja.

Kann ich mit einer normalen Kupplung einen Rennstart durchführen?

Wird die Reibungswärme wie beim Rennstart schlagartig  zugeführt, steigt die Reibflächentemperatur schnell auf Werte, die ausreichen, um die organischen Bestandteile der Beläge zu schädigen sowie Anpressplatte und Schwungrad durch innere Überhitzung zu verformen. Der Reibungskoeffizient des Reibbelags sinkt schnell ab. Wenn die Wärmezufuhr rechtzeitig unterbrochen und Zeit zur Abkühlung aller Komponenten gegeben wird, kann sich die Kupplung schnell erholen. Da der Belag durch seine geringe Wärmeleitfähigkeit bei rechtzeitiger Trennung nur oberflächlich geschädigt wurde, kann durch weiteren normalen Verschleiss die beschädigte Schicht des Belags abgetragen werden.
Kritischer sind sehr dünne Anpressplatten/Druckplatten, die durch Ihre geringe Masse schneller erhitzen als der Reibbelag und verformen sich. Die Platte bricht aufgrund von überlagerung von Fliehkräften und und Wärmespannungen. Über den Daumen gepeilt kann man sagen, ein ABE Test entspricht einem Rennstart.

Anfahren im richtigen Gang

Pkw und Transporter mit Pkw-Antriebssträngen haben Viergang-, Fünfgang- oder Sechsganggetriebe und werden grundsätzlich im 1. Gang angefahren. Anders ist es bei LKW-Getrieben mit 12-16 Gängen. Dieses ist so ausgelegt, dass man in der Ebene im 2. Gang anfahren kann. Mit dem 1. Gang lässt sich dann die Kupplungsbelastung bei Steigungsanfahrten entsprechend reduzieren, dass ein durchschnittlicher Fahrer keine Kupplung verbrennt.
Der Fahrer spielt die größte Rolle, da er Anfahrdrehzahl und Kupplungsdauer bestimmt. Einen großen Einfluss hat  die Anfahrdrehzahl.  Die Drehzahl geht quadratisch in die Reibungsarbeit ein. Eine zu hohe Drehzahl führt zu verbrannten Kupplungen. Eine zu niedrige kann zu unnötigen Stößen führen. Die Kupplungsdauer bestimmt die Reibzeit, in der die Kupplung als Heizelement missbraucht wird. Die überwiegende Mehrheit der Autofahrer lässt die Kupplung zu lange schleifen. Auf der anderen Seite heisst dies, das zur Verfügung stehende Motormoment wird nicht vollständig ausgenutzt.

Kupplungsfreigabe

Die Allgemeine Betriebserlaubnis (ABE) für einen Pkw setzt den Nachweis durch den Fahrzeughersteller voraus, dass fünfmal innerhalb von fünf Minuten mit dem zulässigem Gesamtgewicht (ggf. mit Anhänger) an einer 12 %igen Steigung angefahren werden kann.

 


 

Funktionsbeschreibung Klimaanlage (klassisches System mit Expansionsventil)

Die Klimaanlage des Fahrzeugs ist ein Verbund aus Fahrzeugheizung und Kältemittelkreislauf. Dies ermöglicht die Erzeugung der gewünschten Klimakonditionen, völlig unabhängig von den äußeren Bedingungen. Damit ist die Klimaanlage durchaus relevant für Sicherheit und Fahrkomfort. Der Unterschied zwischen Klimaanlage und Klimaautomatik ist, wie der Name schon sagt, im automatisch regelnden Teil der Klimaautomatik zu finden. Ein System aus Düsen, Klappen, Stellgliedern und Sensoren verteilt entsprechend der eingestellten Temperatur gekühlte oder erwärmte Luft im Fahrzeuginnenraum.
Die  Komponenten des Kältemittelkreislaufs sind durch Schlauch-/Rohrleitungen verbunden und bilden ein geschlossenes System. In diesem System zirkuliert das Kältemittel, angetrieben vom Kompressor. Der Kreislauf besteht aus zwei Teilen, dem Hochdruckteil (zwischen Kompressor und Expansionsventil) und dem Niederdruckteil (zwischen Expansionsventil und Kompressor).
Der Kompressor wird vom Fahrzeugmotor über den Keilriemen angetrieben und verdichtet das gasförmige Kältemittel. Es wird unter Hochdruck durch den Kondensator gepresst. Der Kondensator ist ein Wärmetauscher. Der Kondensator befindet sich vor dem Motorkühler und kühlt das Kältemittel ab. Dabei wird dem stark erhitzten Kältemittel Wärme entzogen, was dazu führt, dass es kondensiert und entsprechend seinen Zustand von gasförmig auf flüssig ändert. Der Filter-Trockner scheidet Verunreinigungen und Lufteinschlüsse vom flüssigen Kältemittel ab. Dies erhöht die Effektivität des Systems und schützt die Komponenten vor Beschädigungen. Desweiteren dient er als Kältemittelspeicher. In Ihm befindet sich ein Filterelement aus Granulat, welches nur eine bestimmte Menge Feuchtigkeit aufnehmen kann.
Zwischen Trockner und Expansionsventil wird der Druck konstant gehalten. Das Expansionsventil sitzt direkt vor dem Verdampfer und steuert die Menge des zu verdampfenden Kältemittels. Das durchgelassene Kältemittel wird im Verdampfer entspannt und über das Expansionsventil . Beim Verdampfen im Verdampfer wird Verdunstungskälte frei. Der Verdampfer ist auch ein Wärmetauscher. Das Kältemittel ändert hier seinen Zustand von flüssig in gasförmig und der Druck sinkt. Der Verdampfer befindet sich im Fahrzeuginnenraum. Durch die Fahrzeuginnenraumlüftung wird warme Frischluft oder warme Innenraumluft (Umluftbetrieb) durch den Verdampfer in den Innenraum geblasen. Die warme Luft kühlt sich dabei an der Verdampferoberfläche ab und wird getrocknet.  Das Kältemittel erreicht zum Schluss über das Expansionsventil wieder den Kompressor, wo der Kreislauf von vorne beginnt.

 

 

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