Die Physik der Sperre
Ein normales Differential ohne Sperrwirkung wird auch als offenes Differential bezeichnet. Idealerweise können die beiden Räder frei drehen, die Reibungsverluste im offen Differential wären dann 0 (praktisch gesehen verhalten sich auch offene Differentiale wie drehmomentfühlende Sperren mit geringem Sperrwert). Bei einem Sperrdifferential versucht man, den Wirkungsgrad des offenen Differentials zu verschlechtern.
Dies ist einer der wenigen Fälle, wo man als Ingenieur schlechteren Wirkungsgrad für mehr Geld verkaufen kann!
Die Charaktersitik einer Sperre wird über den Sperrwert (in %) und bei drehmomentfühlenden Sperrdifferentialen auch über den 'Torque Bias Ratio' (TBR, Drehmomentverhältnis) bestimmt. Konstant ist der Sperrwert / TBR nur bei reinen drehmomentfühlenden Differentialen. Dazu betrachtet man die Drehmomente, die auf das linke und das rechte Rad übertragen werden. Beim offenen Differential kann das Drehmoment rechts (MR) nicht anders sein, als das Drehmoment (ML) beim linken Rad, im Idealfall des reibungsfreien, offenen Differentials ist der Sperrwert = 0% und der TBR = 1.
Die allgemeinen Formeln lauten:
[Sperrwert, Wertebereich zwischen 0%...100%]
[Torque Bias Ratio, Wertebereich zwischen 1...]
Formeln zur Umrechnung zwischen beiden Werten:
Sperrwert bzw. TBR sind nur bei drehmomentfühlenden Sperren und bei Festwertsperren konstant.
Einfluss der Sperre auf das Fahrverhalten
Im Wesentlichen gibt es zwei Gründe eine Sperre in ein Fahrzeug einzubauen:
- In Geländefahrzeugen: Um die Traktion zu verbessern
- In sportlichen Fahrzeugen: Um das Handling zu verbessern, z.B. um höhere Kurvengrenzgeschwindigkeiten zu erreichen oder um den Geradeauslauf bei höheren Geschwindigkeiten zu stabilisieren.
Als Traktionsdifferentiale kommen 100%-Sperren (also Differentialsperren) und Visco-Kupplungen in Frage. Um das Handling zu verbessern, empfehlen sich drehmomentfühlende Sperren mit geringem Sperrwert.
In der Praxis werden immer häufiger Traktionskontrollen verbaut (z.B. ASC, ASR, ...) die mit dem elektronischen Selbsterhaltungsprogramm des Fahrzeuges (ESP, DSC, ...) geliefert werden. Diese Lösungen ahmen die Funktion des Sperrdifferentials nach, haben aber eine Reihe von Nachteilen: Diese Systeme ...
- schalten sich bei höheren Geschwindigeiten ab, sind also speziell in Sportwagen im typischen Fahrbetrieb nicht einsatzbereit
- bremsen Motorleistung weg, was bei schwerem Gelände oder im sportlichen Einsatz nachteilig ist
- sind von geringerer Regelgüte, als es ein Sperrdifferential.
Traktionskontrollen, die über einen Bremsen- und teilweise Motoreingriff (Leistungsdrosselung) funktionieren, sind zwar ein nutzliches Feature, können aber mit einem echten Sperrdifferential nicht mithalten.
www.arstechnica.de/auto/differential/index.html www.ArsTechnica.de