Differentialsperre im 2WD

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Lamellen-Sperrdifferential

Der 2WD-T3 mit Handschaltgetriebe ist als Sonderausstattung M220 mit einem Lamellen-Sperrdifferential mit einem Sperrfaktor von ca. 40% ausgerüstet worden. Diese war schon beim T2 lieferbar. Es hat lange Tradition bei VW, denn derartiges war auch im T1, VW 181, Käfer usw. als Sonderausstattung verbaut. Schon in den 1940ern mit anderem Funktionsprinzip mit Gleitsteinen im Käfig wurde ein selbstsperrendes Differential im 2WD-Typ 81 (Kübelwagen) und Schwimmwagen Typ 166 eingesetzt. Ein derartiges Sperrdifferential hat den Vorteil, dass auf glatter oder schmieriger Fahrbahn nicht nur ein Rad durchdreht und kein Vortrieb mehr übertragen wird.

Problemstellung

In einem normalen Ausgleichsgetriebe - genannt Differential - wird das eingeleitete Drehmoment über den Differentialkorb an die Ausgleichskegelräder weitergegeben. Diese wiederum leiten ein gleich großes Drehmoment auf die linke und rechte Treibachse. Wenn jetzt einseitig die Bodenhaftung schlecht ist und das auf die Treibräder übertragene Drehmoment von einem Rad nicht aufgenommen werden kann, so wird sich dieses Rad zu beschleunigen beginnen. Es dreht durch oder „spinnt". Hierdurch wird das Motordrehmoment zum großen Teil dafür aufgebraucht, die Räder und Wellen des Schaltgetriebes, die Kardanwelle. das Differential, eine Radachse und das durchdrehende Rad zu beschleunigen. Kommt jetzt das so beschleunigte Rad wieder auf festen Boden. so erfährt es eine ruckartige Verzögerung, wodurch ein Drehmomentstoß über die Ausgleichskegelräder auf das zweite Treibrad übertragen wird. Dieses Verhalten birgt bei hoher Geschwindigkeit eine große Gefahr in sich: Das Fahrzeug kann ins Schleudern kommen.

Ein ähnliches Verhalten kann auftreten, wenn ein leistungsstarkes Fahrzeug auf ebener Fahrbahn mit hoher Geschwindigkeit bei starkem Regen fährt, da hierbei durch eine Wasserkeilbildung der Antrieb nicht gleichmäßig auf beide Treibräder erfolgt. Auch beim Anfahren wirken sich ungleiche Bodenverhältnisse sehr nachteilig aus, wenn das Fahrzeug nur mit einem normalen Ausgleichsgetriebe ausgerüstet ist. Das Einsinken eines Treibrades auf sandigem Boden oder schlammigem Untergrund ist eine Erscheinung, die jeder kennt und doch nicht erleben möchte. Um solche Situationen zu vermeiden, wurden Differentialgetriebe entwickelt, die gegenüber einseitigen Drehzahlerhöhungen an den Treibachsen eine bremsende Wirkung haben. Sie werden Selbstsperrdifferentiale genannt.

Nachteile

Wenn auf glatter Fahrbahn beide Räder der angetriebenen Achse aufgrund des Sperreffektes durchdrehen verliert die Achse komplett die Seitenführung, was bei unangepasster Fahrweise beschleunigt zum Schleudern führen kann. Auf seitlich geneigter Fahrbahn rutscht die Achse bei Durchdrehen der Räder in Richtung der Neigung ab. Das Lenkgefühl in engen Kurven kann etwas "steifer" sein.

Bauweise

40%-Sperre

Das Tellerrad wird mit Schrauben auf dem Korb des Sperrdifferentials befestigt. Die Bohrung des Differentialkorbs ist mit Längsnuten versehen, die zur Aufnahme der beiden Druckringe und der Außenlamellen dienen. Diese Teile haben am Außendurchmesser Mitnehmerlappen. die in die Nuten des Differentialkorbs eingreifen und nur eine axiale Bewegung zulassen. Die Innenlamellen, die jeweils zwischen den Außenlamellen angeordnet sind, sitzen mit ihrer Mitnahmeverzahnung auf den Achskegelrädern. Die Druckringe haben an ihren innenliegenden Stirnflächen keilförmige Ausfräsungen, diese haben die Aufgabe, die Differentialachsen aufzunehmen, deren Enden ebenfalls mit solchen schrägen Flächen ausgerüstet sind. Auf die Differentialachsen sind je zwei Ausgleichskegelräder gesteckt, die im Zahneingriff mit den Achskegelrädern stehen.

Funktion

Die Sperrwirkung beruht auf der inneren Reibung des Differentials. Sie wird von zwei im Differentialkorb symmetrisch angeordneten Lamellenbremsen erzeugt. - Bei einem normalen Differential kann man am hochgebockten Fahrzeug und bei laufendem Motor - Gang eingelegt -das eine Rad ohne nennenswerten Widerstand abbremsen oder festhalten (Vorsicht Verletzungsgefahr). Das andere Rad dreht sich dann entsprechend schneller. Beim Selbstsperrdifferential wird dieser Vorgang durch die Lamellenbremsen erschwert, und zwar um so stärker, je größer das Antriebsmoment ist. Diese Eigenschaft beruht darauf, dass das am Differentialkorb eingeleitete Drehmoment nicht, wie bei normalen Ausgleichsgetrieben, direkt auf die Differentialachsen übertragen wird, sondern über zwei Druckringe,die drehfest, aber axial verschiebbar im Korb angeordnet sind. Die Berührungsflächen zwischen den Differentialachsen und den Druckringen sind Schrägflächen. Durch die Reaktionskräfte, die beim Übertragen eines Drehmomentes auftreten, ergeben sich an diesen Schrägflächen axiale Spreizkräfte. Dadurch wird eine erhöhte Pressung an den vorgespannten Lamellen erzeugt. Da die Außenlamellen drehfest mit dem Differentialkorb und die Innenlamellen drehfest mit den Achskegelrädern verbunden sind, wird somit eine Relativdrehung der Achswellen zum Differentialkorb erschwert.

Das System hat 2 wesentliche Vorzüge vereinigt: Erstens wird ein konstantes Sperrmoment durch die axiale Vorspannung der Lamellen erzeugt, damit auch bei äußerst ungünstigen Fahrbedingungen sofort eine Sperrwirkung vorhanden ist. Dies wirkt sich z. B. dann sehr vorteilhaft aus, wenn die Bodenhaftung des einen Antriebsrades äußerst gering ist. Zweitens wird durch die an den Schrägflächen auftretenden Spreizkräfte, in den Lamellen-Kupplungen ein lastabhängiges Sperrmoment erzeugt, das immer in einem gleichbleibenden Verhältnis zum Eingangsdrehmoment steht. Die Sperrwirkung passt sich also dem veränderlichen Motordrehmoment, als auch der Drehmomentsteigerung in den einzelnen Gangstufen an. Dieser Vorzug wirkt sich besonders im schweren Geländeeinsatz aus, wenn große Drehmomente übertragen werden müssen.

(Quelle abschnittsweise: Eine Unterlage von ZF-Friedrichshafen)

Schmierung

Lamellen-Sperrdifferentiale benötigen wegen der Gleit- und Reibungsfunktionen an den Lamellen spezielle Schmieröle. Wird das nicht beachtet, kommt es zu deutlich veränderter/verringerter Sperrwirkung und Ruckeln. Auch der Verschleiß kann zunehmen. Es werden deshalb Getriebeöle der Spezifikation GL4 mit Limited-Slip-Zusätzen (LS) eingesetzt. VW schreibt Spezialöl nach Ford-Spezifikation M 2 C 104 A der Viskosität SAE 80 oder SAE 80-W90 in den Technischen Unterlagen zum T3 vor. GL5-Öle mit LS-Zusätzen sind mit Vorsicht im Transaxle-Getriebe zu sehen, da diese Öle Buntmetalle der Synchronisierung usw. sowie Dichtungen angreifen können.

Schaltbare Sperre

In die Getriebe des T3 kann, wenn der Anguss am Gehäuse vorhanden ist, auch die schaltbare Sperre des T3-Syncro eingebaut werden. Sollte dieser Anguss nicht vorhanden sein, dann geht das nur unter Gehäusetausch. Siehe dazu auch Differenzialsperren. Eine derartige Ausrüstung wurde von VW nicht angeboten.

Torsen-Differential

In den USA gibt es Anbieter für ein Differential, das nach dem Torsen-Prinzip arbeitet (http://www.peloquins.com [Typ 091] oder z.B. bei smallcar.com https://smallcar.com/vanagon/vanagon-differential-torque-biasing-limited-slip.html). Dieses Differential ist auch für Fahrzeuge mit Automatikgetriebe verfügbar und kann wahlweise mit 40% oder 80% Sperrwirkung geliefert werden.

Getriebeöle für die Verwendung im Getriebe mit Lamellen-Sperrdifferential

Hier ist eine Zusammenstellung von Ölen, die für die Verwendung im Getriebe mit Lamellensperrdifferential geeignet scheinen.

Die Spezifikation Ford M2C104A bzw. VW M2C104A bedeutet Limited Slip (=LS). Ein Getriebeöl sollte mindestens das in der Bezeichnung oder Beschreibung haben. Genau ist das bei Ford so beschrieben: SAE 90 mechanical gear oil with EP additive and friction modifier.

Ich musste auch suchen, damit ich mein repariertes Getriebe füllen konnte:

In dieser Gruppe ist die Ford M2C104-A eindeutig genannt:

BP Energear Limslip 90 SAE 85W-90 (Energear LS 90)

AGRONIL Hypoid-Getriebeöl LS 80W/90

Calpam - Gear Oil LS90

SRS Wiolin RSH SAE 85W-90

TOTAL DYNATRANS DA 80W90

Ellmo-Hypoid LS 80W-90

Fuchs TITAN GEAR LS 90

Tectrol Multigear LS 90 (verfügbar z.B. bei BAYWA in Bayern, ich habe für 5 L 22,76 € bezahlt)

Castrol Syntrax 80W-140

OELBARON GETRIEBEÖL 90 LS GL5

Grund Aviaticon Hypoid LS 90

Valvoline HP GEAR LS90

STRUB Getriebeoel LSD 75W/90, 85W/90, 90 (speziell interessant für Schweiz)

TRACTELF BLS 90 (speziell interessant für Frankreich)

Ellmo-Hypoid LS 80W-90

EVVA GETRIEBEÖL LS 90 (speziell interessant für Österreich)

TEVIER® Getriebeöl SAE 90 LS (speziell interessant für Österreich)

EP Gear Oil GL5 (interessant für Australien)


Dieses Öl ist geeignet nach Ölherstellerangabe:

Castrol SAF-XJ (laut Castrol-Verwendungsliste) neuer Produktname Castrol Syntrax Limited Slip 75W-140


Die folgende Gruppe nennt Öle, die teils früher im Datenblatt die Ford M2C104-A nannten oder GL5-Öle mit LS-Zusatz sind. Diese würde ich nur einsetzen, wenn keine Öle der obigen Liste verfügbar sind.

(Aral Degol 3216 anscheinend nicht mehr verfügbar - Reach?)

Shell Spirax A 90 LS SAE 90

Mobilube SHC LS 75W-90

Liqui-moly Hypoidgetriebeöl (GL5) LS SAE 85W-90

(Valvoline - DuraBlend Getriebeöl LS75W-90 GL5LS Verfügbarkeit fraglich)

Rasanta SDL GL 5 LS SAE 80W-90

ADDINOL GETRIEBEÖL GH 80 W 90 LS

RAVENOL LS 75W-90

Agip ROTRA MP/S 85W-90

FINA PONTONIC LS 80W-90

AVIA HYPOID 90 LS

RAVENOL Sperrdifferential-Hypoid-Getriebeöl LS 90

Fuchs Titan Sintopoid LS 75W90 (entspricht VW G50/G51)

DIVINOL Hypoid-Getriebeöl LS SAE 80

DIVINOL Hypoid-Getriebeöl LS 85W-90

DIVINOL Hypoid-Getriebeöl LS SAE 90

Rowe Hightec Topgear SAE 75W-90 HC-LS

Bei einzelnen GL5-Ölen mit LS-Zusätzen gibt es teilweise den Hinweis, das sie nicht für Schaltgetriebe verwendet werden sollen. Ich habe versucht, solche auszusortieren. Ursache ist, dass einige GL5-Öle Buntmetalle der Synchronringe usw. angreifen.

Vor Verwendung von Ölen sollte man die Datenblätter ergooglen und sich ev. dann entscheiden. Hilfreich wären auch Herstellerempfehlungslisten.

Eine allgemeine Anmerkung zu den SAE 90 Ölen. Diese führen in kühleren Jahreszeiten im kalten Zustand insbesondere bei den 5-Gang-Getrieben im kalten Zustand zu einer deutlichen Schwergängigkeit des Schaltvorganges beim Wechsel vom 1. in den 2. Gang. Diese ist allerdings selbst im Winter nach wenigen 100 Metern und der damit bedingten Ölerwärmung beseitigt. Wer auch unter - 20°C fahren will, sollte aber unbedingt ein SAE 80 oder gar SAE 75W xxx verwenden.