Mythos Sperrdifferentiale: Alles über die Optimierung von Hinterachsgetrieben!

Wir alle lieben an unseren BMWs die Möglichkeit leicht Verbesserungen zu realisieren, die gute Verfügbarkeit von Informationen und Teilen oder aber auch einfach die sportliche Fahrweise des vom Aussterben bedrohten Hinterradantriebs!

Auch wenn ab Einführung der E9x Reihe viele Verbesserungen von BMW eingeführt und Schwachstellen behoben wurden, fällt dem Enthusiasten oder Technikbegeisterten schnell auf, was im Vergleich zu den "älteren" BMW Modellen aus fahrdynamischer Sicht im Grenzbereich eher einen Rückschritt darstellt: Der Verzicht auf eine mechanische Differentialsperre und die Einführung des sogenannten eLSD (electronic limited slip differential).

Ein Grund, weshalb wir vermutlich alle unsere BMWs so lieben, ist die Aufteilung der Funktion "Lenken" und "Beschleunigen" auf die beiden verfügbaren Achsen. Anders als beim Vorderradantrieb müssen beim Hinterradantrieb nämlich nicht mehr 2 Räder sowohl die Motorkraft in Beschleunigung als auch den Befehl am Lenkrad umsetzen, sondern die Vorderräder können ganz autark den Lenkbefehl entgegennehmen, während sich die Hinterräder um den Vortrieb kümmern. (Ein Grund, weshalb viele Sportwagenhersteller auch heute noch überwiegend auf den Hinterradantrieb setzen).

Wieso ein mechanisches Sperrdifferenzial?

Um nun aber der Vortrieb leistenden Achse einen weiteren Vorteil zu geben bzw. die Motorkraft noch besser in Schub umzuwandeln, ist die Optimierung des Differenzials eine nicht zu unterschätzende Maßnahme. Die Aufgabe des Differenzials ist es die angetriebene Achse zu "sperren" und so die Motorleistung (vereinfacht dargestellt) gleichermaßen auf die beiden Reifen zu verteilen. Ein offenes Differential verteilt die Kraft (ebenfalls vereinfacht dargestellt) nämlich immer auf das Rad, welches gerade weniger Widerstand bietet. Dies bedeutet demnach bei Schlupf an einem Rad, dass ein offenes Differential die volle Kraft auf das Rad leiten, welches durchdreht und die Motorkraft, die eigentlich in Vortrieb umgewandelt werden sollte, verpufft im Falle eines kompletten Traktionsverlust an einem Rad in Rauch.

Der Zielkonflikt des Differentials

Der ein oder andere wird sich nun fragen, weshalb BMW das Differential, welches ja für die Verteilung der Antriebskräfte auf die beiden Hinterräder zuständig ist, nicht von Haus aus sperrt, um maximalen Vortrieb zu erreichen.

Und genau hier kommt das "Problem" ins Spiel, für welches aus unserer Sicht die bei uns angebotene mechanische Lamellensperre die beste Lösung bietet:

Während der Kurvenfahrt legt das kurveninnere Rad im Vergleich zum kurvenäußeren Rad eine kürzere Distanz zurück. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass das Differential in der Lage sein MUSS verschiedene Drehzahlen der beiden Räder zuzulassen, denn sonst würde das Fahrzeug keine Kurven fahren können bzw. eines der Räder würde in der Kurve stocken/schleifen, da es sich eben für die Kurvenfahrt langsamer drehen muss als das andere Rad.

Aus dem beschriebenen Sachverhalt folgt also der Zielkonflikt für das Differential: so viel wie möglich zu sperren (für den Vortrieb) und so viel wie nötig zu öffnen (für die Kurvenfahrt).

Das eLSD von BMW

BMW hat mit Einführung der E9x/E8x Reihe bei allen Modellen (außer der M Modelle) von einer mechanischen Sperre auf das sogenannte eLSD gewechselt.

Die elektronische Sperre bremst das durchdrehende Rad ab und verwandelt quasi das offene Differenzial durch die elektronisch gesteuerte Bremsfunktion zum Sperrdifferenzial. Was in der Theorie extrem klug ist, funktioniert in der Praxis nur zum Teil gut.

Wir sind zwar der Ansicht, dass der extrem schlechte Ruf der elektronischen Sperre nicht auf Erfahrungen sondern oftmals Hörensagen basiert (denn in gewissen Rahmenbedingungen macht das System seinen Job gut), jedoch ergibt der Umbau auf ein mechanisches Sperrdifferential bei sportlichen Fahrzeugen eigentlich fast immer Sinn.

Bewegt man sein Fahrzeug häufig im Grenzbereich, fährt mit einer Leistungssteigerung oder aber möchte in den Genuss des Querfahrens kommen, ist der Umbau auf ein mechanisches Sperrdifferential extrem empfehlenswert!

Ein mechanisches Sperrdifferenzial hat den Vorteil, dass es anders als das eLSD nicht erst bei Traktionsverlust (mit Bremseingriff) reagieren muss sondern es kann, je nach Aufbau, schon von vornherein einen gesperrten Zustand einnehmen, welcher erst bei einer gewissen Krafttoleranz von kurveninneren zu äußeren Rad überwunden wird um das Diff zu öffnen.

 Durch ein (Lamellen) Sperrdifferenzial erreichen wir also ein wesentlich besseres Ansprechen, ein vorhersehbareres Fahrverhalten und erzielen die Sperrwirkung mithilfe eines Systems, welches für die Sperrung der Hinterachse ausgelegt ist. Denn nicht selten rauchen die hinteren Bremsen bei Fahrzeugen mit eLSD bei Rennstreckeneinsatz ab, weil das elektronische Diff zu häufig die Bremsen anlegt um die Traktion zu optimieren.  

Die verschiedenen Typen von Sperrdifferentialen

Am Markt gibt es verschiedene Typen, die den beschriebenen Zielkonflikt zwischen offenen und gesperrten Diff mithilfe ausgeklügelter Techniken lösen. Es ist jedoch kein Zufall, dass das von uns ebenfalls bevorzugte mechanische Lamellensperrdifferential auch in den allermeisten Rennfahrzeugen verwendet wird. Die Lamellensperre sucht im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Sperrwirkung oder zB den Übergang zwischen offenen und gesperrten Zustand seinesgleichen.

Auch wenn wir uns für den Vertrieb von Lamellensperren für eure BMW´s entschieden haben, möchten wir trotzdem einen kleine Erklärung geben, wie die Funktionsweise der verschiedenen Sperrtypen verstanden werden kann bzw. welche Typen es überhaupt gibt.

Die beiden am häufigsten vertretene Sperrtypen sind die Torsen und die Lamellen-Sperre. Weitaus seltener sind Visko Sperren. Gerade in modernen Autos werden mittlerweile gerne aktive Sperren eingesetzt, welche meist in Form einer variablen Lamellen oder aber Viskosperre ausgeführt sind. Hier kann mithilfe kluger Regelungselektronik der Sperrgrad je nach Fahrsituation dynamisch angepasst werden. Auch wenn dies zunächst nach einer optimalen Technik klingt, wird auch bei diesen Fahrzeugen häufig gern wieder auf die klassische Lamellensperre „zurück“ gerüstet, weil diese für sportliche Fahrweise für viele noch immer das Optimum darstellt.

Lamellensperrdifferential

Schon der Name des Lamellensperrdifferential gibt Indizien darüber, wie die Sperrung der Hinterachse erreicht wird.

Ähnlich einer klassischen Kupplung enthält der Diff Körper in dieser Ausführung Lamellen, welche (meist) vorgespannt eingebaut sind. Die Lamellen innerhalb des Diff´s ermöglichen durch ihren Reibwert die Sperrung der Achse. Sie sperren das Diff indem sich die Kraft aus dem Motor auf im Inneren liegende Druckringe überträgt und die Lamellen noch weiter vorspannt.

Meist werden die Differentiale so ausgelegt, dass die Lamellenpakete schon im Ruhezustand vorgespannt sind, damit diese schon ohne motorseitige Krafteinwirkung sperren.

Jegliche Krafteinwirkung aus Seiten des Motors führt dann über die Druckringe zu einer höheren Vorspannung und somit ebenfalls zur weiteren Sperrung des Diffs. Da jedes Lamellenpaket nur eine gewisse Kraft übertragen kann, "rutscht" das Lamellenpaket ab einer bestimmten Kraftdifferenz zwischen dem linken und dem rechten Rad durch, um eine Kurvenfahrt zu ermöglichen.    

Die Sperrwirkung wird also so lange aufrecht erhalten, bis der Reibwert der Lamellenpakete geringer ist als die Kraft die aus der Drehzahldifferenz der Räder bei einer Kurvenfahrt einhergeht.

Auch unter den Lamellensperren gibt es nun verschiedene Hersteller und die Sperre selbst kann mithilfe diverser Änderungen auf die jeweilige Fahrsituation angepasst werden.

Da das Thema Setup einer Lamellensperre jedoch den Umfang eines solchen Postings zum Einen deutlich sprengen würde und zum Anderen sehr komplex ist, sind wir froh mit der Firma Westwood Performance zusammen zu arbeiten.

Westwood verwendet ausschließlich Sperrkörper der Firma Drexler (Made in Germany) und kann auf eine langjährige Erfahrung im Bereich Lamellensperren zurückblicken. Getreu unserem Motto "so günstig wie möglich, so teuer wie nötig" sind wir bei Sperrdifferentialen der Ansicht, dass trotz der hohen Kosten kein Weg an einer Sperre der Marke Drexler vorbei führt. In unserem Umkreis wurden bereits diverse alternative Sperrkörper getestet, doch die Drexler Sperre war sowohl im Hinblick auf die Performance, als auch im Hinblick auf die Haltbarkeit überlegen.

Die Kosten für eine Lamellensperre sind sicherlich nicht gering, jedoch können wir mit hoher Wahrscheinlichkeit sagen, dass diese Kosten für im Grenzbereich bewegtes Fahrzeug eine der Ausgaben sein wird, die sich auch langfristig lohnt!

Wer den Effekt einer Sperre (natürlich in Verbindung mit anderen Bauteilen aus unserem Shop) einmal in bewegten Bildern ansehen möchte, kann sich im folgenden Video gerne einen Eindruck verschaffen, wie sehr ein Drexler Sperrdifferential die Sportlichkeit eines Fahrzeugs verbessern kann:

KLICK

Torsen Sperrdifferential

Der Name TorSen leitet sich aus der Funktionsweise des Differentials ab. Das aus Zahnrädern im Inneren bestehende Differential ist "Drehmoment (TORque) fühlend (SENsitive)" und arbeitet grundsätzlich anders als ein Lamellen Sperrdifferential.

Die Funktionsweise des Torsen Diffs ist komplizierter, ähnelt jedoch eher dem Aufbau eines klassischen, nicht gesperrten, offenen Differentials.

Durch eine kluge Anordnung von Planeten- und Schneckenrädern wird, im Gegensatz zum offenen Differential, der Zielkonflikt zwischen verschiedenen Drehzahlen des kurvenäußeren und kurveninneren Rads bei Kurvenfahrt und dem Wunsch nach maximaler Traktion, optimiert. Das bedeutet, dass die Antriebskraft bis zu einem gewissen Punkt immer eher in Richtung des Rads verschoben wird, welches gerade mehr Traktion bietet.

Die Sperrwirkung des Torsen Diffs ist permanent vorhanden, kann jedoch nie 100% erreichen. Anders als die Lamellensperre bietet die Torsen Variante keinen Schutz vor einem „Verpuffen“ der Leistung bei komplettem  Traktionsverlust eines Rads. Dreht ein Rad durch, weil es zB in der Luft ist oder auf Eis steht führt dies sowohl bei einem offenem Differential als auch bei einem Torsen Sperrdifferential dazu, dass die Antriebskraft komplett auf das frei drehende Rad übertragen wird.

Ein weiterer Nachteil des Torsen Systems ist, dass die Sperrwirkung nur in eine Richtung wirken kann. Ein Lamellensperrdiff bietet die Möglichkeit auch beim Bremsen zu stabilisieren, da die Sperrwirkung sowohl beim Bremsen als auch beim Beschleunigen aufrecht erhalten werden kann. Das Torsen Diff bietet diesen Vorteil nicht, ein Auto mit Torsen Diff verhält sich beim Anbremsen dementsprechend genauso wie ein Auto ohne Sperrdifferenzial.

Dennoch hat ein Torsen Sperrdiff Vorteile: Dadurch, dass im Inneren keine Lamellen bzw. Reibpaare verwendet werden, gibt es keine Verschleißteile im klassischen Sinne. Während bei einem Lamellensperrdiff bei extremer Nutzung eventuell z.B. alle 30.000KM die Lamellen erneuert werden müssen (bitte nicht als Maßstab verwenden, dies ist extrem vom Einsatzzweck abhängig!) ist bei einem Torsen Diff keine Wartung notwendig! Das Torsen Diff kann so lange betrieben werden, bis es wegen einem Defekt komplett ausgetauscht werden muss.

Grundsätzlich beschreibt man das Fahrverhalten einer Torsen Sperre als harmonischer, wobei dies auch sehr stark vom Setup der Lamellensperre abhängt. Da die Torsen Sperre nicht im klassischen Sinne sperrt, wird die Torsen Sperre gerne bei vorderradangetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Hier haben Lamellensperren den Nachteil, dass die Sperrwirkung sich auf das Lenkverhalten auswirkt und häufig ein unangenehmes Fahrgefühl erzeugen (können).

Fazit

Auch wenn beide Systeme Vor- und Nachteile haben, sind wir absoluter Fan vom Einsatz der Drexler Lamellensperre in heckangetriebenen Fahrzeugen.

Die Lamellensperre bietet unserer Ansicht nach das beste Konzept, auch deswegen, weil das Fahrverhalten einer gut abgestimmten Lamellensperre extrem vorhersehbar und kontrollierbar ist. Dazu kommt, dass die Lamellensperre mithilfe des Aufbaus verschiedenste Bauteile hat, mit denen das Sperr-  bzw. Fahrverhalten beeinflusst werden kann. Hierdurch lassen sich die Sperrkörper sehr variabel einsetzen und für jeden Einsatzzweck abstimmen.

Da der Sperrwert einer Lamellensperre (angegeben in x%) mithilfe verschiedener Faktoren erzielt werden kann und hierdurch auch bei gleichem Sperrwert verschiedene Auswirkungen entstehen können, sind wir kein Freund davon pauschale Zahlen in den Raum zu werfen.

Gemeinsam mit unserem Partner Westwood Performance haben wir uns auf 4 Setups fest gelegt, welche aus unserer Sicht und der Erfahrung von Westwood Performance den jeweiligen Einsatzzweck bestmöglich abdecken:

Setup 1: Track

Setup 2: Drift

Setup 3: Street

Setup 4: Street +

Ihr habt weitere Fragen rund um das Thema Sperrdifferentiale oder möchtet gerne ein Diff von uns eingebaut bekommen?

Dann meldet euch gerne bei uns per E-Mail unter: info@55parts.de

Vielen Dank für´s Lesen und weiterhin viel Spaß auf unserer Seite!

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