Sperrdifferential
Sperrdifferentiale ersetzen das normale Differential in einem mehrspurigen Kraftfahrzeug. Dabei gibt es -wie beim normalen Differential- zwei Anwendungsbereiche für ein Sperrdifferential:
- Zwischen den beiden Rädern einer Achse als 'Achsdifferential'
- Zwischen den Achsen als Zentraldifferential, welches hinter dem normalen Wechselgetriebe (Handschaltung, Automatik, sequentielles Getriebe, ...) in einem 'Verteilergetriebe' eingebaut ist.
Für die ersten Erläuterungen gehen wir einmal von einem Achsdifferential aus.
Die Terminologie der Begriffe 'Sperrdifferential' und 'Differentialsperre' ist historisch bedingt: eine 'Differentialsperre' besteht aus einem normalen Differential und einer mechanischen Sperre (z.B. Klauenkupplung), die unter schweren Bedingungen (Geländefahrt, Eis, usw.) manuell zugeschaltet wird und das Differential außer Funktion setzt und beispielsweise verblockt, so dass die vom Differential bekannte Ausgleichsfunktion nicht mehr gegeben ist. Man nennt diese Form der Sperre auch '100%' Sperre.
Das 'Sperrdifferential' wiederum läßt teilweise eine Ausgleichsbewegung zu, bremst diese Ausgleichsbewegung aber ab. Die Differentialsperre ist so gesehen ein Spezialfall des Sperrdifferentials. Von der mechanischen Seite lassen sich Sperrdifferentiale in mehrere Typen untergliedern:
- Bei drehmomentfühlenden Sperrdifferentialen (z.B. Torsen A, Torsen B, Super LSD, Helical LSD, einige Lammellensperrdifferentiale) hängt die Sperrwirkung vom übertragenenn Moment ab. Wenn kein Antriebsmoment da ist (Kupplung getreten) oder ein Rad in der Luft hängt, sperrt das Differential nicht. Vorteilhaft, wenn im Fahrzeug ABS und ESP verwendet werden (also eigentlich immer).
- Bei drehzahlfühlenden Sperrdifferentialen (insbesondere Viskokupplungen, fliehkraftbetätigte Sperren und die Visco-Lok) hängt die Sperrwirkung von der Differenzdrehzahl der Räder ab. Je größer die Drehzahldifferenz, um so größer ist die Sperrwirkung. Vorteilhaft ist das weiche Einsetzen und die Schwingungsdämpfung, aber ABS und ESP müssen angepasst werden.
- Bei einer Festwertsperre wird die Sperre vorgespannt, so dass auch ohne Drehzahldifferenz und ohne Antriebsmoment schon eine Sperrwirkung vorliegt. Diese einfache Sperre stirbt aus. Gelegentlich wird aber diese Eigenschaft mit drehmoment- oder drehzahlfühlenden Sperren kombiniert.
- Bei elektronischen Sperren wird die Wirkung und der Einsatz der Sperre von einem Fahrdynamik-Regler im Fahrzeug gesteuert.
Die Physik der Sperre
Ein normales Differential ohne Sperrwirkung wird auch als offenes Differential bezeichnet. Idealerweise können die beiden Räder frei drehen, die Reibungsverluste im offen Differential wären dann 0. Bei einem Sperrdifferential versucht man, den Wirkungsgrad des offenen Differentials zu verschlechtern.
Die Charaktersitik einer Sperre wird über den Sperrwert (in %) und bei drehmomentfühlenden Sperrdifferentialen auch über den 'Torque Bias Ratio' (TBR, Drehmomentverhältnis) bestimmt. Dazu betrachtet man die Drehmomente, die auf das linke und das rechte Rad übertragen werden. Beim offenen Differential kann das Drehmoment rechts (MR) nicht anders sein, als das Drehmoment (ML) beim linken Rad.
Die üblichen Formeln lauten: Sperrwert: S = |ML-MR|/(ML+MR) TBR = Max(ML, MR) / Min(ML, MR)
Die Umrechnung zwischen beiden Werden ist auch ganz einfach: S = (TBR - 1) / (TBR + 1) TBR = (1 + S) / (1 - S)
Siehe auch
Bilder und mehr Details unter www.ArsTechnica.de]