Turbo-Retarder-Kupplung: Wenn Anfahren und Bremsen in einem System zusammenkommen
Eine technische Lösung für schwere Lasten, langsames Rangieren und anspruchsvolle Gefällestrecken
Im Schwerlast- und Baustellenverkehr gehören Situationen, die für einen normalen Lkw bereits anspruchsvoll sind, zum Alltag. Fahrzeuge müssen mit hohen Gesamtgewichten anfahren, auf schwierigem Untergrund millimetergenau rangieren und schwere Lasten auch bei niedrigen Geschwindigkeiten sicher abbremsen können. Genau für diese Anforderungen wurde die Turbo-Retarder-Kupplung entwickelt.
Bei Mercedes-Benz Trucks ist die sogenannte Turbo-Retarder-Kupplung, kurz TRK, vor allem mit den schweren Varianten des Arocs und Actros SLT verbunden. Eine kleine zeitliche Korrektur ist dabei allerdings notwendig: Entgegen der häufig anzutreffenden Zuordnung zum Jahr 2018 wurde die Turbo-Retarder-Kupplung laut TÜV Nutzfahrzeug-Report bereits 2016 für Arocs und Actros SLT eingeführt. 2018 war die Technik jedoch bereits Bestandteil des Mercedes-Benz-Programms und wurde unter anderem bei verschiedenen Veranstaltungen und Fahrzeugpräsentationen ausführlich gezeigt.
Zwei Funktionen in einer Einheit
Das Grundprinzip der TRK ist bemerkenswert: Sie verbindet eine hydrodynamische Anfahrkupplung mit einem Primärretarder in einer gemeinsamen Baugruppe.
Beim herkömmlichen Anfahren über eine trockene Reibkupplung muss die Kupplung beim Übertragen des Drehmoments Schlupf zulassen. Dieser Schlupf erzeugt Wärme und führt langfristig zu Verschleiß. Bei der Turbo-Retarder-Kupplung wird die Kraft beim Anfahren dagegen hydrodynamisch über einen Flüssigkeitskreislauf übertragen.
Voith beschreibt das System als füllungsgeregelte hydrodynamische Turbokupplung. Beim Anfahren wird die Motorleistung über Pumpen- und Turbinenrad auf die Getriebeeingangswelle übertragen. Eine konventionelle Reibkupplung ist parallel dazu als Überbrückungskupplung angeordnet und übernimmt im normalen Fahrbetrieb die mechanische Kraftübertragung.
Damit entsteht ein für schwere Fahrzeuge wichtiger Effekt: Anfahren und Rangieren können ohne den bei einer herkömmlichen Reibkupplung entstehenden Kupplungsverschleiß erfolgen.
Das spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn ein Fahrzeug mit hoher Last über längere Zeit rangieren oder bei sehr niedriger Geschwindigkeit bewegt werden muss.
Feinfühliges Anfahren bei hoher Last
Eine der besonderen Eigenschaften der TRK liegt deshalb nicht unbedingt darin, dass ein Lkw damit überhaupt anfahren kann. Das können andere Antriebskonzepte ebenfalls.
Der entscheidende Punkt ist vielmehr die Kontrollierbarkeit bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten und hohen Lasten.
Mercedes-Benz beschreibt die Turbo-Retarder-Kupplung als Lösung für feinfühliges Anfahren und Rangieren selbst bei niedrigsten Geschwindigkeiten. Für schwere Anwendungen ist das beispielsweise dann interessant, wenn hohe Zugkräfte benötigt werden, gleichzeitig aber nur sehr langsam gefahren werden kann.
Voith gibt für das System ein Eingangsdrehmoment von über 3.000 Nm an und beschreibt die Möglichkeit, das Motormoment bis zur Traktionsgrenze umzusetzen. Die Technik ist laut Hersteller für Beladungen beziehungsweise Gesamtzuggewichte bis 250 Tonnen ausgelegt.
Gerade bei einem Schwerlasttransport ist das ein wesentlicher Unterschied zu einem normalen Straßenbetrieb. Dort kann es beispielsweise erforderlich sein, mit hoher Zugkraft anzufahren und gleichzeitig eine sehr niedrige Geschwindigkeit exakt zu halten.
Die zweite Aufgabe: Bremsen
Die Besonderheit der Turbo-Retarder-Kupplung steckt bereits in ihrem Namen. Das System ist nicht nur eine Anfahrkupplung.
Beim Bremsen wird der hydrodynamische Kreislauf entsprechend umgeschaltet. Das Turbinenrad wird dabei festgesetzt, wodurch die Einheit als Primärretarder arbeitet. Die Bremswirkung entsteht somit ebenfalls hydrodynamisch.
Mercedes-Benz gibt für die TRK eine Dauerbremsleistung von 350 kW beziehungsweise 476 PS an. Diese Bremsleistung steht dabei unabhängig von der eigentlichen Betriebsbremse zur Verfügung. In Verbindung mit der leistungsfähigen Motorbremse kann sich bei den entsprechenden Schwerlastfahrzeugen eine sehr hohe verschleißfreie Bremsleistung ergeben.
Beim 500. Mercedes-Benz Actros SLT beispielsweise wurden die 350 kW der TRK mit bis zu 475 kW Motorbremsleistung kombiniert. Mercedes-Benz bezifferte die daraus resultierende verschleißfreie Bremsleistung mit insgesamt 720 kW beziehungsweise 980 PS.
Das ist insbesondere bei langen Gefällestrecken mit hohen Zuggewichten von Bedeutung. Die Betriebsbremse muss dadurch nicht allein die gesamte Bremsarbeit übernehmen.
Warum ein Primärretarder?
Ein wesentlicher Vorteil der Konstruktion liegt darin, dass die Retarderfunktion bereits im Antriebsstrang integriert ist.
Voith weist darauf hin, dass die Primärretarder-Funktion auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten eine hohe Bremsleistung ermöglicht. Zudem ist die Retarderfunktion laut Hersteller auch im Rückwärtsgang verfügbar.
Für einen normalen Fernverkehrszug mag diese Eigenschaft zunächst wenig spektakulär erscheinen. Im Schwerlast- und Baustellenverkehr sieht die Situation anders aus. Dort kann ein Fahrzeug mit sehr hoher Masse auch bei Schrittgeschwindigkeit noch erhebliche Kräfte entwickeln.
Die Kombination aus niedriger Geschwindigkeit, hoher Last und kontrollierbarer Bremswirkung ist deshalb genau der Bereich, in dem die Konstruktion ihre Stärken ausspielen soll.
Verschleißfreies Anfahren – was bedeutet das eigentlich?
Der Begriff „verschleißfrei“ sollte allerdings technisch richtig eingeordnet werden.
Gemeint ist nicht, dass das gesamte Getriebe oder der komplette Antriebsstrang ohne Verschleiß arbeitet. Vielmehr erfolgt die Drehmomentübertragung beim Anfahren und Rangieren hydrodynamisch, sodass die dafür eingesetzte Reibkupplung nicht wie eine herkömmliche Kupplung dauerhaft über Schlupf arbeiten muss.
Voith beschreibt deshalb eine deutlich verlängerte Standzeit der Reibkupplung und eine verschleißfreie hydrodynamische Drehmomentübertragung.
Im normalen Fahrbetrieb wird die hydrodynamische Übertragung dagegen überbrückt. Die mechanische Reibkupplung übernimmt dann die Kraftübertragung. Damit verbindet das System die Eigenschaften eines hydrodynamischen Anfahrens mit dem Wirkungsgrad eines mechanischen Antriebsstrangs.
Besonders interessant für Schwerlast und Gelände
Die Turbo-Retarder-Kupplung ist deshalb keine Technik, die primär für den klassischen Fernverkehr entwickelt wurde.
Ihr Einsatzgebiet liegt dort, wo hohe Zuggewichte, geringe Geschwindigkeiten, häufiges Rangieren und schwierige Geländebedingungen zusammenkommen.
Mercedes-Benz setzte die Technik unter anderem bei Arocs-Fahrzeugen ein. Beim Arocs wurde die TRK als Lösung für harte Einsätze beschrieben, während die SLT-Baureihe für Schwerlast- und Großraumtransporte mit Gesamtzuggewichten bis 250 Tonnen ausgelegt ist.
Auch die damaligen Praxistests zeigen, weshalb die Technik gerade im Gelände interessant ist. Ein Test des Arocs mit Turbo-Retarder-Kupplung beschrieb beispielsweise das Rangieren und Fahren in extremen Steigungen als einen wesentlichen Einsatzbereich des Systems.
Ein technisches Detail mit großer Wirkung
Interessant ist dabei, dass die Turbo-Retarder-Kupplung nicht einfach einen klassischen Drehmomentwandler ersetzt.
Das System arbeitet mit einer füllungsgeregelten hydrodynamischen Kupplung. Durch das Befüllen und Entleeren des hydrodynamischen Kreislaufs lässt sich die Charakteristik der Kraftübertragung stufenlos verändern. Beim Anfahren und Rangieren arbeitet die Turbokupplung, im normalen Fahrbetrieb wird mechanisch übertragen und beim Bremsen übernimmt das System die Funktion des Primärretarders.
Damit befinden sich im Grunde drei unterschiedliche Betriebszustände in einer gemeinsamen technischen Lösung:
- Anfahren und Rangieren: hydrodynamische Turbokupplung
- Normales Fahren: mechanische Kraftübertragung über die Reibkupplung
- Bremsen: hydrodynamischer Primärretarder
Genau diese Kombination macht die Technik interessant.
Fazit
Die Turbo-Retarder-Kupplung ist ein Beispiel dafür, dass Innovation im Nutzfahrzeug nicht immer darin besteht, einen Motor stärker oder ein Fahrzeug schneller zu machen.
Hier geht es um etwas anderes: Kraft kontrolliert auf die Straße zu bringen und sie ebenso kontrolliert wieder abzubauen.
Beim schweren Anfahren reduziert die hydrodynamische Kraftübertragung den Verschleiß der Reibkupplung. Beim Rangieren ermöglicht sie eine feinfühlige Kraftübertragung auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten. Beim Bremsen steht mit dem integrierten Primärretarder eine leistungsfähige verschleißfreie Dauerbremse zur Verfügung.
Für den klassischen Fernverkehr ist eine solche Technik nicht zwingend erforderlich. Bei Schwertransporten, schweren Baustellenfahrzeugen und Einsätzen mit extremen Zuggewichten kann sie dagegen einen erheblichen technischen Vorteil darstellen.
Und genau darin liegt die eigentliche Bedeutung der Turbo-Retarder-Kupplung: Sie ist weniger eine spektakuläre Einzelinnovation als vielmehr eine konsequent auf extreme Einsatzbedingungen zugeschnittene Lösung im Antriebsstrang schwerer Nutzfahrzeuge.
