Radbaumaschinen wie Radlader, Muldenkipper und Motorgrader benötigen robuste Antriebssysteme, die sowohl Kurvenfahrt auf befestigtem Grund als auch maximale Traktion im schweren Gelände ermöglichen. Achsdifferentiale, Sperrdifferentiale und Planetenendantriebe bilden das technische Rückgrat dieser Maschinen. Der folgende Überblick erklärt, wie diese Komponenten funktionieren, welche Bauarten existieren und in welchen Situationen sie zum Einsatz kommen.

Differentialgetriebe: Grundfunktion und Bauarten

Ein Differentialgetriebe ist ein Ausgleichsgetriebe, das bei Kurvenfahrt von mehrspurigen Fahrzeugen benötigt wird, da ein außenliegendes Rad einen längeren Weg zurücklegen muss als ein innenliegendes. Verwirklicht wird der Ausgleich durch ein Umlaufrädergetriebe oder ein Kegelrad-Differentialgetriebe mit einem Antrieb von der Motorseite auf zwei Abtriebe für zwei Räder oder zwei Achsen.

Die beiden Abtriebe laufen im Normalfall der Geradeausfahrt gleich schnell, bei Bedarf leicht unterschiedlich schnell. Ein offenes Differential ohne Sperreinrichtung verteilt das Drehmoment bei Geradeausfahrt auf homogener Fahrbahn zu 50 Prozent auf jedes Rad. Bereits in einem normalen Differential wirkt zwischen den beiden Radwellen ein geringes Reibmoment, das jedoch meist nicht ausreichend ist, wenn eines der beiden Räder auf glatte Fahrbahn geraten ist und wenig Antriebskraft übertragen kann.

Sperrdifferentiale: Funktion und Sperrwert

Ein Sperrdifferential oder Selbstsperrdifferentialgetriebe überträgt beim Durchdrehen eines Rades das Drehmoment verstärkt zu dem anderen Rad, damit die Antriebskraft nicht durch die geringe Bodenhaftung des durchdrehenden Rades begrenzt wird. Dieses System enthält in der Regel zusätzlich eine lastunabhängige geringe Schwergängigkeit, um bei einseitiger Glätte ein erhöhtes Drehmoment an das andere Rad zu übertragen.

Die Sperrwirkung wird in Prozent angegeben. Bei einer Differentialsperre, deren ausgleichende Funktion aus- und eingeschaltet werden kann, beträgt die Sperrwirkung im gesperrten Zustand 100 Prozent – die Räder sind starr gekoppelt und drehen immer mit gleicher Drehzahl. Bei Selbstsperrdifferentialen mit konstruktiv erhöhtem Reibungswiderstand liegen die üblichen Sperrwirkungen im Bereich von 20 bis 40 Prozent.

Unterschied zur Antriebsschlupfregelung

Rein mechanische Sperrdifferentiale sind von elektronischen Traktionskontrollsystemen zu unterscheiden. Letztere bremsen gezielt das durchdrehende Rad ab, wodurch das andere Rad mehr Antriebskraft erhält. Je mehr der Ausgleich begrenzt wird – durch eine Bremswirkung im Ausgleichsgetriebe oder durch gezieltes Abbremsen nur des durchdrehenden Rades – desto mehr Drehmoment bekommt das andere Rad zugeteilt.

Bauarten von Sperrdifferentialen

In Baumaschinen kommen unterschiedliche Sperrdifferential-Bauarten zum Einsatz:

  • Festwertsperre: Eine manuell schaltbare Differentialsperre, die beide Radwellen starr aneinander koppelt. Sie wird überwiegend in Nutzfahrzeugen verwendet und nur temporär benutzt, wenn schwieriges Gelände oder Acker zu befahren ist. Der Nachteil ist, dass beide Antriebsräder genau gleich schnell drehen, was Kurvenfahrt erschwert.
  • Lastabhängige Selbstsperrdifferentiale: Systeme mit Reibungskupplungen, die bei Drehzahlunterschied zwischen den Rädern automatisch eine Sperrwirkung aufbauen.
  • Drehzahlabhängige Selbstsperrdifferentiale: Bauarten, die auf mechanischer Reibung in Schrägverzahnungen beruhen, etwa in Torsen-Ausgleichsgetrieben.

Planetenendantriebe in Radbaumaschinen

Planetengetriebe sind kompakte Untersetzungsgetriebe, die direkt in der Radnabe oder am Achsausgang sitzen. Sie ermöglichen eine hohe Drehmomentübertragung bei geringer Baugröße und schützen das Differentialgetriebe vor Überlastung. In Achsgetrieben von Radladern und Knickgelenkdumpern sind Planetengetriebe mit oder ohne integrierte Bremse erhältlich. Schaltbare Planetengetriebe erlauben zudem Gangwechsel unter Last.

NAF, ein Hersteller von Achsen und Getrieben für Baumaschinen, bietet beispielsweise Planeten-Bogieachsen mit flachem Achsträger für große Lasten und hohe Geschwindigkeiten an. Solche Bauarten eignen sich für Motorgrader und Muldenkipper und kommen mit Achslasten bis 50 Tonnen bei 60 Kilometern pro Stunde zum Einsatz. Auch Planeten-Starrachsen für höhere Geschwindigkeiten – etwa mit integrierten Durchtrieb – werden in Baumaschinen verbaut.

Zentral- und Mittensperren: Drehmomentverteilung zwischen Achsen

Neben Achsdifferentialen für den Drehzahlausgleich zwischen den beiden Rädern einer angetriebenen Achse kommen in Allradfahrzeugen auch Längs-, Zentral- oder Mittensperren zum Einsatz. Diese gleichen die Drehzahl zwischen zwei angetriebenen Achsen aus. Neben üblichen Achsdifferentialen werden hier Planetengetriebe eingesetzt, die die Drehmomente zwischen den Achsen beispielsweise im Verhältnis 40 zu 60 oder 33 zu 67 Prozent aufteilen.

Praxiseinsatz: Wann wird gesperrt?

Die Differentialsperre wird in Radbaumaschinen nur temporär aktiviert, wenn schwieriges Gelände – etwa schlammige Baustellen, Acker oder steile Rampen – zu befahren ist. Im Straßenbetrieb oder bei Kurvenfahrt bleibt das Differential offen, um Verspannungen im Antriebsstrang und erhöhten Reifenverschleiß zu vermeiden. Selbstsperrdifferentiale mit geringer Sperrwirkung sind dagegen dauerhaft aktiv und wirken beim Kurvenfahren schwach untersteuernd.

In der Praxis zeigt sich: Baumaschinen mit schaltbarer Differentialsperre und Planetenendantrieben erreichen hohe Traktion bei gleichzeitig guter Manövrierbarkeit. Die Kombination aus mechanischer Sperrung und elektronischer Traktionskontrolle ermöglicht eine optimale Anpassung an wechselnde Bodenverhältnisse – ein entscheidender Faktor für Produktivität und Betriebsstunden im Baustelleneinsatz.