TERRA INC

Sperrdifferenzial im LuAZ.

Serienmäßig ist der LuAZ mit einer Differenzialsperre in der Hinterachse ausgestattet. Betätigt wird sie durch einen Hebel zwischen den vorderen Sitzen.  

Die Nachrüstung eines Sperrdifferenzials in die Vorderachse, wurde die erste ernsthafte Änderung, die ich in der Konstruktion meines Autos durchgeführt habe. Im Prinzip nichts Kompliziertes, man muss nur die entsprechenden Serienmäßige Teile vom hinteren Differenzial in die Vorderachse einbauen. Ich werde nicht empfehlen, alles einzeln zusammensuchen, am besten sucht man ein intaktes gebrauchtes Hinterachsgetriebe und entnimmt daraus die nötigen Teile. Vor allem auch, weil bei den Ersatzteilen viel Pfusch vorkommt und ein aus solchen Teilen zusammengebautes Aggregat zum Klemmen neigt, was aber absolut nicht zulässig ist.

Hier gibt es aber keine Möglichkeit die Schaltstange der Gabel, durch das Getriebegehäuse, wie beim Hinterachsgetriebe zu führen. Hier muss man die Schaltstange aus der Gabel herauspressen (vorher den Sicherungsstift herausschlagen) und die Stange von der anderen Seite in die Gabel montieren, dabei muss man für die Schaltstange ein Loch in dem seitlichen Differenzialdeckel bohren, und eine neue Führung anfertigen, die mit einem Gummifaltenbalg (an dem, das Entlüftungsloch verschlossen wurde), von der Getriebeschaltstange des Moskvich 2141 abgedichtet wurde. Der Faltenbalg wurde mit Schlauchschellen befestigt. Die neue Schaltstangenführung muss sich, in Fahrtrichtung gesehen, hinter der Antriebswelle befinden. Das Loch für die Schaltstange in dem Differenziallagergehäuse muss man verschließen (ich habe es mit einem Blechdeckel, der mit kleinen Schrauben von der Getriebeseite und mit Dichtungsmittel eingeschmiert wurde verschlossen). Bei der umgekehrten Montage ist die Schaltstange zu lang, ich habe sie um etwa 5 cm gekürzt. Die vordere Antriebswelle zum Rad, wurde durch die etwas kürzere, hintere rechte, ersetzt (die Verwendung der noch kürzeren, linken hinteren Antriebswelle, kann bei Belastung, zu unerwünschten Reaktionen in der Lenkung führen). Dabei lässt sich die Faltenbalgmanschette der Antriebswelle, nicht mehr in der vorgesehenen Nut in dem Lagergehäuse auf der Welle befestigen, sonder nur am Rande des Gehäuses. Die entsprechende vordere Antriebswelle anzupassen lohnt sich nicht, weil beim vollständigen Einfedern des Rades wird sie sich  in dem längeren Hals des Differenzialkegelrades verklemmen.

Zur Steuerung der Sperre, wurde ein Anlasserelektromagnet vom ZAZ (das gleiche wie am LuAZ Anlasser) verwendet, der durch einen Mitnehmer mit der Schaltstange der Sperre verbunden wurde. Der Elektromagnet wird zusätzlich vor Wasser und Schmutz mit dem gleichen Faltenbalg vom Moskvich 2141 (Aleko) geschützt, und sitzt unterhalb der Schaltstange. Man muss die Sperre beim Zusammenbau so hinkriegen, dass sie leichtgängig ist. Unter keinen Umständen darf, in allen nur erdenklichen Lagen der Bauteile zu einander, etwas klemmen. Die nicht unter Last (durch Drehmoment) stehende Sperre, muss sich, nur durch die Kraft der serienmäßigen Feder des Anlassermagnetes, vollständig lösen. Beim Einschalten, muss der Zahnkranz des Differenzials vollständig von der Muffe überdeckt werden, wobei die Muffe im eingeschalteten Zustand ein Paar Millimeter Abstand zum Anschlag haben muss, bei vollständig, bis zum Anschlag eingezogenen Elektromagneten.

Der Elektromagnet wurde direkt an der Batterie, vor dem Amperemeter, angeschlossen. In den Schaltkreis des Elektromagneten, der mit einer automatischen Sicherung geschützt ist, sind zwei Steuerrelais in Reihe geschaltet. Das eine- mit normal offenen Kontakten, das eigentliche Schaltrelais der Sperre, gesteuert mit einem Kippschalter, und angeschlossen an der Zündung. Das zweite- mit normal geschlossenen Kontakten, zu denen parallel eine normale Scheinwerferlampe als Vorwiderstand zum Elektromagneten geschaltet ist. Die Kontakte dieses Relais, müssen sich trennen, sobald das Differenzial gesperrt ist. Dabei ist der Elektromagnet nicht mehr direkt an die Batterie angeschlossen, sonder, durch die Lampe, was den Strom stark reduziert, der aber ausreicht, um die Sperre im eingeschalteten Zustand zu halten (von 15 bis zu 4-6 A). In dem Zustand kann der Anlasserelektromagnet die Sperre, ohne Überhitzung, und unnötig großen Stromverbrauch unbegrenzt lange im eingeschalteten Zustand halten.

Die Kontrolle der Steuerung erfolgt durch zwei Leuchtdioden auf der Instrumententafel. Eine rote zeigt an, dass am Elektromagnet Spannung anliegt, eine grüne zeigt an, wenn das Differenzial gesperrt ist (sie ist an den Kontakten des Elektromagneten angeschlossen) (Somit geht sie nur an, wenn der Elektromagnet vollständig eingezogen ist).

Soweit das Haupt Know-how des Einbaus einer Sperre in die Vorderachse am LuAZ.

Die Bedienung der so geschalteten Sperre ist sehr bequem. Ein Klick mit dem Kippschalter, und die Sperre, ist praktisch sofort eingeschaltet, und um sie auszuschalten, braucht man nicht mit aller Kraft am Hebel zerren, und warten, bis die Schaltmuffe entlastet ist. In diesem Falle schaltet sie selber aus. Und bei dieser Schaltung braucht man auch nicht immer an den Kippschalter denken, wenn man den Motor vom stecken gebliebenen Auto abstellt (um etwas mit der Schaufel zu arbeiten). Der Elektromagnet wird dabei bei jedem Motorstopp abgeschaltet, und schaltet automatisch bei jedem Motorstart (wenn der Schalter sich  in der „ein“ Stellung befindet) die Sperre wieder ein. Übrigens stellte sich die Platzierung des Schalters am Armaturenbrett, als unbequem heraus: bis man den Hebel für die Hinterachssperre gezogen hat (gut wenn die Hinterachse schon zugeschaltet ist), und bis man dann den Schalter am Armaturenbrett noch gefunden hat, und womöglich in der Dunkelheit- gehen wertvolle Sekunden verloren. Meistens muss man in so einer Situation auch noch aktiv mit dem Lenkrad arbeiten. Deswegen wurde die Hinterachssperre mit einem gleichen Elektromagnet nachgerüstet, und der dreistufige Kippschalter wanderte direkt auf den Schalthebel für den Hinterachsantrieb, und schaltet nacheinander zuerst die Hinterachssperre (aber nur wenn der Hinterachsantrieb zugeschaltet ist), und danach zusätzlich die Vorderachssperre. Jetzt lässt der Wagen sich auch im schweren Gelände (mit der gesperrten Vorderachse) noch ohne Allradantrieb gut bewegen, (dabei bockt er viel weniger), und man hat die Möglichkeit in Sekundenbruchteilen, nicht nur den Hinterachsantrieb zuzuschalten, sonder auch noch alles sperren. Wie eine Katze, die plötzlich die Krallen an allen vier Pfoten raus lässt. Und das alles, lässt sich wieder mit nur einer Handbewegung abschalten.

Für die Montage des Elektromagneten an der Hinterachse, wurde eine Halterung angefertigt, die über der Halterung des Umlenkhebels der Sperre, mit den gleichen Muttern befestigt wird. Der Elektromagnet ist parallel zur Längsachse des Wagens orientiert, und zieht an dem serienmäßigen Umlenkhebel (wie das serienmäßige Gestänge). Dass der Elektromagnet nicht an dem Querträger der Karosserie anstieß, reichte es, die herausstehende Kontaktbolzen M8 bis zu den Haltemuttern zu kürzen. Selbstverständlich wurde die Arretierungskugel mit der Feder entfernt, und der ganze Mechanismus wurde leichtgängig auf dem ganzen Bewegungsweg gemacht (hier gilt das Gleiche wie für die Vorderachssperre, im eingeschalteten Zustand darf die Schaltmuffe nicht bis zum Anschlag gehen, es müssen ein Paar Millimeter Abstand bleiben. Sonst muss man mit erhöhtem Verschleiß der Gabel und der Muffe rechnen. Und dazu funktioniert die Anzeige für die eingeschaltete Sperre nicht zuverlässig, wenn der Elektromagnet nicht bis zu seinem Anschlag eingezogen werden kann).

Zum heutigen Tag ist der einzige ernste Mangel an diesem System, die schlechte Sicht der Leuchtdioden bei sonnigem Wetter. Ab und zu spinnt die Elektrik, wegen korrodierten Kontakten (die Elektromagnete müssen einmal jährlich zerlegt und gereinigt werden, sie sind nicht ganz hermetisch, und arbeiten nicht gern unter Wasser); an der Mechanik gibt es in den 7 Jahren Betrieb (120.000 km) nichts zu beanstanden. Zuerst war der Wunsch da, unter dem Elektromagneten für die Vorderachssperre ein zusätzliches Schutzblech zu montieren, um ihn von Beschädigungen zu schützen (der Elektromagnet sitzt relativ tief). Aber beim Betrieb auf einfachen unbefestigten Landstressen erwies es sich als nicht aktuell.

Wenn der Elektromagnet, warum auch immer, mal nicht im eingeschalteten Zustand bleiben will, kann man, durch einfaches umstecken der Kabel an dem Steuerkasten (wie oben schon beschrieben, sind die Elektromagnete im eingeschalteten Zustand durch Hauptscheinwerferlampen, als Vorwiderstand geschaltet) den Haltestrom erhöhen, indem man ihn nicht durch einen Lampenfaden schaltet, sonder durch zwei. Wenn auch das nicht hilft, kann man den Elektromagnet auch direkt anschließen, dabei darf man jedoch die Sperre nur kurzfristig, nicht länger als für zehn – zwanzig Sekunden einschalten.

Ein voll sperrbarer Antrieb, ist natürlich eine gute Sache. Diagonale „Hänger“, wenn die Räder diagonal in der Luft sind, wie auch seitliche,  wenn der Wagen mit einer Seite im Graben hängt, sodass die Räder auf der anderen Seite in der Luft sind, werden, als solche, überhaupt nicht mehr beachtet. Das LuAZ Fahrwerk hat vergleichbar mit anderen Geländewagen, ziemlich kurze Federwege (überhaupt die Hinterachse), daher kann es bei ihm sehr schnell passieren, dass man die Räder diagonal in der Luft hängen hat. Man hat nur Bedauern mit denen, bei denen so ein trivialer Fall zu einem Problem wird (wie wenden denn die in einer tiefen Trecker Dreckspur, oder wie fahren sie durch unebenes Gelände, die armen Kerle). Natürlich haben längere Federwege anderer Geländewägen, den Vorteil, dass bei ihnen, bei Fahrten auf unebenem Gelände, die Lastverteilung auf die Räder günstiger verläuft, somit auch der Druck der Räder auf den Untergrund. Aber wenn es soweit kommt, dass die Räder den Bodenkontakt verlieren, ist es mit einer starren Sperre egal, wie hoch das Rad  in der Luft hängt, und wenn auch eine halber Meter ist. Das Risiko, dass die Räder auf schwachem Untergrund durchdrehen, minimiert sich. Alle die neumodischen elektronischen Pseudosperren, die das durchdrehende Rad abbremsen, verfügen nicht über diese Eigenschaften, weil sie reagieren, erst auf das schon durchdrehende Rad. Spürbar verbessert sich auch die Geländegängigkeit bei Fahrten in einer tiefen Dreckspur, wo immer die Gefahr besteht, dass zwei Räder diagonal, oder auf einer Seite plötzlich in der Luft hängen bleiben. Außerdem auch bei Fahrten mit durchdrehenden Rädern im tiefen Dreck, Sand oder Schnee, wo alle vier Räder synchron drehen müssen. Ohne vollsperrbaren Antrieb, wenn ein Rad anfängt sich schneller durchzudrehen, bleibt das andere einfach stehen, und stemmt sich gegen den verdichteten Dreck oder Schnee wie gegen einen Unterlegkeil. Zum Beispiel fangen die Probleme bei Fahrten im Schnee ohne Sperren, schon bei einer Tiefe von 25-30 cm an. Mit der zusätzlich gesperrten Vorderachse, ist der Wagen fähig (mit dem WAZ-Motor, und Reifen НИИШП И-503 205/70R 149) sich im 37-39 tiefen, feuchten Februarschnee im ersten Gang mit erhöhter Drehzahl, nur leicht streifend mit dem Unterboden, zu bewegen. Dabei kann er den Schnee mit der Beharrlichkeit einer Planierraupe stürmen, und wenn es nicht mehr vorwärts geht, kann man immer noch in der eigenen Spur ohne fremde Hilfe zurücksetzen (ohne Sperren bleibt man in so einer Situation meistens hängen). In anderen Fällen ist die Sperre nur nützlich bei sehr unterschiedlicher Belastung der Räder, auf ebener rutschiger Oberfläche ist die Sperre praktisch nutzlos. Wenn die Räder in so einem Fall diagonal durchdrehen, braucht man nicht hoffen, dass sie hilft. Wunder gibt es keine, es werden einfach alle vier Räder durchdrehen. Die Reaktion am Lenkrad, bei gesperrter Vorderachse – ein zusätzlicher stabilisierender Moment, ändert sich von kaum spürbar, auf dem Eis oder Schnee, zu starken noch erträglichen, auf unbefestigtem Untergrund, bis zu einfach wilden, auf dem Asphalt. Eigentlich strebt der Wagen auch bei eingeschlagenen Vorderrädern zur Geradeausfahrt, mit dem Schieben über die Vorderräder.  Bemerkenswert ist, dass beim Geländetrial, Geländewagen die mit automatischen Sperren an beiden Achsen ausgestattet sind, die Trasse meistens problemlos passieren, aber mit einer großen Zahl umgefahrener Randmarkierungen. Aber auf Eis und im tiefen Schnee lässt sich ein Wagen mit gesperrten Achsen noch gut lenken, weil er sich sowieso mit durchdrehenden Rädern bewegt.

Ein nicht zu vernachlässigender Nachteil einer starren Sperre, ist die Möglichkeit der Überlastung der Antriebsachse, durch die so genannte Drehmomentzirkulation, die in einer gesperrten Achse auftreten kann, und versucht alle Räder absolut synchron zu drehen. Dabei können, bei Fahrten auf unebenem Gelände, oder in Kurven einzelne Räder sogar mitgeschleift werden, und somit den Wagen abbremsen. Und dieser, bremsende Drehmoment, überträgt sich über den Antriebsstrang auf die anderen Räder automatisch, als treibender Drehmoment. Bei einem zum Stillstand gekommenem Wagen, bleiben die spannende Kräfte im Antriebstrang bestehen (bestimmt durch die Haftungskräfte, des am wenigsten belasteten Rades der Achse). Deshalb kann bei anschließendem Anfahren mit schnellem einkuppeln, der, an einzelne Räder übertragende Drehmoment höher sein, als die Haftungskräfte des Rades auf dem Untergrund, und weil man dabei, relativ schwere Räder nicht plötzlich in Gang kriegen kann, geht ein Teil des Drehmoments auf die Überwindung deren Trägheit drauf. Das erfordert ein vorsichtiges Passieren von Hindernissen und einen sehr behutsamen Umgang mit Kupplung und Gas, vor allem beim eingelegten Geländegang, sonst kann es zu Schäden im Antriebsstrang kommen. So ganz einfach passiert es auch nicht, man darf nur nicht vergessen, dass die Vorderachse des leeren Wagens, doch sehr stärker belastet ist, als die hintere. Wenn man mit dem Lada-Niva über manche Hindernisse mit Anlauf springen muss, kann man hier, mit den Sperren, (und soll es auch versuchen) alles ruhig, mit mäßiger Drehzahl überwinden. Wenn man mit voll gesperrtem Antrieb mit Anlauf an die Hindernisse rangeht, demonstriert der Wagen einfach Wunder der Geländegängigkeit. Auch, wenn der Wagen in seinem serienmäßigen Zustand kaum tot zu kriegen ist, und, um in seinem Antriebsstrang etwas kaputtzukriegen, man ihm schon außergewöhnliches abverlangen muss, muss man mit der zusätzlichen Vorderachssperre, 14 Zoll Rädern und dem WAZ-Motor schon einige Sicherheitsregeln beachten. Das ist der Preis, den man zahlen muss, für die Möglichkeit sich an alle Straßenverhältnisse anpassen zu können, die ein voll sperrbarer Antriebstrang ermöglicht. Dafür ganz einfach, und ohne jegliche Elektronik.

Wie die Statistik von Defekten zeigt, in einem Antriebsstrang, der aus normalen Teilen besteht (hier ist die normale Qualität der Teilen gemeint, weil beim LuAZ  doch sehr  viel minderwertige Teile vorkommen), ist der häufigste Defekt, der Bruch der Hauptwelle in einem Vorgelege, an dem Rad, deren Antrieb Spitzenbelastungen ausgesetzt wurde. Die Welle wird an der Verzahnung zwischen dem drauf sitzendem Zahnrad, und dem Kugellager abgeschert. Weiter hängt alles von der Art des Bruches ab. Wenn die Welle innen sehr zäh war, wird sie abgedreht, wie wenn sie aus Knete wäre. Dabei dreht sich, das Zahnrad weiter auf dem äußeren Kugellager, und die Antriebswelle auf dem inneren, hinter dem der abgebrochene Wellenstumpf aufgewalzt wird, und so ziemlich sicher das Herausfallen der Antriebswelle verhindert. So ein Bruch wird bei einer Fahrt im schweren Gelände meistens zufällig bemerkt: „Papa, bei dir dreht sich ein Rad nicht mit durch!“ Dazu muss man sagen, dass der LuAZ mit einem vollständig gesperrten Antriebsstrang, auch im 4x3 Zustand immer noch keine schlechtere Geländegängigkeit demonstriert, als manch anderer Geländewagen im intakten Zustand. Man kann mit diesem Defekt ruhig bis zur Werkstatt fahren (wenn sie Paar hundert Kilometer weit liegt, sollte das Vorgelege ausgewaschen, und das Öl gewechselt werden). Wenn die Welle aber durchgehärtet war, und der Bruch schräg durch die Welle geht, sieht die Sache schlimmer aus. Im Vorgelege gibt es klopfende Geräusche, viel Metallspäne und Splitter, und der abgebrochene Wellenstumpf wird schnell aus dem Gehäuse rausgedrückt. Dabei schlägt er mit lautem Poltergeräusch an den Befestigungsmuttern vom Vorgelege an. Damit man weiter fahren kann, muss man die vier Schrauben am Kreuzgelenk zur Antriebswelle lösen, das Kreuzgelenk mit dem abgebrochenen Wellenstück herausziehen, und das Loch mit einem Lappen verschließen. Die Antriebswelle aus der Führung in dem Differential herausziehen (ohne den Faltenbalg  abzumontieren), zur Seite drehen und dabei den Faltenbalg auf volle Länge auseinander ziehen. In dieser Lage die Antriebswelle mit Bindedraht am Fahrzeugunterboden festbinden, so kann man noch bis zur Werkstatt fahren. Die viereckigen Mitnehmersteine bleiben dabei im Faltenbalg liegen, und richten keinen Schaden an, solang das Differenzial nicht gesperrt wird.

Ich musste mal so, mit nur einem vorderen angetriebenen Rad nach Hause fahren. Wenn die festgebundene Antriebswelle zu weit nach unten absteht, und die Gefahr besteht, mit ihr irgendwo hängen zu bleiben, muss man das Band am Faltenbalg lösen, und die Antriebswelle herausziehen. Das Loch im Faltenbalg muss verschlossen werden, z.B. mit einem Stück Rundholz, abgesägt von einem passenden Ast. Dabei muss man zuerst das Getriebeöl ablassen, und danach wieder auffüllen. Im großen und ganzen, wenn ich bei Geländefahrtveranstaltungen beobachte, wie an den UAZ-Geländewägen die Achsen mitten im Dreck, auf der Strecke, instand gesetzt werden, verstehe ich, dass der LuAZ mit der Standfestigkeit seines Antriebsstranges einfach einzigartig ist.

Aleksej Dshigurda (TERRA_INC)