Elektronische Sperrdifferentiale

Elektronisches Differential
Bild 1: US Patent 5326333, elektronisches Sperrdifferential

Kugelrampe geöffnet
Bild 2: Solche oder ähnliche Kugelrampen werden heute in Kombination mit Reiblamellen in der Mechanik vieler elektronischer Sperrdifferentiale eingesetzt. Sie ermöglichen große Hebelübersetzungen.

Kugelrampenmechanismus in Aktion
Bild 3: Die Drehung der Kugelrampe führt zu einer Veränderung in der Höhe und drückt die Lamellen zusammen.

Elektronische Sperre von JTEKT
Bild 4: Schnittmodell einer elektronischen Sperre von JTEKT

Die meisten Sperrdifferentiale auf dieser Webseite gehören zur Gruppe der passiven Sperren. Bei diesem Typ folgt die Sperrwirkung einfachen mechanischen Regeln. Mit der Weiterentwicklung der Elektronik im Fahrzeug wird aber auch der Wunsch nach elektronisch kontrollierbaren (aktiven) Sperren immer größer. Dies ist vor allem auf die neuen Möglichkeiten der Elektronik zurückzuführen und setzt einen übergeordneten Fahrdynamik-Regler voraus, der den aktuellen Zustand des Fahrzeuges, der Fahrbahn und den Wunsch des Fahrers erkennen kann.

Vorteile

In aktuellen Fahrzeugen bringen Helferlein wie ABS/ESP und Bremsassistent und andere Systeme schon eine Reihe von Sensoren mit, die Informationen über den Fahrerwunsch und das Fahrzeug liefern. Der Lenkwinkelsensor am Lenkrad gibt an, wohin der Fahrer möchte, die Drehzahlsensoren an den Rädern lassen erkennen, wie schnell das Fahrzeug ist und wie griffig die Fahrbahn ist und ein weiterer Sensor zeigt, ob und wie schnell sich das Fahrzeug um seine Hochachse dreht. Wie schnell der Fahrer vom Gas geht, sagt dem System, ob eine Panikbremsung bevorsteht. Daneben kann noch die Außentemperatur und der Regensensor abgefragt werden.

Wie extrem eine Fahrdynamikregelung mit diesen Informationen das Fahrzeug beeinflussen kann, zeigt heute schon das ESP. Über den CAN-Bus können solche Informationen auch von anderen Komponenten im Fahrzeug ausgewertet werden. Die folgende Liste mit Beispielen zeigt, was ein aktives (elektronisches) Sperrdifferential im Vergleich zu einem passiven Sperrdifferential damit anfangen könnte:

Es lassen sich zahlreiche weitere Situationen finden, in denen eine aktive Sperre wesentlich hilfreicher ist, als eine passive Sperre. Ein System, dass mehr Informationen verarbeiten kann ist halt immer im Vorteil. Aber diese Fähigkeiten haben auch ihren Preis, weshalb passive Sperren nach wie vor beliebt sind.

Technik

Bei passiven Sperren ist die Technik einfach: Reibung bremst oder verhindert, dass sich die beiden Abtriebswellen mit unterschiedlicher Drehzahl drehen. Bei der aktiven Sperre muss diese bremsende Reibung aber über einen Reibmechanismus einstellbar sein, so das die Reibung möglichst weit zwischen den Extremen 'reibungsfrei' und 'verblocken' einstellbar ist. Dazu wiederum finden sich auf dem Markt im Wesentlichen zwei Prinzipien:

Elektronische Sperren werden im Markt eine bedeutende Stellung einnehmen, aufgrund des technischen Aufwandes und der höheren Kosten werden sie vor allem in Fahrzeugen der gehobenen Klasse zum Zuge kommen, wo eine höherwertige Technik vom Kunden auch bezahlt wird und bei Fahrzeugen, bei denen die Motorleistung so hoch ist, dass der Antrieb sie kaum noch auf die Straße bringen kann.