Das Differential ist Teil des Getriebes – das System, das den Motor mit den Antriebsrädern des Autos verbindet. Dieser Mechanismus ist an der Übertragung von Rotationskräften (Drehmoment) vom Motor auf die Räder beteiligt, seine Hauptfunktion besteht jedoch darin, die Drehung der Räder sicherzustellen, wenn das Fahrzeug mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten gedreht wird.
Ohne Differenzial drehen sich die Räder des Autos bei Kurvenfahrt mit der gleichen Geschwindigkeit, was zu Radschlupf führt, der sich entlang des größeren Außendurchmessers des Wendebogens bewegt. Dieser Effekt wirkt sich äußerst negativ auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs aus und führt zu einem schnellen Reifenverschleiß.
In der modernen Automobilindustrie werden drei Möglichkeiten zur Platzierung eines Differentialgetriebes in einer Getriebeeinheit verwendet:
- bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb (Hinterradantrieb) – im Hinterachsbereich;
- bei Fahrzeugen mit Frontantrieb – direkt im Getriebe selbst;
- Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb (4WD) kann sich die Differenzialeinrichtung sowohl im Verteilergetriebe selbst als auch im Bereich beider Achsen befinden.
Differentialgerät
Die Konstruktion der Differenzialvorrichtung basiert auf einem Planetengetriebe. Abhängig davon, welche Zahnräder (Zahnräder) zum Drehen der Räder verwendet werden, wird das Differential in drei verschiedene Typen unterteilt:
- konisch;
- zylindrisch;
- Wurm.
Das am weitesten verbreitete Kegelradgetriebe und dementsprechend das Kegeldifferential. Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb wird es traditionell zwischen den beiden Achsen montiert und nicht zwischen den Rädern, wie es bei anderen Fahrzeugtypen möglich ist.
Die Hauptstrukturelemente sind für alle Arten von Differentialen gleich. Betrachten wir daher den Aufbau der Baugruppe am Beispiel eines Kegelmechanismus.
Der Differentialmechanismus vom konischen Typ besteht aus folgenden Elementen:
- Planetenreduzierer;
- Getriebe mit Satelliten;
- Gehäuse des Geräts.
Im Fachjargon für Automobilingenieure und Service-Center-Spezialisten wird das Gehäuse eines Differentialgeräts als „Tasse“ bezeichnet. Sein Hauptzweck besteht darin, die Rotationskräfte des Motors aufzunehmen und über die Satelliten auf die Zahnräder zu übertragen. Das angetriebene Zahnrad des Antriebsrads ist an der Oberfläche des Bechers befestigt, und im Inneren des Bechers sind Achsen montiert, auf denen sich die Satelliten bewegen. Tatsächlich sind sie es, die die Kupplung der Tasse (des Gehäuses) und der Zahnräder übernehmen. Bei Pkw kommt traditionell nur ein Ritzelpaar zum Einsatz, bei Lkw sind es zwei, da hier ein besonders hohes Drehmoment übertragen werden muss.
Nachdem sie Energie von den Satelliten erhalten haben, beginnen sich die Zahnräder entlang der Achse zu bewegen und übertragen das gleiche Drehmoment unverändert auf das Antriebsradpaar. Dadurch setzt sich das Fahrzeug in Bewegung.
Auf den Achsen befindliche Zahnräder können eine gleiche oder unterschiedliche Anzahl von Zähnen (Splines) haben. Bei gleicher Zähnezahl bildet das Zahnrad ein symmetrisches Differential – das Drehmoment wird zu gleichen Anteilen entlang der Achsen verteilt. Bei ungleicher Zähnezahl kommt es zu einer asymmetrischen Energieverteilung auf die Räder, was für eine erhöhte Geländegängigkeit bei schwierigen Straßenverhältnissen sorgt.
Differenzielle Gerätefunktionalität
Das symmetrische Differential kann in einem von drei verfügbaren Modi arbeiten.
Der Hauptmodus ist das Fahren in „geradeaus“ Richtung. In diesem Modus treffen die Räder auf den gleichen Fahrwiderstand und erhalten dementsprechend das gleiche Drehmoment.
Beim Einfahren in eine Kurve ändert sich die Funktionsweise des Differenzials. Schon eine leichte Drehung nach links oder rechts führt dazu, dass das innere Rad mehr Widerstand erfährt als das äußere. Um diesen Mangel auszugleichen, verlangsamt sich das innere Zahnrad und bewirkt dadurch, dass sich die Satelliten in die andere Richtung bewegen, was die Rotationsamplitude des äußeren Seitenzahnrads erhöht. Dadurch ändert sich die Winkelgeschwindigkeit der beiden Antriebsräder, wodurch ein sanfter Einstieg in die Kurve erfolgt.
Der dritte Betriebsmodus der Differentialvorrichtung wird beim Fahren auf Eis oder einer anderen rutschigen Oberfläche aktiviert. Eines der Antriebsräder beginnt einen Widerstand zu spüren, das zweite nicht. Das Differenzial bewirkt in solchen Fällen, dass sich das durchdrehende Rad mit maximaler Geschwindigkeit bewegt und die Drehmomentzufuhr zum zweiten Rad unterbrochen wird. Nach dem Überwinden des Hindernisses ist ein Ausgleich der Stromzufuhr zum Radsatz erforderlich, was ggf. eine Differenzialsperre erforderlich machen kann.
Laut Experten der Favorit Motors Group nutzen heute große europäische und amerikanische Automobilhersteller ihre eigenen Entwicklungen im Bereich Differentiale. Beispielsweise verwenden die vorgeschlagenen Automodelle Cadillac (gesteuertes System), Chevrolet (Positraktionsdifferential) und Ford (Equa-Lock- und Traction-Lok-Mechanismen) nur ihre Modelle von Verteilungsmechanismen im Getriebe.
Arten moderner Differentiale
- Quaife (Quaife)
Hierbei handelt es sich um eines der konstruktiv einfachsten Geräte, das aus einem Planetengetriebe (in flacher Ausführung) und einer Schaltung mit Doppelsatelliten besteht, die im Betrieb ineinandergreifen. Es kommt eine Schraubenkupplung zum Einsatz, die bei hoher Belastung axiale Kraft erzeugt und diese auf Satellitenpaare überträgt. Durch die zusätzliche Drehung der gewünschten Satellitenreihe bei Kurvenfahrten oder Ausrutschen auf rutschigem Untergrund ist es möglich, ein Rad abzubremsen und dem anderen Energie zuzuführen.
Das Quaife-Differential impliziert die gleichzeitige Verwendung von fünf Satellitenpaaren für maximale Zuverlässigkeit des Eingriffs der Schrägzähne miteinander. Dies ermöglicht Ihnen einerseits, den Mechanismus auch bei schwierigsten Straßenverhältnissen effektiv einzusetzen. Und andererseits deutet es darauf hin, dass es im Laufe der Zeit zu einem starken Verschleiß der gesamten Struktur kommen wird.
Der Differentialmechanismus vom Typ Quaife wurde bereits 1965 patentiert. Heutzutage wird es überwiegend in Renn- oder Sportwagen sowie einigen Modellen von Fahrzeugen mit Frontantrieb eingesetzt.
- Torsen (Torsen)
Hierbei handelt es sich um eine ziemlich alte Art von Schneckendifferenzial, sie wurde bereits in den 1950er Jahren erfunden. Bisher verwenden Autohersteller drei verbesserte Varianten des Torsen-Differentials, die jedoch alle ungefähr das gleiche Funktionsprinzip haben. Die Zahnräder, die sich auf den Vorderachswellen befinden, bilden mit Satelliten das sogenannte Schneckenpaar. Gleichzeitig verfügt jede Achse, was bedeutsam ist, über eigene Satelliten, die paarweise an einigen Positionen mit den Satelliten der anderen Achse verbunden sind.
Bei einer Geradeausfahrt stehen die Schneckenpaare im Stillstand, bei einer Kurvenfahrt drehen sie sich. Die nächste Drehung entlang der Achse sorgt für eine Änderung des Radwinkels bei Drehungen und Wendungen. Das Torsen-Differential gilt als das leistungsstärkste und langlebigste, es arbeitet bei maximalen Last- und Drehmomentverhältnissen.
- Disc-Verriegelungsmechanismus
Diese Art von Differentialvorrichtung besteht aus einem symmetrischen Planetengetriebemechanismus, der auf Kegelrädern montiert ist. Die Zahnräder haben zwei kleine Kupplungen gleicher Form und zwei Scheiben. Teilweise können die Scheiben an der Differentialschale selbst haften, teilweise können sie mit der Kupplung in Kontakt kommen, die funktioniert, wenn sie dem angetriebenen Zahnrad ausgesetzt ist.
Das Wesen der Differenzialsperre besteht darin, dass mit zunehmender mechanischer Kraft auf die Zahnräder sekundäre Axialkräfte auftreten. Zusätzliche Kräfte neigen dazu, die Verbindungen zwischen den Zahnrädern zu trennen. In dem Moment, in dem sie erfolgreich sind, gleicht sich die Geschwindigkeit jedes Rades aus, da die Winkelgeschwindigkeiten den gleichen Wert annehmen.
Das Scheibensperrdifferenzial erschien Ende der 1930er Jahre, wird aber nach erheblicher Modernisierung auch heute noch verwendet – meist in SUVs und Sportwagen.
- Nockendifferenzial
Das Nockendifferenzial kann zwei Versionen haben. Die erste betrifft die Position der Nockenkupplung zwischen den beiden angetriebenen Zahnrädern. Beim Kurvengetriebe des zweiten Typs gibt es grundsätzlich keine Zahnräder – der Trennring ist hier der Träger und die „Cracker“ (Spezialkeile) übernehmen die Satellitenfunktion. Die angetriebenen Zahnräder sind in diesem Fall Kurvenscheiben.
Das Konstruktionsprinzip des Nockendifferentials des zweiten Typs wird aus dem Diagramm unten deutlich, wobei 1 der Körper, 2 der Clip, 3 der Cracker, 4 und 5 die Seitenkettenräder sind. „Cracker“ können horizontal (Abbildung a) oder radial (Abbildung b) angeordnet sein.
Der Kern der Sperrung der Differentialvorrichtung besteht darin, dass die Nockenkupplung (oder die Nockenscheiben – in der zweiten Version) das Differential sofort blockiert, sobald ein Unterschied zwischen den Geschwindigkeitswinkeln zu beobachten ist.
Erste Entwicklungen dieser Art von Mechanismus gab es in den 1940er Jahren. In Personenkraftwagen wird diese Art von Differenzial heute praktisch nicht mehr verwendet. Der Haupteinsatzbereich des Nockentyps liegt in der militärischen Automobilindustrie.
- Viskokupplung (viskose Kupplung)
Das Differential hat strukturell einen mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten Behälter auf einer der führenden Halbachsen. Es enthält 2 Scheibenblöcke, von denen der erste mit dem Rotor und der zweite mit dem anderen halbaxial verbunden ist. Je größer der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Rädern ist, desto größer wird dementsprechend der Unterschied in der Geschwindigkeit der Bewegungen der Scheibenblöcke. Durch die Rotation erhöht sich die Viskosität der Flüssigkeit.
Dies ist die einfachste und zugleich preisgünstigste Ausführung des Differentialgeräts. Laut Experten der Favorit Motors Group of Companies wird das Gerät hauptsächlich in städtischen SUVs verbaut, da eine Visco-Kupplung im Gelände nicht die erforderliche Kontrollier- und Manövrierfähigkeit bieten kann.
Zwei Arten von Zwangsdifferenzialsperren
Moderne Fahrzeuge verwenden sowohl manuelle als auch elektronische Differenzialsperren. Jeder von ihnen hat seine eigenen Vorteile. Die manuelle Blockierung des Differenzialmechanismus erfolgt direkt vom Fahrgastraum aus. Auf Befehl des Fahrers geraten die rotierenden Zahnräder ins Stocken und die Räder beginnen sich im gleichen Tempo zu bewegen.
Dieser Typ ist vor der Überwindung verschiedener Arten von Straßenhindernissen in Form von tiefem Schnee, Schlamm, Gruben oder Rutschen anwendbar. Nachdem Sie schwierige Abschnitte passiert haben, können Sie diese freischalten. Traditionell wird die manuelle Sperrung der Differenzialvorrichtung bei Geländefahrzeugen und Geländefahrzeugen eingesetzt.
Wenn das Auto mit dem neuen TRC-System ausgestattet ist, erzeugt die Automatisierung selbst ein elektronisches Schloss. Sollte eines der Antriebsräder durchrutschen, wird es durch die Bremse des Fahrzeugs leicht abgebremst. Der Komfort dieser Art ist unbestreitbar, aber das Schloss schaltet sich nicht immer zum richtigen Zeitpunkt ein.
Unabhängig davon, welche Art von Differentialvorrichtung in Ihrem Auto installiert ist, können die Spezialisten von Favorit Motors die Diagnose und Wartung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Konstruktionsmerkmale des Sperrmechanismus anbieten. Ein kompetenter Ansatz wird mit der Erfahrung der Meister kombiniert und die Kosten für professionelle Dienstleistungen gelten als einer der attraktivsten in Moskau.
Die häufigsten Symptome eines Differentialschadens sind erhöhter Lärm, äußere Stöße und Stöße sowie das Auftreten von Öllecks. Die Autoservice-Meister von Favorit Motors weisen darauf hin, dass es wichtig ist, sich sofort an ein technisches Zentrum zu wenden, um Probleme beim Betrieb des Geräts zu beseitigen und dessen weitere Zerstörung zu vermeiden. Egal wie komplex die Störung auch sein mag, die Meister des Favorit Motors-Servicecenters verfügen über alle notwendigen Diagnosegeräte und umfangreiche Erfahrung, die es ihnen ermöglichen, die Störung schnell und effizient zu beheben. In den Schulungszentren der Automobilhersteller werden die Mitarbeiter regelmäßig umgeschult, um Reparatur- und Restaurierungsarbeiten beliebiger Komplexität durchführen zu können.