Den Begriff „Differenzialsperre“ oder auch „Selbstsperrdifferenzial“ (Selbstsperrung) haben viele Autofahrer gehört, doch nur wenige wissen, wie dieser Vorgang in der Praxis aussieht. Und während frühere Automobilhersteller vor allem SUVs mit einer solchen „Option“ ausstatteten, findet man sie heute auch in einem durchaus Stadtauto. Darüber hinaus installieren Besitzer von Autos, die nicht mit Selbstblockern ausgestattet sind, diese oft selbst, nachdem sie verstanden haben, welche Vorteile sie mit sich bringen.
Bevor Sie jedoch verstehen, wie ein selbstsperrendes Differenzial funktioniert, müssen Sie verstehen, wie es ohne Sperrung funktioniert.
Was ist ein Differential?
Das Differential (Diff) kann zu Recht als eines der Hauptelemente der Konstruktion eines Autogetriebes angesehen werden. Mit seiner Hilfe erfolgt die Übertragung, Änderung und Verteilung des vom Motor erzeugten Drehmoments zwischen einem Verbraucherpaar: Rädern, die sich auf derselben Achse der Maschine oder zwischen ihren Achsen befinden. Darüber hinaus kann die Kraft des verteilten Energieflusses bei Bedarf unterschiedlich sein, was bedeutet, dass die Drehzahl der Räder unterschiedlich ist.
Im Getriebe eines Autos kann ein Differenzial eingebaut werden: im Getriebegehäuse und im Verteilergetriebe, abhängig von der/den Antriebsvorrichtung(en).
Die Differenziale, die in der Achse oder im Getriebe eingebaut sind, werden als Interwheel bezeichnet, und die sich zwischen den Achsen des Fahrzeugs befinden, werden als Interaxle bezeichnet.
Zweck des Differentials
Wie Sie wissen, führt ein Auto während der Fahrt verschiedene Manöver aus: Abbiegen, Spurwechsel, Überholen usw. Darüber hinaus kann die Fahrbahn Unebenheiten aufweisen, was bedeutet, dass die Räder des Autos je nach Situation gleichzeitig rutschen können unterschiedliche Entfernungen zurücklegen. Wenn also beispielsweise beim Wenden die Drehzahl der Räder an der Achse gleich ist, beginnt unweigerlich eines von ihnen zu rutschen, was zu einem beschleunigten Reifenverschleiß führt. Aber das ist nicht das Schlimmste. Viel schlimmer ist, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs erheblich beeinträchtigt wird.
Um solche Probleme zu lösen, haben sie ein Differenzial entwickelt – einen Mechanismus, der die vom Motor kommende Energie entsprechend dem Rollwiderstand zwischen den Achsen des Autos umverteilt: Je kleiner dieser ist, desto höher ist die Radgeschwindigkeit , und umgekehrt.
Differentialmechanismus
Heutzutage gibt es viele Arten von Diffs, und ihre Struktur ist recht komplex. Das Funktionsprinzip ist jedoch im Allgemeinen das gleiche, so dass es einfacher ist, den einfachsten Typ zu verstehen – ein offenes Differential, das aus den folgenden Elementen besteht:
- Zahnräder auf Achswellen montiert.
- Angetriebenes (Kronen-)Zahnrad in Form eines Kegelstumpfes.
- Am Ende der Antriebswelle ist ein Antriebszahnrad montiert, das zusammen mit dem Zahnkranz das Hauptzahnrad bildet. Da das Abtriebsrad größer als das Antriebsrad ist, muss dieses mehrere Umdrehungen um seine Achse machen, bevor das Hohlrad nur eine einzige Umdrehung ausführt. Daher sind es diese beiden Elemente des Differentials, die die Energiemenge (Geschwindigkeit) reduzieren, die letztendlich die Räder erreicht.
- Die sich bildenden Satelliten spielen eine Schlüsselrolle bei der Bereitstellung des notwendigen Unterschieds in der Drehzahl der Räder.
- Korps.
Wie das Differential funktioniert
Bei der geradlinigen Bewegung des Autos drehen sich seine Achswellen und damit die Räder mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Antriebswelle mit ihrem Stirnradgetriebe. Während der Kurve ändert sich jedoch die Belastung der Räder (eines versucht, sich schneller zu drehen), und aufgrund dieses Unterschieds werden die Satelliten freigegeben. Jetzt wird die Energie des Motors durch sie geleitet, und da es sich bei einem Satellitenpaar um zwei separate, unabhängige Zahnräder handelt, wird eine unterschiedliche Drehzahl auf die Achswellen übertragen. Dadurch wird die vom Motor erzeugte Leistung auf die Räder verteilt, allerdings ungleichmäßig und abhängig von der auf sie einwirkenden Last: Was sich entlang des Außenradius bewegt, erfährt weniger Rollwiderstand, sodass das Differential mehr Energie auf die Räder überträgt und sich schneller dreht.
Es gibt keinen Unterschied in der Funktionsweise des Mittendifferenzials und des Zwischenraddifferenzials: Das Funktionsprinzip ist ähnlich, nur im ersten Fall wird das verteilte Drehmoment auf die Achsen des Fahrzeugs und im zweiten Fall auf die darauf befindlichen Räder geleitet gleiche Achse.
Die Notwendigkeit eines Mittendifferenzials macht sich besonders beim Fahren der Maschine über unwegsames Gelände bemerkbar, wenn ihr Gewicht auf die Achse drückt, die niedriger als die andere ist, beispielsweise bei einer Steigung oder einem Gefälle.
Differentialproblem
Obwohl das Differenzial sicherlich eine große Rolle bei der Konstruktion des Autos spielt, bereitet seine Bedienung dem Fahrer manchmal Probleme. Nämlich: Wenn sich eines der Räder auf einem rutschigen Straßenabschnitt (Schlamm, Eis oder Schnee) befindet und das andere, das sich auf härterem Boden befindet, eine erhöhte Belastung erfährt, versucht das Differenzial, dies zu beheben, und leitet die Motorenergie um zum Schieberad. So stellt sich heraus, dass es die maximale Drehung erhält, während das andere, das den Boden fest im Griff hat, einfach bewegungslos bleibt.
Genau um solche Probleme zu lösen, wurde eine Differenzialsperre (Deaktivierung) erfunden.
Das Prinzip der Blockierung und ihre Arten
Nachdem wir das Prinzip des Differenzials verstanden haben, können wir daraus schließen, dass sich das Drehmoment an dem Rad oder der Achse mit dem besten Grip erhöht, wenn es blockiert wird. Dies kann durch die Verbindung seines Körpers mit einer der beiden Halbachsen oder durch Stoppen der Rotation der Satelliten erfolgen.
Die Sperre kann vollständig sein – wenn die Teile des Differentials starr verbunden sind. Sie erfolgt in der Regel mit Hilfe einer Nockenkupplung und wird vom Fahrer über einen speziellen Antrieb vom Fahrerhaus des Wagens aus gesteuert. Oder es kann partiell sein, dann wird nur eine begrenzte Kraft auf die Räder übertragen – so funktioniert ein selbstsperrendes Differenzial, das keinen menschlichen Eingriff erfordert.
Wie funktioniert ein selbstsperrendes Differential?
Das selbstsperrende Differenzial ist in der Tat ein Kompromiss zwischen einem Vollblock und einem freien Differenzial und ermöglicht es Ihnen, den Schlupf der Räder des Fahrzeugs zu reduzieren, wenn zwischen ihnen ein Unterschied im Traktionskoeffizienten besteht. Dadurch werden Geländegängigkeit, Geländegängigkeit sowie die Dynamik der Fahrzeugbeschleunigung unabhängig von der Straßenbeschaffenheit deutlich gesteigert.
Die Selbstblockierung eliminiert das vollständige Blockieren der Räder und schützt so die Achswellen vor kritischen Belastungen, die bei Differentialen mit Zwangsausschaltung auftreten können.
Die Blockierung der Halbachsen wird automatisch aufgehoben, wenn die Drehzahl der Räder während der geradlinigen Bewegung nivelliert wird.
Die häufigsten Arten von Selbstblockaden
Bei einer selbstblockierenden Scheibe handelt es sich um einen Satz Reibscheiben, die zwischen dem Differentialgehäuse und dem Achsgetriebe installiert sind.
Es ist nicht schwer zu verstehen, wie ein Differential mit einem solchen Block funktioniert: Während das Auto geradeaus fährt, drehen sich der Differentialkörper und beide Achswellen gemeinsam, sobald ein Unterschied in den Drehzahlen besteht (das Rad ist angefahren). (in einem rutschigen Bereich) entsteht Reibung zwischen den Scheiben, wodurch diese verringert wird. Das heißt, ein Rad, das auf hartem Boden steht, dreht sich weiter und bleibt nicht stehen, wie im Fall eines freien Differentials.
Eine Visco-Kupplung, oder anders gesagt eine Visco-Kupplung, wie das vorherige Differential, enthält zwei Scheibenpakete, nur dieses Mal perforiert, die mit einem kleinen Spalt zwischeneinander installiert sind. Ein Teil der Scheiben hat eine Kupplung mit dem Körper, der andere mit der Antriebswelle.
Die Scheiben werden in einen Behälter gelegt, der mit einer Organosiliciumflüssigkeit gefüllt ist, die bei gleichmäßiger Rotation unverändert bleibt. Sobald zwischen den Packungen ein Geschwindigkeitsunterschied besteht, beginnt die Flüssigkeit schnell und stark einzudicken. Zwischen den perforierten Flächen entsteht ein Widerstand. Dadurch wird ein zu stark aufgedrehtes Paket abgebremst und die Rotationsgeschwindigkeit nivelliert.
Gezahnter (Schraube, Schnecke) Selbstblocker. Seine Arbeit basiert auf der Fähigkeit des Schneckenpaares, die Achswellen zu verkeilen und dadurch zu blockieren, wenn an ihnen ein Drehmomentunterschied auftritt.
Nockenselbstblockierung. Um zu verstehen, wie diese Art von Differential funktioniert, reicht es aus, sich ein offenes Differential vorzustellen, in dem anstelle eines Planetengetriebes Zahnradpaare (Nocken) eingebaut sind. Die Nocken drehen (springen), wenn die Drehzahlen der Räder annähernd gleich sind, und werden starr blockiert (verklemmt), sobald einer von ihnen durchzurutschen beginnt.
Es gibt keinen Unterschied in der Funktionsweise der Sperrung des Mittendifferenzials und des Zwischenraddifferenzials – das Funktionsprinzip ist das gleiche, die Unterschiede bestehen nur an den Endpunkten: im ersten Fall – zwei Achsen, im zweiten – zwei montierte Räder auf der gleichen Achse.
Inländischer „Niva“ und seine Unterschiede
In der Reihe der inländischen VAZs nimmt der Niva einen besonderen Platz ein: Im Gegensatz zu seinen „Verwandten“ am Fließband ist dieses Auto mit einem nicht schaltbaren Allradantrieb ausgestattet.
Im Getriebe des VAZ-SUV sind drei Differenziale verbaut: Zwischendifferenziale – in jeder Achse und Zwischenachsdifferenziale – im Verteilergetriebe. Trotz dieser Zahl müssen Sie nicht noch einmal herausfinden, wie die Differentiale beim Niva funktionieren. Alles ist genau das gleiche wie oben beschrieben. Das heißt, während der geradlinigen Bewegung der Maschine ist die Zugkraft zwischen ihnen gleichmäßig verteilt und hat den gleichen Wert, sofern kein Schlupf an den Rädern auftritt. Wenn eines der Räder durchzudrehen beginnt, wird die gesamte Energie des Motors, die durch die Differenziale fließt, auf dieses Rad geleitet.
Niva-Differenzialsperre
Bevor wir über die Funktionsweise der Differenzialsperre beim Niva sprechen, sollte noch ein Punkt beachtet werden, nämlich der Zweck des vorderen (kleinen) Griffs des Verteilergetriebes.
Einige Autofahrer glauben, dass mit ihrer Hilfe der Vorderradantrieb im Auto eingeschaltet wird – das ist jedoch nicht der Fall: Sowohl der Vorder- als auch der Hinterradantrieb des Niva sind immer eingeschaltet, und dieser Griff steuert das Verteilergetriebedifferenzial. Das heißt, während es in der „Vorwärts“-Position steht, arbeitet das Differential im Normalmodus, und wenn es in „Zurück“-Position ist, schaltet es sich aus.
Und nun direkt zur Sperre: Bei ausgeschaltetem Differenzial werden die Wellen des Verteilergetriebes durch die Kupplung zueinander geschlossen, wodurch ihre Drehzahl, also die Gesamtgeschwindigkeit der Vorderachsräder, zwangsweise angeglichen wird gleich der Gesamtgeschwindigkeit der Hinterachse. Die Schubverteilung erfolgt in Richtung größeren Widerstands. Nehmen wir an, das Hinterrad rutscht durch. Wenn Sie die Sperre einschalten, wird die Zugkraft auf die Vorderachse übertragen, deren Räder das Auto strecken. Wenn jedoch auch das Vorderrad mit dem Hinterrad durchrutscht, dann der Niva kommt von alleine nicht raus.
Um dies zu verhindern, installieren Autofahrer Selbstblocker in Brücken, die dabei helfen, ein festsitzendes Auto herauszuziehen. Bis heute ist das Nesterov-Differential das beliebteste unter Niva-Besitzern.
Samoblok Nesterow
Das Geheimnis seiner Popularität liegt in der Funktionsweise des Nesterov-Differentials.
Die Konstruktion des Differenzials ermöglicht nicht nur eine optimale Einstellung der Räder des Fahrzeugs bei Manövern, sondern auch bei Durchrutschen oder Durchhängen des Rads gibt das Gerät ihm ein Minimum an Energie vom Motor ab. Darüber hinaus erfolgt die Reaktion der Selbstsperre auf eine Änderung der Verkehrssituation nahezu verzögerungsfrei. Darüber hinaus verbessert das Nesterov-Differenzial das Fahrverhalten des Fahrzeugs auch in rutschigen Kurven erheblich, erhöht die Spurtreue, erhöht die Beschleunigungsdynamik (insbesondere im Winter) und senkt den Kraftstoffverbrauch. Und der Einbau des Gerätes erfordert keine Änderungen am Design des Getriebes und erfolgt wie ein klassisches Differential.
Das Differential hat nicht nur in der Automobiltechnik Anwendung gefunden, es hat sich auch bei handgeführten Traktoren als sehr nützlich erwiesen und das Leben seiner Besitzer erheblich erleichtert.
Differential für handgeführten Traktor
Der handgeführte Traktor ist ein ziemlich schweres Gerät, und das einfache Drehen erfordert viel Kraft, und bei einer ungeregelten Drehwinkelgeschwindigkeit der Räder wird dies noch schwieriger. Daher kaufen und installieren die Besitzer dieser Maschinen, wenn die Unterschiede ursprünglich nicht im Design vorgesehen waren, sie selbst.
Wie funktioniert ein Motoblock-Differential? Tatsächlich ermöglicht es nur ein leichtes Drehen des Autos und stoppt eines der Räder.
Seine andere Funktion, die in keiner Weise mit der Umverteilung der Kraft zusammenhängt, ist eine Vergrößerung des Radstands. Die Konstruktion des Differentials ermöglicht die Verwendung als Achsverlängerung, wodurch der handgeführte Traktor wendiger und kippsicherer wird, insbesondere bei Kurvenfahrten.
Kurz gesagt, das Differenzial ist eine sehr nützliche und unersetzliche Sache, und seine Sperrung erhöht die Geländegängigkeit des Autos erheblich.