Merkmale von Differenzialsperren

 

Was löst die Sperrwirkung aus?

Drehmomentfühlende (Torque Sensing) Sperren

Die Sperrwirkung des Differenzials wird durch das Antriebsmoment hervorgerufen und ist davon abhängig.

Merkmale:

  • Die Sperrwirkung tritt erst ein, wenn ein Antriebs- oder Bremsmoment vom Motor übertragen wird. Ohne Antriebsmoment gibt es keine Sperrwirkung. Das Differenzial stört im Falle einer Panikbremsung mit (!) getretener Kupplung nicht die Aktivität des ABS, da die Räder frei gegeneinander drehen können.

  • Das Sperrdifferenzial kann Drehmomente ungleich verteilen, der größtmögliche Unterschied zwischen rechter und linker Seite ist ein bauarttypisches Momentenverhältnis (TBR = Torque Bias Ratio).

  • Wenn ein Rad schlechte Bodenhaftung hat und nur das Drehmoment x übertragen kann, dann wird auf das andere Rad höchstens das Drehmoment TBR · x übertragen werden

  • Wenn ein Rad in der Luft hängt, kann es nur das Drehmoment 0 übertragen. Das andere Rad kann dementsprechend auch nur das Drehmoment TBR × 0 übertragen, das Fahrzeug bleibt also stehen.

    Aber: Leichtes Anziehen der Bremse hilft, so dass an das Rad mit Bodenhaftung wieder ein Moment übertragen werden kann, sofern die Bremswirkung gleichmäßig ist und nur auf die Achse mit dem durchrutschenden Rad wirkt (trifft insbesondere auf die Kombination Heckantrieb und Handbremse zu). Die Wirkung ist aber nicht wirklich groß, bei gleichmäßiger Wirkung der Bremse (wie es der Gesetzgeber vorschreibt) kann maximal das x × (TBR - 1) fache des Antriebsmomentes auf die Straße übertragen werden, während 2 × x in der Bremse verloren gehen.

  • Durch Kombination mit einem elektronischen Brenseneingriff als Anfahrhilfe wird der Wirkungsgrad des Bremseneingriffs besser.

  • Beim Anfahren auf unterschiedlich griffiger Fahrbahn drehen beide Räder synchron, so lange kein Rad durchdreht. Dabei wird das Drehmoment umverteilt. Wenn aber von beiden Rädern zu viel verlangt wird und nur eines durchrutscht, bricht der gesamte Vortrieb zusammen, weil jetzt ein Rad im Gleitreibungsbereich arbeitet.

  • Beim Einfahren einer Kurve unter Last (mit Antriebsmoment, Fuß auf dem Gas) verhindert die Sperre zunächst eine Ausgleichsbewegung der Räder, bis sich die Räder so verspannt haben, dass das Verhältnis der Momente größer als das maximale Momentenverhältnis (TBR) wird.

Beispiele für drehmomentfühlende Sperren: Helical Gear LSD, Super LSD, Torsen A, Torsen B

Drehzahlfühlende Sperren

Die Sperrwirkung wird durch die Drehzahldifferenz hervorgerufen und die Sperre versucht, die Drehzahldifferenz klein zu halten.

  • Die Sperrwirkung tritt erst ein, wenn eine Drehzahldifferenz auftritt.

  • Je nach Bauart kann der Sperrwert konstant sein oder mit der Drehzahldifferenz ansteigen

  • Beim Anfahren auf unterschiedlich griffiger Fahrbahn muss erst einmal ein Rad durchdrehen, bevor die Sperre das Antriebsmoment auf das Rad mit guter Bodenhaftung umverteilt.

  • Beim Einfahren einer Kurve unter Last (mit Antriebsmoment, Fuß auf dem Gas) erlaubt die Sperre zunächst eine Ausgleichsbewegung der Räder, mit steigender Drehzahldifferenz wird allerdings Moment auf das kurveninnere Rad umverteilt.

  • ABS und ESP können in ihrer Funktion durch die Sperre gestört werden.

Beispiele für drehzahlfühlende Sperren: Visco-Kupplungen

Festwertsperren

  • Die Sperrwirkung ist immer vorhanden und unabhängig von Drehmoment und Drehzahl.

  • Der Sperrwert ist konstant, die Sperre sorgt dafür, dass jede Seite auf jeden Fall einen festgelegten Prozentsatz (Sperrwert) des Antriebsmomentes bekommt, egal wie groß die Drehmomente oder die Drehzahlunterschiede sind.

  • Sperren können auch unabhängig von Drehzahl und Drehmoment wirken.

Beispiel: Sperren, die mit einer Reiblamellenkupplung und einer Feder für die Vorspannung des Lamellenpaketes ausgerüstet sind.

Kombinierte Sperren

Sperrdifferenziale können auch eine Kombination verschiedener Grundprinzipien sein. So bietet eine drehmomentfühlende Sperre keine Anfahrhilfe, wenn ein Rad kein Drehmoment überträgt (= in der Luft hängt), da auf die andere Seite durch den TBR gegebene Vielfache übertragen wird - und 0 Nm mal ein TBR ist immer noch Null. Durch die Kombination mit einer Festwertsperre oder einer drehzahlfühlenden Sperre wird dieser Nachteil ausgeglichen.

 

Entstehung der Sperrwirkung

Festkörperreibung

Die Reibwirkung entsteht durch Reibung am/im Gehäuse, durch Reiblamellen oder durch Reibung in gleitenden Verzahnungen. Sie beruht auf den Gesetzen der Coulombschen Reibung, d.h. die Sperrwirkung ist unabhängig von der Drehzahldifferenz. Speziell bei den Reiblamellen trifft man auf zwei Einbauarten:

  • Die Reiblamellen werden mit einer Feder vorgespannt, dadurch erhält man einen festen Sperrwert.

  • Die Reiblamellen werden im Betrieb nach Bedarf vorgespannt und man erhält einen Sperrwert, der nur von dieser Vorspannung, aber nicht von der Drehzahl abhängig ist.

Flüssigkeitsreibung

Diese Reibungsart findet man vor allem in der Visco-Kupplung. Die Reibwirkung beruht auf der Reibung in einer zähen (hochviskosen) Flüssigkeit, meist Silikonöl. Die Reibwirkung ist abhängig von der Drehzahldifferenz und wächst mit dieser an.