Visco-Lok

Die Visco-Lok der GKN ist ein drehzahlfühlendes Sperrdifferenzial, welches mit Reiblamellen arbeitet. Das Besondere an der Bauweise ist die kleine Scherpunmpe (Bild 2), die sehr kompakt ist und die nötige hydraulische Energie für die Betätigung der Reiblamellen liefert. Zur Zeit ist die Visco-Lok beispielswseise den M-Modellen von BMW (M3, Z4, M5, M6) verbaut.

Funktionsbeschreibung

Im Prinzip besteht die ViscoLok (Bild 1) wie die Visco-Kupplung aus einem offenen Differenzial (D), bei dem durch eine Sperreinrichtung das Gehäuse gegen ein Seitenrad gebremst wird. Das Reiblamellenpaket (1) ist sowohl am Differenzialkorb (2) als auch mit einer Verzahnung am Schaft des Seitenrades (3) verbunden. Die Scherpumpe selbst besteht nur aus einer Pumpscheibe (4, verbunden mit 2) mit einem flachen Kanal (10) und einer Deckscheibe (5, verbunden mit 3). Der Kanal wiederum endet an jeder Seite in einer Bohrung (11) durch die Pumpscheibe.

Sobald nun eine Differenzdrehzahl eintritt, dreht sich die Pumpscheibe (5) gegen die Deckscheibe (6) und Druckflüssigkeit wird in den Druckraum hinter dem Kolben (7) gefördert. Der Kolben (7) wiederum drückt die Reiblamellen zusammen und hemmt dadurch die Ausgleichsbewegung des Differenzials (D).

Der Druck im Druckraum hinter dem Kolben (7) hängt vor allem von der Differenzdrehzahl ziwschen Pumpenscheibe und Deckscheibe ab. Weil die Punpe keine Ventile hat steigt der Druck nicht beliebig an, sondern irgendwann reicht die Kraft der Scherpumpe nicht mehr aus, um noch mehr Druckflüssigkeit zu fördern.

Die Druckflüssigkeit ist Silikonöl, daher muss der Druckraum ducrh den Druckkolben (7) gegenüber den Reiblamellen (1), die im Öl des Differenzials (D) laufen, abgedichtet werden.

Sobald die Drehzahldifferenz nachlässt, kann die Druckflüssigkeit gegen die Pumpwirkung wieder in das Reservoir (6) zurückströmen, damit ist auch das Abschalten automatisch geregelt.

Je nach dem, welches Rad gerade schneller läuft, muss die Scherpumpe ihre Pumprichtung ändern, damit sie nicht hinter dem Druckraum saugt. Das geht durch einen weiteren einfachen Trick: Die Pumpscheibe (4) kann sich gegen den Differenzialkorb (2) ein Stück verdrehen. Das geht gerade so weit, dass eine der beiden Bohrungen (11) über dem Überströmkanal (9) zum Druckraum, und das andere über einer von zwei Verbindungsbohrungen (12) zum Reservoir (6) steht. Ändert sich die Drehrichtung, so verschiebt sich die Pumpscheibe und die Bohrungen (11) tauschen ihre Funktion und ihre hydraulischen Verbindungen.

Visco-Lok Sperrdifferenzial

Bild 1: Schnittmodell der Visco-Lok

Charakteristik der Visko-Lok

Scherpumpe der Visco-Lok

Bild 2: Scherpumpe der Visco-Lok


Charakteristik der Visco-Lok

Bild 3: Charakteristik der Visco-Lok: Sperrmoment M
in Abhängigkeit von der Differenzdrehzahl Δn

Bild 3: Eine wichtige Bedeutung für das Sperrverhalten hat die Feder (8), denn sie kann auf verschiedene Arten vorgespannt werden. Grundsätzlich lassen sich über die Feder drei elementare Charaktersitiken einstellen:

  1. In der normalen Charakteristik steigt die Sperrwirkung (das Sperrmoment M) einigermaßen linear mit der Drehzahldifferenz der Räder.

  2. Wenn die Feder (8) so eingestellt wird, dass sie gegen den Kolben (7) drückt, dann stellt sich diese Charakteristik ein. Bei kleinen Drehzahldifferenzen sperrt die Visco-Lok nicht, sondern wirkt wie ein offenes Differenzial.

  3. Wenn die Feder (8) bereits im Ruhezustand gegen das Lamellenpaket (1) drückt, kann man die Visco-Lok auch mit den Eigenschaften einer Festwertsperre ausstatten, d.h. auch ohne Differenzdrehzahl zwischen den Rädern ist immer eine konstante Sperrwirkung vorhanden. Wenn die Drehzahldifferenz einen bestimmten Wert übersteigt, dann steigt auch die Sperrwirkung weiter an.

Über die Leistung der Scherpumpe (Durchmesser der Bohrungen, Viskosität der Druckflüssigkeit, Durchmesser der Scheiben) und über das Lamellenpaket (Durchmesser, Anzahl) lässt sich auch die Stärke der Sperrwirkung (das Sperrmoment M) bei einer bestimmten Drehzahldifferenz einstellen. Dadurch ändert sich die Steigung der Linien im Diagramm.

Steckbrief

Weitere technische Details Informationen zu dieser Sperre gibt es z.B. im SAE Technical Paper 960718 ‘VISCO-LOK: A Speed-Sensing Limited-Slip Device with High-Torque Progressive Engagement’ von Theo Gaßmann und John A. Barlage. Ein Anwendungsbeispiel wird im SAE Technical Paper 2000-01-1155 ‘New Traction-Optimized Front Axle Limited-Slip Differenzial for AWD All-Terrain-Vehicle’ von John A. Barlage und Jerry L. Bolton beschrieben.