Was ist ein Differential und wie funktioniert es?

Das Differential in einem Auto erfüllt die folgenden drei Aufgaben:

1. Das Differenzial überträgt die Kraft des Motors auf die Räder des Autos.
2. Der letzte Schritt besteht darin, die Anzahl der Umdrehungen der Räder zu reduzieren (wir erinnern uns, dass das Getriebe den ersten Schritt dieser Art durchführt) und somit das auf die gleichen Antriebsräder übertragene Drehmoment zu erhöhen.
3. Durch die Übertragung der Kraft auf die Antriebsräder (immer eine gerade Anzahl von Rädern auf derselben Achse: entweder zwei oder alle vier) ermöglicht das Differential, dass sich jedes Rad mit unterschiedlicher Geschwindigkeit dreht (genau das ist der Name des Differentials).

In diesem Artikel erfahren Sie, warum Ihr Auto unterschiedliche Radgeschwindigkeiten benötigt, wie diese vorgesehen sind, was ein Differenzial ist, wie ein Differenzial funktioniert und welche wesentlichen Nachteile es hat. Wir werden uns auch einige seiner Typen ansehen.

Wozu dient ein Differential?

Autoräder drehen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, insbesondere beim Wenden. In der Animation unten können Sie sehen, dass jedes Rad eine ganz andere Strecke zurücklegt, wenn das Auto eine Kurve fährt, und dass die inneren Räder eine viel kürzere Strecke zurücklegen als die äußeren Räder. Da die Geschwindigkeit gleich der Strecke geteilt durch die Zeit ist, die zum Zurücklegen dieser Strecke benötigt wird, ergibt sich, dass sich die Räder, die die kürzere Strecke zurücklegen, mit einer geringeren Geschwindigkeit drehen: Beim Linksabbiegen drehen sich also die linken Räder langsamer als die die richtigen und umgekehrt. Es ist auch zu beachten, dass die Vorderräder einen anderen Weg zurücklegen als die Hinterräder.

Klicken Sie, um die Animation anzuzeigen

Bei Fahrzeugen mit Antrieb nur auf einer Radachse – sei es auf den Hinterrädern oder auf der Vorderachse – stellt der Drehwinkelunterschied der Vorderräder nach hinten kein Problem dar. Da zwischen ihnen keine Verbindung besteht, drehen sie sich unabhängig voneinander. Die Antriebsräder sind jedoch miteinander verbunden, sodass ein Motor und ein Getriebe beide Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen antreiben müssen. Aber was ist, wenn wir nur einen Motor haben?! Wenn Ihr Fahrzeug nicht mit einem Differenzial ausgestattet ist, müssen die Räder blockiert werden, damit sie mit der gleichen Geschwindigkeit durchdrehen. Dies würde Kurvenmanöver – auch bei kleinen Winkeln – erschweren: Um in solche Autos einlenken zu können, müsste zwangsläufig einer der Reifen durchrutschen oder der andere durchdrehen. Und bei modernen Reifen und Asphaltstraßen ist das mit einem hohen Aufwand verbunden. Diese Kraft muss über die Achse von einem Rad auf das andere übertragen werden, wodurch die Achskomponenten sehr stark belastet werden.

Mit diesem Problem bewältigt das Differential einwandfrei.

Was ist ein Differential?

Differential ist ein Gerät, das das Motordrehmoment in zwei Pfade mit Ausgängen aufteilt, sodass sich jeder Ausgang mit einer anderen Geschwindigkeit drehen kann.

Das Differenzial ist in allen modernen Pkw und Lkw sowie in vielen Fahrzeugen mit Allradantrieb verfügbar. Darüber hinaus müssen alle Autos mit Allradantrieb über ein Differenzial zwischen den einzelnen Antriebsradsätzen derselben Achse verfügen, und außerdem benötigen sie ein Differenzial zwischen den Vorder- und Hinterradpaaren (denken Sie an den Anfang des Artikels – denn die Vorderräder). Wenn die Räder eine andere Strecke zurücklegen als die Hinterräder, wenn das Fahrzeug in eine andere Richtung als eine gerade Linie fährt?).

Einige Fahrzeuge mit Allradantrieb verfügen jedoch nicht über ein Differenzial zwischen den Vorder- und Hinterrädern. Stattdessen sind diese Radpaare fest gekoppelt, sodass sich die Vorder- und Hinterräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen müssen. Aus diesem Grund empfehlen die Hersteller, bei solchen Fahrzeugen nicht im Allradmodus auf hartem Untergrund zu fahren, sondern ihn nur im Gelände einzuschalten.

Lassen Sie uns nun herausfinden, wo sich das Differential je nach Antriebsart des Autos normalerweise im Auto befindet:

Wie funktioniert ein Differential?

Wir beginnen mit der einfachsten Art von Differential, genannt offenes Differential. Aber zuerst müssen wir einige Begriffe lernen – schauen Sie sich die Abbildung unten an, dort finden Sie die Hauptkomponenten der Differentialoperation:

Somit besteht das Differential aus folgenden Hauptteilen:

1. Antriebswelle – überträgt das Drehmoment und leitet es vom Getriebe zum Anfang des Differentials
2. Das Antriebszahnrad der Antriebswelle ist ein kleines kegelförmiges Schrägstirnrad, das zur Kopplung mit dem Differentialmechanismus verwendet wird
3. Der Zahnkranz ist das angetriebene Zahnrad, ebenfalls in Kegelform, das vom Antriebszahnrad angetrieben (rotiert) wird. Die treibenden und angetriebenen Zahnräder werden zusammengenommen genannt Achsantrieb und sie dienen als letzte Stufe der Reduzierung der Drehzahl, die schließlich die Räder erreicht (der Zahnkranz ist immer kleiner als das Antriebszahnrad, was bedeutet, dass das Antriebszahnrad viel mehr Umdrehungen machen muss). während das angetriebene Zahnrad nur eine Umdrehung um sich selbst macht).
4. Achsgetriebe sind die letzten Gänge auf dem Weg zur Übertragung der Drehung von der Antriebswelle auf die Räder.
5. Satelliten sind ein Planetenmechanismus, der eine Schlüsselrolle dabei spielt, den Unterschied in der Raddrehung beim Wenden sicherzustellen.
6. Halbwellen – Wellen, die vom Differential direkt zu den Rädern führen.

Kommen wir nun zum wichtigsten und wichtigsten Verständnis der Funktionsweise des Differentials und schauen uns die folgenden Animationen an, wie die oben genannten Komponenten eines offenen Differentials in zwei Fällen funktionieren:

• Wenn das Auto geradeaus fährt.
• Wenn das Auto dreht.

Überzeugen Sie sich selbst – alles ist ganz einfach:

Klicken Sie auf die Schaltfläche „Drehen“, um zu sehen, wie das Differential während einer Kurve funktioniert, und auf „Gerade fahren“, um zu sehen, wie sich seine Komponenten während einer geraden Linie bewegen

Wie wir sehen können, dreht sich bei Geradeausfahrt in unserem Auto tatsächlich der gesamte Differentialmechanismus mit der gleichen Geschwindigkeit: Die Drehzahl der Eingangswelle ist gleich der Drehzahl der Achswellen und dementsprechend der Drehzahl der Räder. Aber sobald wir das Lenkrad ein wenig drehen, ändert sich die Situation und die Satelliten übernehmen nun ihre Hauptrolle, die aufgrund der unterschiedlichen Belastung der Räder entriegelt werden (wenn ein Rad versucht, durchzudrehen, dreht es sich schneller). , und die gesamte Kraft des Motors wird nun durch sie geleitet. Und aufgrund der Tatsache, dass es sich bei zwei Satelliten um zwei unabhängige Zahnräder handelt, stellt sich heraus, dass sie unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten auf die Halbachsen übertragen, als würden sie diese teilen, aber nicht die gesamte Kraft gleichmäßig aufteilen, sondern die meiste Kraft auf das Rad übertragen Das bewegt sich entlang der Außenkante in der Wendezeit des Autos und dreht es dementsprechend stärker (wodurch sich die Anzahl der Umdrehungen erhöht). Und der Unterschied in der übertragenen Leistung ist umso stärker, je steiler das Auto kurvt (genauer gesagt, je kleiner der Wenderadius dieses Autos).

Was ist der Hauptnachteil des Differentials?

Ein offenes Differenzial überträgt die Drehung in nahezu jedem Verhältnis auf das eine oder andere Rad, einschließlich des Verhältnisses 100 % / 0 % – wenn eines der Antriebsräder das gesamte Drehmoment übernimmt. Gleichzeitig erfolgt die Verteilung dieser Drehung zwischen den Rädern, wenn sich die Belastung dieser Räder (und damit auch der Achswelle) ändert – das heißt, ein Rad mit geringerer Belastung in einer Kurve erhält mehr Drehung. Doch hier liegt ein wesentlicher Nachteil, der unter bestimmten Bedingungen auftritt, nämlich wenn beide Antriebsräder im Schlamm, Schnee oder Eis stehen und das Auto zu rutschen beginnt – in diesem Fall erhält das Rad mit der geringeren Haftung den Löwenanteil davon Drehung. Einfach ausgedrückt: Wenn Sie beispielsweise im Schnee stecken bleiben und „auf dem Bauch“ sitzen – wenn ein Rad mit der Schneeoberfläche in Kontakt steht und das zweite überhaupt in der Luft hängt, dann wird nur dieses Rad mit Strom versorgt Aufgrund der entsprechenden Verteilung entlang der Achswellen des Differentials, das auf Gewicht lastet, dreht es sich hilflos in der Luft. Besonders akut ist dieses Problem bei SUVs und Geländefahrzeugen.

Welche Arten von Differenzialen gibt es?

Die Lösung für diese Probleme ist Sperrdifferenzial(LSD, auch genannt Sperrdifferenzial). Sperrdifferentiale verwenden unterschiedliche Mechanismen, um die richtige Differentialwirkung unter verschiedenen Fahrbedingungen sicherzustellen. Wenn das Rad durchrutscht, ermöglicht dieses Differential die Übertragung von mehr Drehmoment auf das rutschfeste Rad.

Bei SUVs und Geländefahrzeugen kommen auch Differenziale mit manueller Ausschaltung zum Einsatz, die jedoch sehr oft nicht vor unbeabsichtigter oder unpassender Abschaltung aus Unwissenheit geschützt sind – Fakt ist, dass die Möglichkeit, das Differenzial auszuschalten, am go führt zu einem möglichen Ausfall und diesem häufigen Problem.

Was ist eine Viskokupplung (Viskokupplung)?

Die Visco-Kupplung ist am häufigsten in allen Fahrzeugen mit Allradantrieb zu finden. Und wenn Sie einen Artikel über das Funktionsprinzip eines Drehmomentwandlers lesen, sollten Sie wissen, dass eine Visco-Kupplung ein ähnliches Funktionsschema hat. Es wird häufig verwendet, um die Hinterräder mit den Vorderrädern zu verbinden, sodass, wenn ein Radsatz durchzurutschen beginnt, das Drehmoment auf den anderen Satz übertragen wird, wodurch das oben beschriebene Problem des durchdrehenden Rads gelöst wird.

Eine Visco-Kupplung besteht aus zwei Plattensätzen in einem abgedichteten Gehäuse, das mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt ist (etwas zähflüssiger als beispielsweise Getriebeöl). Mit jeder Abtriebswelle ist ein Plattensatz verbunden. Unter normalen Bedingungen bewegen sich beide Plattensätze und ihr Anteil an der viskosen Flüssigkeit mit der gleichen Geschwindigkeit. Wenn jedoch eine Achse versucht, sich schneller zu drehen, vielleicht weil sie durchrutscht, drehen sich die vielen Platten, die den Rädern dieser Achse entsprechen, schneller als die anderen. Die viskose Flüssigkeit zwischen den Platten versucht, die schnelleren Scheiben einzuholen und führt so die langsameren Scheiben zu ihnen. Dadurch wird mehr Drehmoment auf die langsamer drehenden Räder übertragen, die einfach nicht durchrutschen.

Viskokupplungsgerät

Wenn das Auto eine Kurve fährt, ist der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Rädern derselben Achse nicht so groß, wie wenn eines der Räder einfach durchrutscht. Je schneller sich die Platten relativ zueinander drehen, desto mehr Drehmoment wird auf die Kupplung ausgeübt. Die Kupplung verhindert nicht, dass sich die Spulen drehen, da das während der Drehung übertragene Drehmoment gering ist.

Ein einfaches Ei-Experiment hilft, das Verhalten der Viskosekupplung zu erklären. Wenn Sie ein Ei auf den Küchentisch legen, bewegen sich Schale, Eiweiß und Eigelb nicht. Aber wenn Sie anfangen, das Ei zu drehen, bewegt sich die Eierschale schneller als das Eiweiß, und das Eiweiß ist etwas schneller und frisst das Eigelb, aber das Eigelb wird dann schnell aufholen. Um diese Worte zu überprüfen, führen Sie übrigens ein Experiment durch, sobald Sie ein Ei haben: Drehen Sie es schnell genug und stoppen Sie es dann. Lassen Sie dann das Ei einfach los, und es beginnt wieder zu rotieren (naja, oder zumindest zu zucken). in Richtung der vorherigen Drehung) . In diesem Experiment nutzten wir die Reibung zwischen Schale, Eiweiß und Eigelb und übten Kraft nur auf die Schale aus. Zuerst haben wir tatsächlich die Schale aufgedreht, und mit einiger Verzögerung hinter der Schale begann sich aufgrund der Reibung das Protein abzuwickeln, und dann das Eigelb. Und als wir die Schale stoppten, übte dieselbe Reibung – zwischen dem sich immer noch bewegenden Eigelb, dem Eiweiß und der Schale – eine Kraft auf die Schale aus, wodurch sie schneller wurde. Bei einer viskosen Kupplung erfolgt die Kraftübertragung zwischen der Flüssigkeit und den Plattensätzen auf die gleiche Weise wie zwischen Eigelb, Eiweiß und Schale.

Was ist ein Torsen-Differential?

Das Torsen-Differential ist ein rein mechanisches Gerät: Es ist weder an Kupplungen noch an viskose Flüssigkeiten gebunden und ist im Kern ein recht einfacher Mechanismus, der einem offenen Differential sehr ähnlich ist.

Torsen funktioniert auf die gleiche Weise wie ein offenes Differenzial, wenn das Drehmoment zwischen den beiden Antriebsrädern gleich ist. Sobald jedoch eines der Räder die Traktion verliert, blockiert der Drehmomentunterschied die Zahnräder im Torsen-Differenzial.

Ein solches Differenzial wird häufig in leistungsstarken und sehr leistungsstarken Allradfahrzeugen eingesetzt. Wie eine Visco-Kupplung wird sie häufig zur Kraftübertragung zwischen Vorder- und Hinterrad eingesetzt. Und in dieser Anwendung übertrifft das Torsen-Differenzial das Visko-Differenzial, da es das Drehmoment auf stabile Weise an die Räder liefert, bevor der Schlupf tatsächlich einsetzt. Wenn jedoch ein Radsatz die Traktion vollständig verliert, kann das Torsen-Differenzial aufgrund seiner Konstruktion und Funktionsweise kein Drehmoment auf den anderen Radsatz übertragen.

So sieht ein modernes Torsen-Differential aus

Übrigens verwenden fast alle Hummer-Autos ein Torsen-Differential zwischen Vorder- und Hinterachse. Allerdings bietet die Hummer-Bedienungsanleitung eine neue Lösung für das Problem, dass ein Rad völlig die Traktion verliert: Betätigen Sie das Bremspedal. Durch das Betätigen der Bremse wird ein Drehmoment auf die in der Luft befindlichen Räder ausgeübt und dann auf die Räder übertragen, die das Auto aus dem „Brei“ ziehen können.