Differenzial

Differenzial

Ausgleichende Gerechtigkeit

Autos haben bis zu drei Stück davon, Motorräder jedoch keins. AUTO BILD sagt, warum das so ist und wie das Differenzial funktioniert.
Alles am Auto ist Physik. Und manchmal kommt noch Geometrie dazu. Dass die zu Schwierigkeiten führen kann, mussten die Pioniere der Motorisierung schon ziemlich bald lernen. Eines der Probleme nannte sich Kurvenfahrt.

Was bereitet dem Differenzial Probleme?

Am eigentlichen Differenzial sind Probleme so gut wie unbekannt. Was vorkommt, sind Gewaltbrüche etwa des Korbs oder ein Abriss des großen Tellerrades durch Fehlbedienung, wie etwa ungeschickte Driftversuche. Problematisch ist Ölverlust bei Hecktrieblern, der lange unbemerkt bleibt und wegen der geringen Ölmenge dann tödlich für das Tellerrad und sein Antriebsritzel ist. Bei Fronttrieblern arbeitet das Differenzial von wenigen Ausnahmen abgesehen im Öl des Schaltgetriebes, wo Ölverlust meist früher auffällt und wegen der größeren Menge nicht sofort zur Mangelschmierung führt.
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Reparaturen sind teuer

Ölverlust verursachen vor allem defekte Wellendichtringe, die lassen sich jedoch ohne Ausbau des Ausgleichsgetriebes von außen tauschen. Pro Stück kann man inklusive Einbau mit 120 Euro rechnen, das gilt auch für Fronttriebler. Doch Obacht: Bei manchen Modellen – BMW, Mercedes – muss beim Erneuern des Dichtrings am Kardanwellenanschluss dieser mit einer neuen Spannbuchse montiert und mit einer vorgegebenen Anzugsmethode festgezogen werden. Kostenpunkt in der Werkstatt: ca. 600 bis 800 Euro. Hobbyschrauber, die meinen, auf diesen Aufwand verzichten zu können, müssen anschließend mit heulenden Geräuschen leben. Oder ein Austauschdifferenzial einbauen, das für rund 2000 Euro zu haben ist. Das empfiehlt sich auch für den unwahrscheinlichen Fall eines kompletten Zahnradsalats, wobei in diesem Fall aber oft auch Autoverwerter mit einem kompletten gebrauchten Differenzial helfen können.

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Warum braucht man ein Differenzial?

Bei Pferdekutschen war das Problem nie aufgefallen, erst die Antriebsachsen der ersten Autos wiesen rubbelnd und radierend darauf hin: In Kurven legen die Räder einer Achse unterschiedlich lange Wege zurück. Das kurvenäußere einen längeren als das -innere. Sind beide starr miteinander verbunden, führt das zwangsläufig zum Klemmen in der Kurve und hohem Profilverlust an den Reifen. Ganz Schlaue sagten sich deshalb: Treiben wir eben nur eines der Räder an. Funktionierte aber auf den damals üblicherweise ungeteerten Straßen nicht so wirklich. Andere setzten aus diesem Grund auf Dreiräder, mit einem einzelnen Antriebsrad. Der Morgan Threewheeler ist so ein Beispiel. Die Mehrzahl der Konstrukteure sah allerdings ein, dass es nicht ohne ein spezielles, kostspieliges Getriebe zwischen den Rädern gehen würde, das die Weg- und damit Drehzahlunterschiede zwischen den Antriebsrädern ausgleichen konnte – das Ausgleichsgetriebe. Wirklich neu war die Erfindung nicht, bereits Leonardo da Vinci (1452 - 1519) hatte sich Gedanken über diese damals eigentlich noch nicht vorhandene Problematik gemacht und ein Räder-Umlaufgetriebe ersonnen, mit dem sich die Drehzahl-Differenzen ausgleichen ließen.

Wie funktioniert das Differenzial?

Hier sieht man ein selbstsperrendes Mittendifferenzial eines Audi RS 7 Sportback.

©Audi

Differenziale im Kfz-Bereich arbeiten üblicherweise als Kegelrad-Umlaufgetriebe. Nun stelle man sich vier kegelförmige Zahnräder vor, die ein Quadrat bilden (oder ein Rechteck, bei dem je zwei gegenüberliegende gleich groß sind) und alle miteinander im Eingriff stehen. Zwei sich parallel zur Fahrtrichtung gegenüberliegende Treibräder sind mit den Antriebsrädern verbunden, die beiden quer zur Fahrtrichtung frei drehbaren Losräder in einem Rahmen, dem Umlaufradträger, gelagert. Dreht man nun an einem Rad, bewegt sich das andere in entgegengesetzter Richtung. Hält man dieses aber fest, dreht sich der gesamte Umlaufradträger. Beim Fahren ist es tatsächlich aber genau andersrum: Der Umlaufradträger – kurz Korb oder Käfig – besitzt außen herum ein großes Zahnrad – das Tellerrad – an dem die Motorkraft angreift und ihn in Drehung versetzt, und zwar mitsamt dem Quadrat aus Kegelrädern darin. Die Losräder in diesem sich drehenden Korb rotieren selber aber nicht, sondern nehmen nur die Treibräder mit und treiben so die Antriebsräder an. Das ist der Zustand bei Geradeausfahrt. Wenn der Fahrer nun das Lenkrad einschlägt und eine Kurve fährt, kommt Bewegung in die Sache. Denn nun müssen die Antriebsräder wie oben beschrieben unterschiedliche Wege zurücklegen. Das kurveninnere Rad wird etwas langsamer gegenüber dem Korb, das mit ihm verbundene Treibrad dreht nun die beiden Losräder, die beschleunigen wiederum das kurvenäußere und in Summe bleibt die Drehzahl des Korbs und damit die Fahrgeschwindigkeit gleich.

Es gibt auch elektrisch zuschaltbare Differenzialsperren, wie beispielsweise beim Mercedes G 350 d.

©Mercedes-Benz

Doch keine Erfindung ohne Nachteil: Dreht beispielsweise ein Rad bei Glätte durch, bleibt das andere einfach stehen und überträgt keine Kraft mehr. Deshalb gibt es bei Ackerschleppern und ähnlichen Fahrzeugen eine Differenzialsperre. Die beiden Losräder werden damit blockiert, der Drehzahlausgleich gestoppt und beide Räder drehen wieder gleichmäßig. Als die Autos stärker wurden und manche Probleme beim Beschleunigen bekamen, weil immer ein Rad durchging, hieß das Gegenmittel Selbstsperrdifferenzial. Eine Lamellenkupplung zwischen beiden Treibrädern verhinderte unkontrolliertes Durchdrehen eines Rades und leitete immer einen gewissen Prozentsatz der Kraft zum anderen, meistens zwischen 25 und 75 Prozent. Und seit etwa 20 Jahren wird diese Funktion vom Elektronischen Stabilitäts-Programm (ESP) übernommen, das ein leicht durchdrehendes Rad mit der Bremse zur Ruhe bringt und im Extremfall auch die Motorleistung drosselt. Aber welche Fahrzeuge haben nun drei Differenziale? Antwort: Allradler! Denn das Gesetz der unterschiedlichen Wege in der Kurve gilt selbstverständlich für beide Achsen. Und wenn der Allradantrieb permanent erfolgt und nicht nur in Teilzeit arbeitet, muss auch ein Drehzahlunterschied zwischen den Achsen ausgeglichen werden. Dieses Zentraldifferenzial ist dann das dritte im Bunde.

Autor: Hendrik Dieckmann

Fotos: Audi

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