Was ist eine Differentialsperre?

Eine Differentialsperre kann sehr nützlich sein. Zum Beispiel um im Gelände oder auf unebenen sowie nachgebenden Strecken nicht an Traktion und Bodenhaftung zu verlieren. Wer sich schon einmal mit dem Sperrdifferential begnügen durfte, weiß die Vorteile sicherlich zu schätzen. Aber was hat es damit auf sich und wie funktioniert die Differentialsperre eigentlich genau? Wir klären auf!

Das Differentialgetriebe als Basis

Um zu verstehen, was eine Differentialsperre ist, müssen wir uns erst einmal die Funktion und den Aufbau eines Differentials anschauen. Die Basis einer jeden Antriebsachse im Fahrzeug ist mitunter ein Differentialgetriebe, auch „Ausgleichsgetriebe“ genannt. Dieses sorgt grundsätzlich dafür, dass sich beide Räder unterschiedlich schnell drehen können und nicht direkt miteinander verbunden sind. Das ist überaus wichtig, wenn ein Fahrzeug beispielsweise Kurven fährt. Denn hier dreht sich das kurvenäußere Rad schneller als das innere, da der äußere Reifen auch eine längere Strecke zurücklegen muss.

Folgendes Video verdeutlicht die Idee und die mechanischen Eigenschaften eines Differentials in vereinfachter Weise und sehr genau.

Würden beide Räder direkt miteinander verbunden sein, sich also gleich schnell drehen und dabei aber unterschiedliche Strecken zurücklegen, würde das äußere „schnellere“ Rad durchdrehen und schlupfen – das kann auf festen Strecken und Straßen sehr gefährlich werden. Letztendlich bestimmt nämlich das Rad mit dem größten Schlupf (also der geringsten Haftung bzw. dem geringsten Grip) das auf die Achse übertragbare Drehmoment.

Um diesem – scheinbar negativen – Effekt entgegenzuwirken, sind in jedem Fahrzeug Differentialgetriebe eingebaut, die durch die dynamische Anordnung von Zahnrädern eine jeweils unterschiedliche Geschwindigkeit beider Räder ermöglichen.

Was ist eine Differentialsperre?

Eine Differentialsperre verhindert eine unterschiedliche Geschwindigkeit beider Räder und bewirkt exakt den gegenteiligen Effekt, welcher durch ein Differential gegeben ist. Denn auch wenn das Differentialgetriebe ein großer Vorteil sein mag, so kann dieses in einigen Situationen auch zu Nachteilen führen: Auf unebenem Boden und bei nicht festen Straßen (Gelände, Matsch, Wiesen, Schnee, Eis, etc.) würden viele Räder aufgrund des Differentialgetriebes einfach durchdrehen und stehen bleiben.

Wenn eines der Räder beispielsweise im Schlamm feststeckt und durchdreht, kann das andere Rad einfach stehen bleiben und sich keinen Meter bewegen. Das hat zur Folge, dass das Fahrzeug gar nicht mehr vom Fleck kommt.

Sichere Abhilfe durch Differentialsperre

Damit die genannte Problematik nicht zum Tragen kommt, verwenden manche Fahrzeugtypen Ausgleichsgetriebe mit einer möglichen Sperrwirkung, die ebenfalls als Sperrdifferential oder Differentialsperre bezeichnet werden. Die Idee dahinter: Über die Sperrwirkung wird das Achsgetriebe von vorn herein „bevormundet“, sodass eines der zwei Achsräder immer ein größeres Drehmoment erfährt als das andere.

Ursprünglich bekannt ist dieses Verfahren aus dem Segment der Geländefahrzeuge, bei denen einzelne Räder gelegentlich die Bodenhaftung verlieren und die anderen mit verbleibender Haftung entsprechend den 100-prozentigen Schlupf kompensieren müssen. Insbesondere im Offroad-Bereich kommt eine Differentialsperre auch zur Momentenverteilung bei Allradantrieben zwischen den beiden Antriebsachsen zum Einsatz, welches dann als Mittendifferential unmittelbar hinter dem normalen Wechselgetriebe (Handschaltung, Automatik) verbaut wird.

Doch nicht nur Offroad-Modelle profitieren von einer möglichen Sperrwirkung, dieses Prinzip wird mehr und mehr auch bei Sportwagen verwendet – nicht selten auch in Verbindung mit Allradantrieb (bspw. bei Audis quattro-Antrieb). Die Art und Weise, wie das Sperrdifferential auf einer Achse arbeitet, lässt sich prinzipiell in vier Ausprägungen unterscheiden.

Sperrdifferential: Verschiedene Typen

• Drehmomentfühlendes Sperrdifferential: Hier wird abhängig vom Rad mit dem größten Schlupf sein x-faches Drehmoment auf das Rad mit dem kleineren Schlupf geführt
• Drehzahlfühlende Differentialsperre: Hier richtet sich die Sperrwirkung nach der Differenz der Drehzahlen beider Räder einer Achse. Je größer der Unterschied ausfällt, desto größer wird die Sperrwirkung. Das heißt, dass umso mehr Moment auf das gripstärkere Rad gelenkt wird.
• Sperrdifferential mit Festwertsperre: Hier definiert man die Sperrwirkung eines Differentials vor, z. B. bei horizontaler Schräglage des Fahrzeugs im Gelände und folglich ungleichmäßiger Lastenverteilung zwischen linker und rechter Spur. Zu beachten ist hier, dass man die Sperrwirkung für jede Fahrsituation neu bestimmen muss. Ansonsten entsteht ein ungewollter Verschleiss sowie ein unsicheres Verhalten des Fahrzeuges.
• Elektronisch gesteuerte Differentialsperre: Diese Form wird von einem elektronischen Sensor zur Fahrdynamik aus beeinflusst, beispielsweise bei drohender Querbeschleunigung. Sie ist bisweilen die modernste von allen, aber auch die flexibelste. Aus eben diesem Grunde bauen professionellen Fahrzeugtunern sie in sportlichen Serienfahrzeugen ein.

Wie lässt sich die Differentialsperre testen?

Um die Funktion des Sperrdifferentials überprüfen zu können, eignet sich folgendes Vorgehen:

• Mit gerader Radstellung auf einem unbefahrenen Weg fahren
• Die beiden linken Räder sollten auf Asphalt (bzw. einem ähnlichen Boden ohne Schlupfwirkung) fahren. Die beiden rechten Räder auf einer glatten und rutschigen Oberfläche (z.B. Schnee, Eis, Matsch oder eine nasse Wiese)
• Wenn die Differentialsperre nicht vorhanden ist und man nun Gas gibt, sollten die rechten Räder durchdrehen. Das Linke dagegen sich kaum bewegen. Das Fahrzeug würde sich nur schlecht von der Stelle bewegen lassen.
• Ein Sperrdifferential erkennt dieses Dilemma. Diese greift in einer solchen Situation durch eine sinnvolle Sperrwirkung so ein, dass das linke Rad dominiert wird. Das passiert solange, bis auf der rechten Spur kein Grip besteht. Da die Räder sich in diesem Fall mit gleicher Geschwindigkeit bewegen und das Fahrzeug von der linken Radseite her angetrieben wird (welche auf festem Untergrund steht), kann sich das Auto problemlos fortbewegen.