Allrad auf Knopfdruck: Der Mercedes-Benz Arocs mit Zusatzantrieb Hydraulic Auxiliary Drive (HAD)

Einige benötigen ihn immer, andere nie und viele ab und zu. Die Rede ist vom Allradantrieb für Baufahrzeuge.

Der Mercedes-Benz Arocs ist als Spezialist unter den Baufahrzeugen so individuell wie die Wünsche seiner Kunden. Das betrifft zahlreiche Achskonfigurationen, Motoren und Fahrerhäuser, aber ebenso sein Antriebssystem: Mercedes-Benz liefert ihn für überwiegenden Einsatz auf Straßen und in leichtem Gelände ohne Allrad, mit zuschaltbarem Allradantrieb für mittel­schweres Terrain sowie mit permanentem Allradantrieb für schwere Offroad-Einsätze.

Als weitere Variante komplettiert nun der Arocs mit Hydraulic Auxiliary Drive (HAD) das Angebot. Hinter dem Begriff verbirgt sich ein besonders raffinierter hydraulischer Zusatzantrieb der Vorderräder für gelegentlichen Einsatz im Gelände. Der Arocs HAD setzt in seinem Segment Maßstäbe: Er ist leistungsstark, leichter als ein Allradantrieb, einfach zu bedienen sowie wartungsfrei und langlebig. Er senkt den Kraftstoffverbrauch und schont damit durch niedrige Emissionen zugleich die Umwelt.

Baufahrzeuge: extrem breites Einsatzspektrum
Es gibt Baufahrzeuge, die in ihrem Arbeitsleben die Straße kaum einmal verlassen. Andere wühlen sich tagein, tagaus durch schweres Gelände. Für beide Spezialisten ist die Frage des Antriebs schnell entschieden. Zwischen Onroad und Offroad aber gibt es eine dritte, besonders gängige Variante: Baufahrzeuge, die gelegentlich ins Gelände fahren, oder die bei ihren Einsätzen zwischendurch immer wieder eine Strecke mit anspruchsvollem Terrain oder steile Rampen bewältigen müssen und deshalb eine Anfahrhilfe benötigen.

Es handelt es sich um Solofahrzeuge mit Kippaufbauten, Abroll- und Absetzkipper, Motorwagen mit Anhänger, Sattelzugmaschinen mit Kippsattel und Schubboden­aufliegern sowie Zugmaschinen mit Tiefladern für schwere Baumaschinen oder um Baufahrzeuge in schneereichen Regionen.

Das Einsatzspektrum ist breit gefächert. Da wären klassische Baufahrzeuge mit Schüttgütern. Bei ihnen steht hohe Nutzlast im Vordergrund, aber beim Be- und Entladen ist hohe Traktion gefordert. Abroll- und Absetzkipper benötigen beim Entladen auf unbefestigtem oder rutschigem Untergrund eine Traktionshilfe. Holztransporte müssen anspruchsvolle Strecken im Wald bewältigen, landwirt­schaftliche Transporte auf Feldern. Die meisten dieser Lkw sammeln ihre Kilometer zwar weit überwiegend auf der Straße, können ihre Aufgabe jedoch ohne heraus­ragende Traktion nicht erfüllen. Dies gilt erst Recht, wenn der Lkw in der kalten Jahreszeit nebenbei auch im Winterdienst eingesetzt wird. Hinzu kommen schnee­reiche Regionen oder Gegenden mit schlechten Straßenverhältnissen. Für alle diese Einsätze von Alleskönnern ist der Mercedes-Benz Arocs HAD das maßge­schneiderte Fahrzeug.

Hydraulic Auxiliary Drive: Anfahrhilfe auf Knopfdruck
Das Kürzel HAD steht für Hydraulic Auxiliary Drive, für einen hydraulischen Zusatz­antrieb als Anfahrhilfe. Er wird bedarfsweise eingesetzt und unterscheidet sich technisch erheblich von einem klassischen mechanischen Allradantrieb mit Ver­teilergetriebe, Kardanwelle und einem Differenzial sowie Antriebswellen an einer permanent oder bedarfsweise angetriebenen Vorderachse.

Vorzüge des hydraulischen Antriebs sind das vergleichsweise geringe Mehrgewicht, Verbrauchs- und Emissionsvorteile und große Vielseitigkeit bei der Fahrzeug­konfiguration. Im Fall von Mercedes-Benz kommen Wartungsfreiheit, ein geringer Verbrauch bei aktiviertem hydrostatischem Antrieb sowie vor allem die Kombi­nation mit dem Getriebe Mercedes PowerShift 3 hinzu. Beim Hydraulic Auxiliary Drive von Mercedes-Benz handelt es sich um eine Eigenentwicklung unter Verwendung von Komponenten von Poclain, einem weltweit führenden Hersteller von hydraulischen Antriebssystemen. Die entsprechenden Komponenten wurden angepasst und in das Gesamtfahrzeug integriert. Insbesondere die entscheidende Steuerungstechnik stammt von Mercedes-Benz.

Einfache Bedienung: ein Tastendruck genügt
Die Bedienung des Hydraulic Auxiliary Drive ist für den Fahrer denkbar einfach: Ein Tastendruck im Cockpit genügt, schon wird der Zusatzantrieb aktiv. Dies kann noch während der Fahrt auf der Straße vor der Einfahrt in die Baustelle geschehen oder jederzeit im Gelände. Auf diese Weise meistert der Fahrer mit dem Arocs HAD auch unvorhergesehene Situationen.

Die Handhabung des Antriebs ist außerordentlich flexibel: So kann der Fahrer unabhängig von der Aktivierung des Hydraulic Auxiliary Drive Differenzialsperren einschalten. Auf diese Weise ist es möglich, situativ auch allein mit gesperrtem Hinterachs-Differenzial und ohne zusätzlichen Vorderradantrieb zu fahren.

Breites Spektrum an Varianten mit zwei und drei Achsen
Angeboten wird der Hydraulic Auxiliary Drive für den Arocs in einer Vielzahl von Varianten. Das betrifft zunächst die Achskonfigurationen 4×2, 6×2 mit Nachlauf­achse und 6×4, jeweils ausgestattet mit luftgefederten Hinterachsen. Zur Verfügung stehen zwei Motoren in jeweils vier dicht gestaffelten Leistungs­stufen: Mercedes-Benz OM 470 mit 10,7 Liter Hubraum von 240 kW (326 PS) bis 315 kW (428 PS) sowie der OM 471 mit 12,8 Liter Hubraum und Leistungen von 310 kW (421 PS) bis 375 kW (510 PS). Die Kraftübertragung übernehmen durch­weg vollautomatisierte Getriebe Mercedes PowerShift 3 mit zwölf und 16 Gängen.

Mit ClassicSpace in drei Längen, mit CompactSpace, StreamSpace und BigSpace sowie 2,3 und 2,5 Meter breiten Kabinen erfüllt auch das Angebot der Fahrerhäuser alle Wünsche. In allen diesen Ausführungen ist der Hydraulic Auxiliary Drive ebenfalls für Actros und Antos lieferbar. In diesen Baureihen besteht zwar weniger der Wunsch nach einem Allradantrieb, aber je nach Einsatz ist eine leistungsstarke Anfahrhilfe gewünscht, etwa im schweren Verteilerverkehr. Sind Allradfahrzeuge durch ein entsprechendes Zusatzschild von der Schneekettenpflicht befreit, erspart HAD das lästige und zeitraubende Montieren von Ketten – ein Fall zum Beispiel für Verteiler-Lkw mit der Bereifung 385/65R22,5 auf anspruchsvollen Bergstraßen.

Die durchdachte Technik des hydraulischen Antriebs

Die wesentlichen Komponenten des Hydraulic Auxiliary Drive bestehen aus Hoch­druckpumpe, Vorderachse mit Radnabenmotoren, einem Seitenmodul und einem Ventilblock. Die hydraulischen Komponenten sind über ein Leitungssystem mit unterschiedlichen Drücken miteinander verbunden.

Die Hochdruckpumpe ist das Herzstück des HAD
Eine kraftvolle Hochdruckpumpe bildet das Herzstück des Hydraulic Auxiliary Drive. Sie ist zentral am Motor angeordnet und wird direkt über dessen Rädertrieb angetrieben. Die Pumpe leistet bis zu 112 kW und liefert einen Volumenstrom von bis zu 350 Liter pro Minute mit einem maximalen Pumpendruck von 450 bar.

Bei der Vorderachse des Arocs HAD handelt es sich um das gewohnte, stahl­gefederte Aggregat mit Scheibenbremsen. Äußerlich ist der HAD an den im Vergleich zum konventionellen Antrieb geänderten Radköpfen zu erkennen. Die Achse ist in zwei Kröpfungen erhältlich, die in Abhängigkeit der Baureihe zugesteuert wird. Für die Integration der Radnabenmotoren links und rechts wurden Achsschenkel und Radkopf neu entwickelt.

Leistungsstarke Radial-Mehrkolbenmotoren mit zehn Zylindern
Die Hydraulik-Radnabenmotoren setzen hydraulischen Druck in mechanische Arbeit um. Es handelt sich um Radial-Mehrkolbenmotoren mit einem zentral angeordneten Triebwerk und jeweils zehn kreisförmig angeordneten Zylindern. Deren Kolben mit Laufrollen an der Spitze werden wechselweise durch hydraulischen Druck nach außen gegen einen Nockenring gepresst. Durch die Gegenkraft entsteht ein Drehmoment, die Vorderräder werden angetrieben. Das Schluckvermögen der Radnabenmotoren beläuft sich auf 934 Kubikzentimeter, die Leistung auf jeweils 40 kW und das maximale Drehmoment auf 6250 Nm pro Rad.

Die Radnabenmotoren werden durch den Achsbolzen und den Achszapfen direkt mit Hydrauliköl versorgt. Ein Drehverteiler im Achsschenkel schützt die Hydraulik-Hochdruckschläuche vor Verdrehen beim Lenken. Das System muss ausschließlich die Federbewegungen und keine Lenkbewegungen ausgleichen – ein großes Plus für die Lebensdauer.

Hydrauliksystem erzeugt maximal 450 bar Druck
Das Hydrauliksystem besteht aus drei Kreisen. Das Hochdrucksystem mit bis zu 450 bar erzeugt den Arbeitsdruck für den Leistungsaufbau der Radnabenmotoren in der Vorderachse. Das Niederdrucksystem arbeitet mit maximal 30 bar und dient zur Regelung des Systems, es hält die Kolben der Radnabenmotoren in Ausgangs­lage, wenn sie nicht benötigt werden. Der Niederdruckkreis ist außerdem mit einem separaten Kühler verbunden. Dritte Komponente ist eine drucklose Leckageleitung, die überschüssiges Hydrauliköl zurück zum Tank befördert.

Insgesamt zirkulieren 32 Liter Öl im Hydrauliksystem. Mercedes-Benz verwendet das von seinen Lkw gewohnte synthetische Getriebeöl. Sein Arbeitsbereich von minus 40 bis plus 90 Grad Celsius deckt selbst extreme Einsatzbedingungen ab. Bei kalten Außentemperaturen wird das Öl durch eine spezielle HAD-Software­routine bei angeforderter HAD-Funktionalität auf die notwendige Systemmindest­temperatur von etwa plus 15 Grad Celsius vollautomatisch erwärmt. Damit wird eine hohe Systemverfügbarkeit sichergestellt.

Überhöhte Temperaturen verhindert ein Kühlmodul, welches in das Seitenmodul in Fahrtrichtung rechts am Rahmen montiert ist. Das Kühlmodul setzt sich aus einer vertikal montierten Einheit von Ölkühler und Lüfter mit einer hohen Kühlleistung von rund 20 kW sowie dem Hydrauliktank und einem Ölfilter zusammen.
Eine wesentliche Rolle spielt der Ventilsteuerblock. Er ist ebenfalls im Seitenmodul unterhalb des Rahmens integriert und enthält alle zur Steuerung des Hydraulik­antriebs notwendigen Ventile. Hier wird außerdem eine konstante Menge Öl vom Hochdruckkreis in den Niederdruckkreis zur Kühlung weitergeleitet. In den Ventil­steuerblock integriert sind die Drucksensoren der unterschiedlichen Kreise sowie ein Temperatursensor. Die Konstruktion aus Stahlguss ist gewichtsoptimiert. Dies spart im Vergleich zu gefrästen Ventilblöcken etwa 35 Kilogramm.

Transmission Control Unit – das Gehirn von HAD
„Das Gehirn“ des Hydraulic Auxiliary Drive ist das Steuergerät mit der Transmission Control Unit (TCM). Sie steuert Pumpe, Ventilsteuerblock und den Lüfter, also den kompletten Antrieb. Großer Vorteil der von Mercedes-Benz entwickelten Steue­rung: Abhängig von der Fahrsituation wird nur so viel Drehmoment an der Vorder­achse aufgebaut, wie für die Traktion tatsächlich notwendig ist. Grundlage dieser Steuerung sind die Sensoren des Fahrzeugs, sie erkennen unter anderem Schlupf, Fahrzeuggewicht und Neigungswinkel des Lkw.

Im Vergleich zu Antriebssystemen mit einer schlichten Schwarz-Weiß-Regelung bietet das feinfühlig agierende geregelte System von Hydraulic Auxiliary Drive Traktionsvorteile, da bei jedem Einsatz nur so viel Kraft wie notwendig aufgebracht wird. Gleichzeitig erhöht diese Strategie die Lebensdauer der Antriebstechnik, sie senkt außerdem den Kraftstoffverbrauch und damit auch die CO2-Emissionen spürbar.

Fahren leicht gemacht: Kraftübertragung per Mercedes PowerShift 3
Der Trend zu automatisierten Getrieben hat längst auch den Bauverkehr erreicht: Mehr als 90 Prozent der Baufahrzeuge von Mercedes-Benz sind mit dem vollauto­matisierten Getriebe Mercedes PowerShift 3 ausgestattet. Es gehört bei der aktu­ellen Fahrzeuggeneration zur Serienausstattung.
Zu den großen Vorzügen des Hydraulic Auxiliary Drive von Mercedes-Benz gehört deshalb, dass der Zusatzantrieb im Unterschied zu ähnlichen Systemen grund­sätzlich mit dem vollautomatisierten Getriebe Mercedes PowerShift 3 gekoppelt ist. Das schont speziell im Offroad-Einsatz die Antriebsaggregate vom Motor über die Kupplung sowie das Getriebe bis zu den Antriebsachsen. Außerdem findet der Fahrer sein gewohntes Bedienkonzept vor und kann sich voll auf die Aufgabe kon­zentrieren, seinen Lkw zielgenau durch unwegsames Gelände zu steuern.

Ebenso erleichtert HAD verschleißfreies Bremsen: Da die Pumpe des Hydraulik­systems über den Motor-Nebenabtrieb angetrieben wird, können Fahrzeuge mit HAD auf Wunsch mit dem gleichermaßen leistungsstarken wie leichten Sekundär-Wasserretarder ausgestattet werden.

Das große Plus ist der drehmomentgesteuerte Antrieb
Im Unterschied zu vergleichbaren Systemen ist der Hydraulic Auxiliary Drive dreh­momentgesteuert. Er stellt immer genau das benötigte Moment zur Verfügung, die entsprechende Anforderung wird über den Druck des Gaspedals gesteuert. Ebenso spektakulär wie nutzlos durchdrehende Räder gehören damit der Ver­gangenheit an. Darüber hinaus greift HAD unmittelbar ein, abhängig vom eventuellen Schlupf der Hinterräder.

Außerdem wird der Druck im System beim Anfahren automatisch angehoben. Dies sichert das notwendige Losreißmoment in schwerem Gelände oder an Steigungen.
Der Zusatzantrieb ist bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km/h verfügbar. Bei höheren Geschwindigkeiten ist keine Anfahr- und Traktionsunterstützung not­wendig, deshalb wird der eingeschaltete Hydraulic Auxiliary Drive dann passiv. Sinkt die Geschwindigkeit wieder unter 25 km/h, greift HAD automatisch erneut ein und sichert den Vortrieb. Diese Strategie entlastet den Fahrer ebenfalls. HAD ist außerdem bei Rückwärtsfahrt in den Gängen eins und zwei aktiviert.

Volle Zugkraft auch während des Schaltvorgangs
Um maximale Traktion zu gewährleisten, werden bei aktiviertem HAD durchweg alle Gänge einzeln geschaltet und keine Gänge übersprungen. Während der Schalt­vorgänge wird ein weiteres Plus von HAD deutlich: Der Antrieb von HAD über den Motornebenabtrieb verhindert einen Zugkraftverlust während des Schaltvorgangs, an der Vorderachse steht stets die volle Zugkraft zur Verfügung.

Überschreitet der Lkw eine Geschwindigkeit von 60 km/h, wird HAD automatisch komplett deaktiviert. Dies schont die Aggregate und minimiert Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Ebenso wird der Zusatzantrieb nach Ausschalten der Zündung auto­matisch abgeschaltet. Damit ist sichergestellt, dass der Lkw nicht unnötig am nächsten Tag mit aktiviertem HAD gestartet wird.

Über das Zentraldisplay in der Armaturentafel ist der Fahrer jederzeit über den aktuellen Zustand des Vorderradantriebs informiert: Leuchtet die entsprechende Anzeige in Weiß, ist des Hydraulic Auxiliary Drive aktiviert, es wird derzeit jedoch kein Antriebsmoment abgefordert. Leuchtet die Anzeige dagegen blau, ist HAD aktiviert und unterstützt den Vortrieb. Weiterhin wird über eine LED im Schalter der Systemstatus sichtbar gemacht.
Die hohe Kühlleistung von 20 kW sichert im Gelände einen Dauerbetrieb bei einer Fahrgeschwindigkeit mit bis zu 15 km/h. Bei höheren Geschwindigkeiten werden nur geringe Drehmomente übertragen, so dass der HAD ca. fünf Minuten voll einsetzbar ist. Damit sind fast alle denkbaren Einsatzsituationen von Baufahrzeugen im gemischten Einsatz abgedeckt.

Zu den weiteren Pluspunkten des Arocs HAD zählt seine große Wendigkeit. Im Unterschied zu einem mechanischen Allradantrieb schränkt HAD den Lenkwinkel nicht ein, er entspricht einem Lkw mit Hinterradantrieb. Auch sind die Lenkkräfte identisch und es können wegen des entkoppelten Vorderradantriebs keine Ver­spannungen im Antriebsstrang auftreten. Bei Bedarf kann der Fahrer bei Mercedes-Benz die Vorderräder außerdem mit Schneeketten ausrüsten.

HAD: viel Traktion, aber nur wenig Kraftstoffverbrauch
Wie alle Mercedes-Benz Arocs, so profitiert auch der Arocs mit Hydraulic Auxiliary Drive von seinem perfekt abgestimmten und höchst effizienten Antriebsstrang aus einer Hand. Hinzu kommt ein doppelter Vorteil: Zunächst erhöht die zuschaltbare Anfahrhilfe den Kraftstoffverbrauch im normalen Fahrbetrieb nur minimal. Zudem kommt ein wichtiges spezifisches Plus des von Mercedes-Benz entwickelten Systems hinzu: Der Zusatzantrieb arbeitet geregelt. Ist er im Eingriff, erhöht sich der Verbrauch im Unterschied zu vergleichbaren Antriebssystemen nur um die abge­forderte Leistung.

Die Beispielrechnung für einen Arocs 1843 LS – er wird mit einem Kippsattel gerne im Baustelleneinsatz verwendet – sieht wie folgt aus: Im Straßeneinsatz ohne zuge­schalteten Zusatzantrieb liegt der Mehrverbrauch mit Hydraulic Auxiliary Drive bei identischem Getriebe und Hypoidachsen mit identischer Übersetzung nur rund 1,5 Prozent über einem Fahrzeug mit angetriebenen Hinterrädern – bei gleichzeitig enormen Traktionsreserven. Basis der Rechnung ist ein typisches Einsatzprofil mit hohem Landstraßenanteil und geringerem Einsatz auf der Autobahn und im Stadt­verkehr.

Greifen Kunden zu einem Heavy-Duty-Modell des Arocs HAD mit Außenplaneten­achsen und Schnellganggetriebe, liegt der Verbrauch unter diesen Bedingungen etwa zwei Prozent höher als beim Ausgangsfahrzeug mit HAD und angetriebener Hypoid-Hinterachse. Mit einem herkömmlichen zuschaltbaren Allradantrieb liegt der Verbrauch dagegen bis zu acht Prozent, mit einem permanten Allradantrieb bis zu zehn Prozent höher als mit HAD und Hypoidhinterachse. Das schon nicht nur den Geldbeutel, sondern führt auch zu einer verbesserten CO2-Bilanz.

Gewichtszuschlag im Vergleich zum permanenten Allradantrieb mehr als halbiert
Augenmerk verdient ebenfalls die Gewichtsbilanz des Arocs mit Hydraulic Auxiliary Drive, denn er bietet im Vergleich zum klassischen Allradantrieb eine deutlich günstigere Nutzlast.
Der Zuschlag für HAD beläuft sich auf lediglich 400 Kilogramm. Für den zuschalt­baren Allradantrieb eines zweiachsigen Arocs ist dagegen das Doppelte zu veran­schlagen (zusätzlich 425 kg), für einen permanenten Allradantrieb sind es sogar zusätzlich 575 Kilogramm – Verteilergetriebe, Differenzial, Kardanwelle, der stärkere Rahmen und weitere Features eines konventionellen Allradantriebs sind keine Leicht­gewichte.

Durchdachte wartungsfreie Technik spart Zeit und Geld
Die Praktiker im Baugewerbe haben ebenfalls Wartungs- und Reparaturkosten im Auge. Auch an dieser Stelle überzeugt der Arocs mit Hydraulic Auxiliary Drive: Sein Antriebssystem ist komplett wartungsfrei, es entstehen weder Ausfallzeiten noch Kosten.

Hydraulic Auxiliary Drive ist auf Lebensdauer ausgelegt
Käufer eines Arocs HAD können sich auf seine solide Antriebstechnik verlassen: Beim typischen gemischten Einsatz als Baufahrzeug auf Straße und Gelände ist der Hydraulic Auxiliary Drive auf Lebensdauer des Fahrzeugs ausgelegt. Diese Angabe hat sich zuletzt in der Erprobung des Arocs Hydraulic Auxiliary Drive als reeller Wert für Baufahrzeuge herausgestellt. Mercedes-Benz hat die Technik intensiv in der Praxis getestet. Basis waren unterschiedlichste Erprobungsszenarien und Einsatz­profile. Von der Erprobung am Nordpolarkreis über Kundenerprobungen in Stein­brüchen und unter Tage bis hin zu den harten Teststrecken in Wörth, wurde das Fahrzeug auf Herz und Nieren intensiv geprüft und entwickelt. Selbst im Extremfall bietet der Arocs Hydraulic Auxiliary Drive entscheidende Vorteile. Sollte der typischerweise raue Einsatz im Gelände eine Beschädigungen am Hochdruckkreis des Hydrauliksystem verursachen, ist beim Arocs HAD im Unterschied zu anderen Systemen nicht Schluss: Der Ventilsteuerblock schließt sofort die Ölzufuhr zu der beschädigten Leitung, regelt die Hochdruckpumpe auf Nullförderung zurück und verhindert damit zunächst einen kompletten Ölverlust. Zusätzlich bekommt der Fahrer eine Anzeige und Warnton im Instrument, die Ihn auf die Beschädigung hinweist. Weder die Radnabenmotoren noch die Hochdruckpumpe können trockenlaufen. Deshalb ist mit dem verbliebenen konventionellen Hinterradantrieb die Weiterfahrt bis zur nächsten Werkstatt gesichert.

Quelle: Daimler AG