Das Mercedes Hinterachsgetriebe

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Das Mercedes Hinterachsgetriebe

Das Mercedes Hinterachsgetriebe ist ein Differentialgetriebe und wird auch als Differential oder Ausgleichsgetriebe bezeichnet. Wie jedes Differentialgetriebe ist das Mercedes Hinterachsgetriebe ein Planetengetriebe (Umlaufgetriebe) mit zwei Abtrieben und einem Antrieb (Verteilergetriebe).

 

 

 

Geschichte

 

Umlaufgetriebe kennen die Menschen schon seit der Antike. Der Mechanismus von Antikythera besaß als Summiergetriebe ein Planetengetriebe. Ein Differentialgetriebe ist im Endeffekt ein Verteil-Umlaufgetriebe und tauchte zum ersten Mal bei Leonardo da Vinci auf. Als Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge wurde es von Onésiphore Pecqueur, einem Franzosen, der von 1792 bis 1852 lebte, 1827 erfunden.

 

 

 

Anwendung

 

Am häufigsten wir das Differentialgetriebe als Achsdifferential, in unserem Fall als Mercedes Hinterachsgetriebe, im Bereich von Fahrzeugen eingesetzt. Der Sinn dieses Getriebes ist es, dass zwei Räder bei Kurvenfahrten unterschiedlich schnell, aber mit derselben Vortriebskraft angetrieben werden können. Ein Zentraldifferential in Fahrzeugen mit Allradantrieb erfüllt denselben Zweck, da hier die Leistung auf mindestens 2 Achsen gleichmäßig verteilt wird.

 

 

 

Wirkungsweise und Aufbau

 

Das Mercedes Hinterachsgetriebe hat wie sein Grundbaustein, ein Planetengetriebe mit innen verzahntem Hohlrad und drei gleichachsige Wellen. Die Besonderheit liegt jedoch darin, dass die Standardübersetzung meistens den Wert i0 = -1 hat. Das Übersetzungsverhältnis der beiden Zentralwellen, wenn der Umlaufradträger (Korb, Käfig, Steg) festgehalten wird, bezeichnet man als Standardübersetzung. In diesem Fall unterscheidet sich das Mercedes Hinterachsgetriebe nicht von einem sogenannten Standgetriebe, das über keine umlaufende Welle verfügt. Mit einem Wert von i0 = -1 verteilt das Mercedes Hinterachsgetriebe im Dreiwellenbetrieb vom Steg aus die Abtriebsleistung auf die zwei Zentralwellen mit je demselben Drehmoment. Da die zwei Abtriebsräder dieselbe Größe haben, ist das Mercedes Hinterachsgetriebe symmetrisch aufgebaut.

 

Das Mercedes Hinterachsgetriebe ist wie die meisten Differentiale ein Kegelrad-Differentialgetriebe und besteht aus vier Rädern. Das Innere des Umlaufträgers, auch Korb oder Käfig genannt, ist symmetrisch. Sowohl links als auch rechts ist ein Kegelrad, welches in Verbindung mit den getriebenen Wellen steht. Der Käfig trägt über den Umfang mehrere (in der Regel 2), mit den getriebenen Kegelrädern kämmende Kegelräder. Der Umlaufträger ist kasten- oder ringförmig gehalten und trägt ein Zahnrad, welches ihn antreibt. Manchmal wird er auch über eine Hohlwelle betrieben.

 

 

 

Differentialgetriebe bei Kraftfahrzeugen

 

Achsdifferential

 

Das Differentialgetriebe wird Achsdifferential genannt, wenn es an einer Achse eines Fahrzeuges, z. B. Mercedes verwendet wird, die angetrieben wird. Das Achsdifferential ist für den Ausgleich der Drehzahl zwischen zwei Rädern verantwortlich. Die zwei kleineren Zahnräder in der offenen Stelle der Achse drehen sich beim Fahren (gerade aus) nicht. Sie drehen mit dem großen Zahnrad mit, sodass sie keine Auswirkung haben. Fährt der Kraftfahrer eine Kurve, drehen sich die zwei kleineren Zahnräder entgegen der Achsen. Das hat zur Folge, dass das Zahnrad im Außenradius ein bisschen schneller und das andere Zahnrad ein wenig langsamer angetrieben wird. Die Standübersetzung ist i0 = -1. Werden der Umlaufradträger festgehalten – beispielsweise in dem der Fahrer einen Gang einlegt –,die Räder angehoben und eines der Laufräder gedreht, dann rotiert das entgegengesetzte Rad genau in die andere Richtung.

 

 

Längs- oder Zentraldifferential

 

Bei Kraftfahrzeugen mit Allradantrieb, bei denen alle Räder angetrieben werden, benötigt man weitere Verteilergetriebe. Als Erstes wird ein Achsdifferential pro weitere Achse benötigt, die angetrieben werden soll. Des Weiteren braucht es Längs- und Zentraldifferentiale, damit der Antrieb des Motors auf mehrere Achsen verteilt wird. Ein Mercedes-Benz mit 4×4-Antrieb hat beispielsweise ein Zentraldifferential und zwei Achsdifferentiale.

 

In der Regel haben sowohl Zentral- als auch Achsdifferentiale eine Standardübersetzung von i0 = -1. Die Momentaufteilung zwischen den Achsen liegt bei 50 % zu 50 % oder 1:1. Es gibt aber auch Zentraldifferentiale, die vom 1:1-Verhältnis abweichen. Damit es bei Steigungen und beim Beschleunigen zu diversen Vorteilen kommt, wird die hintere Achse in der Regel mit einem höheren Antriebsmoment betrieben als die vordere. Hier liegt die Verteilung z. B. bei 65 % zu 35 %. Wenn das Differentialgetriebe unsymmetrisch wirkt, ist es auch unsymmetrisch konstruiert, wie beispielsweise ein Umlaufrädergetriebe mit Hohlrad oder mit verschieden großen Stirnradritzeln und Kronenrädern.

 

 

 

Achsdifferentiale in Fahrzeugen

 

Das Mercedes Hinterachsgetriebe ist ein Achsdifferential und sitzt zwischen den hinteren Rädern. Meistens sitzen alle Achsdifferentiale zwischen den Rädern. Mit einem Rad einer Zahnradstufe, die antreibt, ist der Käfig so gut wie immer fest verbunden. Bei Antrieb über eine Kardanwelle ist es in der Regel ein Hypoidgetriebe, bei längs sitzenden Motoren ein Kegelradgetriebe und bei quer sitzenden Motoren ein Stirnradgetriebe. Beim erstgenannten schneiden sich die Achsen von Teller- und Kegelrad nicht und etwas tiefer liegt die Kardanwelle. Bevor die Hypoidverzahnung überhandnahm, wurden auch Schneckengetriebe eingesetzt.

 

Zu den Rädern führen die getriebenen Wellen. Auch wenn sich die beiden Rädern beispielsweise bei Kurven unterschiedlich schnell drehen, werden sie mit gleich großem Drehmoment angetrieben. Drehen sich die Räder gleich schnell, kommt es zu keinem Verschleiß oder Leistungsverlust im Differentialgetriebe, da sich die Zahnräder nicht untereinander bewegen. Wenn eines der Zahnräder zum Stillstand kommt, dreht dass andere 2-mal so schnell wie der Käfig. Zu diesem Szenario kann es beim Anfahren kommen, wenn eines der Fahrzeugräder die Bodenhaftung verliert, weil die Stelle voll mit Schnee, Matsch oder ähnlichem ist. Beide Räder verfügen dann über kein vorwärtstreibendes Drehmoment mehr und das Fahrzeugrad ohne Bodenhaftung dreht durch. Das innere Fahrzeugrad kann bei schnellem Fahren in Kurven auch soweit entlastet werden, dass es an Bodenhaftung verliert und durchdreht. Dieses Szenario verhindern die Autohersteller durch ein Sperrdifferential. Durch eine Vollsperre, also eine starre Verbindung der zwei Antriebswellen, wird die ausgleichende Wirkung verhindert oder durch Reibung gezielt verringert. Im Falle einer gezielten Reibung wird ein gewisser Teil der Leistung an das Rad weitergegeben, welches treibt und die restliche Leistung wird im Getriebe in Wärme umgewandelt. In der Regel kommen Vollsperren nur bei Mercedes-Benz Geländefahrzeugen vor. Die Räder drehen in derselben Geschwindigkeit, wenn die Sperre eingeschaltet ist, je nach Bodenhaftung verteilt sich das Drehmoment auf die zwei Räder. Sollte der Kraftfahrer die Vollsperre auf einem guten Untergrund wie beispielsweise der Straße benutzen, besteht die Gefahr, dass der Antriebsstrang verspannt und beschädigt wird. Das liegt daran, dass die verschiedenen Weglängen in den Kurven nur vom Schlupf der Räder aufgenommen werden können.

 

Außerdem funktioniert der beliebte Stunt in Actionfilmen, indem ein Auto auf zwei Rädern fährt und dabei angetrieben wird, aus oben genannten Gründen nur mit einem Sperrdifferential.

 

 

Kinematik

 

Die Willis-Gleichung (Drehzahlgleichung)

n1i0 x n2 – (1 – i0) x nS = 0

des Umlaufrädergetriebes wird in der Standardübersetzung

i0 = -1 zu n1 + n2 = 2 x nS

vereinfacht.

Das heißt, dass in jedem Zustand des Betriebes das Ergebnis der Drehzahlen der zwei Fahrzeugräder zusammen, die angetrieben werden (Index 1 und Index 2) gleich der 2-fachen Drehzahl des Käfigs (Index S) ist oder dass die Käfigdrehzahl der arithmetische Mittelwert der Raddrehzahl ist.

 

 

 

Probleme mit dem Mercedes Hinterachsgetriebe

 

In die Kurve mit Höchstleistung. Das Mercedes Hinterachsgetriebe sorgt für Ausgleich und Vortrieb. Welche Arbeit das Differentialgetriebe wirklich leistet, ist den meisten unbekannt. Viele Kraftfahrer schenken dem Mercedes Hinterachsgetriebe erst Aufmerksamkeit, wenn es sich durch Singen, Dröhnen oder Heulen bemerkbar macht. Meistens folgt darauf ein hektischer Ölwechsel und dennoch verschwindet das Problem nicht. In vielen Fällen kann eine kostengünstige Reparatur des Mercedes Hinterachsgetriebes helfen.

 

Viele Werkstätten bieten Ihnen von kleinen Reparaturen bis hin zu einem kompletten Austausch des Mercedes Hinterachsgetriebes alles an. Es ist zwar nicht immer mit einer Reparatur oder einem neuen Abdichten getan, aber bevor es zu einem kompletten Austausch kommt, kann Ihre Werkstatt des Vertrauens oft das Mercedes Hinterachsgetriebe instand setzen oder restaurieren.

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