Sperrdifferenziale

[Nachteile üblicher Differenziale] · [Was ist das besondere am Sperrdifferenzial?] · [Möglichkeiten des Sperrdifferenzials] · [Lenken des Sperrdifferenzials] · [Schwächen einfacher Sperrdifferenziale]


Schlechter Wirkungsgrad

Genau genommen ist ein Sperrdifferenzial nichts anderes, als ein offenes Differenzial mit künstlich verschlechtertem Wirkungsgrad, d.h. es sperrt sich gegen die Ausgleichsbewegung, die ein reibungsarmes Differenzial bei Drehzahldifferenzen zulassen würde. Dies ist einer der seltenen Fälle, in denen man als Ingenieur mehr Geld für weniger Wirkungsgrad verlangen kann.

 

Nachteile üblicher Differenziale

Wie bereits auf der Seite über Differenziale erwähnt, sollen diese den Drehzahlausgleich zwischen unterschiedlich schnell drehenden Rädern ermöglichen. Im normalen Fahrbetrieb wäre es schön, wenn dabei möglichst keine Verluste auftreten, d.h. wenn das Differenzial (zur Unterscheidung von Sperrdifferenzialen auch als ‘offenes Differenzial’ bezeichnet) möglichtst reibungsfrei arbeitet. Das führt zu minimalen Verlusten bei der Antriebsleistung und vermeidet Einflüsse auf die Lenkung.

Leider hat dieses Verhalten auch Nachteile:

In der Praxis haben offene Differenziale bereits eine gewisse Sperrwirkung, gelegentlich werden Sperrwerte um 13% genannt. Doch oft ist das nicht genug und die Kunden wollen gelegentlich mehr.
 

Was ist das besondere am Sperrdifferenzial ?

Im wesentlichen kann man den Auslöser für die Sperrwirkung in mehrere Kategorien einteilen:

  1. Fest voreingestellte Aktivierung, z.B. Klauenkupplung (starre Überbrückung des Differenzials) oder Reiblamellenpaket mit Federvorspannung

  2. Drehzahlabhängige Aktivierung, z.B. Visco-Kupplung, über Fliehkraft oder Drehzahldifferenz betätigtes Reiblamellenpaket.

  3. Drehmomentabhängige Aktivierung, z.B. Torsen-Differenziale

  4. Elektronisch geregelte / intelligente Aktivierung

Egal, nach welcher Methode die Sperre arbeitet: Immer versucht sie die Drehzahlen zwischen den beiden Abtriebsseiten des Differenzials möglichst gleich zu halten.
 

Möglichkeiten des Sperrdifferenzials

Wie bereits angedeutet, kann eine Sperre Traktionsprobleme lösen, dies ist das bekannteste Einsatzgebiet. Hier hat die mechanische (passive) Sperre bereits Konkurrenz durch elektronische (aktive) Traktionshelfer bekommen, die inzwischen fester Bestandteil bei Fahrzeugen mit ESP, DSC sind. Wie ein Systemvergleich zeigt, kann eine Traktionskontrolle über einen Bremseneingriff bei weitem nicht das leisten, was eine Sperre kann. Trotzdem wird sich der Bremseneingriff im Kielwasser des ESP in allen Fahrzeugklassen zum Standard werden.

Eine andere Anwendung für Sperren ist die Fahrstabilität. Nehmen wir als Beispiel ein Allradfahrzeug, welches ein Zentraldifferenzial mit einer festen Verteilung von 40:60 zwischen Vorder- und Hinterachse hat.

Bei hohen Antriebsleistungen in der Kurve kann das kurveninnere Rad abheben. Bei einem offenen Differenzial kann dann keine Leistung mehr auf das kurvenäußere Rad mehr übertragen werden, obwohl es gut belastet ist und dem Fahrzeug weiteren Vortrieb geben könnte. Das kurveninnere Rad muß erst wieder belastet werden, damit der Antrieb seine Kraft auf die Straße bringen kann.
Ein Sperrdifferenzial sorgt in der gleichen Situation dafür, dass das kurvenäußere Rad trotzdem angetrieben wird. Daher können mit Sperrdifferenzialen auf kurvenreichen Strecken höhere Geschwindigkeiten gefahren werden (siehe Rennsport).
 

Lenken des Sperrdifferenzials

Sperre in der Kurve

Sperre in der Kurve

Sperrdifferenziale können auf mehrere Arten die Lenkung beeinflussen:

 

Schwächen einfacher Sperrdifferenziale

Das Sperrdifferenzial an sich leidet vor allem unter seiner Blindheit für den Gesamtzusammenhang der Fahrdynamik. Es kann Drehmomente und Drehzahldifferenzen erkennen. Aber eine Drehzahldifferenz kann notwendig sein, wenn das Fahrzeug in einer Kurve fährt. Und sie kann unerwünscht sein, wenn Traktion oder Fahrstabilität gewünscht ist.

Den Unterschied kann jedoch ein passives Sperrdifferenzial prinzipbedingt nicht aus den ihm zugänglichen physikalischen Größen ermitteln. Der einzige Ausweg ist eine intelligente Regelung, entweder über den Kopf des Fahrers (der durch manuellen Eingriff die Sperre aktiviert) oder durch eine Elektronik, welche die Fahrsituation und Fahrbahnbedingungen analysieren und bewerten kann. Dieser Sperrentyp wird dann als elektronische Sperre bezeichnet.