Lamellensperrdifferenziale

Die klassiche Bauform für Sperrdifferenziale sind die Lamellensperrdifferenziale. Vom Typ her sind sie drehmomentfühlend, aber gegenüber ihren ebenfalls drehmomentfühlenden Verwandtenhaben sie zwei Vorteile: Ihre Sperrwirkung kann in einem weiten Bereich eingestellt werden (TBR ca. 1,5-7) und es ist möglich, für Zugbetrieb (wenn der Verbrennungsmotor antreibt) und Schubbetrieb (wenn der Verbrennungsmotor geschleppt wird) große Unterschiede in der Sperrwirkung einzustellen. Dafür sind diese Sperrdifferenziale mechanisch sehr aufwendig gebaut und entsprechend teuer.

Zur Kernfunktion gehört es -wie immer-, dass die Ausgleichsbewegung zwischen den Seitenrädern und dem Gehäuse gebremst wird. Dazu besitzt dieser Sperrentyp Lamellen, die zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Gehäuse wirken, und die eine Relativbewegung abhängig vom Drehmoment verhindern sollen.

Bild 1 zeigt das Gehäuse eines Lamellensperrdifferenzials. Das Tellerrad wird an dieses Gehäuse angeschraubt.

Bild 2 zeigt den Inhalt des Gehäuses, dieser besteht aus 2 Druckringen (D), deren Nasen (jeweils 4) vom Gehäuse angetrieben werden. Die Druckringe (D) können sich im Gehäuse axial verschieben. Über einen V-förmigen Einschnitt geben sie die Kräfte an den Differenzialbolzen (B) weiter, der hier (siehe Bild 3) ein rechteckiger Träger für 4 Ausgleichskegelräder (Planetenräder, P) ist. An den Enden werden die Lamellen (L) angebracht, von denen je zwei über Nasen (jeweils 4) vom Gehäuse (Bild 1) mitgenommen werden und je zwei (eine davon ist oben zu sehen), die in den Nuten eines Kegelrades (oben) mitgenommen werden.

Bild 3 zeigt den Planetenträger, der hier vier Ausgleichskegelräder hält. In den meisten Differenzialen werden nur zwei Ausgleichsräder (Planetenräder) eingesetzt und diese werden nur durch einen einfachen Bolzen verbunden. Die Bauweise mit mehr als zwei Planeten bietet Vorteile beim Bauraum.

Bild 4 zeigt, wo der Sperrwert beeinflusst wird: Die Druckringe übertragen Kräfte auf den Differenzialbolzen. Durch dessen Form wirkt die Kraft aber wieder zurück auf die Druckringe und schiebt diese zurück, so es für die Lamellen zwischen Druckring und Gehäuse (Bild 1) eng wird und so die gewünschte Sperrwirkung erzielt wird. Die Kerbe der Druckringe und die Form des Differenzialbolzens bestimmen nun, wie groß das Sperrmoment wird.

Bild 5 zeigt, wie man den Sperrwert beeinflusst. Die Grafik zeigt schematisch zwei Druckringe und dazwischen den Differenzialbolzen. Die gezeigten Bauteile weisen eine symmetrische Verteilung auf (A), so wie in Bild 4 erkennbar. Der Bolzen treibt die Druckringe auseinander (unten).

Die Kerbe läßt sich jedoch auch ungleichmäßig ausführen (B), so dass in der gezeigten Richtung (nach oben) höhere Sperrwerte erreichbar sind, als in die andere Richtung. Bei dieser Ausführung muss man beim Zusammenbau beachten, dass das Innenteil (Bild 2) nicht verkehrt herum in das Gehäuse (Bild 1) eingebaut wird.

Die letzte Variante (C) zeigt eine wirkungslose Kerbe: Ein solches Lamellensperrdifferenzial würde nicht drehmomentabhängig sperren, sondern höchstens dann, wenn eine Vorspannung vorhanden wäre.

Bild 6 zeigt noch einmal eine Schnittdarstellung durch ein Lamellensperrdifferenzial, wobei hier der Einfachheit halber nur ein Differenzialbolzen (B) mit zwei Ausgleichskegelrädern (P) angenommen wurde. Neben den in Bild 2 verwendete Bezeichnungen ist hier noch das zweiteilige Gehäuse (G₁, G₂), der Abtrieb zu den Rädern (R_L, R_R) und der motorseitige Antrieb (A) über ein Kegelrad und ein Tellerrad (T) eingezeichnet.

Hier zeigt sich noch einmal ein wichtiger Unterschied zu normalen Differenzialen: Bei diesen treibt das Gehäuse (dort oft als Differenzialkorb bezeichnet) direkt den Differenzialbolzen an. Beim Lamellensperrdifferenzial wird der Umweg über die Druckringe (D) gewählt, es besteht keine Verbindung zwischen Gehäuse (G₂) und Differenzialbolzen (B).

Bild 7 zeigt verschiedene Reiblamellen. In dem hier vorgestellten Lamellensperrdifferenzial reiben Stahllamellen aufeinander, die meist sehr kompakte Lamellenpakete erlauben. Zur Optimierung des Reibverhaltens werden aber auch beschichtete Lamellen verwendet, wobei in der Regel die Außenlamellen ihre stählerne Oberfläche behalten und die Innenlamellen beschichtet oder beklebt werden. Wie die Beispiele zeigen, erhalten die Oberflächen verschiedene Muster oder das Beschichtungsmaterial ist so teuer, dass es in kleinen Stücken mit Kanälen aufgeklebt wird (untere Innenlamelle). Jede Art von Nuten oder Kanälen verbessert den Ölfluss und damit die Kühlung der Lamellen.

Grundsätzlich kann man ein Lamellensperrdifferenzial vorspannen, indem man zu den Lamellen auch Tellerfedern legt. Es ist weiterhin üblich, dass Lamellenpakete auf beiden Seiten aus der gleichen Zahl von Lamellen bestehen. Theoretisch wäre es auch möglich, auf einer Seite weniger Lamellen als auf der anderen Seite zu verwenden, um die Sperrwirkung feiner abzustimmen. Erfahrungsgemäß kann das jedoch zu unerwünschten Mitlenkeffekten beim Beschleunigen führen.