Differentieel – Laatste overbrenging voor de wielen
Na de motor, de versnellingsbak en de tussenbak volgen de differentieels.
Vooral bij 4×4 voertuigen en op het gebied van offroad rijden hebben differentieels belangrijke functies.
Wij proberen hier in het kort een beschrijving over de functie en werking van de differentieels te geven.
Een differentieel is een stelsel van tandwielen welke tussen de aangedreven wielen van een auto zit.
Bij het maken van bijvoorbeeld een bocht zal het buitenste wiel sneller moeten draaien als het binnenste wiel, maar moeten beide toch aangedreven worden.
Bij het offroad rijden, zoals in modderig terrein, is dit een nadeel. Het kan namelijk gebeuren dat het ene wiel gaat slippen en dan wil je niet dat het andere wiel ook mee gaat slippen.
Dit is op te lossen door montage van een sper-differentieel zoals die van ARB.
Over het algemeen heeft het differentieel 3 functies:
• Het geleverde vermogen en koppel op de wielen te richten.
• Fungeren als laatste reductie in de aandrijflijn, reduceren van het toerental voordat deze op de wielen wordt overgebracht.
• De wielen met verschillende(Engels: different) snelheden te kunnen laten roteren. (hier heeft het differentieel zijn naam aan te danken)
Autowielen roteren met kleine verschillende snelheden al naar gelang de ondergrond.
Dit effect is des te groter tijdens het bochtenwerk.
De buitenste wielen zullen een grotere afstand moeten afleggen dan de wielen die zich aan de binnenzijde van de bocht bevinden.
Ook zullen de voorste wielen een grotere afstand moeten afleggen dan de achterste wielen.
Dit effect is in onderstaande afbeelding weergegeven.
Wanneer de wielen door een aandrijfas star met elkaar verbonden zijn, zou een auto zo de bocht niet kunnen nemen. De wielen willen verschillende snelheden van elkaar draaien en dan zal het chassis verwringen.
Bij een 2WD voertuig doet dit probleem zich alleen voor bij de aangedreven wielen.
De niet-aangedreven wielen draaien sowieso al onafhankelijk van elkaar.
De aangedreven wielen zijn met elkaar en de versnellingsbak verbonden en worden zo gedwongen om met dezelfde snelheid te roteren. Op dat punt komt het differentieel kijken.
In het vervolg richten we ons alleen nog op de 4WD voertuigen. Het differentieel verdeelt het koppel uit de tussenbak over beide wielen.
Al naar gelang of er een bocht is zal er een groter deel van het koppel naar het buitenste wiel gaan, waardoor die snelheid vergroot en er een compensatie optreed en het bochtenwerk mogelijk wordt.
Bij 4WD voertuigen heeft elke wielas een eigen differentieel en ook nog eens een differentieel tussen de voorste en achterste wielen (in de tussenbak).
Dit omdat de voorste een grotere afstand afleggen dan de achterste.
Sommige 4×4’s hebben geen differentieel tussen de voor- en achteras.
Daardoor zal het bochtenwerk moeilijker worden als de 4WD aangeschakeld staat.
Dit is meestal het geval bij de “klassieke” 4×4’s.
Limited slip differential (LSD)
Door verschillende schakelmechanismen kan er voor elk wiel apart een bepaalde hoeveelheid koppel worden aangewezen zodat bovengenoemde problemen opgelost worden en de auto nog steeds kan draaien. Het gereduceerde koppel van dat ene slippende wiel zou dus ook gebruikt kunnen worden voor een ander wiel zodat er geen energie verloren gaat.
Op het gebied van LSD differentiëlen zijn er 4 verschillende types:
• Koppeling-type
• Vicieuze koppeling
• Sluitende differentieel
• Torsen differentieel
Het koppeling-type LSD is de meest gebruikte van deze 4. Wij zullen in dit artikel niet verder in gaan op deze vormen van differentieels. We gaan direct door naar een onderwerp wat veel voorkomt in de wereld van 4WD; sperren.
Sperren
Een sperdifferentieel is handig voor het echte offroad werk. De opbouw is identiek aan een open differentieel met als extra’s een elektrisch, pneumatisch of hydraulisch mechanisme om de twee pignonwielen aan elkaar vast te zetten.
Dit mechanisme wordt manueel geactiveerd door een schakelaar.
Indien deze schakelaar is aangezet, zullen beide wielen met dezelfde snelheid blijven roteren.
Als dan één wiel in de modder terecht komt, weet het ander wiel als het ware van niets.
Het blijft gewoon draaien zoals opgelegd.
Hieronder is een overzicht weergegeven van de opbouw van een sperdifferentieel.
Een exploded view van een ARB Airlocker
Torsen
Een Torsen differentieel is een puur mechanisch onderdeel. Het heeft geen koppelingen, elektronica of vicieuze vloeistoffen. De Torsen (Torque Sensing) werkt als een open differentieel als de koppel gaande naar elk wiel hetzelfde is. Zodra een wiel tractie verliest, zal het verschil in koppel de versnellingen van de Torsen tegen elkaar duwen. Het design van de versnellingen bepaald de torque bias ratio. Bijvoorbeeld: als een Torsen met een bias ratio van 5:1 is gemaakt, is het mogelijk om de koppel van het goede wiel tot 5x te vergroten.
Deze differentieels worden vooral gebruikt bij 4WD met oog op intensief gebruik (HUMMER). Net als de LSD wordt het Torsen differentieel ook in de tussenbak toegepast. Het grote voordeel van het Torsen differentieel is dat er ingegrepen wordt voordat het wiel begint te slippen. Echter als alle tractie verloren is gegaan, zal de Torsen niets meer kunnen redden, 5 x 0 is en blijft 0. Hummer heeft hier echter een tip voor: druk de remmen (welliswaar licht) in. Doordat dat gedaan kan worden, zal er koppel op het tractieloos wiel ontstaan waardoor er 5x van die koppel naar het goed wiel kan gaan.
*TORSEN is een ® van Zexel Torsen, Inc.
Heeft u na het lezen van dit artikel nog vragen met betrekking tot het onderwerp differentieel?
Neem dan gerust contact met ons op, wij staan altijd voor u klaar.