Hinterachsdifferential

Aufbau, Funktion und Wartung

Text und Bilder: Frank Risse & Peter Böhmer (CR27/S77)

Beim R129 ist der Motor vorne längs eingebaut und treibt über das Untersetzungsgetriebe (Handschaltung oder Automatik), die Kardanwelle und ein Winkelgetriebe die Hinterräder an. Würden die beiden Antriebsräder fest auf einer durchgehenden Welle stecken, so würden sie prima geradeaus laufen. Sobald es jedoch um eine Kurve geht, müsste das kurveninnere Rad langsamer als das kurvenäußere drehen, was jedoch bei einer starren Welle nicht klappt – die Räder würden nur mit Gewalt und Durchrutschen der Reifen um eine Kurve zu zwingen sein.

Erfreulicherweise rollt der R129 jedoch unauffällig und rutschfrei um die Kurven, weil Mercedes-Benz – wie so ziemlich alle anderen PKW-Hersteller dieser Welt auch – ein Differential zwischen den angetriebenen Rädern in das Winkelgetriebe eingebaut hat. Aber wie funktioniert das?

Aufbau

Das landläufig als „Differential“ bezeichnete Bauteil besteht aus einem meist grau-schwarzen rundlichen Gussgehäuse, welches unter dem Fahrzeugboden (hoffentlich) unauffällig vor sich hinwerkelt. Es hat vorne in Längsrichtung einen Welleneingang für den Anschluss der Kardanwelle und in Querrichtung zwei Wellenausgänge für die Antriebswellen zu den Hinterrädern.

In dem Gehäuse sitzt zunächst der Winkeltrieb, der die Längsdrehbewegung der Kardanwelle in eine Querdrehbewegung für die Hinterräder umwandelt. Er besteht aus einem kleinen Antriebskegelrad mit Hypoid-Verzahnung und einem damit verzahnten (oder kämmenden) großen Tellerrad, ebenfalls mit Hypoid-Verzahnung.

Die Hypoid-Verzahnung wurde aus zumindest zwei Gründen gewählt: Erstens haben die Zahnflanken mehr Auflagefläche und können somit mehr Drehmoment übertragen, und zweitens liegt die Eingangsachse versetzt über der Querachse, so dass die Kardanwelle fast waagrecht innerhalb des Kardantunnels geschützt im Fahrzeugboden verläuft. Übrigens bestimmt das Verhältnis von kleinem Antriebskegelrad zu großem Tellerrad die Hinterachsuntersetzung (z. B. 2,65:1 beim SL 500, also macht die Kardanwelle mit dem kleinen Antriebskegelrad 2,65 Umdrehungen, damit das große Tellerrad einmal umläuft).

Direkt am Tellerrad angeschraubt ist der Käfig (oder Korb) für das eigentliche Differentialgetriebe, welches die Drehbewegung des Tellerrades an das rechte und linke Hinterrad weitergibt und dabei den gewünschten Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt zwischen den Hinterrädern herstellt. In dem Käfig sind vier kleine miteinander kämmende Kegelräder im Viereck angeordnet: Zwei sich gegenüber liegende Kegelräder (auch Hinterachswellenräder genannt) liegen genau auf der Achse des Tellerrades und führen zu den Antriebswellen der Hinterräder. Die anderen zwei Kegelräder (auch Ausgleichskegelräder genannt) kämmen mit den ersten beiden und laufen mit dem Käfig um.

Das hier beschriebene Kegelrad-Differentialgetriebe ist im PKW-Bereich sehr weit verbreitet. Für bestimmte Einsatzzwecke gibt es jedoch auch andere Bauformen, etwa das Stirnrad-Differentialgetriebe oder das Schraubenrad-Differentialgetriebe, die prinzipiell ähnlich funktionieren, aber völlig anders aufgebaut sind.

Bild 1 - Geöffnetes Differentialgehäuse	Bild 2 - Blick von hinten ins Differential
Bild 3 - Detailsicht auf Kegel- und Tellerrad sowie das eigentliche Differential	Bild 4 - Schnittzeichnung eines W124-Differentials

Funktion

Bei drehendem Tellerrad dreht sich auch der daran angegossene Käfig und damit die beiden mit dem Käfig umlaufenden Ausgleichskegelräder. Diese greifen in die anderen beiden Kegelräder, welche verzahnt auf den Antriebswellen zu den Hinterrädern sitzen.

Bei Geradeausfahrt drehen sich die beiden Hinterräder gleich schnell, d. h. es gibt keinen Drehzahlunterschied, so dass alle vier Kegelräder im Käfig stillstehen und sich konstant mit dem Tellerrad drehen. Theoretisch könnte man nun die Kegelräder im Käfig herausnehmen und das Tellerrad gleich auf die beiden Antriebswellen schweißen, aber nur bis zur nächsten Kurve – und die kommt bestimmt!

Bei Kurvenfahrt dreht das kurveninnere Rad etwas langsamer als das kurvenäußere. Bei langgezogenen Kurven ist der Drehzahlunterschied gering, aber je enger die Kurve wird, desto höher ist der Unterschied. Das ist möglich, weil im sich gleichmäßig drehenden Tellerrad mitsamt Käfig die kleinen Kegelräder zwischen links und rechts den Drehzahlausgleich herstellen.

Bei Kurvenfahrt werden die äußeren Räder stärker belastet und die inneren entlastet. Bei schneller Fahrt um eine enge Kurve kann es sogar dazu kommen, dass das kurveninnere Antriebsrad so weit entlastet wird, dass es durchdreht. Das hängt mit dem links und rechts gleichen anliegenden Drehmoment zusammen, welches auch bei größerem Drehzahlunterschied (enge Kurve) das langsame Kurveninnenrad antreibt und bei starker Entlastung das Rad durchdrehen lässt. Solche Situationen treten eigentlich nur bei sehr sportlicher Fahrweise oder im Renneinsatz auf und sind für den R129 eher unüblich.

Für solche Fälle bietet sich ein Sperrdifferential an, welches die kleinen Kegelräder im Käfig teilweise (z. B. 30%, 50%, 70%) oder sogar ganz sperrt, etwa über eine Lamellenkupplung. So etwas wurde auch beim R129 bis Mopf 1 als Sonderausstattung angeboten. Bei teilgesperrtem Differential hat man auch auf einseitig glattem Grund oder bei rasanter Kurvenfahrt immer etwas Grip auf dem potentiell durchdrehenden Rad. Allerdings wird durch die zusätzliche Reibung mehr Wärme frei, die nach außen abgeführt werden muss. Daher haben solche Modelle oft deutlich größere Kühllamellen am Differentialgehäuse.

Wartung

Ein Differential enthält kraftübertragende bewegte Teile. An den Kontaktflächen von Zahnflanken, Lagern usw. entsteht zwangsläufig Reibung. Das führt zu Abrieb, bis das Bauteil so viel Spiel aufweist, dass es nicht mehr richtig funktioniert. Durch die Reibung entsteht aber auch Wärme, was sich leicht nachvollziehen lässt, wenn man nach längerer Fahrt das Differentialgehäuse mal vorsichtig mit der Hand berührt.

Beide Effekte sind natürlich unerwünscht und sollten möglichst vermieden werden. Daher wird „Differential-Öl“, eine spezielle Flüssigkeit für Hypoid-Antriebe, in das Differentialgehäuse gefüllt. Es reduziert die Reibung der bewegten Teile und transportiert die Wärme von den warmen Stellen weg zum Gehäuse, wo die Wärme an die Umgebungsluft abgestrahlt wird. Außen am Differential sind mitunter kleine Kühllamellen zu bewundern, die nur zu dem Zweck der Wärmeabgabe an die Umgebungsluft da sind. Manche Differentialarten, etwa Sperrdifferentiale, erzeugen recht viel Wärme, so dass die Kühllamellen etwas größer dimensioniert werden, um die höhere Wärmemenge noch abführen zu können.

Wie jedes Schmiermittel ist auch „Differential-Öl“ nicht unendlich lange einsetzbar: Es nimmt winzige Schmutz- und Abriebteilchen auf und unterliegt auf Dauer einem langsamen chemischen Alterungsprozess. Insgesamt wird die Schmierfähigkeit herabsetzt und der Wärmetransport nimmt ab. Daher ist es ratsam, das „Differential-Öl“ regelmäßig zu wechseln (Empfehlung: alle 60.000 km), wie es bei frühen R129-Modellen auch im Serviceplan steht. Bei späten Modellen war im Serviceplan jedoch kein Wechsel der „Lifetime-Füllung“ mehr vorgesehen. Diese Nicht-Wartung im Serviceplan später R129 teilt sich das Differential übrigens mit einigen Automatikgetrieben, welche ebenfalls eine „Lifetime-Füllung“ haben und die – aus den gleichen Gründen wie beim Differential – doch besser alle 60.000 km gewechselt werden sollte.

Trotz Schmierung und Wartung unterliegt das Differential einem – wenn auch geringen – Verschleiß. Dabei geht zunächst die Vorspannung der Lager verloren, dann tritt irgendwann Spiel auf und noch später fällt das gesamte Bauteil aus. Von außen ist der Verschleiß zuerst durch Singen des Differentials hörbar, später – mit Spiel – durch Rauschen.

Das Differential wurde aus vielen Einzelteilen zusammengebaut und ist selbstverständlich reparierbar. Allerdings gibt es einige Punkte zu bedenken:

• Beim Zerlegen gehen einige Teile (z. B. Dichtungen, Lager) kaputt und müssen – neben den sowieso spielbehafteten Teilen – ebenfalls ersetzt werden.
• Meistens sind zumindest die beiden Hypoid-Kegelräder des Winkeltriebs verschlissen. Deren Ersatzteilpreise sind jedoch sehr hoch – fast so teuer wie ein komplettes neues Differential. Zusammen mit den beim Ausbau zerstörten Teilen übersteigen die reinen Ersatzteilkosten schnell den Neupreis des ganzen Differentials.
• Der Zusammenbau erfordert einige spezielle Werkzeuge zum Einpressen von Lagern etc., die nicht jedermann im Keller stehen haben wird. Weiterhin erfolgt das Einstellen des Tragbildes und der Reibwerte der Zahnflanken u. a. mit Hilfe von mehr oder weniger dünnen Distanzscheiben (wir sprechen hier von Differenzen im Hundertstelbereich), was kniffelig ist und entsprechende Scheibensätze und Messgeräte erfordert – die voraussichtlich auch nicht jeder in der Schublade liegen haben wird.

Im Fall einer notwendigen Reparatur sollte daher überlegt werden, entweder ein funktionierendes gebrauchtes oder gleich ein neues Differential einzubauen.

Fazit

Vor den oben genannten Details zu Aufbau, Funktion und Wartung erscheint es ratsam, das Differential (und natürlich alle anderen Bauteile des R129) regelmäßig zu warten, um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen – hoffentlich das ganze Autoleben lang. Durch einen entspannten Fahrstil kann man die Lebensdauer übrigens ebenfalls positiv beeinflussen. Wir wollen uns ja noch lange an unseren Schätzchen erfreuen.

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