HET DIFFERENTIEEL - ECMD

Hoofdstuk 7
HET DIFFERENTIEEL
7.1 DEFINITIE, DOEL EN SOORTEN
Zoals de term al aangeeft is het differentieel een 'verschilmechanisme': het is een
inrichting waarmee het mogelijk is twee uitgaande assen met willekeurig van elkaar
verschillende frequentie te laten roteren, terwijl de aandrijvende koppels in deze
assen gehandhaafd blijven en daarbij afhankelijk zijn van elkaar (afb. 7.1).
1. achterashuis
2. kroonwiel
3. differentieelhuis
4. axiaallager voor satellietwiel
5. satellietwiel
6. kegellager
7. stelring
8. borgring
9. borgbout
10. borgplaat
11. bus
12. moer
13. spie
14. axiaallager
15. zonnewiel
16. borgpen voor satellietas
17. satelliet as
18. lagerbus van het zonnewiel
19. stelring
20. bout
21. lagerdeksel met linker asdeel
16151413 12
Afb. 7. J. Het symmetrischeasdifferentieel met kegelwielen. opgenomen in een achteras (Mercedes)
Wanneer een auto door een bocht rijdt, leggen de wielen die de buitenbocht doorlopen
in dezelfde tijd een langere weg af dan de wielen die de binnenbocht doorlopen:
de wielen in de buitenbocht moeten sneller roteren. Tussen beide aangedreven wielen
heerst dus ook een verschil in rotatiefrequentie, terwijl zij toch hun aandrijfmoment
moeten behouden.
Een verschil in rotatiefrequentie ontstaat ook door verschillen in bandmaat, bandspanning
en bandslijtage en tijdens het rijden over oneffenheden in het wegdek. Het
371

aandrijfkoppel van de uitgaande assen moet echter onder al deze omstandigheden
gelijk zijn. Ongelijke koppels geven immers ongelijke aandrijfkrachten, wat niet alleen
tot een ontoelaatbare bandslijtage zou leiden, maar ook de rijstabiliteit verslechtert,
anders elke uitwendige wielslip tot het uitbreken van de desbetreffende as
~an leiden(ZIeliiervoor uitgebreid deel 4 van deze serie). Verder zou hierdoor de
rijweerstand worden verhoogd, hetgeen vooral bij zwaarbeladen bedrijfsvoertuigen
belangrijke gevolgen voor het brandstofverbruik en de rijstabiliteit zou hebben. De
inrichting die dit moet voorkomen wordt een conventioneel of symmetrisch differentieel
genoemd, dat op grond van het bovenstaande kan worden gedefinieerd als een
mechanisme dat bij een gelijke koppelverdeling over de wielaandrijfassen een verschillende
rotatiefrequentie van deze assen mogelijk moet maken en dus ook ver-
, schillende vermogens links en rechts moet kunnen afvoeren. Op grond van de inbouwplaats
en de verdeelrichting wordt een dergelijk differentieel ook wel een asdifferentieel
of dwarsdiff!:.rentieel genoemd, omdat de koppelverdeling in dwarsrich-
/ ting van het voertuig plaatsvindt.
Op een enkele uitzondering na zijn alle vierwielige naoorlogse personenauto's uit-
) gerust met zo'n asdifferentieel. De uitzondering is de Variomatic met dubbele CVT
(zie band B), waarin het oude idee van de kettingaandrijving per aangedreven wiel is
overgenomen." pl'1 rp', y1.)' " _ r, l e _~ ',/ :"~n
'- , .', 1 J J;. tI • I • I t 1
Rijdt een auto door een bocht, dan leggen de voorwielen gemiddeld een langere weg
af dan de achterwielen. Dit betekent bij een auto met vierwielaandrijving dat de aandrijfas
naar de voorwielen sneller moet roteren dan de aandrijfas naar de achterwielen,
terwijl de aandrijfkoppels behouden moeten blijven. In de verdeelbak (zie band
B) wordt daartoe een langsdifferentieel aangebracht dat ook wel centraal, derde of
verdeeldifferentieel wordt genoemd.
De laatste term, gevormd naar analogie van het begrip 'verdeelbak' , is misleidend
omdat immers ook een dwarsdifferentieel het koppel verdeelt. Daarom wordt in dit
Steinbuch-deel de voorkeur gegeven aan de term 'langsdifferentieel' . _
Soms is het gewenst, bij voorbeeld bij bedrijfsvoertuigen in verband met verschillende
asbelastingen, dat het koppel naar de achteras(sen) en naar de vooras ongelijk
verdeeld wordt. Een asymmetrisch langsdifferentieel veroorzaakt zo'n ongelijke koppelverdeling,
in een vaste verhouding, maar anders dan in de verhouding 50 % - 50 %.
Hoewel men in personenauto's met vierwielaandrijving ook wel asymmetrische langsdifferentieels
aantreft, komt een symmetrisch langsdifferentieel het meeste voor, als er
al niet een andere oplossing is gevonden.
Het nadeel van een differentieel is dat de verhouding van de uitgaande aandrijfkoppels
steeds gelijk is (50 % - 50 % voor een symmetrisch en bij voorbeeld 33 % -
67 % voor een asymmetrisch differentieel). Valt nu het aandrijfmoment van één wiel
weg, bij voorbeeld op een glad weggedeelte of doordat één wiel vrij komt van het
wegdek, dan wordt het aandrijfmoment naar het niet-doorslippende of niet-doordraaiende
wiel in verhouding even groot gemaakt, dus kleiner. De aandrijfkracht van
de auto is dan zo gering dat de auto mogelijk niet in beweging is te zetten.
Dit nadeel kan tijdelijk, indien nodig en alleen dán, worden opgeheven door de uitgaande
assen van het differentieel aan elkaar te koppelen. Het differentieel wordt dan
geblokkeerd met een differentieelsper (100% sperrend). Een differentieelsper, ook
differentieelslot genoemd, wordt meestal door handbediening (mechanisch, elek-
372
r
\

trisch, pneumatisch of hydraulisch) in- en uitgeschakeld, maar er zijn ook automatisch
schakelende differentieelsperren.
Een ander middel om het nadeel van differentieels te verminderen, is het aanbrengen
van een hoeveelheid inwendige wrijving. Het differentieel zal naar behoefte en binnen
bepaalde grenzen automatisch het koppel over de uitgaande assen ongelijk verdelen.
Weliswaar is door de aard van het symmetrische differentieel de inwendige koppelverdeling
gelijk, maar door het aanbrengen van extra wrijving zal een deel van het
koppel naar één uitgaande as worden gebruikt om een wrijvingskoppel op te wekken,
waardoor het nettoresultaat toch een ongelijke koppelverdeling is. Het spreekt vanzelf
dat dit wrijvingskoppel 'energieverlies' betekent, zodat het rendement van zo'n
differentieel aanzienlijk verlaagd wordt, maar dat is meestal geen probleem gezien de
zeer beperkte tijd dat het differentieel in werking is.
Een differentieel met inwendige wrijving noemt men een gedeeltelijk zelfsperrend
differentieel of ook wel een zelfblokkerend differentieel of een sperdifferentieel. In de
Duitse autotechniek worden alle differentieels met sperrende werking, of deze werking
nu uitsluitend 100 % plaatsvindt (differentieel met sper) of slechts gedeeltelijk
('sperren in procenten'), 'Sperrdifferential' genoemd. Vandaar de ook in Nederland
wel voorkomende gewoonte van het gebruik van de term 'sperdifferentieel' voor beide
typen. Om verwarring te voorkomen gebrui~!nenJechter voor het gedeeltelijk
zelfsperrende differentieel ook wel de term differentieel met kunstmatig verhoogde
inwendige wrijving of kortweg wrijvingsdifferentieel. Daarmee wordt dan zoals de
naam al zegt gedoeld op de extra ingebrachte, kunstmatig verhoogde wrijving, want
elk differentieel heeft natuurlijk een bepaalde hoeveelheid 'normale' wrijvingsverliezen
die door de tandwiel- en asconstructie worden veroorzaakt.
Helaas dekt ook deze benaming niet meer alle typen met gedeeltelijk zelfsperrende
werking, omdat dit effect bij sommige moderne systemen niet meer in, maar buiten
het differentieel wordt opgewekt. Ook treft men wel de uit het Engels afkomstige
benaming differentieel met beperkte slip aan. ' I)
Indeling
Het differentieel maakt de laatste jaren een stormachtige ontwikkeling door, vooral
ten gevolge van de hogere eisen die door de automobilist aan de rijstabiliteit en de
aandrijfkrachtverdeling en -dosering worden gesteld. Het valt dan ook niet mee, alle
tot nu toe bekende typen in een zinnige indeling onder te brengen. In afbeelding 7.2 is
een poging daartoe ondernomen. De hoofdindeling vindt plaats op grond van de inbouwplaats:
dan maakt men een onderscheid tussen een asdifferentieel (of dwarsdifferentieel;
zie 7.3) en een langsdifferentieel (ook: centraal, of derde differentieel; zie
7.4). Het asdifferentieel is altijd symmetrisch uitgevoerd, terwijl het langsdifferentieel
zoals gezegd ook een asymmetrische uitvoering kent.
Op grond van de werking maakt men verder een verschil tussen een roterend en een
niet-roterend differentieel. Verder kan het differentieel met of zonder sperwerking zijn
uitgevoerd.
Ook op grond van de opbouw kan men het differentieel verder indelen. Dan onderscheidt
men differentieels met kegelwielen (7.3.1), differentieels met cilindrische tandwielen
(7.3.2), differentieels met schroefvormige tandwielen (7.3.4) en (niet-roterende)
typen, waarbij de differentieelwerking zonder tandwielen wordt verkregen
373

374
" -!::l
l .~ "
;; ~
E
s:,
os
"'"
;:::
"-
"t~
""s
'"
G
"';
"
$

(7.3.5). Tot de laatste soort behoren het vrijloopdifferentieel en de differentieels met
glijstukken (glijpennen, glijblokjes).
De differentieels met sperwerking kunnen ook verder worden ingedeeld. Is de sperwerking
uitsluitend 100 %, dan spreekt men zoals eerder opgemerkt van een differentieel
met differentieelslot (7.3.3), de tweede groep omvat alle overige typen wrijvingsdifferentieels
met (al dan niet gedeeltelijk) 'zelfsperrende' werking (7.3.4). Vooral
deze laatste groep is door de ontwikkeling van de vierwielaandrijving de laatste jaren
aanzienlijk uitgebreid. In het Duits wordt het verschil tussen beide categorieën treffend
aangeduid met respectievelijk de termen 'formschlüssig' en 'kraftschlüssig', dat
wil zeggen dat bij het differentieelslot de blokkering plaatsvindt op grond van de vorm
van de koppeling (meestal een klauwkoppeling), terwijl bij de andere typen een
kracht voor de (gedeeltelijk) sperrende werking zorgt. Omdat ook het differentieelslot
in sommige varianten automatisch kan worden ingeschakeld, wordt de tweede
groep 'intrinsiek automatisch' genoemd, hetgeen wil zeggen dat de werking ervan
door het differentieel zelf wordt geregeld. Zoals hierboven uiteengezet, wordt deze
groep ook wel 'gedeeltelijk zelfsperrende differentieels' genoemd.
Een verdere indeling vindt plaats op grond van de vraag of de zelfsperrende werking
belastingsafhankelijk of slipafhankelijk geschiedt. Tot de eerste subgroep behoren
alle wrijvingsdifferentieels: het differentieel met glijstukken, het differentieel met
lamellenkoppeling (dat veruit het meest voorkomt), het differentieel met conische
wrijvingskoppeling en het differentieel waarvan de werking berust op door speciale,
schroefvormige tandwielen opgewekte wrijving. Tot de tweede subgroep, de slipafhankelijke
gedeeltelijk zelfsperrende differentieels, behoren de typen met vrijloopkoppeling
en nok-en-palsysteem en de sterk in opkomst zijnde typen met viscokoppeling.
Ook een derde subgroep is sterk in opkomst: het differentieel met elektronisch
) geregelde sperwerking, waarbij de wrijvingsopwekking soms zelfs niet meer in het
differentieel, maar erbuiten, in de wielremmen, plaatsvindt (7.3.4). Een vergelijkbare
simulatie van het differentieel met verhoogde inwendige wrijving treft men aan in
de Variomatic met dubbele CVT.
Met uitzondering van de Variomatic (zie daarvoor band B) komen al deze typen in dit
hoofdstuk aan de orde, nadat eerst de principiële werking van het differentieel, zowel
symmetrisch als asymmetrisch en zowel zonder als met kunstmatig verhoogde wrijving,
is uiteengezet (7.2).
7.2 DE WERKING VAN HET DIFFERENTIEEL
Het symmetrisch differentieel met kegeltandwielen
Bij het symmetrische differentieel met kegeltandwielen, het meest in de personenauto
toegepast, zijn op de aandrijfassen naar de wielen, meestal met spiebanen, de
zonnewielen aangebracht (afb. 7.3). De beide zonnewielen worden met één of meer
satellietwielen aan elkaar gekoppeld. De satellietwielen kunnen vrij roteren om de
satellietassen, die vast in het differentieelhuis zijn aangebracht. Het differentieel is vast
verbonden met het grote tandwiel van de eindreductie.
Het aandrijfkoppel wordt via de eindreductie aan het differentieelhuis overgedragen.
Het differentieelhuis neemt de satellietassen en de satellietwielen mee. De satellietwielen
drijven de zonnewielen aan die het aandrijfkoppel doorgeven naar de wiel aandrijfassen.
375

z
a
b
Afb. 7.3. Het werkingsprincipe van het symmetrische
differentieel met kegeltandwielen
a werkingsschema
b aanzicht op het satellietwiel
c ruimtelijke weergave met het krachtenspel
1. differentieelhuis
2. satellietwiel
3. zonnewiel
Gaat men uit van een differentieel zonder inwendige wrijving, dan roteren de satellietwielen
wrijvingsloos om hun asjes. De omtrekskrachten op de zonnewielen zijn dan
steeds gelijk, hetgeen betekent dat de aandrijfkoppels naar de wielen altijd gelijk zijn
als de zonnewieldiameters gelijk zijn. Ook wanneer door een verschil in rotatiefrequentie
van beide zonnewielen de satellietwielen om hun asjes roteren, verandert
hieraan niets: de aandrijjkoppels naar beide wielen zijn altijd gelijk.
Moeten er grotere aandrijfkoppels worden overgebracht dan past men meer satellietwielen
toe.
Voor de berekening van dit soort differentieels onderscheidt men vier situaties die
hieronder achtereenvolgens behandeld worden: de auto rijdt rechtuit, de auto rijdt in
een bocht, de auto 'draait om de hiel' (één wiel staat stil) en de wielen draaien in
tegengestelde richting. Uitgangspunt is de toepassing als dwarsdifferentieel.
Rijdt de auto rechtuit (afb. 7.4), dan zijn de hoeksnelheden en dus ook de rotatiefreqenties
van het differentieelhuis w, van het linker zonnewiel w, en van het rechter
zonnewiel W z aan elkaar gelijk:
Afb. 7.4. De werking van het dwarsdifferemieel
bij rechtuitrijden
Daaruit volgt: w 1 + W z = 2w, zodat onder alle omstandigheden geldt:
376
(7.1)
(7.2)

Roteren de satellieten wrijvingsloos om hun asjes, dan zijn de omtrekskrachten F, en
F~aan de zonnewielen gelijk, zodat bij een gelijke steekcirkelstraal z van de zonnewielen
voor de aandrijfkoppels geldt:
[Nrn]
[Nrn]
Voor de omtrekskrachten geldt F, = F~= !F (afb. 7.3c), zodat:
Daaruit volgt:
(7.3)
(7.3a)
[Nrn] (7.4)
[Nrn] (7.4a)
Uit formule 7.4 volgt dat het differentieel symmetrisch werkt.
Voor de vermogens geldt: P, + P~ = P. Het differentieel is immers geen vermogensvermenigvuldiger.
Omdat P = Tw, volgt daaruit:
[W] (7.5)
Daaruit volgt: P/Pz = (T]'w,)/(Tz'w~) en omdat T, = Tz (formule 7.4) levert dat:
P, = (w/wz)Pz. Ingevuld in formule 7.5: P = P~(w/wz + 1), zodat:
Pz = P'
p] = p.
Wz
w] +wz
W,
w, + Wz
[W]
(7.6)
[W] (7.6a)
Tijdens het rechtuitrijden op een vlak wegdek met gelijke dynamische rolstraal van de
wielen zijn de hoeksnelheden w, en Wz gelijk en is P, = Pz' Tijdens het rechtuitrijden
is er dan ook geen differentieelwerking en roteert het geheel als één blok.
Het rijden in een bocht brengt een verandering in het differentieel teweeg. In een
bocht naar links bij voorbeeld roteert het wiel dat de binnenbocht doorloopt en het
daaraan gekoppelde zonnewiellangzamer dan het wiel dat de buitenbocht doorloopt
met het daar aan gekoppelde zonnewiel (afb. 7.5). Voor de hoeksnelheden geldt nog
steeds formule 7.2, maar: w, = w - 8.w en Wz = w + 8.W, zodat:
Afb. 7.5. De werking van het
dwarsdifferentieel bij het rijden in een bocht
nallr links
Äw
Äw
(7.7)
377

I'+..wis de afwijking van de hoeksnelheid van beide wielaandrijfassen ten opzichte van
de hoeksnelheid van het differentieelhuis.
De satellietwielen roteren in principe wrijvingsloos om hun assen waardoor de omtrekskrachten
F, en Fz en dus ook de aandrijfkoppels T, en Tz gelijk blijven:
[N]
[Nm]
In de praktijk betekent dit verschijnsel dat, tijdens het doorslippen van een wiel door
een afnemende hechting tussen band en wegdek (zie deel 4 van deze serie), de aandrijfkrachten
aan de wielen gelijkblijven.
Voor de vermogens geldt nu: PI = TI'w l = T,(w -I'+..w) en P 2 = T2'W2 = Tz
(w + I'+..w).
Omdat TI = T 2 en w, < W2 volgt daaruit:
waarbij:
w, w-dw w-dw
PI = p.--- = p.-------= p._--
WI + Oh w - dw + w + dw 2w
Wz W + dw
P2 = p.---= p._-w,
+ W2 2w
[W]
(7.8)
(7.9)
(7.10)
(7.11)
[W] (7.11a)
/0
I . I . l I
liaO r rj ~ ,I 0U'l 0.11 IJ Jae;.;t
Draaien om de hiel betekent dat één wiel stilstaat en het andere wiel aangedreven
wordt. Deze situatie doet zich voor bij landbouwtn:~kkers, die op de plaats gekeerd
moeten worden. Met een gedeeld rempedaal wordt dan één wiel geblokkeerd en
tegelijkertijd wordt het andere wiel aangedreven. Het differentieel van een personenauto
werkt op overeenkomstige wijze wanneer één wiel doorslipt of vrij ronddraait en
) het andere wiel op het wegdek rust terwijl de auto stilstaat.
Afb. 7.6. De werking van het dwarsdifferentieel
bij het draaien om de hiel (één wiel staat stil)
Staat bij voorbeeld het linkerwiel stil en draait het rechterwiel (afb. 7.6), dan zijn de
hoeksnelheden: w, = 0 en W 2 = W + I'+..w.Omdat I'+..w= w, volgt hieruit:
378
Wz = 2w (7. [2)

Het draaiende wiel roteert dus met de dubbele hoeksnelheid van het differentieelhuis.
Voor de aandrij/koppels geldt:
[Nm] (7.13)
Slipt één van de aangedreven wielen volledig door, dan is de aandrijfkracht op dat
wiel erg klein. De aandrijfkracht op het niet-doorslippende wiel is even groot en dus
ook klein. De totale aandrijfkracht is niet groot en het voertuig komt niet in beweging.
Dit is het grote nadeel van een cOI}Yentioneel differentieel.
Voor het vermogen wordt genoteerd:
[W]
[W]
(7.14)
(7.14a)
Wordt het di//erentieelhuis (en dus de eindreductie) geblokkeerd door bij niet-draaiende
motor een overbrengingstrap in te schakelen en zijn beide aangedreven wielen
vrij van de grond en wordt één wiel rechtsom gedraaid dan roteert het andere wiel met
dezelfde rotatiefrequentie linksom (afb. 7.7 a).
Afb. 7.7. De werking vun het
dwarsdifferentieel bij tegengesteld
draaiende wielen
a differentieelhuis geblokkeerd
b IlIssenliggende mogelijkheid
Voor de hoeksnelheden geldt dan dus:
w=o
a
W2
b
(7.15)
(7.16)
Omdat geen aandrijfkoppel via het differentieelhuis wordt toegevoerd, heeft een beschouwing
van de koppel- en vermogensverdeling geen zin.
Een tussenliggende mogelijkheid is schematisch in afbeelding 7.7b weergegeven. Het
linkerwiel zal dan bij voorbeeld met lagere snelheid achteruit draaien dan het rech- /
terwiel vooruit draait. In de praktijk komt dit voor als de auto een soort pirouette
maakt en daarbij draait om een punt dat wel tussen de wielen ligt, maar niet in het
midden.
Anders dan tot nu toe aangenomen, zal er in de praktijk steeds wrijving optreden als
de satellietwielen om hun assen roteren. Deze wrijving betekent verlies en dit houdt
in dat tijdens het rijden door de bocht, of in het algemeen als het differentieel in
werking is, het mechanisch rendement van de aandrijjlijn 'la daalt. Door het gebruik
379
\(

van kegelwielen ontstaan extra axiale krachten, verhoogde wrijving en verliezen. Dit
wordt nog versterkt doordat de tanden op kegelwielen minder nauwkeurig worden
vervaardigd.
Het gevolg van de optredende wrijving is echter ook dat de aandrijfkoppels naar de
wielen gaan verschillen. Hierop berust het principe van het verderop te bespreken
gedeeltelijk zelfsperrende differentieel.
Het symmetrisch differentieel met cilindrische tandwielen
Bij het symmetrische differentieel met cilindrische tandwielen (afb. 7.8) grijpen beide
cilindrische satellietwielen in elkaar en elk afzonderlijk in een zonnewiel. In de praktijk
past men hier ook wel meer satellietwielsets toe om een gelijkmatiger verdeling
van de krachten en kleinere afmetingen te verkrijgen, zeker wanneer grote aandrijfkoppels
moeten worden overgebracht. De principiële werking van dit type differentieel
is verder gelijk aan die van het differentieel met kegelwielen.
Afb. 7.8. Het principe van het symmetrisch
dwarsdijjerentieel met cilindrische tandwielen
(2 zonnewiel, S satelliet wiel)
a ruimtelijk weergegeven
b bovenaanzicht
c zijaanzicht
donderaanzicht
Cilindrische tandwielen met rechte vertanding veroorzaken geen axiale krachten. De
afwerking van de tandwielen is nauwkeuriger. De wrijvingsverliezen bij differentieelwerking
zijn geringer en het rendement is gunstiger. De aandrijfkoppels naar het
"1 linker en rechter wiel blijven praktisch gelijk.
In een recent ontwikkelde constructie, het Ranger-differentieel in de Maserati Biturbo,
wordt dit principe gerealiseerd. De satellietwielen zijn echter voorzien van
schroefvertanding, als een soort wormwielen, waardoor er axiale krachten ontstaan
en er een verhoogde inwendige wrijving optreedt tijdens de differentieelwerking. Zie
voor de uitvoering hiervan: 7.3.2.
380 ~ 'efi (rl (
'! J ~ {O {~,(. I
( ' I tl l:t~
11 /
c
d

De noodzaak van het asymmetrisch differentieel
Het symmetrisch differentieel laat snelheidsverschillen van de uitgaande assen toe; de
koppels zijn in principe gelijk en in de praktijk nagenoeg gelijk.
Een asymmetrisch differentieel daarentegen maakt niet alleen snelheidsverschillen
van de uitgaande assen mogelijk, maar bovendien kunnen de koppels in de uitgaande
assen verschillen of beter gezegd: een vaste verhouding tot elkaar hebben die niet
gelijk is aan I.
Bij het rijden door een bocht blijkt dat de gemiddelde snelheid van de voorwielen
groter is dan de gemiddelde snelheid van de achterwielen (afb. 7.9): in dezelfde tijd
leggen de voorwielen dus gemiddeld een langere weg af dan de achterwielen.
I Afb. 7.9. De noodzaak van een
langsdifferentieel bij permanente
vierwielaandrijving: r,.'* r" (r,., r,,:
gemiddelde draaicirkelstraal van
respectievelijk de vooras en de achteras)
Om dit snelheidsverschil bij een auto met vierwielaandrijving mogelijk te maken.
wordt in de verdeel bak tussen de aandrijfassen een derde differentieel in de vorm van
een langsdifferentieel aangebracht, dat tevens tot taak heeft het koppel naar de vooras
en de achteras in een bepaalde verhouding te verdelen.
Ook bij bedrijfsvoertuigen wordt het asymmetrisch differentieel toegepast, zij het om
een andere reden. Bij dergelijke voertuigen worden de achterassen namelijk vaak
veel zwaarder belast dan de voorassen (zie deel 10 van de Steinbuch-serie). Uit deel 4
van deze serie is bekend dat daardoor de hechting tussen band en wegdek. en dus de
over te brengen aandrijfkracht, bij de achteras groter is dan bij de vooras, zeker
wanneer achter tandemassen worden toegepast. Om te voorkomen dat de voorwie- (1
len, die het minst worden belast, eerder doorslippen dan de achterwielen. is het wen- eNd ,',1/
selijk dat het aandrijfkoppel in verhouding tot de asbelastingen wordt verdeeld. J 1cxAW'~
Asymmetrische langsdifferentieels hebben hetzelfde nadeel als symmetrische asdiffe- y
rentieels: valt de hefhti~ bij één aangedreven wiel weg, dan neemt de aandrijfkracht
niet alleen hier ~f maar ook bij de andere aangedreven wielen. De oplossing van dit
probleem ligt in het (al dan niet) sperren, waarop in band B nader wordt ingegaan.
Het asymmetrische differentieel met cilindrische tandwielen
Varianten van het asymmetrisch differentieel met cilindrische tandwielen zijn in afbeelding
7.10 weergegeven. De uitvoering van afbeelding 7 .1Oa is een variant op het
symmetrisch differentieel (zie afb. 7.8).
381

71
8
Js,L......IszL
3~
F /~h~
/ I. t--).'\ Zr
T, ~ /)fuF\Z,
t--+++-ti
a
b
c Fr
..••..-.- ../. I
Fd Fs
'--.
\
Jl
5,
:i.
\. / Fs
Fs
....
1 \ Fd
i ",'
S T=;~
2
,
" .
:;
~ }-~r~'"' t
~ };; '"'
T, ~ ! NN ~ ~
F,
d +._'"' '"'
Afb. 7./0. Het werkingsprincipe van het asymmetrisch langsdifferentieel met cilindrische
tandwielen
a met enkelvoudige satellietwielen
b met dubbele satellietwielen
c met gesloten planetair stelsel
d met gesloten planetair stelsel en lIVeevoudige satellietwielen
382

De ongelijke verdeling van de koppels wordt eenvoudig verkregen door de zonnewielen
een verschillende diameter te geven. Zijn de tandentallen van de zonnewielen
respectievelijk Zzl en Zz2' dan is de verhouding van de aandrijfkoppels in de uitgaande
assen dus:
TI Zzl
-=-
Tz Zzz
[-J (7.17)
Atbeelding 7. lOb toont een langsdifferentieel met twee verschillende zonnewielell.
Bovendien hebben de satellieten een wijziging ondergaan. Er is gebruik gemaakt van
een dubbel satellietwiel met de tandwielen SI en Sz en een enkel satellietwiel S3 dat in
wiel Sz en in zonnewiel Zz grijpt.
De stralen van de steekcirkels van de tandwielen verhouden zich als de tandentallen
die respectievelijk worden aangegeven met zsl' zsz, zs3' zzl en Z,2. Geeft men de omtrekskrachten
aan de zonnewielen aan met F, en Fz, dan zijn de koppels in de uitgaande
assen TI = F,.zzl en Tz = Fz.zzz. Voor het dubbele satellietwiel geldt
FI.zsl = Fz.zsz waardoor Fz = FI(zs/zsz), zodat ook geldt: Tz = FI(zSI.ZzZ)/zsz.
De verhouding van de koppels in de uitgaande assen is nu:
TI Zzl . ZsZ
Tz Zzz. Zsl
[-J
(7.18)
Een ecnvoudige manier om tot een asymmetrisch differentieel te komen, is het in
band B behandelde gesloten planetaire stelsel (atb. 7. lOc). Als het tandental van het
zonnewiel Z wordt aangegcven met Zz en van het ringtandwiel R met zp dan wordt dc
koppelverdeling naar de uitgaande assen (zonder wrijving):
[-J
(7.19)
De koppelverhouding is bij deze constructie vrij hoog, omdat er altijd een groot verschil
tussen de tandentallen van het ringwiel en het zonnewiel blijft bestaan. ~
Een kleinere koppelverhouding is mogelijk door gebruik te maken van een planetair
stelsel met tweevoudige satellietwielen (atb. 7.lOd). Het ringwiel is aandrijvend en het
zonncwiel en de satellietdrager zijn verbonden met de uitgaande assen.
De tandentallen zijn gesteld op Zr voor het ringwiel en Zz voor het zonncwiel; de
tandentallen van de satellieten Zsl en ZsZ zijn gelijk. Voor de respectieve stralen waaraan
de omtrekskrachten werken, zijn de tandentallen ingevuld en zo ontstaat het
krachtendiagram van atbeelding 7.lOd. De omtrekskrachten aan de tandwielen zijn
alle gelijk (Fr = F, = F,) en de krachten op de assen van de satellietdrager
(Fd = 2Fs = 2F r = 2F,) veroorzaken een tegengesteld koppel.
Het koppel in de uitgaande as die verbonden is met het zonnewiel is:
Het koppel in de uitgaande as die met de satellietdrager in verbinding staat is:
383

Volgens afbeelding 7.lOd is F d = 2Fs en F, = Fr = Fz' zodat !Fd = Fr; dus:
[NmJ (7.20)
Voor de verhouding van de koppels aan de uitgaande assen geldt derhalve:
TI __ F_, '_z_z -_' z_
T2 Fr. (:r - Zz) :r -z
Als Zr = 2z z is hier zelfs een symmetrische verdeling van de koppels mogelijk, zodat:
[-J
[-J
(7.21)
(7.2Ia)
Het asymmetrisch differentieel met kegeltandwielen
In afbeelding 7.11 is een drietal asymmetrische langsdifferentieels met kegeltandwielen
weergegeven. De eenvoudigste asymmetrische verdeling wordt verkregen door
zonnewielen van verschillende diameter toe te passen en de satellieten schuin te plaatsen
(afb. 7.11a). De verhouding van de koppels is dan:
Tl zzl
T2 zz2
[-J
(7.22)
De uitvoering volgens afbeelding 7.11b is voorzien van dubbele satellietwielen met
verschillende diameter, waardoor de omtrekskrachten aan beide zonnewielen verschillend
zijn. Bovendien hebben de beide zon ne wielen een verschillende diameter.
384
a b
c
Afb. 7.11. Het werkingsprincipe van het
asymmetrisch langsdifferelllieel met kegelwielen
a met enkelvoudige satellieten (schuif/geplaatst)
b met dubbele satellieten
c met dubbele satellieten (schuingeplaatst)

Voor het dubbele conische satellietwiel geldt: F,'zs' = Fz'zsz, zodat F, = Fizjzs')'
Voor de koppels in de uitgaande assen geldt dan dus:
zodat de verhouding van de koppels in de uitgaande assen is:
.!i = Zzl . ZsZ
Tz Zzz' Zsl
[NmJ
[NmJ
[-J
(7.23)
(7.23a)
De variant met schuingeplaatste satellieten (afb. 7.11c) heeft dezelfde koppelverhouding.
(7.24)
Kunstmatig verhoogde inwendige wrijving
In de loop der jaren zijn er heel wat methoden ontwikkeld om het eerder genoemde
nadeel van het conventionele differentieel (het geheel wegvallen van de aandrijfkracht
als één wiel doorslipt) te ondervangen.
Het meest eenvoudige middel is het uitschakelen van de differentieelwerking door
een differentieelsper of differentieelslot. Met behulp van een schakelring met klauwkoppeling
(afb. 7.12) wordt een zonnewiel aan het differentieelhuis gekoppeld. Dit
type differentieel vindt overwegend toepassing in terreinvoertuigen (zie band B).
Afb. 7.12. Het principe van de diJJerelltieelsper
De sper mag alleen worden ingeschakeld als het voertuig zich in het terrein bevindt.
Zou de sper ingeschakeld blijven als de auto op de verharde weg met een goede 2
hechting tussen banden en wegdek rijdt, dan kan er grote schade aan het differentieel _
en de wielaandrijfassen ontstaan.
De aandrijfkoppelverdeling kan bij ingeschakelde differentieelsper
ge waarde aannemen. Zelfs is het mogelijk dat de aandrijfkoppels
iedere willekeuriin
de wielen tegen-
)
?
gestelde waarden aannemen, bij voorbeeld bij het rijden door een lange bocht met )
een relatief laag motorkoppel.
Een methode die in personenauto's veel wordt toegepast om de nadelen van roterende
differentieels gedeeltelijk op te heffen, is het kunstmatig verhogen van de inwendige
wrijving. Daardoor is het mogelijk het aandrijfkoppel naar de sneller roterende
385

uitgaande as te verkleinen en tegelijkertijd het aandrijfkoppel naar de langzamer
roterende as te vergroten. Indien er geen differentieelwerking is, dus tijdens rechtuitrijden,
wordt er geen inwendige wrijving opgewekt en zal het aandrijfkoppel op af
--normale wijze worden verdeeld. Dergelijke wrijvingsdifferentieels werken geheel
automatisch.
Door de optredende wrijving gaat een deel van de aandrijfenergie verloren; die wordt
in het differentieel omgezet in warmte. Het vervelende hierbij is dat deze verliezen
door de hoge wrijving groot zijn als het aandrijfmoment groot is, indien de auto in een
7 bocht rijdt en de hechting tussen banden en wegdek goed is. De inwendige wrijving is
immers rechteve"Orê'digmet het aandrijfkoppel.
Ook zal de auto zwaarder sturen, omdat een snelheidsverschil van de wielen moeilijker
wordt toegelaten: de auto wil rechtuit rijden. Het gevolg van 'sperren in procenten'
is ook dat de werking groot is als dit eigenlijk niet nodig is. De ontwikkelde
")warmte is soms zo hoog (bij voorbeeld bij rally-auto's) dat het smeermiddel extra
moet worden gekoeld. Het smeermiddel wordt dan met een pompje door een warm-
( tewisselaar geleid.
Het principe van een wrijvingsdifferentieel is weergegeven in afbeelding 7.13. De
pignon drijft het kroonwiel aan dat gekoppeld is aan het differentieelhuis. In het
differentieelhuis zijn de satellietassen aangebracht die de satellietwielen meenemen.
De satellietwielen kunnen vrij om de asjes draaien en drijven de zonnewielen aan.
Het koppel in het differentieelhuis wordt gelijk verdeeld over de beide zonnewielen.
Tijdens rechtuitrijden is er geen differentieelwerking en dit betekent dat in de wrijvingskoppelingen
Kw, aangebracht tussen het differentieelhuis en de zonnewielen met
a c
Afb. 7.13. Het principe van het wrijvingsdifferentieel
a lVerkingsschema
b Sankey-diagram met koppelverdeling bij het rechtuitrijden (zonder differentieellVerking) (de
verticale dubbele streepjes stel/en de lamel/en koppeling voor)
c Sankey-diagram met koppel verdeling tijdens differentieellVerking
Kw wrijvingskoppeling
Tu uitgaande koppels
386
T w wrijvingskoppel
T z koppel in het zonnewiel
b

de uitgaande assen, geen snelheidsverschil en derhalve geen wrijving ontstaat. Er is
geen wrijvingskoppel, dus Tw = O. De koppelverdeling (in atb. 7.l3b aangegeven met
behulp van een Sankey-diagram, dat is een energiestroomschema) is dan gelijk aan
die van een symmetrisch differentieel.
Slipt nu echter één wiel door wegens te weinig grip op het wegdek, dan zal het zonnewiel
dat met dit doorslippende wiel is verbonden, sneller gaan roteren dan het differentieelhuis.
De wrijvingskoppeling zal nu gaan slippen en er ontstaat wrijving: het
versnellende wiel wordt afgeremd.
Een deel van het koppel dat via het zonnewiel was toegevoerd wordt nu via de wrijvingskoppeling
teruggevoerd naar het differentieelhuis. Het andere zonnewiel, van
het niet- doorslippende wiel, roteert door de differentieelwerking langzamer dan het
differentieelhuis. Ook hier treedt de wrijvingskoppeling in werking en het achterblijvende
zonnewiel wordt door het wrijvingskoppel meegenomen. Het reeds aanwezige
koppel in het zonnewiel wordt nu vermeerderd met het wrijvingskoppcl rechtstreeks
van het differentieelhuis. Het koppel dat door de wrijvingskoppeling van het
sneller roterende zonnewiel is afgenomen, zal aan het langzamer draaiende zonnewiel
worden toegevoerd (atb. 7.13c).
Er ontstaat dus onmiddellijk een wrijvingskoppel, zodra er differentieelwerking is:
het maakt daarbij niet uit of die werking wordt veroorzaakt door een slippend wiel of
door het rijden in een bocht.
Deze principiële werking is in het algemeen van toepassing, ook op een van wrijvingselementen
voorzien langsdifferentieel in een auto met vierwielaandrijving (zie band
B).
7 De sperwaarde en het inwendige-wrijvingskoppel
_Men drukt de mate waarin bij een differentieel met verhoogde inwendige wrijving
verschil kan ontstaan tussen de koppels in de uitgaande assen uit in de sperwaarde. De
sperwaarde S is gedefinieerd als de verhouding tussen het verschil van de aandrijfkoppels
in de uitgaande assen en het toegevoerde koppel (de som van de aandrijfkoppels):
[-] (7.25)
Vermenigvuldigt men het resultaat met 100, dan ontstaat een uitdrukking in procent.
Blijkens atbeelding 7.13c is het verschil van de aandrijfkoppels gelijk aan het totale
koppel in de wrijvingskoppelingen:
Tw = TI - Tl = Twl + Twl
zodat formule 7.25 ook kan worden geschreven als:
s = Tw = 41 + Twl
1in TI + Tl
[Nm]
[-]
(7.26)
(7.25a)
Hoe groot zijn nu de sperwaarde en het wrijvingskoppel bij een concreet differentieel?
We bekijken daartoe de Lok-O-Matic van ZF wat nader, waarin de sperrende
werking wordt verkregen door wrijvingskoppelingen in de vorm van lamellenkoppelingen
(atb. 7.14, zie voor de uitvoering hiervan: 7.3.4).
387

13
12
11
10
9
8
7
1=13 1.
6 aanzicht A
buitenlamel
2. binnenlamel
3. deksel
4. axiaallager
5. zonnewiel
6. drukring of
drukstuk
7. kroonwiel
2
3
8. differentieelhuis
9. satellietwiel
10. uitgaande as
aan het
4 zonnewiel
11. satellietas
5 12. meeneemnokken
13. V-vormige
uitsparingen
6
Afb. 7.14. De opbouw van het wrijvingsdifferentieel
(ZF, Lok-O-Matie)
Het differentieelhuis wordt door het grote tandwiel van de eindreductie aangedreven.
In het differentieelhuis zijn vier sleuven aangebracht. De twee drukringen zijn elk van
vier meeneemnokken voorzien die in de axiale sleuven aangrijpen. De drukringen
kunnen in axiale richting verschuiven maar roteren met het differentieelhuis mee. In
de drukringen zijn vier V-vormige uitsparingen (aanzicht A) aangebracht waarin de
satellietasjes zijn geklemd. De drukringen nemen zo de satellietasjes en satellieten
mee die op hun beurt weer de zonnewielen met de wielaandrijfassen aandrijven.
Er ontstaat een wigwerking ten gevolge van de krachten in de V-vorm van de uitsparingen:
de drukstukken worden uit elkaar gedrukt en de wrijvingslamellen aangedrukt.
De binnenlamellen zijn met spievertanding aan de zonnewielen verbonden.
De buiten lamellen zijn met vier buitenste meeneemnokken in de axiale sleuven van
het differentieelhuis aangebracht. De beide zonnewielen zijn door de lamellenkoppelingen
met het differentieelhuis verbonden. Om een voorspanning van de wrijvingskoppelingen
te verkrijgen, worden soms schotelveren ingebouwd (zie verderop).
Uit het krachtenspel in het differentieel (afb. 7.15) valt op te maken dat het wrijvingskoppel
in één stel wrijvingsschijven bedraagt:
Voor de totale wrijvingskracht I\. geldt bij een wrijvingscoëfficiënt !~en een aantal
wrijvingsvlakken z:
388

~
G
~
.;,.
t I
'41 i
Afb. 7.15. Het krachtenspel in een wrijvingsdifferentieel (ZF-principe)
Is de wighoek al en de omtrekskracht aan de satellietasjes F I , dan is de spankracht
tegen de drukringen F 2 = F/tana.
Uit het koppel in de satellietwielen ontstaat de omtrekskracht F J • Voor de satellietasjes
geldt dan: FJ.r2 = FI'rl, dus FI = (rirl).I~l'
Vult men dit alles in de boven gevonden uitdrukking voor het wrijvingskoppel in één
stel wrijvingsschijven in, dan ontstaat:
G
'3
._.
[Nm] (7.27)
Het aandrijfkoppel naar het langzamer roterende wiel is gelijk aan het koppel in het
zonnewiel, vermeerderd met het wrijvingskoppel:
Het aandrijfkoppel naar het sneller roterende wiel is dan:
[Nm]
[Nm]
(7.28)
(7.28a)
Vult men deze uitdrukking voor Tl en T 2 in formule 7.25 in, dan ontstaat na enige
rangschikking voor de sperwaarde van de Lok-Q-Malie:
s= rJ'Wz
'1' tan Cl
[-] (7.29)
Bij deze principiële berekening is de overige wrijving in het differentieel verwaarloosd.
Uit deze redenering volgt dat er sprake is van (gedeeltelijk) sperren als er een wrij- 7
vingskoppel is. Dat wrijvingskoppel ontstaat als er een aandrukkracht is en deze aan- (
drukkracht is er alleen wanneer er een aandrijfkoppel is. Dit betekent dat er naar de \
sneller roterende uitgaande as altijd een koppel moet worden gevoerd om sperwer- )
king te verkrijgen. Dit valt ook te verklaren uit de redenering dat het differentieel
spert in procenten van het aandrijfkoppel. Daaruit volgt, zoals al eerder gesteld, dat
een dergelijk differentieel ook een zelfsperrende werking heeft als het eigenlijk niet
nodig is.
389

Worden er speciale eisen gesteld dan kunnen er schote/veren worden gemonteerd om
de lamellenkoppelingen constant onder voorspanning te houden. Daardoor is er ook
een redelijk wrijvingskoppel in het differentieel aanwezig als de aandrijving van één
wiel geheel wegvalt, dus als dat wiel loskomt van het wegdek, en ook als de wrijving
tussen de band en het wegdek zeer laag is, zoals op ijs. Het andere wiel krijgt dan toch
nog voldoende aandrijving.
Rijdt een auto met wrijvingsdifferentieel door een bocht, dan wordt het grootste
aandrijfmoment naar het aangedreven wiel dat het langzaamst roteert (het wiel dat de
binnenbocht doorloopt) gevoerd. Dit is echter juist het wiel dat, ten gevolge van de
wielbelastingsverplaatsing naar buiten, de minste Èechting heeft (zie voor een verklaring
van dit verschijnsel deel4 van de Steinbuch-serie). De sperrende werking zou
daarentegen in deze situatie pas een nuttige aanvulling zijn als het overhellen zodanige
vormen aanneemt dat het aangedreven wiel in de binnenbocht 'spint'. Als het
spinnende wiel dezelfde rotatiefrequentie bereikt als het buitenste wiel, gaat het
grootste koppel naar het buitenste wiel, zodat de slip van het binnenste wiel wordt
begrensd.
Wrijvi ngse/ementen
De inwendige differentieelwrijving kan door verschillende soorten wrijvingselementen
worden opgewekt: een lamellenkoppeling ,een conische wrijvingskoppeling of een
viscokoppe/ing (zie voor de uitvoeringsvormen 7.3.4).
Afbeelding 7.16 toont in principe de varianten waarin wrijvingselementen in het differentieel
kunnen worden opgenomen. Tevens zijn de bijbehorende functiesymbolen
en het verloop van de koppelverdelingen toegevoegd in de vorm van Sankey- of energiestroomdiagrammen.
Uitgaande van het differentieel zonder wrijving (afb. 7.16a) is een uitvoering met twee
stelwrijvingselemellten (afb. 7.16b) een veel voorkomende mogelijkheid. Dit wrijvingsdifferentieel
is geheel symmetrisch gebouwd. Gaat men ter vergelijking uit van
een wrijvingskoppel T W1 = Tw~dat 25 % is van het toegevoerde koppel, dan bedraagt
de sperwaarde S volgens formule 7.25a: 50 %; dat kan met behulp van het energiestroomdiagram
worden bepaald.
Het linker diagram in afbeelding 7.16b toont de koppelverdeling als as I langzamer
roteert dan as 2. Verandert de differentieelwerking (gaat as 2 langzamer roteren), dan
geldt het spiegelbeeld van het diagram (het rechter diagram in atb. 7.16b), maar het
principe blijft gelijk.
Een vereenvoudigde mogelijkheid met slechts één wrijvingse/ement tussen het differentieelhuis
en één zonnewiel (afb. 7.16c) geeft bij een wrijvingskoppel van 20 % een
sperwaarde S van 25 %. Het differentieel zelf werkt symmetrisch, maar door het eenzijdig
plaatsen van het wrijvingselement ontstaat een asymmetrisch geheel. De energiestroom
geeft bij het sneller roteren van as 2 een ander beeld te zien dan wanneer as
I sneller roteert.
Wordt het wrijvingse/ement tussen de beide uitgaande assen geplaatst (atb. 7.16e) dan
is de sperwerking tweemaal zo effectief. Er kan dan met één wrijvingselement worden
volstaan. Is de waarde van het wrijvingskoppel ook hier gesteld op 25 % van het
toegevoerde koppel, dan is de sperwaarde S dus 50%. In principe is dit wrijvingsdifferentieel
geheel symmetrisch maar in de praktijk zal om constructieve redenen het
differentieel naar het schema van afbeelding 7.16d worden gebouwd.
390

~,,~
71+72
as 2 roteert sneller as 1 roteert sneller
LL
as 2 roteert sneller
as 1 roteert sneller
Afb. 7./6. Opstellingsvarianten van wrijvingse/emelllen in een wrijvingsdifferentieel met de . .J
bijbehorende functiesymbolen en de Sankey-diagrammen , . tJ 0
a differelllieel zonder kunstmatig verhoogde inwendige wrijving A U ( tiJ j
b metllVee stelwrijvingselementen () ÎP y q ot>
c met één wrijvingselement (lis-huis-type) Cf €f azA'l
d met één wrijvingselement tussen beide uitgaande lissen (lis-lis-type)
e met één wrijl'ingselemelll tussen beide uitgaande assen (as-as-type)
De slipsnelheid in het wrijvingselement is bij dit zogenaamde as-as-type (zie 7.3.4)
tweemaal zo groot als bij het voorgaande huis-as-type, ervan uitgaande dat de rotatieflequentieverschillen
van de uitgaande assen gelijk zijn.
Inwendige wrijving door worm en wormwiel
Een principe waarbij de inwendige wrijving van het differentieel niet door middel van
speciaal ingebouwde wrijvingselementen wordt verkregen, is het differentieel dat
werkt met een worm en een wormwiel. Zoals immers in hoofdstuk 2 uiteengezet
ontstaat tijdens het aandrijven van een worm-wormwieloverbrenging glijdende wrijving;
de spoedhoek van de worm is daarbij bepalend of de overbrenging, als het
wormwiel de worm aandrijft, zelfremmend is. Een kleine spoedhoek van de worm
geeft een grote kans op zelfremmen. Hoe groter de spoedhoek, des te kleiner is de
kans op zelfblokkering. Aandrijven in beide richtingen is dan mogelijk, zoals blijkt uit
de toepassing in de eindreductie (zie hoofdstuk 6) en in het stuurhuis (zie deel 4 van
deze serie).
391

In een recent ontwikkelde constructie, het Torsen-differentieel, wordt dit wormwormwielprincipe
toegepast (zie 7.3.4).
Inwendige wrijving door glijpennen of glijblokjes
In principe zijn bij het niet-roterende differentieel (zie 7.3.5) de satellietwielen vervangen
door wrijvingselementen.
Bij het differentieel met conische satellietwielen worden deze vervangen door axiaal
geplaatste pennen. De zonnewielen worden dan van speciale glij vakken voorzien,
waardoor tijdens differentieelwerking wrijving ontstaat.
Radiaal geplaatste glij blokjes vervangen in principe de satellietwielen in het asymmetrische
differentieel (planetair stelsel). Ook hier worden dan het ringwiel en het zonnewiel
van speciaal gevormde glijvakken voorzien.
Inwendige wrijving door een viscokoppeling
De visceuze koppeling of kortweg viscokoppeling is een naoorlogs verschijnsel in de
voertuigtechniek en geniet tegenwoordig in toenemende mate populariteit door de
toepassing als wrijvingsopwekker in het differentieel met kunstmatig verhoogde inwendige
wrijving (zie 7.3.4) en in permanente vierwielaandrijfsystemen zonder centraal
differentieel (zie band B).
De huidige typen zijn alle gebaseerd op de octrooien van het vroegere Harry Ferguson
LId (zie band B) en worden thans geproduceerd door het in 1984 opgerichte Westduitse
Viscodrive en zijn licentienemers, onder andere in Japan. Viscodrive is een
gezamenlijk initiatief van ZF en Uni-Cardan (onderdeel van de Engelse GKNgroep),
maar is sinds begin 1988 geheel in handen van de laatste.
De viscokoppeling is een op zichzelf staande gesloten eenheid (afb. 7.17). Zij is een
bijzondere vorm van de lamellen koppeling (zie hoofdstuk 3) en is opgebouwd uit
buitenlamellen die door middel van een vertanding (een verschuifbare, maar niet verdraaibare
verbinding) met het huis zijn verbonden en binnenlamellen die op dezelfde
wijze op de naaf zijn aangebracht. In het afgesloten huis, tussen de lamellen, bevindt
392
Afb. 7.17. De viscokoppeling
1 binnenlamel
2 buitenlamel
3 uitgaande as
4 huis
5 ingaande as

zich een siliconen vloeistof, meestal in combinatie met een geringe hoeveelheid lucht.
Aan deze speciale visceuze (dikvloeiende ) vloeistof dankt de viscokoppeling haar
naam. De ook wel gebruikte term 'viscose koppeling' is onjuist. Viscose heeft namelijk
niets met koppelingen te maken: het is een uit houtcellulose bereide grondstof van
een bepaald soort rayon (ook wel 'kunstzijde' genoemd) dat in de vorm van vezels en
garens onder andere voor textiele weefsels wordt gebruikt.
De werking
Zolang het huis en de naaf met dezelfde snelheid in dezelfde richting roteren, blijft de
koppeling buiten werking. Zodra er echter een snelheidsverschil ontstaat, in een differentieel
bij voorbeeld door het slippen van één van de aangedreven wielen, dan
wordt de vloeistof op afschuiving belast en wordt er een wrijvingskoppel opgebouwd.
Wordt het snelheidsverschil groter, dan nemen de afschuifkracht en het koppel toe.
In afbeelding 7.18a is in principe weergegeven hoe het afschuiven van de vloeistof
tussen een binnen- en een buitenlamel gebeurt. Zoals in hoofdstuk 2 uiteengezet,
wordt de inwendige vloeistofwrijving bepaald door de schuifspanning. Deze schuifspanning
wordt voor newton vloeistoffen bepaald door de zogenaamde snelheidsgradiënt
of afschuifsnelheid, dat is in het geval van de lamellenkoppeling de verhouding
tussen het snelheidsverschil ~v en de afstand ~s tussen de lamellen (zie formule 2.6).
Afb. 7.18. De werking van
viscokoppeling
a het afschuiven van de
visceuze vloeistof
b de dynamische
kop pelrotatie karakte ristiek
c de invloedsfactoren uitgezet
tegen de tijd
c:

De mate waarin de schuifspanning
mische viscositeit YJ.
afhangt van deze snelheidsgradiënt heet de dyna-
Omdat sommige siliconenvloeistoffen, en in ieder geval de in de viscokoppeling gebruikte
soorten, vanwege hun thixotropisch gedrag tot de niet-newtonvloeistoffen behoren,
verloopt de afschuiving bij deze vloeistoffen niet evenredig met de snelheids-
~ gradiënt, maar degressief. Daaruit valt het typische verloop van de dynamische koppel-rotatiekarakteristiek
van de viscokoppeling te verklaren (atb. 7.18b).
I Zo'n diagram komt tot stand door het snel verhogen van het rotatiefrequentieverschil
8.n. Wordt zo'n diagram opgesteld bij een stationair gemeten, puntsgewijs verhoogd
rotatiefrequentieverschil, dan ontstaat een andere vorm van de kromme. Verder valt
de hysteresislus op: het koppel neemt bij stijgende 8.n hogere waarden aan dan bij
dalende 8.n. Ook de invloed van de snelheid van de 8.n-verandering op het koppel verloop
valt in het diagram te zien: de streeplijn geeft een snellere verandering weer en
vormt een smallere lus dan het geval is bij een minder snel stijgende 8.n (doorgetrokken
lijn). Tenslotte is in het diagram aangegeven, dat de karakteristiek als geheel
naar linksboven wordt verplaatst als de meting bij een koppeling met een visceuzere
vloeistof wordt verricht.
Het gedrag van de viscokoppeling kan worden verklaard uit het optreden van twee
verschillende bedrijfstoestanden , de visceuze en de 'hurnp' -bbdrijfstoestand C'viscous
r
mode' en 'hump mode'). I tel'
J 'vI}, 1.
" ?
De visceuze bedrijfstoestand I)
In de visceuze bedrijfstoestand overheerst de vloeistofwrijving . Het bij deze toestand
in de koppeling opgewekte visceuze-wrijvingskoppel. ook wel kortweg viscokoppel
genoemd, volgt in eerste aanleg de newtonse afschuivingswet, maar zal bij hogere
viscositeiten in toenemende mate van deze wet afwijken.
Het viscokoppel wordt dan ook berekend uit de afschuifspanning T, het lamellenoppervlak,
het aantal lamellenwerkvlakken en de gemiddelde staat van de lamellen,
terwijl ook de vullingsgraad van het huis en de profilering en perforatie van de lamellen
in rekening gebracht worden. Veel van deze grootheden worden proefondervindelijk
vastgesteld. Zo zullen de dichtheid en de viscositeit van de siliconenvloeistof
veranderen met de temperatuur, terwijl bovendien de viscositeit afhankelijk blijkt
van de snelheidsgradiënt. Deze temperatuurafhankelijkheid is groter naarmate de
siliconenvloeistof visceuzer is.
In vergelijking met andere visceuze vloeistoffen is de temperatuurafhankelijkheid
van de siliconenvloeistofviscositeit echter zo gering, dat het wrijvingskoppel van een
viscokoppeling slechts in beperkte mate afhankelijk is van de temperatuur. Toch valt
wel enige temperatuuratnankelijkheid te constateren, maar dit is niet zozeer een eigenschap
van de vloeistof als wel van de koppeling: zij hangt samen met de uitzetting
I van de siliconenvloeistof waardoor het werkzame oppervlak groter wordt zodat, on-
~ danks het afnemen van de dichtheid, het wrijvingskoppel per saldo toeneemt.
Samengevat zal het viscokoppel tussen 0 en 100 oe ongeveer met een factor 2,5 veranderen,
wat voor toepassing in voertuigen toelaatbaar is.
Uit het bovenstaande volgt, dat de viscokoppeling tegen thermische overbelasting
kan worden beschermd door het kiezen van een siliconenvloeistof met lage viscositeit.
De stijging van de temperatuur kan ook worden begrensd door het zogenaamde
hump-effect.
394

De 'hllmp'-bedrijfstoesland
Tijdens de 'hump '-bedrijfstoestand heerst het verschijnsel van de gemengde wrijving,
dus een combinatie van vloeistof- en vastestofwrijving. De overgang van zuivere
vloeistofwrijving naar gemengde wrijving gaat namelijk met een sterke, kortdurende
stijging van het koppel gepaard. Omdat in de koppel-tijdkarakteristiek (afb. 7.l8c)
deze plotselinge stijging de vorm heeft van een bult (Engels: 'hump'), wordt dit verschijnsel
het 11lImp-effect genoemd en het in deze-situat£doorde viscokoppeling
overgedragen koppel heet het hump-koppel.
Het volgende speelt zich af. Met de slip en de inwendige wrijving loopt de temperatuur
in de koppeling op, waardoor de vloeistof uitzet. Bij een bepaalde temperatuur
wordt ten gevolge van deze uitzetting de aanwezige lucht gecomprimeerd en wordt
een vullingsgraad van 100 % bereikt, hetgeen betekent dat vanaf dat ogenblik de druk
in het afgesloten huis sterk toeneemt. De verdeling van de druk in het huis is niet
homogeen, waardoor het ontstaan van sterk verschillende lamellenspelingen wordt
bewerkstelligd. Omdat in de nu ontstane nauwe spleten de verder stijgende druk zich
door smoorwerking niet kan voortplanten, wordt de vloeistoflaag tussen verschillende
lamellen gedeeltelijk doorbroken en ontstaat gemengde wrijving.
De hoogte van deze tijdelijke koppelstijging ten gevolge van het aanlopen van de
lamellen wordt bepaald door de plaatselijke drukverschillen; deze leiden namelijk tot
axiale aandrukkrachten waarbij de wrijving tussen de lamellen een rol speelt. Verder
is het aantal lamellen met gemengde wrijving bepalend. Ook de perforatie en de
profilering (de vlakheid) van de lamellen spelen mee omdat hierdoor de mogelijkheid
tot het verplaatsen van de siliconenvloeistof en het egaliseren van de druk wordt
bepaald. Het hier beschreven proces verloopt verder afhankelijk van het snelheids- ~
verschil, de vullingsgraad, het viscokoppel en de temperatuur. De aanspreektijd (de
tijd die verloopt tot het hump-koppel optreedt) kan naar wens binnen bepaalde grenzen
worden ingesteld door de vullingsgraad te variëren.
In principe is vanaf een gegeven rotatiefrequentieverschil een snelle overgang van het
viscokoppel naar het hump-koppel gewenst. Dan zal ook het omgekeerde, de overgang
van het hump- naar het viscokoppel, snel gebeuren. Deze beide eisen hebben tot
gevolg dat de viscokoppeling warmtetechnisch geoptimaliseerd moet worden.
De gemengde wrijving treedt niet permanent op maar alleen onder extreme bedrijfsomstandigheden;
zij mag tijdens de levensduur van de koppeling slechts een beperkt {
aantal malen (100 ... 200 maal) optreden.
De basisopbOllW
De drie meest kritische elementen van de koppeling zijn de siliconenvloeistof, de
afdichtingen en de lamellen. Het zal duidelijk zijn dat in een viscokoppeling die uitsluitend
in de visceuze bedrijfstoestand werkt de belasting van de hoofdelementen
kleiner is dan in een koppeling die afwisselend in de visceuze en in de hump-bedrijfstoestand
werkt. Gezien de eis dat de levensduur van de viscokoppeling minstens gelijk
moet zijn aan die van de auto worden aan de drie hoofdelementen ten aanzien van
werking en levensduur dan ook hoge eisen gesteld.
Voor de levensduur van de siliconen vloeistof zijn de temperatuur en de mate van
afschuiving maatgevend. Daarbij speelt de veroudering door oxydatie onder invloed
van de zuurstof uit de lucht een beslissende rol. Veroudering uit zich in een verlaging
van de viscositeit, vooral bij hogere temperatuur. Siliconenvloeistof met een lagere
395

viscositeit gedraagt zich thermisch stabieler. Siliconenvloeistof die voor viscokoppelingen
wordt gebruikt behoort tot de groep van de polymethylsiloxanen, dat zijn lange
ketens van afwisselend zuurstof- en siliciumatomen, waarvan de vrije bindingsmogelijkheden
door methylgroepen zij n verzadigd (zie hoofdstuk 2). Hoe langer de ketens,
des te visceuzer is de vloeistof.
De afdichtingen moeten tegen hoge temperaturen bestand zijn, terwijl zij ook door
het contact met de siliconenvloeistof en met metalen delen niet mogen worden aangetast.
In het geval dat het humpverschijnsel zich voordoet, moeten de afdichtingen
hoge drukken kunnen weerstaan en worden hoge eisen aan de loopvlakken gesteld.
Voor de viscokoppeling zij n dan ook speciale askeerringen ontwikkeld; Viscodrive bij
voorbeeld past een keerring met een nagenoeg vierkante doorsnede met vier afdichtingslippen
toe, vervaardigd uit een fluorrubbersoort.
De lamellen zijn gestanste, geharde en van een oppervlakteharding voorziene stalen
platen, waarvan de vertanding waarmee ze aan de naaf en het huis bevestigd zijn, een
evolvente vorm heeft. Zowel de binnen- als de buitenlamellen zijn geperforeerd,
waarbij het perforatiepatroon door proefnemingen tot stand komt. Meestal hebben
de binnenlamellen radiale sleuven aan de buitenomtrek, terwijl de buitenlamellen
voorzien zijn van een cirkelvormige perforatie (zie afb. 7.17) die in sommige uitvoeringen
in radiale sleuven in de richting van de binnenomtrek uitlopen. Niet alleen
de perforatie, ook de profilering van de lamellen wordt geoptimaliseerd om een goede
verhouding tussen het viscokoppel en het hump-koppel te verkrijgen. Het humpkoppel
is verder in belangrijke mate afhankelijk van de vormvastheid, de slijtvastheid
en de wrijvingscoëfficiënt van de lamellen. Daarbij spelen de fabricagemethoden, de
materiaalkeuze en de oppervlaktebehandeling een rol.
7.3 HET DWARSDIFFERENTIEEL
7.3.1 Het roterend differentieel met kegelwielen
Het symmetrisch differentieel met kegelwielen wordt in de personenauto het meest
als dwarsdifferentieel toegepast (afb. 7.19). Het grote eindreductietandwiel (vaak het
kroonwiel) wordt met klinknagels of bouten aan het differentieelhuis bevestigd. Dit
tandwiel kan ook deel uitmaken van het differentieelhuis waardoor het aantal onderdelen
wordt beperkt.
De toepassing van kegelwielen als satelliet- en zonnewielen geeft een compacte, kubusvormige
bouwwijze. De constructie levert in het algemeen weinig problemen en
storingen op. De satellieten en zonnewielen zijn radiaal gelagerd met bronzen glijlagers.
Sommige automerken passen zelfs geen afzonderlijke lagerbussen toe. De satellieten
worden dan rechtstreeks op de asjes gelagerd waarbij de loopvlakken een oppervlakteharding
hebben ondergaan. Om de smering te verbeteren, worden in de
asjes of in de satellieten oliegroeven aangebracht. De satellietasjes worden met pennen
in het differentieelhuis geborgd.
Door de kegelvorm ontstaan op de satellieten en de zonnewielen axiale krachten die
opgenomen moeten worden met axiaallagers. Voor de satellieten worden daartoe
schotelvormige en voor de zonnewielen vlakke stalen schijven gebruikt die aan één
zijde van een laag brons zijn voorzien. De smering wordt verbeterd door in de bronzen
laag inkepingen aan te brengen.
396

1. deksel
2. afstelring
3. buitenring van het lager
4. kegellager
5. kroonwiel
6. borgpen
7. differentieelhuis
8. bout
9. kegellager
10. snelheidsmeter- en
kilometertelleraandrij ving
11. buitenring van het lager
12. afstelring
13. ashuis
14. axiaallager van het zonnewiel
(afstelring)
15. schijf met schroefdraad
16. satellietas
17. satellietwiel
18. axiaallager van het
satellietwiel
19. zonnewiel
Afb. 7.19. Het symmetrisch
dwarsdifferentieel met kegelwielen
in onderdelen (Audi)
Afb. 7.20. Het Hit;.b-tractiondifferentieel
van Timken:
symmetrisch dwarsdifferentieel met
Z01I1le-en satelliet wielen met
normale (a) en wijde tandkuil (b)
1~~
2 ~~ ~JI
~ce-== "
3---~
4 ~ g 14
5~ ~ 15
6
7
8
9
10---~
11__ ~_
~ ~ 16
~~17
~~ 18
~-..@
.- __ 19
In het personenautodifferentieel kan men meestal met twee satellietwielen volstaan.
Moeten er grotere vermogens worden overgebracht, dan brengt men drie of vier satellieten
aan. De zonnewielen zijn inwendig meestal van spiebanen voorzien om de verbinding
met de wielaandrijfassen (steekassen) tot stand te brengen.
Het High-traction-differentieel van Timken heeft kegelvormige zonnewielen en satellieten
met een wijde tandholte (afb'. 7.20). Door deze speciale tandvorm zal tijdens de
differentieelwerking, als de satellietwielen roteren, de drukhoek van de ingrijplijn
(zie hoofdstuk 2) steeds veranderen. Hierdoor varieert ook de 'arm' waarop de omtrekskracht
op de zonnewielen werkt en daarmee het moment naar de uitgaande assen.
Afbeelding 7.20a toont dat bij een normale tandvorm de afstanden a steeds gelijk "
zijn, terwijl door de speciale tandvorm (afb. 7.20b) de afstanden b en everschilIen. (
Door de voortdurende verandering van de drukhoek zijn de uitgaande koppels pulse- ~
rend van aard tijdens de differentieelwerking. Daardoor zal, in vergelijking met het
conventionele symmetrische differentieel in totaal tijdens het doorslippen van een
wiel meer aandrijfkracht ontstaan.
~
397

7.3.2 Het roterend differentieel met cilindrische tandwielen
Een symmetrisch dwarsdifferentieel met cilindrische tandwielen is in het verleden
onder andere in de NSU Prinz toegepast. De in hoofdstuk I getoonde uitvoering is
een platte constructie met een vrij grote diameter. De cilindrische tandwielen met
rechte vertanding kunnen eenvoudig worden gefabriceerd en zijn daardoor goedkoop.
Er ontstaan geen axiale krachten waardoor ook de lagering eenvoudig kan zijn.
ff ( ....,De verdere ontwikkeling van dit differentieeltype heeft geleid tot een hernieuwde
f1 t" toepassing. Maserati bij voorbeeld bouwt in het model 430 een variant met vier
•.. schroefvormige satellietwielen in, Sa/isbllry-differentieel geheten. In het model Biturb'o
uit 1984 wordt een versie met zes van dergelijke satellietwielen toegepast onder de
naam Ranger-differentieel (afb. 7.21 a). Ook het Engelse Qllaife Power Systems brengt
dit type differentieel op de markt onder de naam TrlletnlC (afb. 7.2Ib), terwijl een
vergelijkbaar type door het Engelse Knight-Mechadyne Ltd wordt aangeboden.
a
4
Afb. 7.21. Het roterend dwarsdifferentieel
met cilindrische tandwielen en
schroejiijnvormige tanden
a ruimtelijk weergegeven (Rangerdifferentieel
van Maserati)
b doorsnede (Quaife Power Systems)
398
1. satellietwielen
2. zonnewielen
3. kroonwÎel
4. pignon
5. flens voor
wielaandrijfas

De tanden op de tandwielen zijn ook hier bijzonder van vorm, zodat ruime tandholten
ontstaan. Tijdens het roteren van het differentieel verplaatst de contactlijn zich zodanig
over de tandflanken dat de drukhoek voortdurend verandert. De effectieve afstand
van de kracht die in zo'n contactlijn aangrijpt, zal steeds variëren waardoor het
afgegeven koppel pulseert. Tevens zijn de tanden schroeflijnvormig uitgevoerd en ontstaan
er axiale krachten die extra wrijving veroorzaken. )
Ten gevolge van de speciale tandvorm en ondersteund door de inwendige wrijving
kunnen de koppels van de uitgaande assen zich verhouden van 2,5 ... 3. De pulserende
koppels aan de uitgaande assen zijn hierbij in waarde vergelijkbaar met die welke (
ontstaan bij een sperwaarde van 43".50%.
Dit type differentieel werkt zeer gelijkmatig en is geschikt als vooras- en achterasdifferentieel
en zelfs als langsdifferentieel in auto's met vierwielaandrijving (zie 7.4 en
band B). Er kan een keuze worden gemaakt uit types met twee, drie, vijf of zes
satellietwielsets, afhankelijk van het maximaal in te voeren koppel en de gewenste
sperwaarde.
Het principe waarbij tijdens het roteren van de satellieten de 'arm' van de omtrekskracht
(de straal van de steekcirkel) verandert, wordt dus bij verschillende differentieeltypen
toegepast. Behalve het Ranger-, Salisbury- en Truetrac-differentieel is er
het Max-Trac-differentieel van het Engelse Fairfield en het eerder (zie 7.3.1) behandelde
High- Traction-differentieel.
7.3.3 De differentieelsper
De differentieelsper of het differentieelslot (afb. 7.22, zie ook afb. 7.38a) heeft tot taak
het differentieel volledig te blokkeren (' 100 %-sper'). Dit mechanisme wordt niet alleen
toegepast in terrein auto 's, maar ook in conventionele personenauto's, als dwarsdifferentieel
maar ook als langsdifferentieel.
Is een differentieel van een sper voorzien, dan heeft het differentieelhuis naast één
van de lagers een uitbouwen is het voorzien van een tandkrans. Eén van de uitgaande
assen van het differentieel is voorzien van spie banen waarop een schakelring is aan-
I. schakelvork
2. vergrendelpal
3. schakelas
4. uitwendige
bediening
5. schakelring
6. tandkrans aan
differentieelhuis
7. sperrichting
Afb. 7.22. De dijjerentieelsper met mechanische bediening (Audi) 4
1
2
3
399

gebracht. Door de schakelring met de tandkrans op het differentieelhuis te verbinden
wordt het differentieel gesperd.
Het inschakelen van de differentieelsper moet door de bestuurder plaatsvinden. De
bediening geschiedt mechanisch (met stangen, kabels en hefbomen), hydraulisch,
pneumatisch of elektrisch. Indien de sper is ingeschakeld, brandt op het instrumenten-
.., bord van de auto een signaleringslamp. Wanneer namelijk de differentieelsper op de
verharde weg niet wordt uitgeschakeld, kan er grote schade ontstaan aan de aan-
) drijfas.
lOok het automatisch sperdifferentieel (ASD) van Mercedes en de Powrlok II van de
GKN-groep (zie 7.3.4) bieden de mogelijkheid tot 100% sperren. De voIledige blokkering
van het achterdifferentieel wordt dan echter verkregen met een lameIlenkoppeling
die hydraulisch of elektro-mechanisch wordt bekrachtigd. De hydraulische
druk of de elektrische stel motor wordt elektronisch geregeld, afhankelijk van de behoefte.
De sperwaarde kan variëren van 30 % tot 100 %.
Zie voor de zogenaamde 'elektronische differentieelsper' (EDS): 7.3.4.
7.3.4 Het roterend dilTerentieel met kunstmatig verhoogde wrijving
Een differentieel met verhoogde inwendige wrijving of wrijvingsdijjerentieel wordt in
een personenauto veelvuldig toegepast, omdat het de rijeigenschappen verbetert.
Het wegrijden vanuit stilstand bij slecht wegdek blijft mogelijk. De slipneiging van de
auto op slechte en links en rechts verschillende weggedeelten (u-split, zie deel 4 van
deze serie) en tijdens het rijden over oneffenheden wordt aanmerkelijk verminderd.
Er ontstaan minder risico's bij het rijden door plassen en over hobbelige wegen.
Vooral 's winters, als de wegen besneeuwd en beijzeld zijn, blijven de beide aangedreven
wielen hun krachtoverbrengingseigenschappen behouden.
De werking van het wrijvingsdifferentieel komt neer op het overdragen van het aandrijfkrachtoverschot
van het wiel met lag(I1ecl1iing naar het wiel met hogere hechting.
Daardoor is de koppelverdeling dus asymmetrisch, ook al is het differentieel zelf
symmetrisch van opbouw. Het gevolg van deze koppelverplaatsing is, dat bij het rijden
in een bocht het aangedreven achterwiel dat de binnenbocht doorloopt meer aan-
I drijfkracht krijgt toegevoerd. Daardoor wordt de bochtstabiliteit verbeterd en het
slipgevaar verminderd: de neiging tot overstuur (zie deel 4 van deze serie) wordt tegengewerkt.
Vooral in de autosport (raIlyrijden en dergelijke) biedt het wrijvings-
, differentieel voordelen.
Het toepassen ervan in de vooras van een auto met voorwielaandrijving is moeilijker,
omdat de invloed ervan op de besturing groter is dan bij een auto met een wrijvingsdifferentieel
in de achteras. Een gemakkelijke besturing is immers aIleen mogelijk als
de voorwielen onderling met een verschiIlende rotatiefrequentie kunnen roteren; een
differentieel dat (gedeeltelijk) gesperd wordt, voorkomt dit. Dat komt, omdat het
binnenste wiel, dat immers langzamer draait dan het buitenste wiel, een groter koppel
krijgt toegevoerd. Daardoor ontstaat rond de fusees een resulterend stuurmoment in
de richting van de rechtuitstand. Dit moment hangt bij belastingsafhankelijke diffe-
'- rentieelwerking af van het aandrijfkoppel en de sperwaarde. Daarom mag zo'n diffe-
I rentieel in een auto met voorwielaandrijving slechts een geringe sperwaarde (maxié)
maal 30%) hebben.
I In een personenauto met permanente vierwielaandrijving (zie band B) treft men een
400

gedeeltelijk zelfsperrend langsdifferentieel aan, eveneens met het doel verbeterde
rijdynamische eigenschappen en een betere aandrijfkrachtverdeling onder variërende
omstandigheden te verkrijgen.
De zelfsperrende werking in een roterende differentieel kan belastingsafhankelijk of 7
slipafhankelijk zijn. In het eerste geval komt de wrijving tot stand met behulp van een )
lamellenkoppeling, een conische wrijvingskoppeling of een worm-en-wormwie1con- t
structie, terwijl in het tweede geval een viscokoppeling wordt toegepast. ~
In een niet-roterend differentieel (zie 7.3.5) ontstaat inwendige wrijving door de zogenaamde
glij blokken of glijpennen (soms kogels) die tijdens de differentieelwerking
langs gegolfde vlakken bewegen.
Tot de niet-roterende differentieels behoren ook die uitvoeringen waarbij de differentieelwerking
wordt verkregen door een vrijloopkoppeling. Dit type differentieel)
werd en wordt hoofdzakelijk in bedrijfsvoertuigen en bijzondere voertuigen toegepast.
De differentieelrem
De meest eenvoudige wijze om een wrijvingsdifferentieel te verkrijgen, is het aanbrengen
van een differentieelrem (afb. 7.23). Deze rem bestaat uit een wrijvingsconus
en een kroonwiel met wrijvingsvlak. De wrijvingsconus is met een wielaandrijfas
verbonden en wordt door een schotelveer tegen het conusvormige wrijvingsvlak op
het kroonwiel gedrukt.
Afb. 7.23. Het
wrijvingsdifferentieel met
differentieelrem
I. satelliet- en zonnewiel
2. conisch vlak op ringwiel
3. wrijvingsconus
4. aandruk-schotelveer
5. wielaandrijfas
J ix--1 ~~~ 7
P{v.! v
Bij rechtuitrijden roteren kroonwiel en aandrijfas even snel en is er geen wrijving.
Tijdens het doorslippen van een wiel of tijdens het rijden in een bocht ontstaat er een
snelheidsverschil tussen de conische vlakken: de daardoor veroorzaakte wrijving
zorgt voor de zelfsperrende werking. De wrijving is constant, dus onafhankelijk van
het aandrijfkoppel en ontstaat zodra er een snelheidsverschil tussen de aangedreven
wielen heerst.
De differentieels van ZF
Het Lok-O-Matic-differentieel van ZF is in 7.2 als basis gebruikt voor de bespreking
van de werking van het differentieel met kunstmatig verhoogde inwendige wrijving.
Naar wens kan dit differentieel ook nog van schotelveren worden voorzien (afb. 7.24)
waardoor een vaste basisaandrukkracht op de lamellenkoppelingen wordt verkregen,
die vervolgens afhankelijk van het aandrijfkoppel wordt verhoogd. Het differentieel
401

1. satellietas
2. V-vormige
uitsparingen
3. buitenlamellen
4. binnenlamellen
5. deksel
6. axiaallager
7. zonnewiel 12
8. drukringen of
drukstukken
9. schotelveer 11
10. kroon wiel
11. differentieelhuis
12. satellietwiel 10
9 8 7
2 3 4
Afb. 7.24. Het wrijvingsdifferentieel met lamellen wrijvingskoppeling en extra sehotelveren (ZF,
Lok-Q-Matie)
verkrijgt hiermee een vaste basissperwerking en wordt als zodanig gebruikt onder
extreme omstandigheden.
Zijn geen schotelveren aanwezig, dan wordt de aandrukkracht op de lamellenkoppeling
uitsluitend verkregen door de wigwerking van de satellietasjes op de drukringen.
De axiale krachten op de zonnewielen hebben geen invloed op de spankrachten van
de lamellenkoppelingen.
De wrijvingsdifferentieels van ZF zijn leverbaar met sperwaarden van ongeveer 25 %
(voor gestuurde aangedreven assen), via 40 % en 45 % (als normale uitvoering) tot
75 % (als bijzondere toepassing voor bij voorbeeld sportauto's). De sperwaarde
wordt nooit exact opgegeven, omdat zij mede afhankelijk is van de overige wrijving in
het differentieel, zoals de wrijving van de satellieten en zonnewielen die met glij lagers
zijn gelagerd. De sperwaarde van deze differentieels hangt in belangrijke mate af van
het aantal wrijvingsschijfjes en van de wighoek a in de drukringen. ZF-differentieels
zijn verkrijgbaar voor een ingaande koppel aan het kroonwiel van 1,5 tot meer dan
52 kNm. Naar wens zijn verschillende inbouwmaten leverbaar; er wordt echter bij
voorkeur van vaste inbouwmaten uitgegaan.
Het Lok-O-Matic-differentieel is één van de mogelijke uitvoeringen van het wrijvingsdifferentieel
met kunstmatig verhoogde wrijving door lamellenkoppelingen (zie
ook de Mercedes- variant verderop). De verschillen zitten hoofdzakelijk in de wijze
waarop de aandrukkracht op de lamellen koppelingen wordt verkregen: door tandkrachten
van satelliet- en zonnewielen, door speciale wigwerking op de drukringen,
door schroef. of schotelveren of door een combinatie van mogelijkheden.
402

De differentieels van Mercedes
Het gedeeltelijk zelfsperrend differentieel van Mercedes verkrijgt de verhoogde inwendige
wrijving eveneens door middel van lamellenkoppelingen (afb. 7.25).
De spankracht op de koppelingen ontstaat door axiale krachten die op de beide zonnewielen
worden uitgeoefend. Enerzijds zijn er de variabele omtrekskrachten op de
zonnewielen die een belastingsafhankelijke spreiding van de zonnewielen veroorzaken,
anderzijds is er de mogelijkheid om met een hulpinrichting van buitenaf de zonnewielen
een axiale kracht mee te geven. De sperwaarde is dan variabel van ongeveer
30% tot 100%.
Afb. 7.25. Hel wrijvillgsdi!!erenliee!
vall Mercedes
Het automatisch sperdifferentieel (ASD) van Mercedes heeft een vaste sperwaarde van
35 % (afb. 7.26). De lamellenkoppelingen kunnen hydraulisch worden aangedrukt,
waardoor de sperwaarde van 35 % kan oplopen tot 100%. De lamellenkoppelingen
zijn op dezelfde wijze tussen de zonnewielen en het differentieelhuis aangebracht als
in de eerder behandelde differentieels. De zonnewielcn drukken, afhankelijk van het
aandrijfkoppel, de lamellenpakketten samen, waardoor de vaste minimale sperwaarde
van 35 % wordt verkregen.
In het huis van de eindreductie bevindt zich aan beide zijden een zuiger die elk door
een lager met het aandrijfasje aan een zonnewiel is gekoppeld. Wordt de oliedruk op
deze zuigers opgevoerd, dan neemt ook de aandrukkracht op de lamellenkoppelingen
toe en stijgt de sperwaarde tot 100 %. Dan is dus sprake van een differentieelsper (zie
ook 7.3.3).
De oliedruk wordt verzorgd door een radiaalpomp die door de motor wordt aangedreven.
De pomp zuigt olie aan uit een reservoir en vult een met een drukregelaar
gecombineerd drukvoorraadvat, van waaruit de oliedruk door een snelschakelende
elektromagnetische klep naar het differentieel kan worden gevoerd.
Drukvoorraadvat, drukregelaar en elektromagnetische klep zijn in één huis samengebouwd.
Doordat de olie onder druk in het voorraadvat aanwezig is, wordt enerzijds
een snelle bediening van de lamellenkoppelingen bereikt en behoeft anderzijds de
pomp alleen het voorraadvat te vullen: de pomp kan verder drukloos meedraaien,
waardoor het energieverbruik beperkt blijft.
Om het doorslippen van de aangedreven wielen te meten, worden de rotatiefrequen-
403

15
1. oliegeleidingsplaat
2. olieleiding
3. borgring
4. a-ring
5. ontluchting
I
o
vooras
o
achteras 0
sensoren
signaal
verwerking
rem signaal
(dubbel
---r-Y
uitgevoerd)
I
.:~.~:
watch-
404
6. a-ring
7. cilinder
8. flens voor wielaandrijfas
9. afdichting
10. a-ring
microprocessor
Afb.7.26a
r----------------~
I I
bediening
elektroagntetische
klep
-+tJ- ffi
I I
L ~
Afb.7.26b
11. aansluiting olieleiding
12. zuiger
13. kogellager
14. flens
15. manchet
: beveiligingschakelaar
I tijdens remmen
MI elektromagnetische klep
I
I I
I
I
I
controlelampje
(ASO in werking)
(9
(9
controlelampje
(storingen)

0)100
c:
;~ 0/0
-0 c:
~
met
gzd
met
ASO
c:c:
"'''' ~~
3i: 5
'"= .'!lllm/h
-5"5 4
~'" "'c:
iii'"
"0 '
"(50'
J:: 0 2
0;>
c:
rn
inschakel.' L..-uitschakeldrempel
gebied ::
"
--
ASO alleen controlelampje
o 0 35 38 50 100 km/h
I
c 0 10 15 20 25 30 Io/s 35
d - voertuig snelheid V,
Afb. 7.26. Het automatische sperdifferentieel, toegepast in een achteras (ASD. Mercedes)
a opengewerkte tekening
b blokschema van de elektronische regeling
c vergelijking met het 'gedeeltelijk zelfsperrend differentieel' (gzd) en een ongesperd
differentieel (100 %: vierwielaandrijving met het langsdifferentieel en de twee
dwarsdifferentieels volledig gesperd)
d het inschakelgebied
ties van de wielen met de sensoren van het ABS inductief bepaald. Er bevindt zich één
sensor bij elk voorwiel en één sensor bij de pignonas van het achterasmiddenstuk.
Deze rotatiesignalen en het remsignaal worden in een elektronische regeleenheid
gevoerd. Tijdens het bedienen van de remmen wordt het ASO uitgeschakeld omdat
een gesperd differentieel het giermoment van het voertuig verhoogt (zie voor de invloed
van het giermoment op de voertuigstabiliteit deel 4 van de Steinbuch-serie).
Door de elektronische regeleenheid wordt de rotatiefrequentie van de voorwielen
met die van de achterwielen vergeleken, omgerekend naar een wielslipwaarde die
vervolgens wordt vergeleken met de voorgeprogrammeerde drempelwaarden, Bij het
overschrijden van de drempelwaarde volgt een schakelsignaal naar de elektromagnetische
klep die de oliedruk naar de zuigers van het differentieel toelaat. Het differentieel
wordt gesperd en de aandrijfkracht naar het niet-doorslippende wiel neemt toe,
Uit het blokschema van de elektronische regeling (afb. 7.26b) valt af te lezen dat de
remsignaalwinning redundant is uitgevoerd, dat wil zeggen dat bij het uitvallen van
één stoplichtschakelaar een tweede schakelaar het signaal blijft leveren (zie voor de
overige terminologie uit de elektronica, zoals 'watchdog', deel 9 van de Steinbuchserie).
Het stoplichtsignaal wordt, samen met de rotatiefrequentiewaarden, in de
elektronische regeleenheid gevoerd. Tijdens het bedienen van de remmen wordt de
elektromagnetische klep uitgeschakeld. Op het instrumentenbord van de auto bevindt
zich een werkingscontrolelamp die alleen oplicht als één van de aangedreven
wielen begint door te slippen.
De elektronische regeleenheid controleert de werking van de rotatiesensoren , de
stoplichtschakelaar en de elektromagnetische klep, alsook het berekeningsverloop
zelf. Storingen in het systeem worden door een storingscontrolelamp op het instrumentenbord
kenbaar gemaakt.
De winst die met ASO bij achterwielaandrijving aan aandrijfkracht wordt bereikt, is
in vergelijking met een ongesperd differentieel en met een 'gedeeltelijk zelfsperrend
differentieel' (gzd) met vaste sperwaarden weergegeven in afbeelding 7.26c. Basis
"
"':
"
"
"
405

van de vergelijking (100% aandrijfkracht) is de situatie dat alle drie differentieels bij
een auto met vierwielaandrijving zijn gesperd.
Het inschakelen van de differentieelsper gebeurt binnen 200 ms; de sperwerking is
dus al na een zeer kort doorslippen van een wiel werkzaam. Het ASO treedt in werking
als de gemiddelde omtreksnelheid van de achterwielen.O 56, mis (2 km/h) boven
de snelheid van de voorwielen komt. Het rijden door een bocht wordt door het verschil
in rotatiefrequentie van de voorwielen onderkend. Om het inschakelen van het
ASO tijdens het rijden door een bocht te verhinderen, worden dan de inschakeldrempelwaarden
aangepast; zo worden ook verschillen in dynamische rolstraal van de
wielen onderkend en verrekend. Boven 9,72 mis (35 km/h) treedt het ASO niet meer
in werking en boven 10,56 mis (38 kmfh) wordt het gehele regelsysteem uitgeschakeld,
omdat bij hogere snelheden geen noemenswaardige stuwkrachtwinst meer
wordt behaald (afb. 7 .26d). Oe controlelamp informeert de bestuurder echter nog wel
over verhoogde slip en momentele stuwkrachtverhoudingen. Boven 35 kmlh blijft
uiteraard wél een vaste sperwaarde van 35 % van kracht, omdat deze zoals gezegd een
constructief kenmerk van het differentieel vormt.
Blijft een poging tot wegrijden vanuit stilstand zonder gevolgen (dus wordt binnen
een bepaalde tijd een voorgeschreven minimumsnelheid niet bereikt), dan wordt dit
door de elektronische regeleenheid onderkend; het differentieel blijft dan voor de
volgende poging gesperd. Hierdoor wordt zelfs het geringste eenzijdige doorslippen
van de aangedreven wielen tijdens het wegrijden voorkomen.
De differentieels van Borg- Warner en A uburn Gear
Een ander, reeds geruime tijd toegepast wrijvingsdifferentieel werkt met conische
) koppelingen en is als 'spin resistant' - of 'Iimited slip' -differentieel ontwikkeld door
Î Borg-Warner (afb. 7.27). Oe desbetreffende produktie-eenheid is in 1982 in andere
handen overgegaan en gaat sindsdien als Auburn Gear door het leven, dat voor de
eerste montage van General Motors en Chrysler de produktie verzorgt.
Dit type differentieel verkrijgt de aandrukkracht tegen de conische wrijvingskoppelingen
door voorgespannen schroefveren. Deze aandrukkracht wordt door de tandkrachten
van de satelliet- en zonnewielen ondersteund, waardoor de sperwaarde mede
bepaald wordt door het doorgevoerde aandrijfkoppel. Het differentieel heeft een
vaste hoeveelheid wrijving die toeneemt met het oplopen van het over te brengen
koppel.
De oorspronkelijke uitvoering van deze BW-Spinresistor was voorzien van twee conische
wrijvingskoppelingen (afb. 7.27c). Oe satellietasjes, aangebracht in het differentieelhuis,
nemen de satellietwielen mee die grijpen in de zonnewielen zoals bij een
conventioneel differentieel met kegelwielen. De zonnewielen zijn samen met de wrijvingsconussen
met spiebanen op de wielaandrijfassen aangebracht. Tussen de wrijvingsconussen
en het differentieelhuis ontstaat bij een snelheidsverschil de benodigde
wrijving voor de sperrende werking. De afbeeldingen 7.27a en 7.27b geven een uitvoering
van een 'Spinresistor' met slechts één conische wrijvingskoppeling. Beide zonnewielen
zijn nu verschillend; de principiële werking is gelijk.
De in at1)eelding 7.28 gegeven constructie is eveneens voorzien van twee conische
wrijvingskoppelingen waarbij de aandrukkracht echter wordt verkregen door schatelveren.
Het bijzondere is dat de aandrukkracht op de conische wrijvingsvlakken afneemt
als de zon ne wielen door een toenemend aandrijfkoppel uit elkaar worden ge-
406

1. veerschotels
(drukstukken)
2. zonnewiel (rechts)
3. wielaandrijfas
4. differentieelhuis
5. wrijvingsconus
6. schroefveren
7. zonnewiel (links)
8. satellietwiel
9. satelliet as
o
Kw
9 2 5 4
1. wrijvingsconus
8
2. veerschotels
b
(drukstukken )
3. schroefveren
4. zonnewiel (rechts)
5. wielaandrijfas
6. satellietas
9
7. satellietwiel 4
8. zonnewiel (links)
9. differentieelhuis
Afb. 7.27. Het
wrijvingsdifferentieel met
schroefveren en conische
wrijvingskoppeling
Warner)
(Borg- 8
a,b met enkelvoudige
conische
wrijvingskoppeling
c met dubbele conische
wrijvingskoppeling c
5
407

drukt. De sperwaarde van het differentieel neemt dus af als het over te brengen aandrijfkoppel
toeneemt. De wrijving neemt af omdat de conische wrijvingsvlakken van
elkaar af worden gedrukt tegen de schotelveerkracht in (zie voor de karakteristiek
van de schotelveer hoofdstuk 3).
Afb. 7.28. Het Borg-Wamerdifferentieel
met schote/veren ell
cOllische wrijvingskoppeling
1. differentieelhuis
2. satellietwiel
3. satellietas
4. zonnewiel
5. uitwendige wrijvingsconus
6. inwendige wrijvingsconus
7. schotelveer
Dit type differentieel met afnemende sperwaarde wordt aanbevolen als er veel met een
hoog aandrijfkoppel en een lage snelheid wordt gereden. In rijomstandigheden echter
met een hoge snelheid en een laag aandrijfkoppel wordt het type aanbevolen
waarbij de aandrukkracht op de conische wrijvingskoppeling wordt verkregen door
veerkracht die wordt ondersteund door de kracht waarmee de zonnewielen uit elkaar
worden gedrukt, evenredig oplopend met het aandrijfkoppel.
Het mechanische, automatisch sperrende differentieel
Door de Amerikaanse firma Eaton is een geheel mechanisch werkend automatisch
sperrend differentieel ontwikkeld dat door Volvo in de modellen 740 en 760 wordt
toegepast (afb. 7.29).
Bij het doorslippen van een wiel wordt het differentieel tot 100% gesperd. Om te
voorkomen dat de achterzijde van de auto uitbreekt als beide wielen onverhoopt
doorslippen, wordt de sper opgeheven als de omtreksnelheid van de wielen groter is
dan 11, I mis (40 km/h). Het differentieel is dus ofwel gesperd ofwel ongesperd.
In het differentieel bevinden zich twee centrifugaalinrichtingen die het sperren en het
opheffen van de sperwerking bewerkstelligen. Eén centrifugaalinrichting is in het
roterende lichaam ondergebracht dat voorzien is van een asje met rondsel. Het rondsel
grijpt in een tandwiel aan dat is voorzien van een nokkenbaan. Het tandwiel bevindt
zich tussen de linker lamellenkoppeling en het zonnewiel (dat ook van een nokkenbaan
is voorzien) en is dus ook met de linker wielaandrijfas verbonden.
Ontstaat er nu differentieelwerking, dan zal het tandwiel ten opzichte van het diffe-
/ rentieelhuis gaan roteren en via het rondsel het roterende lichaam aandrijven. Stijgt
'J het rotatiefrequentieverschil tussen beide aangedreven wielen boven de 1,67 çl (100
I min-I), dan worden de centrifugaalgewichtjes in het roterende lichaam naar buiten
geslingerd en haken zij aan de centrifugaa/geregelde hefboom. Het roterende lichaam
en dus ook het tandwiel worden geblokkeerd en door de daardoor teweeggebrachte
draai beweging van het zonnewiel ten opzichte van het tandwiel wordt via de nokken-
40S

anen een axiale kracht ontwikkeld die de lamellen koppelingen samendrukt en het
differentieel spert.
Het moment waarop het differentieel spert, hangt af van de veerkarakteristiek aan de
centrifugaalgewichtjes (één voor vooruitrijden en één voor achteruitrijden) in het
roterende lichaam. Door het grote overbrengingsgetal en de grote aandrijf tandwielen
roteren de centrifugaalgewichtjes vele malen sneller dan de genoemde 1,67 s-' voor-
b c d
Afb. 7.29. Het mechanische, automatisch sperrende differentieel (Volva)
a opengewerkt
b,c,d detail van het roterende lichaam en de door de centrifugaalwerking geregelde hefboom in
de normale rijstand (b), in de gekoppelde stand (c) en bij snelheden boven 40 km/h (d)
I. roterend deel met centrifugaalgewicht
2. linker differentieelhuishelft
3. tand rondsel
4. tandwiel met nokkenbaan
5. linker lamellenkoppeling
6. door centrifugaalwerking geregelde
hefboom
7. zonnewiel met nokken baan
8. satellietwiel
9. veer
10. zonnewiel
11. rechter lamellenkoppeling
12. rechter differentieelhuishelft
409

dat ze in werking treden. De totale massa van het roterende lichaam kan hierdoor
klein blijven, terwijl een nauwkeurige regeling mogelijk blijft.
Zoals eerder vermeld (zie het ASO van Mercedes) is het niet wenselijk de sper in te
schakelen bij snelheden boven 11,1 mis (40 km/h).
Om te voorkomen dat de sper ingeschakeld wordt en om te bereiken dat de sper
uitgeschakeld blijft boven een gewenste snelheid is een tweede centrifugaalinrichting
aangebracht (afb. 7.29b, c en d). Bij een snelheid boven 11,1 mis beweegt de centrifugaalgeregelde
hefboom naar buiten en zullen de centrifugaalgewichtjes in het
roterende lichaam niet worden aangehaakt. De karakteristiek van de terugdrukveer
aan de hefboom bepaalt de snelheid waarboven de sper uitgeschakeld is en blijft.
De sper wordt automatisch uitgeschakeld als de energiestroom naar de wielen wordt
onderbroken door het gaspedaal los te laten en bij het schakelen van de wisselbakreducties.
Het sperren en uitschakelen van de sper verloopt soepel omdat de lamellenkoppelingen
gelijkmatig worden bediend door de nokken banen. Het differentieel
kan worden gecombineerd met een ABS, omdat de sper automatisch uitschakelt
(ook beneden 11,1 mis) als het gaspedaal wordt losgelaten om te remmen.
De Powrlok II van de GKN-groep
Door GKN-Automotive is een automatisch, elektromechanisch werkend differentieel
met verhoogde inwendige wrijving ontwikkeld, dat Powrlok 11wordt genoemd
(afb. 7.30). De wrijving wordt verkregen door een lamellen koppeling die in een ashuis-opstelling
(zie verderop onder 'Viscosperdifferentieel') is geplaatst. De sperwaarde
kan worden ingesteld van ongesperd tot volledige blokkering door de aandrukkracht
tegen de koppeling te variëren.
De variabele aandrukkracht ontstaat door een spanmechanisme (afb. 7.30b) dat via
een tandwielreductie wordt aangedreven door een elektromotor. Een spanschijf met
tandwielsector is voorzien van een concentrische groef die in axiale richting zesmaal
van diepte verandert, waardoor wigvormen ontstaan in combinatie met een drukring
die van zes ondiepe boringen is voorzien. In deze boringen zijn kogels ondergebracht
die in de wigvorm liggen.
Door nu de spanschijf te verdraaien ontstaat een axiale verplaatsing van de drukring
die via een axiaallager en een tweede drukring de spankracht tegen de lamellenkoppeling
realiseert. Aldus kan de sperwaarde tussen 0 en 100 % worden ingesteld, afhankelijk
van de behoefte, die wordt bepaald door een elektronische regeleenheid.
Deze eenheid wordt aan het autotype aangepast en kan afhankelijk van de uitvoering
/ op allerlei voertuigvariabelen worden geprogrammeerd, zoals de langsslip en de zij-
(\ delingse slip van het wiel en de hoekverdraaiing van de gestuurde wielen. Via senso-
/ ren worden meetgrootheden zoals de wielrotatiefrequentie, het stoplichtsignaal, de
stand van de bedieningshendel van de wisselbak, de stand van de gasklep en dergelijke
verzameld. Op grond van deze gegevens schakelt de eenheid de elektromotor in en
laat zij de motor linksom of rechtsom draaien.
Het systeem is geschikt voor een auto met achter- of voorwielaandrijving, waarbij het
standaard gemonteerde differentieel door de G KN-versie kan worden vervangen;
ook is het systeem toepasbaar als centraal differentieel in een auto met vierwielaandrijving.
De elektronische regeling kan verder worden opgenomen in andere voertuigregelsystemen,
zodat een volledig aandrijjfijnmanagement mogelijk is.
410

"'"o
~ o
c..
a;
CU
c:
Q
ë CU
>
c:
o
u
Afb. 7.30. Powrlok 11:
differentieel met automatische,elektro-mechanische
sper (GKN)
a halve doorsnede in
vergelijking met een
halve doorsnede van
een conventioneel differentieel
zonder verhoogde
inwendige
wrijving
b spanmechanisme van
de lame//enkoppeling
a
I. lamellenkoppeling
2. roterende drukring
3. axiaallager
4. niet-roterende
drukring
5. kogels
6. spanschijf met
tandwielsector
7. tandwielreductie
8. elektromotor
Het viscosperdijjerentieel
Behalve de lamellenkoppeling biedt ook de viscokoppeling, gecombineerd met een
dwarsdifferentieel, een goede mogelijkheid tot een wrijvingsdifferentieel (afb. 7.31).
Uit 7.2 is bekend dat het wrijvingskoppel van de viscokoppeling in belangrijke mate
wordt bepaald door de slipsnelheid van de wrijvingsvlakken (de lamellen). Voor het
viscosperdifferentieel betekent dit dat als er geen differentieelwerking is (bij rechtuitrijden).
er ook geen wrijving aanwezig is en dat tijdens het rijden door een bocht met
gering snelheidsverschil er slechts een geringe wrijving wordt ontwikkeld. Slipt echter
één aangedreven wiel volledig door, dan ontstaat een groot snelheidsverschil tussen
de lamellen van de viscokoppeling en is de sperwerking groot. Deze volledig automatische
aanpassing aan de rijsituatie is het grote voordeel van de toepassing van de
viscokoppeling in het differentieel: door de soepele werking en het vloeiend koppelverloop
merkt de bestuurder weinig van de spervariatie. in tegenstelling tot bij voorbeeld
een inschakelbare sper, waar plotseling gevaarlijke veranderingen in de rijomstandigheden
kunnen ontstaan. Bovendien is het rendement hoog. De slipafhankelijke
werking zorgt steeds voor een optimale aandrijfkracht en dus meer veiligheid bij
plotselinge wegdeksoortveranderingen.
De viscokoppeling biedt aan het differentieel bovendien de mogelijkheid tot zelF
beveiliging onder extreme omstandigheden door een tijdelijke aandrijfkrachtverhoging
ten gevolge van het uit 7.2 bekende hump-effect. Doordat namelijk de aandrijf-
6
411

'I
2
roteert
snel
snel roterend
roteert
langzaam
T, + T
"2" •
Afb. 7.31. Het viscosperdifferentiee/ (Viscodrive)
a energiestroom in de as-huis-uitvoering
b energiestroom in de as-as-uitvoering
kracht naar het wiel met de beste hechting toeneemt, komt het voertuig in beweging
en is het mogelijk dat ook het doorslippende wiel weer gaat aandrijven. Het rotatiefrequentieverschil
tussen de lamellen verdwijnt dan. Het is anderzijds echter ook
mogelijk, dat de aandrijfkracht naar het nog hechtende wiel zo groot wordt, dat ook
dit wiel gaat doorslippen en de motor wordt afgeremd of zelfs afslaat.
Er zijn twee mogelijkheden om de viscosekoppeling in een differentieel op te nemen.
Zo kan de koppeling gemonteerd zijn tussen het differentieelhuis enerzijds en een
zonnewiel anderzijds (atb. 7.31a) of tussen de beide zonnewielen (atb. 7.31b): men
spreekt respectievelijk van een as-huis- en een as-as-uitvoering. Wordt de viscosekop-
(, peling in de as-as-uitvoering geplaatst, dan is de afschuivingssnelheid van de visceuze
vloeistof (de slipsnelheid van de koppeling) tweemaal zo hoog als in de as-huis-uitvoering.
Het sperwrijvingskoppel kan daardoor bij benadering driemaal zo hoog zijn
bij eenzelfde rotatiefrequentieverschil van de wielen.
412

a
I
I--
A
Afb. 7.32. Een voorasdifferelllieel. opgebouwd uit een planetair stetselmet /lVeevoudige
satellie/IVielen en viscokoppeling (Viscodrive)
a opengewerkt
a doorsnede met energiestroolll (as-as-type)
b
-clJ--
I
Door de soepele werking is de viscokoppeling in de as-huis-uitvoering bijzonder geschikt
om in een voorasdifferentieel te worden geplaatst. De voertuigbesturing wordt
dan weinig beïnvloed door de sperrende werking.
Afbeelding 7.32 toont een modern viscosperdifferentieel waarbij de symmetrische
koppelverdeling, als er geen slip aanwezig is, wordt verkregen door een planetair
stelsel met tweevoudige satellietwielen (zie ook 7.2). De viscokoppeling is in de as-asopstelling
in het differentieelhuis opgenomen (afb., 7.32b).
I I •
, lf) l' .- I..J
Het Torsen-differentieel
Het Torsen-differentieel ('torsen' is een verkorting van 'torque sensing', vrij vertaald:
'koppelgevoel') is in principe een symmetrisch differentieel. Het vindt toepassing als
dwarsdifferentieel (Lancia, Maserati, Audi V8) en als langsdifferentieel (Audi, zie
band B). Het Torsen-differentieel is een doorontwikkeling van een principe, dat al in
de jaren twintig in de Verenigde Staten onder de naam Powrlok op de markt werd
gebracht (zie hoofdstuk 1, afb. 1.59a). In 1958 werd het principe heruitgevonden door
de Amerikaan Vernon Gleasman, waarna het in 1982 door de Amerikaanse firma
Gleason werd overgenomen. Sinds het begin van de jaren tachtig wordt het in raceauto's
voor de Amerikaanse Cart-serie toegepast. Ook in de Formule l-racerij is het )
(van de Jeep overgenomen) differentieel in gebruik sinds 1984 (McLaren en Wil- (
hams). Het differentieel wordt door Maserati, dat er in Europa als eerste in een serie- ;
auto mee op de markt kwam (in het model Quattroporte), Sensitork genoemd. )
Roteren beide uitgaande assen met dezelfde rotatiefrequentie, dan zijn de aandrijf-
413

koppels in deze assen gelijk. Ontstaat er om welke reden dan ook differentieelwerking,
dan neemt het aandrijfkoppel naar de sneller roterende uitgaande as af en naar
de langzamer roterende as toe. Ook hier ontstaat in principe een inwendig wrijvingsmoment
dat enerzijds het uitgaande koppel vermindert en anderzijds het uitgaande
koppel vermeerdert.
De werking berust op het zelfremmende gedrag van de worm-wormwieloverbrenging
die ontstaat door de keuze van de juiste spoedhoek van deze tandwielen.
Het asdifferentieel van afbeelding 7.33 is met bouten aan het kroonwiel bevestigd. In
het differentieelhuis zijn de wormwielassen aangebracht. De wormwielen, die twee
aan twee met elkaar zijn verbonden door cilindrische tandwielen, kunnen vrij om hun
assen roteren. Er zijn drie sets van elk twee wormwielen ingebouwd. Eén wormwiel
van iedere set grijpt in de worm die met spiebanen op de wielaandrijfas naar het
rechterwiel is aangebracht; het andere wormwiel grijpt in de worm op de wielaandrijfas
naar het linkerwiel.
Tijdens rechtuitrijden (vooruit of achteruit), als er geen differentieelwerking is, roteren
beide assen even snel. Het differentieelhuis neemt de wormwielen mee die op hun
beurt de wormen met de wielaandrijfassen aandrijven. De beide wormwielen willen
414
TZ
1. worm
2. wormwielas
3. tandwiel
4. wormwiel
Afb. 7.33. Het Torsendwarsdifferentieel
(Lancia)
a opengewerkte tekening
b werkingsschema

door hun spoedrichting in dezelfde richting draaien, hetgeen door de koppeling met
cilindrische tandwieltjes niet mogelijk is. Het differentieel draait nu dus als één blok
rond en zorgt voor een symmetrische koppelverdeling (50 % - 50 %). Wordt er op de
motor afgeremd, dan vindt de aandrijving in omgekeerde richting plaats.
Ontstaat er dijjerentieelwerking, bij voorbeeld tijdens het rijden door een bocht of als
één wiel doorslipt, dan zal de ene worm sneller en de andere worm langzamer draaien
)
dan het differentieelhuis. Naar het langzamer roterende wiel wordt nu een groter
koppel toegevoerd dan naar het sneller roterende wiel. De sneller draaiende worm
drijft het desbetreffende wormwiel aan en daarmee het wormwiel dat de worm naar )
het langzamer draaiende wiel aandrijft. Naar het langzamer draaiende wiel wordt het ,
koppel extra verhoogd door de gedeeltelijk zelfremmende werking bij de aandrijving
door het wormwiel in de richting van de worm.
Door het kiezen van de juiste spoedhoek op de worm kan de gewenste koppelverdeling,
hier dus de sperwaarde, worden verkregen. In het afgebeelde differentieel is
een maximale koppelverhouding van 5 mogelijk, hetgeen neerkomt op een sperwaarde
van 66,7 %, terwijl in de Audi Y8 in de achteras een Torsen-differentieel met een
sperwaarde tot 80 % wordt gemonteerd.
Het Torsen-differentieel heeft geen invloed op een eventuele ABS-functie, daar de
sperwerking alleen onder belasting optreedt, dus als er gas wordt gegeven.
De elektronische dijjerentieelsper
De afdeling Remhydrauliek van de Westduitse lagerfabrikant FAG brengt een elektronisch
geregeld differentieel met gedeeltelijk sperrende werking (elektronische
Oifferentialsperre, EDS) op de markt, dat eigenlijk niet onder de differentieels met
kunstmatig verhoogde inwendige wrijving kan worden gerangschikt. Toch krijgt de
bestuurder tijdens het rijden in een auto met de EOS de indruk, met een wrijvingsdifferentieel
te maken te hebben; er is dus sprake van een simulering.
Het bijzondere van het systeem is dat het niet aan het differentieel is gekoppeld maar
aan het remsysteem van de aangedreven wielen (afb. 7.34). Terwijl bij de tot nu toe
behandelde systemen de wrijving in het differentieel wordt opgewekt, vindt bij de
EOS de opwekking van de vereiste wrijving dus buiten het differentieel, in de wielremmen
plaats.
Daartoe nemen twee sensoren de rotatiefrequentie op van de beide aangedreven wielen.
Kleine verschillen in rotatiefrequentie worden door de elektronische regeleenheid
genegeerd, omdat dan wordt aangenomen dat er een bocht wordt doorlopen.
Worden de rotatieverschillen tussen beide aangedreven wielen te groot, dan concludeert
de regeleenheid dat er een wiel doorslipt. De elektronica grijpt in en het
sneller roterende doorslippende wiel wordt door de wielrem afgeremd waardoor het
aandrijfkoppel naar het niet-doorslippende wiel stijgt en de auto verder rijdt. Roteren
beide wielen weer even snel dan wordt de EOS automatisch uitgeschakeld.
Om de aangedreven wielen te kunnen afremmen, maakt de EOS gebruik van de
standaardreminstallatie. Hiertoe zijn in beide leidingen van de hoofdremcilinder naar
de wielremcilinders van beide aangedreven wielen twee regelcilinders toegevoegd.
Wanneer de regeleenheid in rust is, blijft de verbinding van de hoofdremcilinder naar
de wielremcilinders normaal bestaan, zodat er geremd kan worden. Komt er een
signaal van de elektronische regeleenheid, dan treedt één van beide regelcilinders in
werking. Eerst wordt de verbinding naar de hoofd remcilinder afgesloten waarna door
415

differentieel
"...-- -- - - - - -_../
(
I
I I
I
I
I
I
I
I
: I
elektronische0 -
regeleenheid
I
I
I
I
I
1
I\.~__ - /
sensor
wielrem
cilinder/
remzadel
bekrachtiger /
drukregelaar
pomp
elektromotor
hoofdremcilinder
stoplichtschakelaar
Afb. 7.34. De elektronische differentieelsper (EDS, FAG)
de regelcilinder een druk wordt opgebouwd naar de rem van het te snel roterende
wiel.
De beide regelcilinders zijn op een pneumatische bekrachtigingscilinder bevestigd. In
deze cilinder bevinden zich twee kamers, gescheiden door een membraan. Beide kamers
zijn met slangen verbonden met een schottenpomp die door een elektromotor
wordt aangedreven. De elektromotor met pomp kan zowel rechtsom als linksom roteren.
De lucht in de kamers, slangen en pomp bevindt zich in een afgesloten systeem
zodat er geen vervuiling kan optreden. Naar gelang van de draairichting van de motor
en pomp wordt de ene of de andere regelzuiger in werking gesteld en dus het ene of
het andere wiel afgeremd. Het draaien van de elektromotor en de pomp betekent dat
aan één zijde van het membraan een onderdruk en aan de andere zijde een overdruk
wordt opgebouwd. Het signaal 'linksom roteren' of 'rechtsom roteren' krijgt de elektromotor
van de elektronische regeleenheid. Als er normaal wordt geremd, stelt de
stoplichtschakelaar via de regeleenheid de gehele EOS buiten werking.
De rotatiefrequentie wordrmet twee sensoren gemeten die stabiel zijn opgesteld. Op
de roterende aandrijfas wordt een eenvoudige slangklemband aangebracht waaraan
tien metalen plaatjes zijn bevestigd. De slangklembanden kunnen om de plooimanchet
van de homokinetische koppelingen worden bevestigd.
De eerste toepassing van een elektronisch geregeld 'zelfsperrend differentieel' betreft
'-, de in 1989 gepresenteerde Volkswagen Pass at GT Syncro, maar hier is gebruik gemaakt
van een systeem op basis van het geïntegreerde ABS van FAG-concurrent
ATE.
416

7.3.5 Het niet-roterend differentieel
Het niet-roterend differentieel is een differentieel, waaraan tandwielen ontbreken.
De meeste in deze subparagraaf besproken typen worden als dwarsdifferentieel toegepast,
maar het type met radiale glijblokjes van ZF wordt ook als langsdifferentieel
gebruikt.
Er zijn twee soorten: de typen die werken met behulp van glij-elementen (glijpennen,
glijblokjes) en de typen met een of andere vorm van een vrijloopkoppeling. Omdat
het laatste type vooral in de Verenigde Staten bekend is, worden alle niet-roterende
differentieels ook wel ten onrechte vrijloopdifferentieel (free-wheel differential) genoemd.
Het niet-roterend differentieel met glij-elementen
Van de niet-roterende differentieels is het glijstuk-goljbaandifferefltieel van ZF in het
verleden het meest toegepast. Het komt in twee uitvoeringen voor: de symmetrische
uitvoering heeft axiaal geplaatste glij pennen met gegolfde glijbanen en de asymmetrische
uitvoering is voorzien van radiaal geplaatste glij blokjes en gegolfde glijbanen.
Het differentieel met de axiale glijpennen is te vergelijken met het conventionele
differentieel met kegelwielen, waarbij echter de satellieten zijn vervangen door glij- )
pennen en de zonnewielen van golvingen zijn voorzien, zodat gegolfde schijven ontstaan
(afb. 7.35). Het zelfsperrende effect bij differentieelwerking ontstaat door glijdende
in plaats van rollende wrijving.
2
I. differentieelhuis
2. linker gegolfde schijf
3. rechter gegolfde schijf
4
4
5
4. meeneemschijf
5. glijpennen
2
5
afgelegde
weg gelijk
b
T ~
minde!LU
3
4
afgelegde
Afb. 7.35. Het niet-roterend symmetrisch dwarsdijjerentieel als wrijvingsdijjerentieel met
axiaal geplaatste glijpennen en golfbanen (ZF)
a doorsnede
b,c werking
d,e met kogels in plaats van glijpennen
I weg j meer
c
417

)
Het uit twee delen bestaande differentieelhuis is aan het kroonwiel bevestigd. Tussen
de twee helften van het differentieelhuis is een meeneemschijf met doorboringen geklemd,
waarin zeventien pennen zijn aangebracht die axiaal kunnen verschuiven.
Deze pennen zijn geplaatst tussen de linker en de rechter gegolfde schijf. De linker
schijflleeft negen golvingen en de rechter heeft er acht.De beide schijven zijn axiaal
) gelagerd, zodat zij niet van elkaar af kunnen bewegen.
I Tijdens rechtuitrijden (zowel vooruit als achteruit) zal de schijf de pennen meenemen
(afb. 7.35b). Er is steeds een aantal pennen dat klem loopt tussen de golvingen van de
linker en de rechter schijf. De pennen nemen deze schijven mee en drijven via de
wielaandrijfassen de wielen van het voertuig aan. De schijven en pennen draaien als
één geheel in het differentieelhuis mee.
Tijdens het rijden door een bocht (bij voorbeeld naar links in afb. 7.35c) zal de rechter
schijf langzamer moeten roteren dan de meeneemschijf. Wanneer de linker schijf
langzamer roteert, wordt een aantal pennen naar rechts gedwongen en zal de rechter
schijf vooruit worden gedrukt door de stand van de golvingen. Hebben deze pennen
de uiterste stand bereikt, dan wordt de werking door andere pennen overgenomen en
voortgezet. Het aantal golvingen in de linker en de rechter schijf is daarom verschillend.
Eén relatieve omwenteling van de schijf met negen golvingen heeft 9/8 omwentelingen
(in tegengestelde richting) van de schijf met acht golvingen tot gevolg.
Hetzelfde effect ontstaat wanneer een wiel door te weinig hechting met het wegdek
doorslipt (in afb. 7.35c het rechter wiel).
Tussen de pennen en de gegolfde schijven ontstaat door de glij ding veel wrijving. Ook
ontstaat wrijving doordat de pennen, ten gevolge van de wigwerking, de schijven uit
elkaar en tegen het differentieelhuis drukken. Deze wrijving vermindert het koppel
naar het slippende wiel en verhoogt het koppel naar het niet-slippende wiel. Van de
sneller roterende schijf wordt door de wrijving een deel van het koppel afgenomen,
terwijl de langzamer roterende schijf een extra koppel krijgt toegevoerd doordat deze
wordt meegenomen. Het niet-slippende wiel bezit daardoor een grotere aandrijfkracht
dan het slippende wiel.
Rijdend in een bocht zal ook hier het wiel dat de binnenbocht doorloopt een grotere
dM' \} stuwkracht uitoefenen dan het wiel dat de buitenbocht doorloopt. Zwaarder sturen is
~J!9l~ het gevolg, wat als een nadeel kan worden gezien. Het differentieel 'spert in procen-
'- ten'.
In plaats van pennen worden ook wel kogels toegepast om de krachten over te brengen
(afb. 7.35d en e).
Het differentieelhuis met radiale glijblokjes (afb. 7.36) is te vergelijken met het asymmetrische
langsdifferentieel dat bestaat uit een planetair stelsel met zonnewiel, ringwiel
en planeetwielen (zie 7.9). De planeetwielen zijn hier echter vervangen door
glij blokjes, terwijl het zonnewiel van elf golvingen is voorzien en het ringwiel dertien
golvingen heeft. De acht glijblokjes zijn in sleuven van het differentieelhuis geplaatst.
Tijdens rechtuitrijden neemt de ring van het differentieelhuis de glijblokjes mee en
zijn er steeds enkele die klem zitten tussen de golvingen, waardoor de buitenring en
de binnenring worden meegenomen. Het differentieel roteert als één geheel. De koppelverdeling
wordt nu globaal bepaald door de diameter van de buiten- en de binnenring.
Treedt er differentieelwerking op, doordat bij voorbeeld de buitenring sneller draait
dan het differentieelhuis, dan gaan de glij blokjes radiaal verschuiven. Ze drukken de
418

1. differentieelhuis
2. gegolfde binnenring
3. gegolfde buitenring
4. meeneemring met
sleuven
5. glijblokjes
2 3 4 5
Afb. 7.36. /-Iet lIiet-roterelld wrijvillgsdifferelltieel als asymmetrisch lallgsdifferelltieel met
radiaal geplaatste glijblokjes ell golfbalIelI (ZF)
1. schijven op de
wielaandri j fassen
2. kroonwiel
3. differentieelhuis
4. vrijlooprollen
5. boring
6. pen met veer
7. rollenkooien
Afb. 7.37. Het lIiet-roterellde rollellvrijloopdifferelltieel (Bendix)
binnenring terug, zodat deze langzamer draait. Tevens zullen de blokjes langs de ,
golvingen glijden en wrijving veroorzaken. De uitgaande as die langzamer roteert,
krijgt een verhoogd koppel en de as die sneller roteert, krijgt een verlaagd koppel
toegevoerd.
Eén relatieve omwenteling van de buitenring geeft 13/11 (in tegengestelde richting
doorlopen) omwentelingen van de binnenring.
Het rol!ellvrijloopdijjerelltieel
Bendix brengt een niet-roterend differentieel op de markt dat uitsluitend met rol!ellvrijloopkoppelillgen
functioneert (afb. 7.37).
De vrijloopkoppelingen maken het mogelijk dat één wiel wel sneller dan het kroon-
wiel roteert, maar niet langzamer. Dit houdt in dat de aandrijfkracht wegvalt naar het
sneller roterende wiel; in een bocht is er geen aandrijfkracht bij het wiel dat de buitenbocht
doorloopt. Achteruitrijden en afremmen op de motor zijn met het rollenvrij-
419
I
I

loopdifferentieel mogelijk doordat het in twee richtingen werkt. Daarvoor is wel een
bijzondere constructie nodig.
Door de wigvormen in het differentieel lopen de rollen namelijk vast tijdens vooruiten
achteruitrijden en als er wordt afgeremd op de motor. Zij nemen de schijven aan
de wielaandrijfassen mee. Roteert één wiel sneller, dan lopén de rollen van de desbetreffende
schijf vrij.
Slipt één wiel door, dan wordt via de vrijloopkoppeling het andere wiel aangedreven.
De rollenkooien kunnen door de pennen met veren slechts beperkt ten opzichte van
elkaar verdraaien. Hierdoor wordt voorkomen dat bij het vooruitlopen van een schijf
de rollen zó ver worden meegenomen dat ze aan de andere kant in de wigvorm vastlopen.
De werking is bij het vooruitrijden, het achteruitrijden en het afremmen op de
motor hetzelfde.
Het vrijloopdijjerentieel met klauwkoppeling
Een differentieel dat de laatste vijftig jaar in produktie is geweest en overwegend
toepassing vond in terreinyoertuigen (onder andere legervoertuigen) is de NoS PIN in
lichte en zware uitvoering, ook wel 'detroit locker' genoemd en gefabriceerd door het
Amerikaanse Tracktech van de Dyneer Corporati.on (afb. 7.38).
De N.oSPIN-eenheid kan in plaats van een n.ormaal differentieel w.orden gem.onteerd
en heeft daarv.o.or aan de meeneemring een viertal astappen die de plaats van de
satellietasjes in het differentieelhuis innemen. De meeneemring is v.o.orzien van klauwen,
zodat twee klauwkoppelingen ontstaan. De klauwk.oppelingen w.orden d.o.or
drukveren in de meeneemring gedrukt. De klauwk.oppelingen zijn met spiebanen .op
de linker en rechter schijf bevestigd waarin de wielaandrijfassen , eveneens met spiebanen,
w.orden gesch.oven. In de meeneemring is een afzonderlijke ring aangebracht
die aan beide zijden van afgeschuinde n.okken is v.o.orzien. In de linker en de rechter
4
2
3
Afb.
I
a
7.38. Het NoSPlN-differentieel (vrijloopdifferentieel)
a tijdens rechtuitrijden
b in een bocht vooruit naar links
1. veer
2. linker schijf
3. linker klauwkoppeling
4. meeneemring
420
It ~ -
speling
5. differentieelhuis
6. nokkenring
7. rechter klauwkoppeling
8. rechter schijf
b

klauwkoppeling bevinden zich eveneens nokken die passen tussen de nokken in de
centrale ring. De werking is als volgt.
Tijdens rechtuitrijden (vooruit of achteruit), als beide wielen met dezelfde frequentie
roteren, grijpen de klauwkoppelingen in de klauwen van de meeneemring en worden
beide wielen aangedreven (afb. 7.38a).
Als er in een bocht wordt gereden, legt het wiel dat de buitenbocht doorloopt een
langere weg af; het moet dus sneller roteren. De desbetreffende wielaandrijfas neemt
dan de klauwkoppeling met de nokken mee. Deze nokken zetten zich af op de schuine
kanten van de nokkenring en drukken de klauwkoppeling uit de meeneemring waardoor
deze vooruit kan lopen (afb. 7.38b). De aandrijving van het wiel dat de buitenbocht
doorloopt, wordt automatisch onderbroken. AI rijdend door een bocht zal de
klauwkoppeling steeds uit en in de klauwen van de meeneemring worden gedrukt; dit
gaat gepaard met een klikkend geluid. Na het doorlopen van de bocht wordt op een
gegeven moment de aandrijving van beide wielen weer verkregen.
Tijdens achteruitrijden in een bocht is de werking overeenkomstig.
De aangegeven spelingen zijn vereist omdat tijdens het naar buiten drukken van de
klauwkoppelingen er ook enige verdraaiing plaatsvindt. Het uitschakelen van één
aangedreven wiel, gepaard gaande met het klikkende geluid, ontstaat uiteraard bij
iedere differentieelwerking die ook het gevolg kan zijn van het verschil in dynamische
rolstraal van de wielen, door verschil in bandspanning of bandslijtage, het rijden over
oneffenheden of een scheef geladen voertuig.
Het klikkende geluid kan als een waarschuwing worden gezien maar wordt ook wel als;
hinderlijk ervaren; vandaar dat naast het 'Standard-type NoSPIN' ook nog een 'Si-
Jent-type' en een 'Silent-overrunning-type' beschikbaar zijn. Bij het rijden in het ter- (
rein onder qua hechting zeer wisselende omstandigheden zijn beide klauwkoppelin- I
gen gekoppeld en zijn beide wielen in aandrijving. De aandrijfkracht is dan afhankelijk
van de hechting per band.
7.4 HET LANGS DIFFERENTIEEL
Het langsdifferentieel wordt toegepast in personenauto's met permanente vierwielaandrijving
(zie band B). Zoals in 7.2 besproken, is het de taak van het langsdifferentieel,
het aandrijfkoppel, komende van de wisselbak, te verdelen over de vooras en de
achteras, waarbij de nodige rotatiefrequentieverschillen van de uitgaande aandrijfassen
mogelijk blijven.
Een gelijke verdeling van het aandrijfkoppel (50 % - 50 %) gebeurt met een symmetrisch
langsdifferentieel. Soms is het echter gewenst dat er een ongelijke koppelverdeling
naar de vooras en de achteras plaatsvindt zodat een asymmetrisch langsdifferentieel
moet worden aangebracht.
Langsdifferentieels worden ondergebracht in een verdeelbak die vaak aan de wisselbak
is vastgebouwd of er deel van uitmaakt. Om de nadelige eigenschappen van differentieeis
te ondervangen, wordt er evenals bij het dwarsdifferentieel veelvuldig gecombineerd
met een differentieelsper, een lamellenkoppeling, een viscokoppeling of
een worm-en-wormwielinrichting.
421

Het langsdijjerentieel met kegelwielen
Een symmetrisch langsdifferentieel met kegelwielen is weergegeven in afbeelding
7.39. Het aandrijfkoppel Tin wordt, afuankelijk van de ingeschakelde overbrengingstrap
in de wisselbak, door een tandwiel op de holle hoofdas naar het differentieelhuis
gevoerd. In het differentieel wordt het koppel gelijk verdeeld over de uitgaande assen
naar de voorwielen (Tl) en naar de achterwielen (TJ. De verhouding van de koppels
T/T z is gelijk aan I. Het differentieel kan in dit voorbeeld voor 100 % gesperd worden
door middel van een schakelring die mechanisch bediend wordt door de bestuurder.
I1n
~~l
:~ 5
b
1. ingaande as
2. sperbediening
3. homokinetische
koppeling
4. langsdifferentieel
5. hoofdas (hol)
6. pignon (vooras)
Afb. 7.39. Het symmetrisch langsdifferentieel met sper (Audi)
a opengewerkte tekening
b werkingsschema
Het differentieel wordt toegepast in een auto die oorspronkelijk voorwielaandrijving
had. De verdeelbak vormt een geïntegreerd deel van de wisselbak.
Het langsdijjerentieel met planetair stelsel
Het asymmetrisch langsdijjerentieel van ZF (afb. 7.40) verkrijgt de verdeling van het
aandrijfkoppel door een enkelvoudig planetair stelsel (zie band 8). De ingaande as is
aan de planeetdrager gekoppeld. Het ringwiel drijft de aandrijfas naar de achterwielen
aan en het zonnewiel drijft via een kettingoverbrenging (i = 1) de aandrijfas naar
de voorwielen aan. Het aandrijfkoppel naar de voorwielen is 36 % en naar de achterwielen
64 % van het ingaande koppel. Een viscokoppeling (zie 7.2) is in het ontwerp
opgenomen om een zelfsperrende werking van het langsdifferentieel te verkrijgen.
422

a
I. ingaande as 15. borgring 16
2. keerring 16. visco-sper
3. borgring 17. ring
4. kogellager 18. kogellager
5. kettingwiel
6. borgring
7. trommel
8. naaldlager
9. axiaallager
10. planeetdrager
11. vulring
12. naaldlager
13. ringwiel
19. kogellager
20. keerring
21. flens
22. moer
23. borgring
24. keerring
25. kogellager
26. ketting
27. kettingwiel met as
T~
~
p
i
4 b
14. ;:\eksel met uitgaande as 28. plug
Afb. 7.40. Het asymmetrisch langsdifferentieel met planetair stelsel en viscosper (ZF, type A 95)
a in onderdelen (BMW)
b werkingsschema
De verdeelbak is ontworpen voor auto's met een motor die in langsrichting voorin is ~
geplaatst en die standaard zijn voorzien van achterwielaandrijving; de afgebeelde
uitvoering wordt door BMW toegepast. Ook Ford past voor de grotere modellen
(Sierra en Scorpio) met oorspronkelijk achterwielaandrijving eenzelfde langsdifferentieel
toe, maar de viscokoppeling is op een andere wijze gegroepeerd ten opzichte
van de andere onderdelen, terwijl het aandrijfkoppel naar de achterwielen 66 % en
naar de voorwielen 34 % van het toegevoerde koppel is.
423

I. planetair stelsel met tweevoudige satellietwielen
2. lamcllenkoppeling (sperkoppeling)
3. tandwieloverbrenging
4. lamellenkoppeling voorwielaandrijving
a
Afb. 7.4/. Het asymmetrisch langsdifferentieel met lame//enkoppelingen voor het inschakelen
en sperren (Mercedes, 4Matic)
a opengewerkte tekening
b werkingsschema
Ook de 4Matic van Mercedes heeft in de standaarduitvoering achterwielaandrijving.
In de 4 x 4-uitvoering wordt een asymmetrisch planetair langsdifferentieel toegepast
met dubbele sets satellietwielen (afb. 7.41). Tijdens het rijden onder normale omstandigheden
worden alleen de achterwielen, zoals bij de standaarduitvoering. aangedreven.
Koppeling Kz, die nodig is om de voorwielaandrijving in te schakelen, is
dan gelost. Koppcling Kl wordt door een schotelveer vastgezet om de sperwerking te
verkrijgen; zij wordt door oliedruk gelost waardoor de zekerheid wordt verkregen dat
bij uitval van het hydraulisch systeem met de achterwielaandrijving kan worden gereden.
Het bijschakelen van de voorwielaandrijving, door koppeling Kz vast te zetten, gaat
tegelijk met het ontkoppelen van koppeling KI waardoor het langsdifferentieel in
werking treedt. De ingaande as van het langsdifferentieel drijft het ringwiel aan. De
satellietdrager is verbonden met de uitgaande as naar de achterwielen en het zonncwiel
drijft via koppeling Kz en een drictal tandwielen de aandrijfas naar de voorwielen
aan. Het langsdifferentieel zorgt voor een koppelverdeling van 35 % naar de voor-
424
4
b

I. tweevoudige
satellietwielen
2. eindreductietandwiel
met ringwiel
3. zonnewiel met
tandwiel voor
achterwielaandrijving
4. voorwielaandrijfas
5. planeetdrager
6. voorasdifferentieel
Tin
2
3
c
6
4 5
1. zonnewiel met
tandwiel voor
achterwielaandri jving
2. satellietwieldrager
3. ringwiel, tevens huis
4. huis van voorste
dwarsdifferentieel
5. schakelvork van de
lan gsdi fferen tiee Ispe r
6. satellietwiel
b
2 3
naar achterwielen
#'
Afb. 7.42. Het asymmetrisch
langsdifferentieel met mechanische sper,
gecombineerd met het asdifferemieel (Mazda
323 Formule 4)
a overzicht
b energiestroomschema
c werkingsschema
wielen en 65 % naar de achterwielen. Er geldt: T/T 2 = 1/1,86. Naar gelang van de ;
behoefte kan het langsdifferentieel van een gedeeltelijke waarde tot 100 % worden)
gesperd door de oliedruk waarmee de koppeling KI wordt ontkoppeld te verminderen.
Het gehele 4Matic-systeem wordt elektronisch geregeld (zie daartoe band B).
Het langsdifferentieel van de Mazda 323 Formule 4 met vierwielaandrijving bestaat
eveneens uit een planetair stelsel met dubbele sets satellietwielen dat met het voordifferentieel
tot één compact geheel is samengebouwd (afb. 7.42). De auto heeft een dwars
voorin geplaatste motor en standaard voorwielaandrijving. Het tandwiel op de uitgaande
as van de wisselbak drijft rechtstreeks het kroonwiel met het ingebouwde
ringwiel van het langsdifferentieel aan. De satellietdrager is aan het voordifferentieel
4
425
-)

gekoppeld en het zonnewiel drijft via een cilindrische en een conische tandwieloverbrenging
de aandrijfas naar de achterwielen aan. Het aandrijfkoppel wordt door het
langsdifferentieel over de voor- en achterwielen verdeeld in de verhouding T/Tz = I.
Het centrale langsdifferentieel kan door een mechanische sper (een schakelring) worden
geblokkeerd (100 %-sper). De bediening geschiedt elektrisch.
Lancia past voor de permanente vierwielaandrijving van de modellen Delta en Prisma
eveneens het planetaire stelsel met dubbele satellietwielsets toe om tot een asymmetriscll
langsdijjerentieel te komen (afb. 7.43). Het langsdifferentieel is met het oorspronkelijke
grote eindreductietandwiel samengebouwd. Het ringwiel vormt één geheel
met dit grote tandwiel en drijft het langsdifferentieel aan. Het zonnewiel drijft
via het voordifferentieel de voorwielen aan en de satellietdrager is aan een haakse
overbrenging gekoppeld die de aandrijfas naar de achterwielen aandrijft. Het centrale
langsdifferentieel zorgt ervoor dat 56 % van het aandrijfkoppel naar de voorwielen
gaat en 44 % naar de achterwielen. De verhouding T/Tz = 1,27/1. Tussen het
I. eindreductietandwiel met
ringwiel
2. satellietwielen van
voorasdifferentieel
3. voorasdifferentieel
4. haakse overbrenging naar
achterwielen
5. viscosper
Afb. 7.43. Het asymmetrisch /angsdifferentiee/ van Lancia
a opengewerkt
b werkingsschema
426
2
3
b

voordifferentieel en de haakse overbrenging naar de achteraandrijfas is een zelfsperrende
Ferguson-viscokoppeling aangebracht.
Het Torsen-differentieel als langsdifferentieel
Ook het Torsen-differentieel wordt als langsdifferentieel in auto's met vierwielaandrijving
toegepast (afb. 7.44). De opbouw ervan is gelijk aan het eerder beschreven
dwarsdifferentieel (zie 7.3.4). Het differentieelhuis is verbonden met de holle uitgaande
as van de wisselbak. Eén worm is door een uitgaande as rechtstreeks met de
pignon van de voorwielaandrijving verbonden en de andere worm is door een uitgaande
as via een flens verbonden met de cardanas naar de achteras-eind reductie. Het
langsdifferentieel vormt een geïntegreerd deel van de wisselbak.
6 5
Afb. 7.44. Het Torsen-/angsdifferentiee/, opgenomen in de aandrijflijn (Audi)
1. ingaande as
2. tandwielgroep van de derde en vierde
trap
3. Torsen-langsdifferentieel
4. flens voor de achterwielaandrijving
5. tandwielgroep van de vijfde en de
achteruittrap
6. holle hoofdas
7. tandwielgroep van de eerste en tweede trap
8. pignon voor de voorwielaandrijving
Indien er rechtuit wordt gereden, als er geen differentieelwerking is, vindt een aandri
jfkoppelverdeling plaats van 50 % naar de vooras en 50 % naar de achteras. Het
afremmen op de motor is eveneens mogelijk: dan brengt iedere as 50 % van het remvermogen
op.
Treedt er differentieel werking op (tijdens het rijden door een bocht als de voorwielen
gemiddeld sneller roteren dan de achterwielen of als één of beide voorwielen dan wel
één of beide achterwielen doorslippen), dan wordt het aandrijfkoppel naar de vooras
en de achteras ongelijk verdeeld. Ook bij dit langsdifferentieel is de constructie zodanig
dat de uitgaande as die langzamer roteert dan het differentieelhuis het grootste
koppel krijgt toegevoerd. De sneller roterende uitgaande as krijgt een kleiner koppel
toegevoerd.
De koppelverdeling tijdens de differentieelwerking vindt op dezelfde wijze plaats als
in het asdifferentieel, dus op basis van het wrijvingsprincipe bij een worm-wormwielaandrijving.
De verhouding van de koppelverdeling in het afgebeelde langsdiffe- 7
rentieel van Audi is 3,5/1; de langzamer roterende as krijgt daarmee een 3,5 maal zo ~
groot aandrijfkoppel als de snel roterende uitgaande as. Dit komt neer op een sperwaarde
van 55,5%.
3
4
427

Het Torsen-differentieel biedt een hoog bedieningscomfort omdat het automatisch
werkt. Bedieningsfouten bij het inschakelen van een differentieelsper komen niet
voor. Het rijgedrag in bochten is, doordat alle vier de wielen in aandrijving blijven,
verbeterd. Het differentieel kan probleemloos in combinatie met een anti-blokkeersysteem
worden ingebouwd.
Het Torsen-differentieel 'spert in procenten', hetgeen betekent dat als één of meer
wielen geen contact hebben met het wegdek er ook geen aandrijving mogelijk is.
7.5 STORINGEN EN ONDERHOUD
De tijd gedurende welke een differentieel in werking is (of dit nu een dwarsdifferentieel
of een langsdifferentieel betreft) is in vergelijking met de totale levensduur van
de auto heel kort. De storingen zijn dan ook bij een normaal gebruik van de auto
beperkt. Storingen aan het differentieel zijn vaak het gevolg van defecten in de eindreductie
of treden in combinatie hiermee op, omdat de eindreductie en het differen-
'\ tieel één geheel vormen en in dezelfde ruimte zijn ondergebracht.
Bij het wrijvingsdifferentieel met hoge sperwaarde kan onder extreme belastingen
(veel bochtenwerk op normale wegen) de temperatuur van het smeermiddel hoog
} oplopen. Het gevolg is een zeer dunvloeiend smeermiddel met gebrekkige smering,
het uitlopen van de lagers, een overmatige slijtage van de tandwielen en uiteindelijk
ook van het differentieel. Om een te hoge temperatuur van het smeermiddel in de
eindaandrijving met zelfsperrend differentieel te voorkomen, wordt bij rally-auto's
soms een warmtewisselaar gemonteerd.
Volgens ZF zijn de lamellenkoppeling en de Lok-O-Matic door een molybdeen behandeling
praktisch vrij van slijtage. Smering en onderhoud van differ'entieels ~den
steeds plaats in combinatie met de eindreductie.
Slepen
Het slepen van een auto met permanente vierwielaandrijving (na een ongeval of bij
pech en met gelichte voor- of achteras) kan problemen opleveren, zeker als een differentieel
met verhoogde inwendige wrijving is ingebouwd, zoals een viscosperdifferentieel
of een Torsen-differentieel. De reden daarvan is de door de wrijving teweeg
gebrachte temperatuurverhoging van de smeerolie en de overige wisselbak- of verdeelbakcomponenten
.
Daarom zijn zowel de sleepsnelheid als de sleepweg beperkt tot respectievelijk 50
km/h en 50 km. Het is dan niet nodig dat de wielen van de gelichte as kunnen meedraaien.
Vermogens- en remtest
Wanneer in een auto met permanente vierwielaandrijving een langsdifferentieel met
verhoogde inwendige wrijving is opgenomen, is een vermogenstest op een tweewielrollenbank
(zie hoofdstuk 8) niet mogelijk, omdat de auto van de rollen wordt afgetrokken
door de wielen die op de vloer staan; de test moet dan op een vierwielrollenbank
worden uitgevoerd.
Een remtest is veelal op een langzaamlopende remtestbank (zie deel 4 van de Steinbuch-serie)
met een maximale snelheid van 6 km/h mogelijk. De wielen moeten dan
door de testbank worden aangedreven, terwijl er geen overbrengingstrappen in de
wisselbak of asdifferentieelsperren ingeschakeld mogen zijn.
428