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Was ist ein Differential und wie funktioniert es?

Entspannte Kurvenfahrt.

20.08.2015 Online Redaktion

Ein Differential ist ein Mechanismus zur Leistungsverzweigung, der in der Lage ist, Drehzahlunterschiede zwischen seinen beiden Abtrieben auszugleichen. Deshalb spricht man auch von Ausgleichsgetrieben. In Automobilen ist dieser Ausgleich notwendig, weil sich bei Kurvenfahrt alle vier Räder – von denen zumindest zwei angetrieben sind – unterschiedlich schnell drehen. Der Verzicht auf ein Differential würde vor allem in engen Kehren zu erheblichen Verspannungen und Reifenschlupf führen. Deutlich wird dieser Effekt bei Quads oder Karts, in deren angetrieben Hinterachsen Differentiale meist fehlen.

Funktion des Differentials

Normale (offene) Differentiale teilen das anliegende Drehmoment in einem fixen Verhältnis (meist 50 zu 50) auf und erlauben prinzipiell beliebig große Drehzahlunterschiede zwischen den Abtrieben. Das ist allerdings nicht immer wünschenswert, da nicht immer auf beiden Seiten gleich viel Drehmoment übertragen werden kann und die Leistung – salopp ausgedrückt – dem Weg des geringsten Widerstandes folgt. Als Beispiel sei hier das notorische Fahrzeug mit je einem Antriebsrad auf Eis und Asphalt angeführt: Das Rad auf dem Eis leistet dem Gedrehtwerden weniger Widerstand und bekommt – wie zum Dank – vom Differential sämtliche Antriebsleistung zugeteilt, einseitiges Durchdrehen ist die Konsequenz. Das andere Rad ist zum Stillstand verdammt, denn die Seite mit den schlechteren Haftungsverhältnissen bestimmt die maximal übertragbare Antriebskraft für beide Räder und das bisschen, das zum Durchdrehen eines Reifens auf Eis nötig ist, reicht für ein Vorwärtskommen nicht aus.

Deswegen koppeln sogenannte Sperrdifferentiale ihre Abtriebe miteinander und lassen Drehzahlunterschiede gar nicht oder nur innerhalb gewisser Grenzen zu.

Das Kegelraddifferential

Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Differentialtypen, nicht alle teilen ihren Abtrieben die Leistung gleichmäßig zu. Eine asymmetrische Aufteilung ist manchmal durchaus willkommen, beispielsweise tun Mitteldifferentiale in Allradantriebssträngen oft gut daran, eine der Achsen zu bevorzugen. Bei Differentialen innerhalb einer Achse ist eine 50/50-Verteilung aber – verständlicherweise – obligat. Hier ist das Kegelraddifferential die bei weitem häufigste Bauart, nur sehr gelegentlich werden Stirn- oder Schneckenraddifferentiale eingesetzt.

Grafik: Alessandro Holler

/// Grafik: Alessandro Holler

Ein Kegelraddifferential besteht im Kern aus dem Differentialkäfig (in der Grafik grau), den Planetenrädern (blau) und den Abtriebswellen (rot). Der Käfig wird vom Motor getrieben und ist im (hier nicht dargestellten) Differentialgehäuse gelagert. Im Käfig selbst sind die Planetenräder drehbar montiert, sie stehen mit den koaxial zur Käfigdrehachse gelagerten Abtriebswellen im Eingriff. Die Planetenräder laufen mit dem sich drehenden Käfig um und treiben auf diese Weise die Abtriebswellen.

Bei Geradeausfahrt drehen sich der Käfig und die beiden Abtriebswellen gleich schnell, die Planetenräder rotieren daher nicht um ihre eigenen Achsen. In Kurven hingegen kann dieser Zustand nicht aufrecht erhalten werden, da das kurvenäußere Rad einen größeren Weg zurücklegen muss. Die in der Grafik roten Wellen müssen sich daher unterschiedlich schnell drehen und diese Drehzahldifferenz wird durch die Rotation der Planetenräder ausgeglichen – quasi der Clue eines Kegelraddifferentials.

Ausgangs noch ein kleines Video, wirklich informativ und erst 75 Jahre alt:

  • normalootto

    Das gefällt mir gut! Ich freu‘ mich immer, wenn ich wieder etwas schlauer werde :)

  • Ludwig Denich

    Super Zeitgeist-Video aus 1937, trotzdem sehr informativ!
    Die Harley-Truppe am Anfang ist ein Wahnsinn :-)

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