Vergleich: Lamellensperre, Torsen-Prinzip, eLSD

Die klassische Lamellensperre:

Das Funktionsprinzip der Lamellensperre wird bei BMW nun schon seit den 1950er Jahren in heckgetriebenen Fahrzeugen verbaut. Der Aufbau und die bewährte Funktionsweise, haben sich in den vielen Jahrzehnten kaum verändert.

Funktionsprinzip (vereinfachte Erklärung): Im Sperrkörper des Lamellensperrdifferentials befinden sich je nach gewähltem Setup mehrere Kupplungspakete pro Radseite. Wird nun von Antriebstrang Drehmoment eingelastet, werden diese Lamellen durch eine Rampenmechanik zusammen gedrückt.  Durch die dabei entstehende Gleitreibung zwischen den Lamellenpaketen, wird einer Drehzahldifferenz der beiden Antriebsräder entgegengewirkt. Die Sperrwirkung erhöht sich in Abhängigkeit zum vom Motor eingebrachten Drehmoment.

Die Vorspannung: Mit der vorgegebenen Vorspannung der Lamellenpakete wird das Ansprechverhalten der Sperre beim Lastwechsel beeinflusst. Oftmals werden die oben beschriebenen Lamellenpakete durch Tellerfedern vorgespannt, wodurch sich  (auch ohne eingebrachtes Drehmoment) eine zwar sehr geringe, aber konstante Sperrwirkung der Sperre festlegen lässt. Dies hat den Vorteil, dass z.B. auf Glatteis oder auf matschigen Feldwegen, wo bei einem durchdrehenden Rad, dem Sperrmechanismus wenig bis gar kein Drehmoment entgegen gebracht werden kann, immer eine gewisse Sperrwirkung vorhanden ist. Zu versuchen Drehmoment aus dem Antriebsstrang einzuleiten würde auch in diesem Falle nichts bringen, den wo kein Drehmoment entgegenwirkt, kann auch kein Drehmoment eingebracht werden.

Ein weiterer Vorteil der Vorspannung ist, dass die Sperrwirkung z.B. beim herausbeschleunigen aus einer schnell gefahrenen Kurve nicht schlagartig, sondern sanft und kontrollierbar einsetzt. Auch im Falle des gewollten Übersteuerns bzw. beim Einleiten eines Drifts stellt diese einen sehr großen Vorteil dar. 

Einfach ausgedrückt, sorgt ein vorgespanntes Lamellensperrdifferential für ein verhältnismäßig langsames Einsetzen der drehmomentabhängigen Sperrwirkung. Ein Sperrdifferential ohne Vorspannung verspricht ein sehr plötzliches Einsetzen der Sperrwirkung. 

 

Das Torsen-Prinzip

(torque-sensing/Drehmoment-fühlend)

Torsen-Sperrdifferentiale sind wie auch die Lamellensperren drehmomentfühlend. Leider ist aber ein komplettes Sperren der Antriebsräder zueinander nicht möglich, da es lediglich die Antriebsdrehmomente der beiden dieser zueinander verschieben kann. Kann an einem Rad, welches z. B. auf Glatteis oder Matsch durchdreht, oder gar in der Luft hängt, kein Drehmoment übertragen werden, kann das Torsen-Differential auch kein Drehmoment auf das andere Rad (welches evtl. mehr Grip hat) übertragen werden. Generell sind Sperrdifferentiale, welche nach dem Torsen-Prinzip arbeiten i.d.R. nicht für den Einsatz auf Schnee, Eis oder für stark variierenden Untergründe geeignet.
Oft werden Torsendifferentiale bei frontgetreibenen Fahrzeugen verbaut, da durch die Eigenschaft des "nicht Sperrens" die Drehmomentverschiebung nur wenig bis keinen spürbaren Einfluss auf die Lenkeigenschaften des Fahrzeugs hat.

 

Funktionsprinzip: Im Inneren des Systems befinden sich sechs Ausgleichsschneckenräder, die jeweils auf einer eigenen Achse gelagert sind. Diese Achsen sind in dreieckiger Anordnung, rund um die Drehachse des Sperrkörpers, fest mit dem Sperrkörpergehäuse verbunden. An den Enden der Ausgleichsräder sind jeweils zwei Stirnräder angebracht, die eine Verbindung zwischen den Schneckenradpaarungen herstellen. Die linken und rechten Ausgleichsräder greifen über ihre Schneckengänge in die Sonnenräder auf der entsprechenden Antriebsseite ein und können diese somit antreiben. Aufgrund der Selbsthemmung des Schneckengetriebes ist es jedoch nicht möglich, dass die Ausgleichsräder die Sonnenräder direkt antreiben. Die Sonnenräder sind voneinander isoliert und treiben jeweils die linke und rechte Antriebswelle an.

Unter optimalen Traktionsbedingungen dreht sich das gesamte Sperrkörpergehäuse und das Drehmoment wird ohne Sperrwirkung über die sich in dem Moment nicht bewegenden Ausgleichsräder an die ebenfalls nicht rotierenden Sonnenräder und weiter auf die Antriebswellen übertragen. 

Wenn das Fahrzeug jedoch eine Kurve fährt, übernimmt das System die Funktion eines offenen Differentials. Dies geschieht dadurch, dass das Sonnenrad des schnelleren Rades sich im Vergleich zum langsamen Rad mit einer höheren Geschwindigkeit dreht. Im Torsen-Mechanismus drehen sich die Ausgleichsräder der Sonnenräder mit gleicher Geschwindigkeit, jedoch entgegengesetzt zueinander, was eine feste Drehmomentaufteilung an den Sonnenrädern erzeugt. Wenn nun ein Rad oder eine Achse Schlupf bekommt und der Drehzahlunterschied der Sonnenräder so groß wird, dass er die normalen Differenzen im Kurvenbetrieb übersteigt, beginnt das Torsen-System zu "sperren". Dies geschieht durch die Selbsthemmung der Ausgleichs- und Sonnenräder. Das schnellere Rad kann dann das Drehmoment nicht mehr auf das langsamere Rad übertragen, was zur vollständigen mechanischen Sperrung des Torsen führt. Diese Sperrwirkung tritt jedoch nur auf, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, sodass ein gewisses Drehmoment an das Rad mit dem größeren Schlupf übertragen werden kann.

Wie oben im Text bereits erwähnt, verhält sich das Torsen-Differential bei sehr schlechten Traktionsverhältnissen wie ein offenes Differenzial, da es nur dann sperren kann, wenn zwischen beiden Rädern eine ausreichende Drehmomentdifferenz vorhanden ist.

 

Wartung und Verschleiß: In bekannten Torsen-Sperrkörpern sind laut Herstellerangaben keine Verschleißteile wie Reiblamellen oder ähnliches verbaut. Trotzdem macht sich i.d.R.  nach einigen 10tkm, je nach Beanspruchung und Leistung des Fahrzeugs, auch bei den sogenannten Schneckenrad-Sperren ein gewisser Verschleiß bemerkbar. Die vielen, im Neuzustand Spielfreien Zahnrad- und Schneckenradpaarungen im Sperrkörpergehäuse arbeiten sich aufeinander ein und verursachen somit ein Verdrehspiel, welches sich während der Fahrt als Schlagen beim Lastwechsel bemerkbar macht.