Differentialgetriebe


Ohne die Entwicklung des Differentialgetriebes gäbe es kein lenkbares Auto. Denn bei einem Fahrzeug, das eine Kurve fährt, muss sich das innere Rad langsamer drehen als das äußere - bei einer starren Achse ist das nicht möglich, und es kommt zu Schlupf, d.h. entweder dreht das innere Rad durch oder das äußere rutscht. Da es für dieses Problem bei den ersten Autos keine Lösung gab, besaßen einige der ersten Automobile nur an einem (Hinter-) Rad einen Antrieb [1].

Die Lösung für dieses Problem ist das Differentialgetriebe, auch Ausgleichsgetriebe genannt, da es die unterschiedlichen Wegstrecken des inneren und äußeren Rads einer Achse in einer Kurve "ausgleicht" [2]. Es wurde 1827 vom Franzosen Onésiphore Pecqueur (1792–1852) patentiert. Eigentlich ist die Idee über 1.000 Jahre älter - mehr von den Ursprüngen des Differentials auf der Seite zum Kompasswagen.

Die Lösung ist so einfach wie genial: die Achsen werden über drei Kegelzahnräder miteinander verbunden; der Antrieb dreht den "Differentialkäfig", in dem die Lager von vier Kegelzahnrädern befestigt sind. Sehr anschaulich lässt sich ein solches (Kegelrad-)Differential mit fischertechnik konstruieren (siehe Abb. 1). Eine fischertechnik-Designer-Datei dieses Differentials kann unter [5] heruntergeladen werden. Die Geschichte des Differentialgetriebes, die Berechnung von Getrieben mit Differentialen und verschiedene Anwendungen finden sich in [6].
Abb. 1: Gesamtansicht des "Selbstbau-Differentials"
Abb. 1: Gesamtansicht des "Selbstbau-Differentials"

Die Wirkungsweise zeigt sich, wenn man das Differential antreibt und einen der beiden Reifen festhält - der andere dreht sich daraufhin mit doppelter Geschwindigkeit.
Die folgenden beiden Abbildungen (Abb. 2, 3) zeigen die Konstruktion im Detail.
Abb. 2: Detailansicht des "Selbstbau-Differentials"
Abb. 2: Detailansicht des "Selbstbau-Differentials"
Abb. 3: Innenansicht des "Selbstbau-Differentials"
Abb. 3: Innenansicht des "Selbstbau-Differentials"

Ein Differential lässt sich auch mit Stirnrädern konstruieren (Stirnraddifferential) [4]; Abb. 4, 5 und 6 zeigen die Konstruktion eines Stirnraddifferentials mit fischertechnik.
Abb. 4: Stirnraddifferential (Gesamtansicht)
Abb. 4: Stirnraddifferential (Gesamtansicht)

Abb. 5: Differentialkäfig (eine Seite)
Abb. 5: Differentialkäfig (eine Seite)

Abb. 6: Drehscheibe 60 mit Rollenbock und Freilaufnabe
Abb. 6: Drehscheibe 60 mit Rollenbock und Freilaufnabe


Eine deutlich kompaktere Variante eines Stirnrad-Differentials stammt von Thomas Püttmann (Abb. 7).
Abb. 7: Sehr kompaktes Stirnrad-Differential
Abb. 7: Sehr kompaktes Stirnrad-Differential


Quellen

[1] Chevrolet Motor Division: Around the Corner. 1937, Youtube.
[2] Wikipedia: Differentialgetriebe.
[3] Arstechnika: Grundsätzliches zu Differentialen.
[4] Arstechnika: Das offene Differential
[5] fischertechnik Designer: Einfaches Differential
[6] Das Differenzialgetriebe. In: Dirk Fox, Thomas Püttmann: Technikgeschichte mit fischertechnik. dpunkt-Verlag 2015.