Wichtig: Nachfolgend ein "Nice-to-know" zum Thema Differenziale im Abarth 500. Dieses wurde von mir geschrieben und ist aktuell leider noch nicht fertiggestellt. Da ich in den vergangenen Wochen aber einige Fragen via PMs zu dem Thema beantwortet habe, möchte ich eine unfertige Version veröffentlichen mit den Punkten, mit denen ich bereits zufrieden bin. Die Themen "Funktion des Torsendifferenzial" und das Lamellendifferenzial an sich werden noch ausführlicher behandelt werden in der finalen Version. Aufgrund der Komplexität dieser Themen und die damit schwierige verständliche Erklärung wird dies leider noch etwas dauern, da ich beruflich und privat stark eingebunden bin aktuell. Auch werden noch weitere Bilder eingefügt werden, damit es nicht nur reiner Text ist. Sobald es soweit ist, werde ich Apollo darum bitten, das Thema entsprechend zu bearbeiten und es erkenntlich zu machen.
Es fand bisher keine Rechtschreibprüfung statt! Aufgrund der maximalen Zeichen von 10.000 Stück wurde der Beitrag unterteilt in drei Teile. Ich bitte die Moderatoren um Verständnis.
Vorwort:
Nur die wenigsten Fahrer werden sich der Funktion und Wirkung eines Differenzials bewusst sein, dabei ist bei deren Verwendung ein sehr wichtiger Bestandteil der Fahrdynamik. Die Art des verbauten Differenzials entscheidet erheblich, wie sich das Fahrzeug bei Unterschieden hinsichtlich der Traktion der angetriebenen Räder verhält. Hier soll ein kleiner Exkurs geboten werden, welcher sich umfassend und verständlich mit den Differenzialarten befasst.
Zum besseren Verständnis beginnen wir diesen Exkurs mit der Betrachtung des im Abarth 500 regulär verbauten offenen Differenzials und bewegen uns dann über die serienmäßige Torque Transfer Control an die verschiedenen Typen der Differenzialsperren welche für den Abarth in Frage kommen, ihrer Funktionsweise und deren Aufbau.
1.1 - Die Funktion des offenen Differenzials
Das Drehmoment des Motors muss beim Geradeauslauf eines PKW auf mindestens zwei Räder einer Achse gleichmäßig verteilt werden um ein Mitlenken der Achse zu vermeiden. Dabei sitzt das Differenzial in einem Gehäuse der angetriebenen Achse und verteilt das eingehende Drehmoment des Motors gleichmäßig auf die beiden Räder der Achse. Zudem reduziert es die eingehende Drehzahl und erhöht das Drehmoment.
Ebenfalls gleicht das Differenzial die Drehzahl zwischen den angetriebenen Rädern einer Achse bei der Kurvenfahrt aus. Dies ist erforderlich, da sich die kurveninneren und -äußeren Räder unterschiedlich schnell drehen. Die Äußeren legen in derselben Zeit eine längere Wegstrecke zurücklegen wie die inneren Räder. Ein Video aus welchem dies sehr gut verständlich hervor geht findet man hier: Klick
Ein offenes Differenzial erlaubt bauartbedingt unterschiedlichen Drehzahlen der beiden Räder, jedoch kein unterschiedliches Drehmoment. Das Verhältnis in welchem das Drehmoment des Motors zwischen den beiden angetriebenen Rädern verteilt wird ist beim offenen Differenzial stets 1:1 und wird Torque Bias Ratio (TBR) genannt!
1.2 Verringerte Traktion an einem der angetriebenen Räder
Aufgrund der Torque Bias Ratio von 1:1 des offenen Differenzials ist es entscheidend die Auswirkungen zu betrachten, wenn eines der angetriebenen Räder die Traktion verliert. Dieser Traktionsverlust resultiert etwa dann, wenn zum Beispiel bei der sportlichen Kurvenfahrt das kurveninnere Rad entlastet wird und der Anpressdruck zu gering ist um das vollständige Drehmoment des Motors zu übertragen. Auch unterschiedliche Reibwerte des Untergrunds, etwa durch Nässe, Verunreinigungen oder verschiedene Fahrbahneigenschaften können hierfür die Ursache sein. Ebenso kann es aufgrund dieser Bedingungen auch bei der Fahrt gerade aus zu Differenzen in der Traktion der angetriebenen Räder kommen!
Betrachten wir hierzu die nachfolgenden Grafiken, wobei in der ersten Grafik beide angetriebenen Räder ausreichend Traktion besitzen um jeweils das volle auf sie im Verhältnis 1:1 verteilten Drehmoment zu übertragen. Fiktiv werden dabei verfügbare 100 Newtonmeter (Nm) Drehmoment angesetzt, welche entsprechend der Torque Bias Ratio von 1:1 zu je 50 Nm zwischen den beiden Rädern aufgeteilt werden.
Quelle: Prometeo
In der zweiten Grafik verringert sich die Bodenhaftung des linken Rades wodurch anstelle des möglichen Drehmoments von 50Nm lediglich 30Nm übertragen werden können. Aufgrund der TBR von 1:1 überträgt das rechte Rad anstelle der möglichen 50Nm ebenfalls nur 30Nm Drehmoment wodurch der Vortrieb des Fahrzeuges sich verringert.
Quelle: Prometeo
Ist der Traktionsverlust so gravierend, dass das traktionsschwächere Rad durchdreht und keinerlei Drehmoment mehr überträgt, bricht dabei ebenfalls das übertragene Drehmoment des gegenüberliegenden Rades vollständig ein. Null mal Eins ergibt stets Null.
Um den negativen Effekten des Differenzials zu begegnen gibt es Differentialtypen mit einer Sperrwirkung, wodurch eine asymmetrische Verteilung des Drehmoments ermöglicht wird.
Diese Sperrwirkung kann unterschiedlich generiert werden und unterschiedlich hoch sein. Nachfolgend beschäftigen wir uns mit der Torque Transfer Control von Abarth, wie diese die Sperrwirkung generiert und wie sie wirkt.
2.1 Die serienmäßige Torque Transfer Control
Die Torque Transfer Control (TTC) von Abarth erzielt durch kontrollierte Eingriffe über das ABS-Bremssystem eine Sperrwirkung, welche die Drehmomentverteilung der angetriebenen Räder während der Kurvenfahrt positiv beeinflusst. Derartige elektronische Traktionskontrollen werden vom vielen Hersteller unter unterschiedlichen Bezeichnungen angeboten und suggerieren die Funktion als „elektronische Differenzialsperre“, wobei sie dabei weder Differential noch Sperre sind. Dieser Begriff wird nachfolgend also nicht verwendet werden, da es sich bei diesen Systemen lediglich um eine Softwarelösung handelt.
2.2 Die Funktion der Torque Transfer Control
Wie bereits zuvor geschildert, verringert sich etwa bei der Kurvenfahrt durch die Entlastung des kurveninneren Vorderrads das übertragbare Drehmoment. Aufgrund der Torque Bias Ratio (TBR) von 1:1 des offenen Differenzials überträgt sich das geringe Drehmoment ebenfalls auf das kurvenäußere Rad.
Über die Raddrehzahlsensoren des ABS-Systems wird eine markante Differenz der Drehzahl der beiden angetriebenen Räder gemessen, woraufhin das ABS-System durch einen gezielten Bremseingriff am kurveninneren Rad veranlasst. Dieser Eingriff simuliert eine höhere Haftung mit dem Untergrund, wodurch mehr Drehmoment auf das kurvenäußere Rad übertragen, und gleichzeitig ein Giermoment um die Hochachse erzeugt wird. Dieses Giermoment bewirkt ein stärkeres Einlenken des Fahrzeuges, wodurch das Untersteuern geringfügig verringert wird.
2.3 Verhalten mit aktiver Torque Transfer Control
Durch die aktive Regelung der TTC über Bremseingriffe am kurveninneren Rad wirkt mehr Antriebsmoment auf das äußere Rad und aus dem resultierenden Giermoment wird das Eindrehen in die Kurve unterstützt. Dadurch wir die Lenkwinkeltreue gesteigert und die Fahrdynamik positiv in Richtung neutrales Fahrverhalten beeinflusst. Für den Fahrer macht sich dies in geringerem Untersteuern bei aktiver Regelung der TTC bemerkbar.
Kurven können dadurch im Idealfall nahezu ohne Korrektur im Vergleich schneller durchfahren, und am Scheitelpunkt forcierter wie auch früher beschleunigt werden, wodurch am Kurvenausgang eine höhere Geschwindigkeit erzielt wird.
Zu den negativen Aspekten gehört jedoch der Verschleiß sowie die zusätzliche thermische Belastung der Bremsanlage, da die Sperrwirkung über einen wiederkehrenden Eingriff während der Kurvenfahrt der Bremse erzielt wird. Entsprechend des Fahrstils, den Streckenverhältnissen und weiterer Faktoren kommt es hierdurch zur erhöhten thermischen Belastung bis hin zur Überhitzung, sowie erhöhten und teilweise auch ungleichen Verschleiß an Bremsscheiben und Belägen. Dazu erhält der Fahrer keine Rückmeldung wie sehr die Bremse durch die Regeleingriffe belastet wurde.
2.4 Verlustleistung
Sowohl die elektronischen Traktionskontrollen wie auch Differenziale mit Sperrwirkung arbeiten mit Reibverlusten. Diese sind im direkten Vergleich bei den Regeleingriffen des Bremssystems jedoch bedeutend höher wie bei mechanischen Differenzialen. Bei einem einachsig angetriebenen Fahrzeug wie dem Abarth sind dies ca. 50%, so dass diese 50% der zur Verfügung stehenden Antriebsleistung „verpuffen“. Die Ursache liegt darin, dass durch den Bremseingriff das schneller drehende Rad auf die Geschwindkeit des langsameren Rades gebracht werden soll. So gehen 50% der Antriebsleistung an das Rad, welches noch vollständig das Drehmoment übertragen kann. Die verbleibenden 50% wiederum "gehen in die Bremse" des zu zähmenden Rades, welches nicht mehr das Drehmoment übertragen kann.
2.5 Fazit zur TTC
Die Torque Transfer Control ist ein simples Regelsystem welches für den Hersteller eine sehr günstige Kosten-Nutzen-Relation bietet und für sportlich ambitionierte Fahrer eine zufriedenstellende Lösung darstellen kann. Die Substitution eines mechanischen Differenzials mit Sperrwirkung kann dieses System aber keinesfalls darstellen und spätestes im semi-professionellen bis professionellen Motorsport macht sich dies deutlich bemerkbar. Sowohl in der Wirkungsweise wie auch durch die Nachteile des elektronischen Regelsystems.