Antriebsstrang

Gelenkwellen

Die Physik von Kreuzgelenken und Gelenkwellen ist in diesem Dokument von Elbe GmbH sehr anschaulich und ziemlich detailliert erklärt.

Bild: Elbe GmbH

Differentiale und Differentialsperren

Dieser ausgezeichnete Film von 1937 leitet auf sehr anschauliche Weise die Elemente und Funktionsweise des Differentials her (ab 1:50). An der Physik hat sich seit da nichts verändert.

Dieses Video zeigt computeranimiert die Funktionsweise eines modernen Differentials.

Ein Ausgleich zwischen den Rädern ist zwingend nötig, um überhaupt Kurven fahren zu können. Dies geschieht mit Differentialen. Ein Differential ohne Sperrwirkung oder vergleichbarem nennt man

Offenes Differential

Es sorgt für den nötigen Drehzahlausgleich der beiden Halbwellen links und rechts am Differential. Aber gerade im Gelände ist dieser Ausgleich oft unerwünscht, weil die Antriebskraft auf das Rad übertragen wird, dass weniger Haltemoment, also Gripp auf weist. Das Resultat, das Rad auf rutschigem Untergrund dreht durch, dieses das gut Gripp bieten würde steht still und wir bleiben Stecken. Auch bei einer steilen Abfahrt (Schubbetrieb) sind Differentialsperrn vorteilhaft, um ein ungewolltes Beschleunigen des Fahrzeug zu verhindern. Trotzdem, auch mit einem allradgetriebenesn Reisefahrzeug ohne Sperren oder vergleichbarem, kommt man erstaunlich weit. Erst bei stark verworfenem oder sehr rutschigem Gelände kommt man an Grenzen.

Sperrdifferentiale

Sperrdifferentiale bieten eine kompromisslose 100% Sperrwirkung. Einmal aktiviert ist damit so gut wie nur-Geradeausfahrt möglich. Sie müssten im richtigen Moment aktiviert werden, was vorausschauendes Fahren, eine freie Hand und ein Blick und Griff ans Armaturenbrett erfordert. Eine manuelle Sperre rastet nicht sofort ein, sie braucht je nach Verzahnung etwa eine Achtel bis eine Viertel-Radumdrehung. Einmal eigerückt müssen die Räder ohne Verspannung sein, damit die Sperre wieder ausrückt. Problematisch, wenn nach einem Hindernis gleich eine Kurve folgt. Die Sperre lässt sich nicht "Ausschalten" und der Wendekreis wird deutlich grösser! Normal werden Sperrdifferentiale nur an der Hinterachse eingesetzt. Vorne bringen sie zwar noch mehr Vortrieb, "blokieren" die Lenkung aber stark und sind nur in wenigen, seltenen Fällen hilfreich. Die Funktion ist bei Schub- wie Zugbetrieb die gleiche.

Geländewagen mit zuschaltbaren Sperrdifferentialen werden  kaum noch verkauft, sie wurden durch elektronische Helfer ersetzt.

Selbstsperrende Torsen-Differentiale

Sie verrichten ihre Arbeit ohne ein Zutun des Fahrers. Torsen-Differentiale haben eine gute "Sperrwirkung" wobei die Bezeichnung "Sperren" eigentlich nicht korrekt ist. Denn das geniale an Torsen-Differentiale ist, dass sie das Drehmoment unter den beiden Rädern aufteilen. Dabei erhält das langsamer drehende Rad (das mit mehr Traktion) mehr Drehmoment als das schneller drehende, durchdrehende Rad. Die maximale Kraftverteilung ist, je nach Konstruktion, bis 1:3,5. Das Rad mit besserer Traktion erhält bis zu 3,5 mal mehr Drehmoment als das mit schlechterer Traktion. Ist ein Rad völlig abgehoben, hat also keinerlei Bremswirkung auf das Differential, würde ein Torsen-Differential wirkungslos bleiben. Der Hersteller QAIFE z.B. umgeht dieses Manko mit einer höherere Vorspannung, diese bremst das durchdrehende Rad automatisch etwas ab. Bei anderen Herstellern kann das durch ein leichtes betätigen der Fussbremse kompensiert werden. Torsen-Differentiale können an Hinter- wie auch Vorderachsen eingesetzt werden und sorgen so für eine sehr gute Traktion im Gelände.

Im Schubbetrieb wird der Kraftschluss im Antriebsstrang umgedreht, das Rad mit der höheren Drehzahl wird maximal um den Faktor 3,5 stärker eingebremst als das mit der geringeren Drehzahl.

Torsendifferentiale werden seit Jahrzehnten überwiegend bei Amerikanischen Geländewagen verbaut.

Selbstsperrende Differentiale mit Reibungskupplungen (LSD)

Dies sind Differentialsperren, die die beiden Räder nicht zu 100% sperren, sondern nur zu einem bestimmten Prozentsatz (meist um 50%) Die beiden Abtriebswellen werden mit Hilfe von Reibungskupplungen schleifend mit dem Differentialkorb verbunden. Die mit Federn erzeugte Anpresskraft ist konstant, jedes Rad erhält ein Antriebsmoment wenn das Andere durchdreht. Diese Verbindung besteht immer, was Kurvenfahren etwas behindert. Sie haben eine Abnutzung und ihre Leistung lässt mit der Zeit nach.

Es gibt als Weiterentwicklung das "Drehzahl fühlende Lamellen Sperrdifferential" und andere Unterarten, welche den grössten Nachteil, konstante Verbindung mit fester Sperrwirkung, mehr oder weniger erfolgreich zu Mindern oder Umgehen versuchen. Leider erkauft man sich dies mit dem Nachteil, dass sie einen Drehzahlunterschied (je nach Auslegung um 5 bis 8 Km/h) zwischen den Rädern brauchen. In schwerem Gelände ist das suboptimal. LSD-Differentiale mit sinnvoller Sperrwirkung können nur an Hinterachsen eingesetzt werden. Die Funktion ist bei Schub- wie Zugbetrieb die gleiche.

Elektronische Traktionskontrollen

Eigentlich ist die ETC (oder andere Bezeichnungen) nichts weiter als ein "umgedrehtes ABS" und nutzt dessen Komponenten. Da ABS sowieso in allen neueren Fahrzeugen verbaut wird, ist die elektronische Traktionskontrolle eine günstig und einfach zu realisierende Softwarelösung um 2WD Fahrzeuge oder SUV etwas bessere Schlechtwegfähigkeiten zu verschaffen.

Elektronische Traktionskontrollen sind ausgezeichnete Helfer für schlechte Wege, z.B. Kiesstrassen oder bei Schnee- und Eis. Aber auf Schotter- Kies- Sand- oder ausgewaschenen Gebirgspisten zeigen sie Mängel.

* Bei vielen Systemen kann die Drehzahldifferenz tiefer eingestellt werden. (z.B. Terrain Response System bei Landrover) Sie liegt dann um 3 - 5 Km/h herum. Dieser Modus muss sich zwingend bei höherer Geschwindigkeit selbsttätig ausschalten, da es sonst zu Bremseingriff bei Kurvenfahrt kommt!