Fahrzeugdifferential. Sorten und Funktionsmerkmale
Inhalt
kostenlos (ohne Sperrung);
mit manueller Verriegelung;
mit automatischer Verriegelung.
Ein Differential ist ein Mechanismus, der Drehmoment von einer Quelle auf zwei Verbraucher überträgt. Sein Hauptmerkmal ist die Fähigkeit, die Leistung umzuverteilen und unterschiedliche Winkeldrehzahlen der Verbraucher bereitzustellen. Bezogen auf ein Straßenfahrzeug bedeutet dies, dass die Räder durch das Differenzial unterschiedliche Leistung erhalten und unterschiedlich schnell rotieren können.
Das Differential ist ein wichtiges Element eines Automobilgetriebes. Versuchen wir herauszufinden, warum.
Warum man auf ein Differenzial nicht verzichten kann
Auf ein Differenzial kann man streng genommen verzichten. Aber nur so lange, wie sich das Auto auf einer makellosen Strecke bewegt, ohne irgendwo abzubiegen, und seine Reifen gleich und gleichmäßig aufgepumpt sind. Mit anderen Worten, solange alle Räder die gleiche Strecke zurücklegen und sich mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
Aber wenn das Auto in eine Kurve einfährt, müssen die Räder einen anderen Weg zurücklegen. Offensichtlich ist die äußere Kurve länger als die innere Kurve, also müssen sich die Räder darauf schneller drehen als die Räder auf der inneren Kurve. Wenn die Achse nicht voreilt und die Räder nicht voneinander abhängen, gibt es kein Problem.
Eine andere Sache ist die führende Brücke. Bei normaler Steuerung wird die Drehung auf beide Räder übertragen. Durch ihre starre Verbindung hätten sie die gleiche Winkelgeschwindigkeit und würden in einer Kurve tendenziell die gleiche Strecke zurücklegen. Das Wenden wäre schwierig und würde zu Schlupf, erhöhtem Reifenverschleiß und übermäßiger Belastung des Reifens führen. Ein Teil der Motorleistung würde für Rutschen aufgewendet, was bedeutet, dass Kraftstoff verschwendet würde. Ähnliches, wenn auch nicht so offensichtlich, tritt in anderen Situationen auf - beim Fahren auf unebenen Straßen, ungleichmäßigen Radlasten, ungleichmäßigem Reifendruck, unterschiedlichem Reifenverschleiß.
Hier kommt es zur Rettung. Es überträgt die Drehung auf beide Achswellen, aber das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Räder kann beliebig sein und sich abhängig von der spezifischen Situation ohne Eingreifen des Fahrers schnell ändern.
Arten von Differentialen
Differentiale sind symmetrisch und asymmetrisch. Symmetrische Geräte übertragen auf beide Abtriebswellen das gleiche Drehmoment, bei asymmetrischen Geräten sind die übertragenen Drehmomente unterschiedlich.
Funktionell können Differentiale als Zwischenrad- und Zwischenachsdifferentiale verwendet werden. Interwheel überträgt das Drehmoment auf die Räder einer Achse. Bei einem Fahrzeug mit Frontantrieb befindet es sich im Getriebe, bei einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb im Hinterachsgehäuse.
Bei einem Allradauto befinden sich die Mechanismen in den Kurbelgehäusen beider Achsen. Bei permanentem Allradantrieb wird zusätzlich ein Mittendifferenzial in das Verteilergetriebe eingebaut. Es überträgt die Drehung vom Getriebe auf beide Antriebsachsen.
Das Achsdifferential ist immer symmetrisch, aber das Achsdifferential ist normalerweise asymmetrisch, der typische Drehmomentprozentsatz zwischen Vorder- und Hinterachse beträgt 40/60, obwohl er unterschiedlich sein kann.
Die Möglichkeit und Methode der Blockierung bestimmt eine andere Klassifizierung von Differentialen:
Die Sperrung kann entweder vollständig oder teilweise erfolgen.
Wie das Differential funktioniert und warum man es blockiert
Tatsächlich ist das Differential ein Planetenmechanismus. Im einfachsten symmetrischen Querachsdifferential gibt es vier Kegelräder - zwei halbaxiale (1) plus zwei Satelliten (4). Die Schaltung funktioniert mit einem Satelliten, aber der zweite wird hinzugefügt, um das Gerät leistungsfähiger zu machen. In Lkw und SUVs sind zwei Satellitenpaare verbaut.
Der Becher (Körper) (5) dient als Träger für die Satelliten. Darin ist ein großes Abtriebsrad (2) starr befestigt. Es erhält Drehmoment vom Getriebe über das Achsantriebszahnrad (3).
Auf einer geraden Straße drehen sich die Räder und damit ihre Räder mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Die Satelliten drehen sich um die Radachsen, jedoch nicht um ihre eigene Achse. Dadurch drehen sie die Seitenräder und verleihen ihnen die gleiche Winkelgeschwindigkeit.
In einer Kurve hat ein Rad auf dem inneren (kleineren) Bogen mehr Rollwiderstand und bremst es daher ab. Da sich auch das entsprechende Seitenrad langsamer zu drehen beginnt, bringt es die Satelliten in Drehung. Ihre Drehung um die eigene Achse führt zu einer Erhöhung der Zahnradumdrehungen auf der Achswelle des Außenrads.
Eine ähnliche Situation kann in Fällen auftreten, in denen die Reifen auf der Straße nicht genügend Haftung haben. Beispielsweise trifft das Rad auf Eis und beginnt zu rutschen. Ein normales freies Differenzial überträgt die Drehung dorthin, wo weniger Widerstand vorhanden ist. Dadurch dreht das durchdrehende Rad noch schneller durch, während das gegenüberliegende Rad praktisch zum Stehen kommt. Infolgedessen kann das Auto nicht weiterfahren. Darüber hinaus ändert sich das Bild beim Allradantrieb nicht grundlegend, da das Mittendifferenzial auch die gesamte Kraft dorthin überträgt, wo es auf weniger Widerstand trifft, nämlich auf die Achse mit einem Hinterrad. Infolgedessen kann sogar ein Allradauto stecken bleiben, wenn nur ein Rad durchrutscht.
Dieses Phänomen beeinträchtigt ernsthaft die Durchgängigkeit jedes Autos und ist für Geländefahrzeuge völlig inakzeptabel. Sie können die Situation beheben, indem Sie das Differential blockieren.
Arten von Schlössern
Vollständige erzwungene Blockierung
Sie können eine vollständige manuelle Blockierung erreichen, indem Sie die Satelliten blockieren, um ihnen die Fähigkeit zu nehmen, sich um ihre eigene Achse zu drehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Differentialschale in starren Eingriff mit der Achswelle zu bringen. Beide Räder drehen sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit.
Um diesen Modus zu aktivieren, müssen Sie nur eine Taste auf dem Dashboard drücken. Die Antriebseinheit kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch sein. Dieses Schema ist sowohl für Zwischenrad- als auch für Mittendifferentiale geeignet. Sie können es einschalten, wenn das Auto steht, und Sie sollten es nur bei niedriger Geschwindigkeit verwenden, wenn Sie über unwegsames Gelände fahren. Nach dem Verlassen auf einer normalen Straße muss die Sperre ausgeschaltet werden, da sich sonst das Fahrverhalten merklich verschlechtert. Der Missbrauch dieses Modus kann zu Schäden an der Achswelle oder zugehörigen Teilen führen.
Von größerem Interesse sind selbstsperrende Differentiale. Sie erfordern kein Eingreifen des Fahrers und arbeiten bei Bedarf automatisch. Da die Blockierung bei solchen Vorrichtungen unvollständig ist, ist die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Achswellen gering.
Scheiben-(Reibungs-)Schloss
Dies ist die einfachste Version eines selbstsperrenden Differentials. Der Mechanismus wird durch einen Satz Reibscheiben ergänzt. Sie passen eng aneinander und sind durch einen starr auf einer der Achswellen und in der Tasse befestigt.
Die gesamte Struktur dreht sich als Ganzes, bis die Rotationsgeschwindigkeit der Räder unterschiedlich wird. Dann tritt Reibung zwischen den Scheiben auf, die das Wachstum der Geschwindigkeitsdifferenz begrenzt.
Viskosekupplung
Eine Viskokupplung (Viskosekupplung) hat ein ähnliches Funktionsprinzip. Nur hier werden die Scheiben mit den darauf angebrachten Perforationen in eine versiegelte Box gelegt, deren gesamter freier Raum mit Silikonflüssigkeit gefüllt ist. Sein Unterscheidungsmerkmal ist die Änderung der Viskosität während des Mischens. Da sich die Scheiben mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, wird die Flüssigkeit bewegt, und je intensiver die Bewegung, desto viskoser wird die Flüssigkeit und erreicht fast einen festen Zustand. Beim Abflachen der Drehzahl sinkt die Viskosität der Flüssigkeit schnell ab und das Differenzial sperrt.
Die Viskokupplung ist ziemlich groß dimensioniert, daher wird sie häufiger als Ergänzung zum Mittendifferential und manchmal stattdessen als Pseudodifferential verwendet.
Die Viskokupplung hat eine Reihe von Nachteilen, die ihren Einsatz erheblich einschränken. Diese sind Trägheit, erhebliche Erwärmung und schlechte Kompatibilität mit ABS.
Thorsen
Der Name kommt von Torque Sensing, also „Drehmoment wahrnehmen“. Es gilt als eines der effektivsten Selbstsperrdifferentiale. Der Mechanismus verwendet ein Schneckengetriebe. Die Konstruktion verfügt außerdem über Reibelemente, die bei Schlupf zusätzlich Drehmoment übertragen.
Es gibt drei Arten dieses Mechanismus. Bei normaler Traktion auf der Straße funktionieren die Varianten T-1 und T-2 als Differentiale vom symmetrischen Typ.
Wenn eines der Räder die Traktion verliert, kann der T-1 das Drehmoment in einem Verhältnis von 2,5 zu 1 zu 6 zu 1 und noch mehr umverteilen. Das heißt, das Rad mit dem besten Grip erhält im angegebenen Verhältnis mehr Drehmoment als das rutschende Rad. Bei der T-2-Variante ist diese Zahl niedriger - von 1,2 bis 1 bis 3 bis 1, aber es gibt weniger Spiel, Vibration und Geräusche.
Torsen T-3 wurde ursprünglich als asymmetrisches Differential mit einer Blockierrate von 20 ... 30% entwickelt.
QUAIFE
Das Quife-Differenzial ist nach dem englischen Ingenieur benannt, der dieses Gerät entwickelt hat. Von Natur aus gehört er wie Thorsen zum Wurmtyp. Es unterscheidet sich davon in der Anzahl der Satelliten und ihrer Platzierung. Quaife ist bei Autotuning-Enthusiasten sehr beliebt.
