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Antriebsstrang


Kupplungen


Verteilgetriebe


Gelenkwellen

Die Physik von Kreuzgelenken und Gelenkwellen ist in diesem Dokument von Elbe GmbH sehr anschaulich und ziemlich detailliert erklärt.

Bild: Elbe GmbH


Differentiale und Differentialsperren

Dieser ausgezeichnete Film von 1937 leitet auf sehr anschauliche Weise die Elemente und Funktionsweise des Differentials her (ab 1:50). An der Physik hat sich seit da nichts verändert.

Dieses Video zeigt computeranimiert die Funktionsweise eines modernen Differentials.

Ein Ausgleich zwischen den Rädern ist zwingend nötig, um überhaupt Kurven fahren zu können. Dies geschieht mit Differentialen. Ein Differential ohne Sperrwirkung oder vergleichbarem nennt man

Offenes Differential

Es sorgt für den nötigen Drehzahlausgleich der beiden Halbwellen links und rechts des Differentials. Aber gerade im Gelände ist dieser Ausgleich oft unerwünscht, weil die Antriebskraft auf das Rad übertragen wird, dass weniger Haltemoment, also Gripp auf weist. Das Resultat, das Rad auf rutschigem Untergrund dreht durch, dieses das gut Gripp bieten würde steht still und wir bleiben Stecken. Auch bei einer steilen Abfahrt (Schubbetrieb) sind Differentialsperrn vorteilhaft, um ein ungewolltes Beschleunigen des Fahrzeug zu verhindern. Trotzdem, auch mit einem allradgetriebenesn Reisefahrzeug ohne Sperren oder vergleichbarem, kommt man erstaunlich weit. Erst bei stark verworfenem oder sehr rutschigem Gelände kommt man an Grenzen.

Sperrdifferentiale

Sperrdifferentiale bieten eine kompromisslose 100% Sperrwirkung. Einmal aktiviert ist damit so gut wie nur-Geradeausfahrt möglich. Sie müssten im richtigen Moment aktiviert werden, was vorausschauendes Fahren, eine freie Hand und ein Blick und Griff ans Armaturenbrett erfordert. Bis die manuelle Sperre einrastet, braucht es je nach Verzahnung, etwa eine Achtel bis eine Viertel-Umdrehung, bei 255/100R16 also eine Strecke von 40 cm bis 80 cm. Einmal eigerückt müssen die Hinterräder ohne Verspannung sein, damit die Sperre wieder ausrückt. Problematisch, wenn nach dem Hindernis gleich eine Kurve folgt. Die Sperre bleibt drinnen und unser Wendekreis wird riesig! Normal werden Sperrdifferentiale nur an der Hinterachse eingesetzt. Vorne bringen sie zwar noch ein klein wenig mehr Vortrieb, "blokieren" die Lenkung aber sehr stark und sind in den meisten Fällen kontraproduktiv. Die Funktion ist bei Schub- wie Zugbetrieb die gleiche.


Selbstsperrende Torsen-Differentiale

Sie verrichten ihre Arbeit ohne ein Zutun des Fahrers, der Blick bleibt auf dem Gelände und man muss sich um nichts kümmern. Torsen-Differentiale haben eine gute "Sperrwirkung" wobei die Bezeichnung "Sperren" eigentlich nicht korrekt ist. Denn das geniale an Torsen-Differentiale ist, dass sie das Drehmoment unter den beiden Rädern aufteilen. Dabei erhält das langsamer drehende Rad (das mit mehr Traktion) mehr Drehmoment als das schneller drehende, durchdrehende Rad. Die maximale Kraftverteilung ist, je nach Konstruktion, bis 1:3,5. Das Rad mit besserer Traktion erhält bis zu 3,5 mal mehr Drehmoment als das mit schlechterer Traktion. Ist ein Rad völlig abgehoben, hat also keine Bremswirkung auf das Differential, bleibt ein Torsen-Differential wirkungslos. Das Rad mit Bodenkontakt bleibt stehen, das ohne Bodenkontakt dreht durch. Dies kann durch ein leichtes betätigen der Fussbremse kompensiert werden! Torsen-Differentiale können an Hinter- wie auch Vorderachsen eingesetzt werden und sorgen so für eine sehr gute Traktion im Gelände.
 
Im Schubbetrieb wird der Kraftschluss im Antriebsstrang umgedreht, das Rad mit der höheren Drehzahl wird maximal um den Faktor 3,5 stärker eingebremst als das mit der geringeren Drehzahl.

Selbstsperrende Differentiale mit Reibungskupplungen (LSD)

Dies ist eine Differentialsperre, die die beiden Räder nicht zu 100% sperrt, sondern nur zu einem bestimmten Prozentsatz (meist um 50%) Die beiden Abtriebswellen werden mit Hilfe von Reibungskupplungen schleifend mit dem Differentialkorb verbunden. Die mit Federn erzeugte Anpresskraft ist konstant, jedes Rad erhält ein Antriebsmoment wenn das Andere durchdreht. Diese Verbindung besteht immer, was Kurvenfahren etwas behindert. Sie haben eine Abnutzung und ihre Leistung lässt mit der Zeit nach.

Es gibt als Weiterentwicklung das "Drehzahl fühlende Lamellen Sperrdifferential" und andere Unterarten, welche den grössten Nachteil, konstante Verbindung mit fester Sperrwirkung, mehr oder weniger erfolgreich zu Mindern oder Umgehen versuchen. Aber man erkauft sich dies mit dem Nachteil, dass sie einen Drehzahlunterschied (je nach Auslegung um 5 bis 8 Km/h) zwischen den Rädern brauchen. In schwerem Gelände ist das unsinnig! LSD-Differentiale mit sinnvoller Sperrwirkung können nur an Hinterachsen eingesetzt werden. Die Funktion ist bei Schub- wie Zugbetrieb die gleiche.

Elektronische Traktionskontrollen

Eigentlich ist die ETC (oder wie auch immer sie abgekürzt wird) nichts weiter als ein "umgedrehtes ABS" und nutzt dessen Komponenten. Da ABS sowieso in allen neueren Fahrzeugen verbaut wird, ist die elektronische Traktionskontrolle eine günstig und einfach zu realisierende Softwarelösung um dem nur bescheiden geländegängigen SUV in der Theorie (und den Werbeprospekten) etwas auf die Beine zu helfen.

Elektronische Traktionskontrollen sind gut geeignet für die Fahrt auf Kiesstrassen oder verschneiten Wegen. Im schweren Gelände sind sie unbrauchbar. Sie brauchen einen Drehzahlunterschied zwischen den Rädern um aktiv zu werden. Er liegt, je nach Auslegung, zwischen 5 und 7 Km/h *. Wenn in verworfenem Gelände ein Rad den Bodenkontakt verliert, muss dieser Drehzahlunterschied durch Gas geben erst erzeugt werden. Wird sie aktiviert, kriegen wir Vortrieb, wir "hüpfen" vorwärts! Der Einsatz von ETC ist aber auch von unnötigen Bremseingriffen begleitet! Im Steilanstieg mit rutschigem Untergrund (Sanddünen, steile Kieswege, Böschungen) verlieren die Räder immer wieder kurz die Traktion und drehen etwas durch. Durch das Abbremsen des Rades durch die ETC verlieren wir Vortrieb und können im Anstieg stehen bleiben! Bei der Fahrt auf Sandpisten dreht immer mal ein Rad ein wenig durch. Durch die ständigen ETC-Eingriffe werden Bremsscheiben überhitzt und Bremsbeläge unnötig abradiert. Diese Nachteile sorgen dafür, dass eine ETC im Gegensatz zum ABS, beim Gelände-Reisefahrzeug abschaltbar sein MUSS! Im Schubbetrieb funktioniert ETC nicht!

* Es gibt Systeme, wo die Drehzahldifferenz tiefer eingestellt werden kann, meist versehen mit werbewirksamen Bezeichnungen. (z.B. Terrain Response System bei Landrover) Sie liegt dann um 3 - 5 Km/h herum. Das ist einerseits immer noch recht hoch und andererseits wird die Anzahl unnötiger Eingriffe dadurch deutlich höher. Zudem muss sich dieser Modus zwingend bei etwas höherer Geschwindigkeit ausschalten, da es sonst zu Bremseingriff bei Kurvenfahrt kommtAuch das sind nur softwareseitige "Verbesserungen" um dem Fahrzeug ohne nennenswerten Aufwand, zu mehr theoretischer Geländegängigkeit zu verhelfen.

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