Differentialgetriebe
Bei einem Kraftfahrzeug, dem häufigsten Einsatzgebiet, ist ein Differential (oder auch Ausgleichsgetriebe) ein Getriebe zwischen den angetriebenen Rädern. Da die Räder einer Achse beim Fahren in einer Kurve unterschiedlich lange Wege zurücklegen und sich somit unterschiedlich schnell drehen, dürfen sie nicht starr miteinander verbunden werden.
Das Differential wird auch als Differentialgetriebe bezeichnet und ist ein spezielles Planetengetriebe mit einer Standübersetzung .
Geschichte und Einführung
Das Differential wurde spätestens ca. 82 v.Chr. erfunden, wo es in einem mechanischen Planetarium verwendet wurde (siehe Mechanismus von Antikythera), geriet jedoch in Vergessenheit und wurde später von Leonardo da Vinci neu erfunden.
Es besteht aus einem Gehäuse, in dem mehrere kleinere Planetenräder von Bolzen mitgenommen werden. Diese Planetenräder kämmen dann mit zwei gleichgroßen Zahnrädern, über welche die Antriebsleistung an die Räder (im Falle eines Kraftfahrzeugs) abgeführt wird.
Bei Geradeausfahrt läuft das Differential als Block um, d.h. im Inneren stehen die Zahnräder relativ zueinander still. Erst wenn eine Differenzdrehzahl an den Abtriebsrädern auftritt, wälzen die Zahnräder im Inneren aufeinander ab. An beiden Rädern greift immer die Hälfte des Antriebsdrehmomentes an. Wird im Extremfall ein Rad angehalten, so dreht sich das andere doppelt so schnell. Dies tritt bei losem oder glattem (Schnee) Untergrund auf, sofern sich ein Rad des Fahrzeuges auf rutschigem und das andere Rad der Achse auf griffigem Untergrund befindet. Weil beide Räder durch das Differential gleich viel Drehmoment übertragen, wird die übertragbare Antriebskraft vom Rad mit der schlechteren Bodenhaftung limitiert. Technisch lässt sich mit Sperrdifferentialen Abhilfe schaffen, die in zahlreichen Bauformen existieren.
Neben der getriebetechnischen Lösung einer Differentialsperre erlaubt auch eine Antriebsschlupfregelung durch geeignetes Bremsen einzelner Räder eine Wirkung hervorzurufen, die dem Sperrdifferential ähnlich ist.
Bei Fahrzeugen, bei denen alle Räder angetrieben werden (Allradantrieb), ist dieser Ausgleich auch zwischen Vorder- und Hinterachse notwendig. In diesem Fall wird das Ausgleichsgetriebe umgangssprachlich auch als Längs-, Mitten- oder Zentraldifferential bezeichnet, auch wenn nicht immer eine 50:50 Verteilung der Antriebsmomente (aus der Standübersetzung ) besteht.
Allgemeine Beschreibung
Achsdifferential
Wird das Differential als Achsdifferential verwendet, dann sorgt es für den Ausgleich zwischen zwei Rädern. In diesem Falle ist die Standübersetzung stets , d.h. wenn man den Differentialkorb (= Gehäuse des Differentials) "festhält" (z.B. durch "Gang einlegen") und am linken Rad dreht, dann dreht sich das rechte Rad mit der gleichen Drehzahl, aber in entgegengesetzter Richtung.
Zentraldifferential/Längsdifferential
Verteilergetriebe, in der Funktion als Zentraldifferential werden bei mehr als einer angetriebenen Achse benötigt, um die Leistung des Motors zwischen den Achsen entsprechend der Bodenbeschaffenheit aufzuteilen. Zentraldifferentiale können wie Achsdifferentiale beschaffen sein, so dass sie ebenfalls eine Standübersetzung von haben, man spricht dann von einer Momentenaufteilung von 50:50 zwischen den Achsen. Je näher ein Differential in gewöhnlicher Bauart diesem Verhältnis kommt, um so weniger Reibung entsteht auch unter Differenzdrehzahl und um so geringer sind die Verluste bei der Umverteilung von Drehzahlen.
Es ist aber auch möglich, dass Zentraldifferentiale andere Standübersetzungen haben, dann kann die Hinterachse mehr Antriebsmoment auf die Straße bringen, als die Vorderachse ? beim Beschleunigen und in Steigungen ein großer Vorteil. Eine mögliche Verteilung wäre z.B. 35:65, d. h. wenn die Vorderachse 35 % des Antriebsmomentes bekommt, dann kann die Hinterachse bis zu 65 % übertragen. In diesem Falle ist die Bezeichnung Differential zwar üblich, aber nicht korrekt.
Zentraldifferentiale werden gelegentlich als Stufenplanetensatz (hintereinander geschaltete Planetensätze) gebaut, falls sie aus baulichen Gründen nicht über den Steg angetrieben werden können.
Beschreibung als Planetengetriebe
Da die Standübersetzung beim Differential festliegt, kann man die Drehzahlen aus den Grundgleichungen für Planetengetriebe herleiten:
:
Das bedeutet, dass in jedem Betriebszustand die Summe der Drehzahlen der Räder (Index l, r) gleich der doppelten Drehzahl des Differentialgehäuses (Index An) ist oder dass die Drehzahl des Gehäuses der arithmetische Mittelwert der Raddrehzahlen ist. Dabei sind für die Drehzahlen Vorzeichen zu wählen, wenn also ein Rad rückwärts dreht, ist es hier negativ einzusetzen.
Die Drehmomente verteilen sich im reibungsfreien Differential im Verhältnis 50:50 auf die Räder. Im normalen Differential wirkt immer ein wenig Reibung, so dass es sich wie ein schwach drehmomentfühlendes Sperrdifferential verhält.
Siehe auch
*Details zu Sperrdifferenzialen und Differentialsperren
• Transaxle
*Kegeldifferential' target='blank'>und [[Kugeldifferential]
Weblinks
• www.ArsTechnica.de Sperrdifferentiale, Animationen, Beschreibungen verschiedener Differentialausführungen
