Der Antriebsstrang im R129

Text: Karl Kübler Grafiken: Daimler AG (CR25/S62)

Damit eine gute Motorleistung in gute Fahreigenschaften umgesetzt werden kann, ist beim Antriebsstrang Präzision im Detail erforderlich. Das Geheimnis des Fahrkomforts liegt im exakten Zusammenspiel der unterschiedlichen Antriebskomponenten. Dies zeichnet Mercedes-Benz Fahrzeuge aus.

Die wesentlichen Baugruppen für angenehmen Fahrkomfort und gute Fahrleistung im R129 sind:

• Das Schalt- oder Automatikgetriebe, welches die Motordrehzahlen und die Drehmomente wandelt, sowie die Parksperrenverriegelung.
• Die Kupplung oder der Drehmomentwandler, welche den Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe sicherstellen.
• Die Gelenkwelle, welche die Motorkraft auf den Achsantrieb an der Hinterachse überträgt.
• Der Achsantrieb mit Ausgleichsgetriebe (Differenzial) an der Hinterachse, welches die Drehzahlen wandelt und unterschiedliche Raddrehzahlen ausgleicht.
• Zwei Antriebswellen, welche die Kraft vom Differenzial zu den Rädern der Hinterachse übertragen.

Diese Komponenten mit ihren rotierenden, ineinander greifenden Zahnrädern und Gelenken sind eine potentielle Geräusch- und Vibrationsquelle. Eine große Herausforderung für die Mercedes-Benz-Ingenieure. In diesem Bericht werden die wichtigsten Merkmale beim R129 beschrieben, wohl wissend, dass die Technik inzwischen weiter fortgeschritten ist.

Um die Motordrehzahl nutzen zu können, muss sie im Schalt- oder Automatikgetriebe „gewandelt“ werden. Die Gesamtübersetzung ergibt sich aus der Getriebe- und Achsübersetzung. Diese wird in Abhängigkeit von Motorleistung, Fahrzeuggewicht und gewünschtem Charakter (Reise oder Sport) des Fahrzeugs festgelegt.

Generell kann man sagen, dass eine „kurze“ Übersetzung bessere Beschleunigung und mehr Zugkraft bietet. Eine „längere“ Übersetzung verringert bei gleicher Geschwindigkeit die Motordrehzahl und dadurch auch den Kraftstoffverbrauch. Dies kann der Fahrer durch die Gangwahl selbst steuern.

Das Fünfgang-Schaltgetriebe

Es sorgt für eine gute Beschleunigung in den unteren Gängen und ein geräuscharmes, kraftstoffschonendes Fahren im fünften Gang. Alle fünf Gänge sind synchronisiert, der Rückwärtsgang zum Teil. Dies erfolgt über eine kleine Reibkupplung, welche die Drehzahl von Zahnrad und Welle angleicht und ein schnelles Schalten ermöglicht. Die Kupplung besteht aus einer Druckplatte, einer Mitnehmerscheibe und Ausrücklager. Beim Treten des Kupplungspedals wird hydraulisch über den Ausrückhebel das Ausrücklager gegen die Membranfeder der Kupplungsdruckpatte gedrückt. Die Mitnehmerscheibe wird somit nicht mehr gegen die Schwungscheibe gepresst – der Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe ist aufgehoben (Abbildungen 1 und 2). Um den Belagverschleiß gering zu halten, ist die Kupplung selbstnachstellend. Im R129 wurden die Schaltgetriebe nur in den Sechszylindermotoren und nur bei den Linkslenkern eingesetzt.

Abbildung 1: Schnittbild Schaltgetriebe

Abbildung 2: Membranfeder-Kupplung Schaltgetriebe

Das Automatikgetriebe

Es entlastet den Fahrer beim Anfahren und während der Fahrt, so dass er sich durch den Wegfall der Schaltvorgänge voll auf den Verkehr konzentrieren kann. Die wesentlichen Baugruppen sind der Drehmomentwandler, das Planetengetriebe und die elektronische Steuerung. Im R129 wurden Vier- und Fünfganggetriebe verbaut (Abbildungen 3 und 4), entwickelt und produziert von Mercedes-Benz selbst. Ein Fahrzeug mit Automatikgetriebe erhöht den Komfort, schaltet ohne Zugunterbrechung und erleichtert das Anfahren an Steigungen, sowie das Rangieren. Auch ein Schalten von Hand ist möglich.

Abbildung 3: Fünfgang-Schalt-Kulisse mit W- und S-Schalter

Abbildung 4: Schnittbild MB- Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler

Der Drehmomentwandler mit schlupfgesteuerter Wandlerüberbrückung (Abbildung 05) entspricht in seiner Funktion einer hydraulischen Kupplung. Er sorgt dafür, dass die einzelnen Gänge ohne mechanische Kupplungsbetätigung geschaltet werden sowie für eine Drehmomenterhöhung in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen. In einem geschlossenen Wandlergehäuse arbeitet ein vom Motor angetriebenes Pumpenrad und setzt Öl in Bewegung. Gegenüber dem Pumpenrad sitzt das Turbinenrad, das mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist. Beide Räder haben keinerlei mechanische Berührung miteinander. Durch die Drehung des Pumpenrades wird das Öl aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen beschleunigt und nimmt dadurch das Turbinenrad mit – die Getriebewelle dreht sich und somit auch die Räder.

Abbildung 5: Der Drehmomkentwandler

Im Wandler befindet sich noch ein Rad: Das Leitrad, welches zwischen Turbinen und Pumpenrad angeordnet ist. Die Schaufeln des Leitrades lenken den Ölstrom so um, dass sich das vom Motor abgegebene Drehmoment erhöht, bis zum Doppelten. Die größte Drehmomentübersetzung findet beim Anfahren statt, da hier die Drehzahldifferenz zwischen Pumpen- und Turbinenrad am größten ist. Mit steigender Motordrehzahl reduziert sich das Drehmoment, da durch die Strömungsverhältnisse das Leitrad an Wirkung verliert. Bei gleichem Eingangs- und Ausgangsdrehmoment wird das Leitrad durch einen Freilauf gelöst und läuft leer mit.

Zwischen Pumpen- und Turbinenrad besteht zwangsläufig eine Drehzahldifferenz, genannt Schlupf. Dadurch verliert man Leistung und der Spritverbrauch wird erhöht. Deshalb wurde eine Wandlerüberbrückungskupplung entwickelt, welche in den Gängen 3, 4 und 5 aktiviert wird, den Schlupf im Hauptfahrbereich ausschaltet und so die Zugkraft steigert und den Kraftstoffverbrauch reduziert.

In den „jüngeren“ R129 wurde das neue, elektronisch gesteuerte Automatikgetriebe eingeführt (Abbildung 6). Es ist um 20 % kompakter, um 30 % leichter und hat die alten Getriebe in allen Baureihen abgelöst. Die fünf Gänge sind feiner abgestuft und es treten geringere Drehzahlsprünge auf. Es wurde besser auf den Fahrbetrieb abgestimmt und bietet damit ein komfort- und verbrauchsoptimiertes Schaltprogramm. Die elektronisch gesteuerte Schaltlogik hat einen entscheidenden Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch, weil immer der verbrauchsgünstigste Gang geschaltet wird. Wesentlicher Bestandteil ist die elektronische Getriebesteuerung – EGS genannt. Das Schalten erfolgt über hydraulisch betätigte Lamellenbremsen und Lamellenkupplungen, so wie bisher. Die Steuerung der Drücke erfolgte früher über eine Hydraulik, nun übernimmt es das elektronische Steuergerät. Es ist über den CAN-Datenbus mit dem Motor, dem ASR- oder ESP- Steuergerät verbunden.

Abbildung 5: Schnitt eines Automatikgetriebes, elektronisch gesteuert

Über CAN werden folgende Daten in das Getriebesteuergerät eingelesen:

• Motordrehzahl, Kühlwassertemperatur, Gaspedalstellung
• ASR-Signale über Motordrehzahl, Bremseingriff und Fahrgeschwindigkeit
• Tempomatsignale

In der Getriebesteuerung wird noch eine Vielzahl von Daten erfasst, wie das Fahrverhalten des Fahrzeuglenkers. Dazu gehört zum Beispiel die Erfassung, ob der Fahrer gemütlich oder sportlich fährt und heftig bremst oder heftig Gas gibt – die Schaltpunkte verschieben sich. Sie verschieben sich unter anderem auch bei Steigungen oder Gefälle, Temperaturen am Getriebe, Querbeschleunigungen bei Kurvenfahrt. Die Schaltlinienverschiebungen schalten nach einer gewissen Zeit wieder auf „normal“, wenn der Fahrer oder die Situation auch wieder „normal“ sind.

Im Vergleich zur bisherigen Getriebesteuerung wird hier der optimale Betriebszustand je nach Fahrerwunsch automatisch ermittelt. Die Schaltqualität wurde so erhöht, dass speziell in den oberen Gängen der Schaltvorgang kaum spürbar ist. Die ist nur durch eine ständige Kommunikation zwischen Motor- und Getriebesteuergerät möglich. In einem sogenannten Winterfahrprogramm (Schalter S in W oder E) wird im 2. Gang angefahren und der Rückwärtsgang hat eine „längere“ Übersetzung. Bei Störungen werden Gefahrensituationen über ein Notlaufprogramm verhindert. Abschleppen ist möglich, aber nur bis 50 km Entfernung und bei maximal 50 km/h. Eine Rückschaltung auf P ist erst unter 8 km/h möglich und wird durch eine Sperre verhindert.

Die Parksperrenverriegelung

In der Wählhebelstellung „P“ wird die Abtriebswelle durch eine Sperrklinke blockiert (Abbildung 7). Dazu sind Lenkschloss und Wählhebel über eine zusätzliche Mechanik ausgerüstet und zudem über einen Bowdenzug verbunden. Diese Konstruktion bewirkt, dass der Zündschlüssel nur abgezogen werden kann, wenn der Wählhebel in „P“ steht und somit den Fahrer erinnert, das Fahrzeug nicht ohne Zündschlüssel und Stellung „P“ zu verlassen. Beim Start kann der Wählhebel nur aus Stellung „P“ geführt werden, wenn der Zündschlüssel steckt, auf Startstellung gedreht und das Bremspedal betätigt wird. Es wird damit sichergestellt, dass nach Abziehen des Zündschlüssels das Fahrzeug nicht wegrollen kann.

Abbildung 7: Das Shift-Lock-Prinzip, die Parksperrrenverriegelung

Wegfahrsperre

Neue R129 mit CAN haben eine eingebaute Wegfahrsperre (Abbildung 8). Deren Aktivierung und Deaktivierung erfolgt über eine Datenübertragung am Lenkradschloss. Der integrierte Transponder im Infrarot-Zündschlüssel bewirkt, dass dessen Signal in einer Spule im Lenkradschloss empfangen und an das Infrarot-Steuergerät übertragen wird. Diese Funktion des Transponders ist unabhängig vom Zustand der Batterie im Zündschlüssel.

Abbildung 8: Prinzip der Wechselcodierung einer Wegfahrsperre

Die Gelenkwelle

Die Gelenkwelle (Abbildung 9) verbindet das Schalt- oder Automatikgetriebe mit dem Hinterachsantrieb, dem Differenzial. Um die Höhenunterschiede (Flucht) auszugleichen, besteht die Gelenkwelle aus zwei Teilen, verbunden mit einem Kreuzgelenk. An den Enden befindet sich jeweils eine elastische Gelenkscheibe. Das Kreuzgelenk bewirkt, dass zwei miteinander verbunden Wellen rotieren können, auch wenn sie nicht exakt auf einer Linie liegen.

Abbildung 9: Gelenkwelle komplett

Antriebsachse mit Ausgleichsgetriebe (Differenzial)

Das Differenzial ist mit dem Achsträger mittels drei gummigelagerter Punkte verbunden, um Geräusche im Innenraum zu vermeiden. Warum Ausgleichgetriebe: Fährt ein Auto durch eine Kurve, legen die äußeren Räder einen größeren Weg zurück als die kurveninneren. Wären sie starr verbunden, würden sie auf der Strasse „radieren“. Um das zu verhindern, benötigt jede Achse ein Ausgleichsgetriebe, das Differenzial. Das Ausgleichsgetriebe hat jedoch ein Problem, das jeder Autofahrer kennt: Ein Rad dreht auf Glatteis wie wild durch, das andere Rad auf der eisfreien Strassenfläche steht still und fest. Die Lösung ist die Hilfe eines Sperrdifferenzials. Dazu gibt oder gab es die mechanisch wirkenden, selbstsperrenden Differenziale. Inzwischen lässt sich die Sperrwirkung elektrohydraulisch mit ETS (Elektronisches Traktions-System) oder ASR (Antriebs-Schlupf- Regelung) eleganter durchführen, wie sie bei Mercedes-Benz im Programm sind.

Main Page