Differentialgetriebe
Bei einem Kraftfahrzeug, dem häufigsten Einsatzgebiet, ist ein Differential (oder auch Ausgleichsgetriebe) ein Getriebe zwischen den angetriebenen Rädern. Da die Räder einer Achse beim Fahren in einer Kurve unterschiedlich lange Wege zurücklegen, dürfen sie nicht starr miteinander verbunden werden.
Das Differential (erste Zeichnungen fertigte Leonardo da Vinci) besteht aus einem großen Tellerrad, einem Triebling und Kegelrädern. Der Triebling sitzt am Ende der Welle vom Getriebe, die meist eine Kardanwelle ist. Am Tellerrad ist die Glocke mit zwei oder drei Kegelrädern befestigt.
Bei Geradeausfahrt wird so die Drehung gleichmäßig auf beide Räder aufgeteilt. Wird ein Rad angehalten, so dreht sich das andere doppelt so schnell. Genauso wirkt es umgekehrt. Dreht ein Rad durch, so bleibt das andere stehen. Um das z.B. bei Schnee zu verhindern, gibt es eine manuell schaltbare oder automatische Differentialsperre. Bei den automatischen Sperren gibt es solche, die zu 100% sperren (d.h. beide Räder drehen gleich schnell) oder nur z.B. 70% (d.h. ein Rad erhält 70% des Drehmoments, das andere 30%). Eine Sonderbauform ist das Withworthdifferential, das automatisch eine 30% zu 70% Drehzahl- Drehmomentenaufteilung ermöglicht.
Besonders bei manuellen Sperren muss man darauf achten, dass man im gesperrten Zustand nur geradeaus fahren darf. Ein Lenkeinschlag kann entweder bei rutschigem Untergrund unwirksam bleiben oder bei wieder trockenen Untergrund kann es aufgrund der sich aufbauenden mechanischen Spannungen zu stark erhöhtem Verschleiß des Differentials und der Reifen kommen.
Bei Fahrzeugen, bei denen alle Räder angetrieben sind (Allradantrieb), ist dieser Ausgleich auch zwischen Vorder- und Hinterachse notwendig. In diesem Fall spricht man von einem Längs- oder Zentraldifferential.
Allgemeine Beschreibung
Ein Differentialgetriebe ist ein spezielles Planetengetriebe (auch als Drei-Wellen-Getriebe bekannt). Solche Planetengetriebe werden über ihre Standübersetzung i0 charakterisiert. Die Standübersetzung wird ermittelt, indem man den Planetenträger (im Falle des Achsdifferentials ist das der Differentialkorb = Gehäuse) festhält.
Achsdifferential
Wird das Differential als Achsdifferential verwendet, dann sorgt es für den Ausgleich zwischen zwei Rädern. In diesem Falle ist die Standübersetzung stets i0 = 1, d.h. wenn man den Differentialkorb (=Gehäuse des Differentials) festhält (z.B. Gang einlegen) und am linken Rad dreht, dann dreht sich das rechte Rad mit der gleichen Drehzahl, aber in entgegengesetzter Richtung.
Zentraldifferential/Verteilergetriebe/Längsdifferential
Zentraldifferentiale werden bei mehr als einer angetriebenen Achse benötigt, um die Leistung des Motors zwischen den Achsen aufzuteilen. Zentraldifferentiale können wie Achsdifferentiale beschaffen sein, so dass sie ebenfalls eine Standübersetzung von i0 = 1 haben, man spricht dann von einer Momentenaufteilung von 50:50 zwischen den Achsen.
Es ist aber auch möglich, dass Zentraldifferentiale andere Standübersetzungen haben, dann kann die Hinterachse mehr Antriebsmoment auf die Straße bringen, als die Vorderachse - beim Beschleunigen und in Steigungen ein großer Vorteil. Eine mögliche Verteilung wäre z.B. 35:65, d.h. wenn die Vorderachse 35% des Antriebsmomentes bekommt, dann kann die Hinterachse bis zu 65% übertragen.
Zentraldifferentiale werden gelegentlich als Stufenplanetensatz gebaut, falls sie aus baulichen Gründen nicht über den Steg angetrieben werden können.
abstrakte Beschreibung
Getriebe mit mindestens 3 Wellen, wobei zwischen den Drehzahlen der N Wellen ein mathematischer Zusammenhang besteht wie folgt:
a1o1 + a2o2.... + aNoN = 0
Die Parameter a1...aN sind durch die Bauart des Getriebes festgelegt, die Variablen o1...oN bezeichnen die Drehzahlen der Wellen. Ein Differenzialgetriebe kann also mehrere Drehzahlen addieren und subtrahieren und jeweils mit einem Vorfaktor versehen.
