Differential: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 7. April 2011, 16:34 Uhr

Das Differential

Jedes Fahrzeug besitzt zumindest an der Achse ein Differential, auch Ausgleichsgetriebe genannt, an der der Antrieb erfolgt. Dieses hat im wesentlichen zwei Aufgaben:

1. Es gleicht unterschiedliche Drehzahlen aus und ermöglicht unterschiedliche Drehzahlen. Dies ist insbesondere bei Kurvenfahrten zwischen innerer und äusserer Seite und zwischen vorderer und hinterer Achse wichtig. Das äussere Rad dreht schneller, da es eine längere Strecke in der gleichen Zeit wie das innere Rad zurücklegen muss. Ohne Differential, würden beide Räder gezwungen werden gleich schnell zu laufen, was bei guter Bodenhaftung zum Radieren der Räder und schlechtem Kurvenverhalten führen würde. Bei Allradfahrzeugen kommt zusätzlich noch ein Mitteldifferential hinzu, welches die Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterachse ausgleicht, denn auch hier kann es zu Unterschieden kommen. Die hintere Achse läuft in einer Kurvenfahrt einen engeren Kreis und ist somit langsamer.
Das Differential nimmt diese Differenzen auf und arbeitet diese ab.

2. Es verteilt die Antriebskraft (Drehmoment) gleichmässig auf beide Seiten. Dies ist wichtig, da bei einem einseitig wirkenden Antrieb über diese Achse das Fahrzeug mitgelenkt werden würde. Damit dies nicht geschieht und eine gleichmäßiger Geradeauslauf ermöglicht wird, verteilt das Differential das eingehende Drehmoment im gleichen Verhältnis 50:50 auf seine beiden Abgangswellen.

In der Regel werden offene Differentiale verbaut, die nicht gesperrt werden können. Der Nachteil des offenen Differentials ist, dass die Antriebsenergie immer auf das Rad gegeben wird, welches den geringsten Widerstand hat, somit also die geringere Traktion aufweist. Ist ausreichend bzw. gleichmäßige Traktion auf beiden Rädern (im folgenden Abgangswellen) vorhanden, funktioniert alles wie es soll. Verliert aber ein Rad die Traktion, wie es im Gelände vorkommen kann, geht die gesamte Antriebsenergie auf dieses eine Rad. Das Fahrzeug bleibt stehen. Beim Mitteldifferntial titt dieser Effekt zwischen der Kraftverteilung auf die jeweiligen Achsen auf.

Offenes Differential

Funktionsweise

Das offene Differential ist dazu ausgelegt das Drehmoment gleichmässig, also am besten im Verhältnis 50:50 auf die abgehenden Wellen zu übertragen (sei dies jetzt zu den Rädern rechts und links oder zu den Achsen vorne und hinten). Es ist fast nicht möglich mehr Drehmoment auf eine der beiden Abgangswellen zu bekommen als auf die andere. Jede Differenz wird von den Ausgleichsrädern aufgenommen. Für den Zweck des Drehzahlausgleichs bei gleicher Traktion auf beiden Seiten, ist dies auch vollkommen in Ordnung. Die Folge dessen ist aber, dass die Antriebskraft auf der Welle verlorengeht, welche die bessere Traktion hat. Hängt eine Seite frei in der Luft, gehen 50% auf diese Seite, die anderen 50% gehen an die Ausgleichsräder. Um dies zu verhindern gibt es manuelle oder automatisch zugeschaltete mechanische Sperren, die beide Wellen starr zusammenschalten. Der Nachteil des Sperrens ist der Wegfall einer der beiden wichtigen Funktionen des Differentials: unterschiedliche Drehzahlen zu ermöglichen bzw. zu erlauben.

Torsen Ausgleichsgetriebe

Torsen, ein Kunstwort gebildet aus den Wörtern Torsion, welches in der Mechanik die Verdrehung eines Bauteils in sich selbst beschreibt und sensitiv für das Fühlen. Dieses Ausgleichsgetriebe ermöglicht es, in einem gewissen Verhältnis (Torque Bias Ratio oder TBR) unterschiedliche Drehmomente auf die beiden Wellen zu geben. Das langsamer drehende Rad (= mehr Traktion) erhält auch mehr Drehmoment. So wird bei einem Torsen Differential mit einem TBR von 4:1 wird bei einer Drehzahldifferenz 4 x das Drehmoment der schnelleren Welle auf die langsamere gegeben, oder anders gesagt: bei 100% eingehendem Drehmoment, gehen 20% auf die Welle mit wenig Traktion und 80% auf die Welle mit mehr Traktion. Somit bleibt der Vortrieb auch ohne 100% Sperre erhalten und es sind weiterhin unterschiedliche Drehzahlen möglich.

Es gibt drei Varianten dieses Differentials (A, B und C).

Funktionsweise

Variante A

Bei diesem Differential wird der hohe Reibungswiderstand von schrägverzahnten Schneckenzahnrädern genutzt, um bei Traktionsverlust auch noch Drehmoment auf die Abtriebswelle zu bekommen, welche die höhere Traktion aufweist. Bei Geradeausfahrt bzw. wenn kein Traktionsunterschied zwischen den angetriebenen Elementen (Achse oder Räder) besteht, dreht das Gehäuse auf der Schrägverzahnung der abgehenden Wellen und treibt diese mit einer 50:50 Verteilung des Drehmoments an. Verliert eine Seite die Traktion, würden dann normalerweise die Schneckenräder der anderen Abgangsseite über den dortigen Widerstand im Gehäuse zu drehen anfangen und über deren geradeverzahnte Seiten die Schneckenräder der traktionsärmeren Seite zusätzlich antreiben. Somit würde das Drehmoment zunehmend auf die traktionsarme Seite übergehen. Da aber die Schrägverzahnung der Schneckenzahnräder einen hohen Widerstand birgt, wird ein Teil des Drehmoments weiterhin auf die Seite mit der stärkerer Traktion übertragen. So entsteht eine Sperrwirkung.

Weiterführende Links

• Allradantrieb
• Gute Animation eines Differentials in Geradeaus- und Kurvenfahrt
• Gute Animation eines Torsen Typ-A Getriebes
• Typ A Funktion erklärt vom Institut of Mechanical Engineers