Sperrzone

Autor Rüdiger Etzold
Veröffentlichungsdatum 1973
Veröffentlicht in Gute Fahrt
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Gute Fahrt-Tuning, Folge 11: Sperrdifferential

Ein Sperrdifferential ist nicht nur dann sinnvoll, wenn man die Sahara  durchqueren will. Welche Vorteile ein Sperrdifferential bei einem getunten Käfer bringt, beschreibt die GUTE FAHRT in ihrer 11 .Tuning-Folge.

Wenn sich Sportler im Stadionoval zum Sprint aufstellen, stehen sie immer versetzt: Der Läufer, der die kurvenäußere Bahn laufen soll, bekommt den größten Vorsprung, damit auf der Ziellinie alle den gleichen Weg zurückgelegt haben. Beim Auto, das eine Kurve durchfährt, müßte für die Antriebsräder ähnliches gelten, wenn es nicht die einfache und daher geniale Einrichtung des Ausgleicnsgetriebes gäbe. Würde ein Auto nur immer geradeaus fahren, käme man mit einer starren Antriebsachse aus. Für Kurven genügt sie jedoch nicht, denn das Antriebsmoment muß so verteilt werden, daß auch bei unterschiedlichen Umdrehungen die Räder nicht blockieren oder die Reifen abradieren.

Daß derartige Schwierigkeiten nicht auftreten, ist das Verdienst einiger Zahnräder, die geschickt zusammenarbeiten: Der Achsantrieb erfolgt über das Antriebskegelrad, welches wiederum ein Tellerrad antreibt. Das Tellerrad sitzt auf einer Hälfte der Hinterachse und ist fest mit dem Differentialgehäuse verbunden, in dessen Innerem Ausgleichskegelräder angeordnet sind. Die Wellen, auf denen diese Ausgleichsräder sitzen, sind fest im Gehäuse gelagert. Dreht sich das Gehäuse, so drehen sich die Wellen um ihre Querachsen. Bei Geradeausfahrt dreht sich zwar das Gehäuse, die Ausgleichsräder drehen sich jedoch auf ihren Wellen nicht. Dadurch entsteht quasi eine starre Verbindung zu den Achskegelrädern. Beide Halbachsen drehen sich dann mit der gleichen Geschwindigkeit. Bei Kurvenfahrt, wenn sich also das innere Rad langsamer dreht als das äußere, drehen sich die Ausgleichsräder um ihre Welle, so daß ein Kegelrad zurückgehalten wird, während das andere Kegelrad schneller läuft.

Das normale Sperrdifferential besteht aus dem Tellerrad (a), dem Kegelrad (b) und dem Differentialkorb (c), in dem sich die Ausgleichskegelräder (d, e, f, g) befinden. In unserer Abbildung dreht sich die rechte Halbachse (h) langsamer als die linke (k). Dadurch drehen sich die Ausgleichsräder (f, g) um ihre Welle, so daß sie das rechte Ausgleichsrad (e) der Halbachse zurückhalten und gleichzeitig das linke Ausgleichsrad (d) schneller drehen lassen.

Das normale Sperrdifferential besteht aus dem Tellerrad (a), dem Kegelrad (b) und dem Differentialkorb (c), in dem sich die Ausgleichskegelräder (d, e, f, g) befinden. In unserer Abbildung dreht sich die rechte Halbachse (h) langsamer als die linke (k). Dadurch drehen sich die Ausgleichsräder (f, g) um ihre Welle, so daß sie das rechte Ausgleichsrad (e) der Halbachse zurückhalten und gleichzeitig das linke Ausgleichsrad (d) schneller drehen lassen.

Die Sperrwirkung des ZF-Sperrdifferentials beruht auf innerer Reibung. Sie wird von zwei im Differentialkorb angeordneten Lamellenbremsen erzeugt. Die Sperrwirkung paßt sich dem veränderlichen Motordrehmoment und auch der Drehmomentsteigerung in den einzelnen Gängen an. Der Vorteil des vorgespannten Sperrdifferentials liegt darin, daß es unterschiedliche Drehmomente übertragen kann: Wenn ein Rad durchdreht, wird das andere noch mitgenommen.

Die Sperrwirkung des ZF-Sperrdifferentials beruht auf innerer Reibung. Sie wird von zwei im Differentialkorb angeordneten Lamellenbremsen erzeugt. Die Sperrwirkung paßt sich dem veränderlichen Motordrehmoment und auch der Drehmomentsteigerung in den einzelnen Gängen an. Der Vorteil des vorgespannten Sperrdifferentials liegt darin, daß es unterschiedliche Drehmomente übertragen kann: Wenn ein Rad durchdreht, wird das andere noch mitgenommen.

Vergleichbar ist der ganze Mechanismus mit zwei Zahnstangen, die über ein Zahnrad miteinander verbunden sind. Wenn beide Zahnstangen in eine Richtung schieben, entsteht eine feste Verbindung. Wird dagegen eine Zahnstange festgehalten, so rollt das Zahnrad auf der anderen Zahnstange um so schneller ab. Der Effekt, daß sich ein Rad schneller drehen kann als das andere, kann auch von Nachteil sein, wenn zum Beispiel auf glattem Untergrund ein Rad wild durchdreht und der Wagen sich kaum von der Stelle bewegt. Aufgrund des Ausgleichsgetriebes können auf beide Räder immer nur gleiche Kraftmomente übertragen werden, und deshalb kommt man auch nicht von der Stelle, wenn ein Rad festsitzt und das andere rotiert. Hier hilft nur ein Sperrdifferential, dessen einfachste Ausführung darin besteht, daß ein zugeschaltetes Zahnrad die beiden Antriebsachsen starr miteinander verbindet. Da bei diesem Sperrdifferential hohe Kräfte in die einzelnen Bauteile eingeleitet werden, muß dieses Getriebe für den speziellen Einsatz hergerichtet sein. Derartige Sperren werden deshalb vornehmlich für Spezialfahrzeuge (Baustellen-Lkw, Jeeps) angeboten.

Man kann bei einem starren Sperrdifferential das Fahrzeug nur im Schrittempo bewegen. In Personenwagen werden deshalb vornehmlich selbstsperrende Differentiale eingebaut. Sie müssen weder ein-noch ausgeschaltet werden und funktionieren bei jeder Geschwindigkeit. Für Volkswagen gibt es das Sperrdifferential von ZF, das unter dem Namen Loc-O-Matic sein automatisches Eingreifen deutlich macht. Dieses Sperrdifferential kostet 518 DM, wenn man es gleich beim Käferkauf mitbestellt. Läßt man es nachträglich einbauen, ist mit einem Kostenaufwand von ca. 1000 DM zu rechnen.

Im Gelände und auf glattem Untergrund werden die Vorteile des Sperrdifferentials sofort deutlich: Beide Antriebsräder packen zu und schieben den Wagen vorwärts.

Im Gelände und auf glattem Untergrund werden die Vorteile des Sperrdifferentials sofort deutlich: Beide Antriebsräder packen zu und schieben den Wagen vorwärts.

Das ZF-Sperrdifferential besteht aus einem normalen Kegelraddifferential mit großen und kleinen Ausgleichskegelrädern, zwei sogenannten Druckkörpern sowie Bremslamellenpaketen mit je einer Tellerfeder. Um die Funktion dieses selbstsperrenden Getriebes zu verstehen kann man den ganzen Aufbau und die komplizierten Innereien vergessen. Man muß sich nur merken, daß in dem Ausgleichsgetriebe praktisch eine Rutschkupplung vorhanden ist, die dafür sorgt, daß auch bei durchdrehendem Rad das andere Rad mitgenommen wird. Hier besteht der Unterschied zu einem normalen Differential, denn dieses kann das Kraftmoment vom Getriebe nur gleichmäßig auf beide Räder verteilen. Wenn also ein Rad durchrutscht, steht das andere still.

Beim selbstsperrenden Getriebe wird das Kraftmoment unterschiedlich aufgeteilt, so daß selbst bei durchdrehendem Rad das andere noch mitgenommen wird. Und das kommt so: Im normalen Fährbetrieb und bei Kurvenfahrt werden die Wegstreckenunterschiede wie bei einem herkömmlichen Differential ausgeglichen. Auf Schnee und Eis, wenn ein Rad durchdrehen will, wird es durch die Reibung zwischen den Lamellen gebremst. Dabei verlagert sich das Antriebsmoment zum größten Teil auf das Rad, das den höheren Reibungswiderstand findet, bis beide Räder gleiche Haftung am Boden haben. Freilich gelingt das auf glatter Fahrbahn nur, wenn ein Rad guten Bodenkontakt hat. Um dennoch auch bei Eis mit beiden Rädern losfahren zu können, haben die ZF-Techni-ker dem Sperrdifferential eine Vorspannung von 12 Kilo gegeben, so daß sich beim Anfahren beide Räder drehen.

In allen Fahrdisziplinen - Handling, Kreisbahn und Slalom — war der Käfer mit Sperrdifferential um Nuancen schneller. Das Sperrdifferential verändert die Fahreigenschaften des Wagens, so daß er in den Kurven stärker untersteuert.

In allen Fahrdisziplinen – Handling, Kreisbahn und Slalom — war der Käfer mit Sperrdifferential um Nuancen schneller. Das Sperrdifferential verändert die Fahreigenschaften des Wagens, so daß er in den Kurven stärker untersteuert.

Die Vorteile eines Sperrdifferentials sind seit langem bekannt. So gehört auch bei schnellen Wagen, im Touren-und Rallyesport, das Sperrdifferential zur selbstverständlichen Ausriisfomg. Denn die Vorteile des Sperrdifferentials gelten auch, wenn zum Beispiel ein Rad durch Abheben den Bodenkontakt verliert (was bei Rennen öfters vorkommt). Beim Serien-Differen-tial würde in diesem Fall das freie Rad durchdrehen. Aufgrund der Sperrdifferentialwirkung wird jedoch der Drehzahlausgleich sehr stark verhindert, so daß der Wagen nicht einseitig beschleunigt, wenn das Rad wieder aufsetzt oder greift. Beide Räder pakT ken also – auch in der Kurve -zu und geben dem Wagen dadurch ein etwas eckiges Fahrverhalten: Beim Gasstoß will der Wagen geradeaus und schiebt, untersteuernd, über die Vorderräder. Freilich hängt das vornehmlich von der Geschwindigkeit des Wagens und dem Sperrwert des Differentials ab, der im Normalfall 40% beträgt, bei Sportwagen bis zu 75%.

Bei unseren Fahrversuchen mit dem GF-1 zeigte sich, daß der Käfer nach dem Umbau in allen Disziplinen mit gesperrtem Getriebe besser davonkam. Im Kreis wie auch im Slalom, auf schlechtem Fahrbahnuntergrund wie auch beim Handlingkurs mit seinen engen Radien war unser Tuningkäfer mit gesperrtem Getriebe immer um Nuancen schneller (siehe Tabelle).

Wer also mit seinem getunten Käfer im Slalom oder an Rallyes teilnimmt, sollte für bessere Zeiten nicht nur den Motor tunen, sondern auch ein Sperrdifferential in seine Überlegungen mit einbeziehen.

Hans-Rüdiger Etzold

Alle Messungen wurden mit unserem GF-1 durchgeführt, der nach der ersten Meßrunde mit dem ZF-Sperrdifferential ausgerüstet wurde.
Meßergebnisse ohne Sperre mit Sperre
Slalom 5,7 sec 5,3 sec
Kreisbahn 9,2 sec 9,0 sec
Handlingkurs 86,6 sec 84,5 sec