Differential

(auch: Differenzial, Hinterachsdifferential, Hinterachsgetriebe, Achsantrieb hinten)

Allgemein

Das Differential im T4 Syncro sorgt für die Anbindung der Hinterräder an den Antriebsstrang sowie den Drehzahlausgleich zwischen den Hinterrädern. Die Übertagung von Drehmoment erfolgt über eine Viscokupplung, welche sich zwischen Kardanwelle und Hinterachsgetriebe befindet. Die Übertragung von Längs- in Querrichtung innerhalb des Hinterachsgetriebes erfolgt über Hypoid-Zahnräder. So werden Kegelradgetriebe bezeichnet, deren Achsen sich nicht schneiden, die also einen Achsversatz aufwiesen. Diese Bauform erlaubt es, die spiralförmige Verzahnung derart zu gestalten, dass auf relativ kleinem Bauraum sehr hohe Drehmomente übertragen werden können. Neben der kompakten Bauweise zeichnen sich Hypoidgetriebe in erster Linie durch eine hohe Laufruhe aus. Die Spiralverzahnung in Kombination mit dem Achsversatz von Schaft- und Kopfkegelrad führt dazu, dass die Kraftübertragung nicht mehr wälzend, sondern schraubend stattfindet. Die Zahnflanken gleiten aufeinander ab, was besondere Anforderungen an das Getriebeöl stellt und für eine hohe Lebensdauer eine exakte Einstellung der Zahnräder zueinander erfordert. Der Triebsatz im T4 Syncro Hinterachsdifferential besteht aus dem Schaftkegelrad, welches mit der Eingangswelle, auf der auch die Viscokupplung sitzt, ein Teil bildet und dem Kopfkegelrad, welches auf die Hauptwelle aufgepresst wird.

Wie schon der Antriebsstrang des T3 Syncro wurde auch das Hinterachsdifferential für den T4 von SDP (Steyr Daimler Puch) in Österreich entwickelt und gebaut. Insgesamt gab es 20 unterschiedliche Hinterachsgetriebe im T4 Syncro. Diese lassen sich am einfachsten über die Kennbuchstaben identifizieren. Diese sind in der Planfläche zwischen der Öleinfüllschraube und dem Trieblingsgehäuse eingraviert.

Sind die Kennbuchstaben z.B. durch Korrosion nicht mehr lesbar, kann das Differential anhand seiner offensichtlichen Merkmale zugeordnet werden (Übersetzungsverhältnis, Differentialsperre, Freilaufsperre, Gehäusematerial, Flanschdurchmesser). Der grundlegende Aufbau aller Hinterachsgetriebe ist gleich, es wurden aber über die Baujahre hinweg diverse Anpassungen vorgenommen, sodass in fünf Genrationen unterschieden werden kann. Jede Generation umfasst vier Achsantriebe, welche sich jeweils durch das Vorhandensein oder Fehlen einer Differentialsperre und eines Freilaufs unterscheiden. Folgende fünf Generationen der Hinterachsdifferentiale existieren:

Generation	Kennbuchstaben	Baureihe
Generation 1	ARG, ARH, AYA, AYB	02D
Generation 2	CJK, CJL, CJM, CJN	02D
Generation 3	DFA, DFB, DFC, DFE	02D
Generation 4	CZV, CNC, CZU, CZT	02D
Generation 5	DUB, DTY, DUA, DTZ	02G

Übersicht Hinterachsgetriebe im T4 Syncro

In der nachfolgenden Tabelle sind alle im T4 Syncro verbauten Differentiale und Ihre entsprechenden technischen Merkmale aufgelistet. Die Informationen wurden sorgfältig, eigenhändig zusammen getragen und gemessen, allerdings sind die Informationen selbst in den offiziellen Unterlagen von VW zum Teil widersprüchlich und die Kennbuchstaben vor allem in den Stahlgehäusen heute meist kaum noch zu erkennen. Daher sind alle Angaben ohne Gewähr und Verbesserungsvorschläge können gern eingereicht werden.

Die Differentiale der ersten Generation (ARG, ARH, AYA und AYB) haben die 13:21 Übersetzung, welche 03/94 von der bis zum Produktionsende verbauten 17:27 Übersetzung abgelöst wurde. Diese zweite Generation (CJK, CJL, CJM und CJN) wurde bis Ende 1995 verbaut. Mit der großen Produktaufwertung im Jahr 1996 wurden die 108 mm Flanschwellen gegen 100 mm Flanschwellen getauscht, was auch neue Antriebswellen an der Hinterachse mit sich brachte.

Die Angaben 13:21 und 17:27 beziehen sich auf Anzahl der Zähne von Schaft- und Kopfkegelrad. Bei der 17:27 Übersetzung hat das kleine Kegelrad 17 Zähne und das große 27.

Die Maße 100 mm und 108 mm beziehen sich auf den Innendurchmesser der Flanschwellen bzw. Außendurchmesser der inneren Gleichlaufgelenke der hinteren Antriebswellen.

Für eine kurze Übergangszeit (bis 10/96) gab es die dritte Generation Differentiale (DFA, DFB, DFC und DFE) noch mit Stahlgehäuse bevor dann ausschließlich eine Aluminiumlegierung als Gehäusematerial eingesetzt wurde. Mit Einführung der 100 mm Flanschwellen verringerte sich die Breite der Achsantriebe (gemessen zwischen den Außenkanten der Flanschwellen) von 435 mm um 10 mm auf 425 mm. Grund dafür sind kompaktere Flansche. Die vierte Generation (CZV, CNC, CZU und CZT) wurde bei den Benzin- und Saugdieselmotoren bis Produktionsende verbaut. Generation 1-4 gehören zur Getriebereihe 02D.

Mit Verkaufsstart des TDI Syncro ab 1998 wurde die Reihe 02G eingeführt und brachte die fünfte Generation Achsantriebe (DUB, DTY, DUA und DTZ). Diese Differentiale wurden bis Produktionsende bei Syncros mit Turbodiesel-Motoren verbaut. Grundlegender Unterschied ist der größer dimensionierte Triebsatz, der für das gestiegene Drehmoment der TDIs ausgelegt wurde. Dazu musste unter anderem das Antriebsgehäuse vergrößert werden und das Differential wurde auf der linken Seite um 20 mm breiter.

Differentialsperre

Jede Generation der Hinterachsgtriebe war optional mit einer mechanischen Differentialsperre erhältlich. Diese verhindert den Drehzahlausgleich durch das Ausgleichsgetriebe und sorgt für eine gleichmäßige Drehmomentübertagung an beide Hinterräder. Gerade bei Fahrzeugen wie dem T4, der konstruktionsbedingt über wenig Verschränkung verfügt, macht eine Sperre absolut Sinn, sobald das Fahrzeug auch abseits befestigter Straßen bewegt werden soll. Die Ansteuerung erfolgt mittels Unterdruck und einem 2-Wege-Zugventil. Auf dem Antriebsgehäuse sitzt ein Unterdruckstellelement, welches bei Ansteuerung eine Schaltgabel bewegt, welche wiederum eine Schiebemuffe mit Innenverzahnung axial verschiebt. Die Schiebemuffe befindet sich in der Ausgangsposition auf der linken Flanschwelle, wird beim Aktivieren der Sperre von der Schaltgabel in Richtung Getriebemitte verschoben und stellt einen Formschluss mit der Verzahnung der Hauptwelle her. Somit wird eine relative Drehbewegung der beiden Flanschwellen zueinander unterbunden – die Hinterachse ist gesperrt.

Bei den Achsantrieben der Reihe 02D sitzt das Stellelement auf einem Halteblech direkt am linken Seitendeckel. Für die 02G Antriebe wird das Stellelement im rechten oberen Bereich auf einer Platte auf dem Gehäuse montiert und mit einer Schubstange mit der Schaltgabel verbunden.

Leider ist das Stellelement sehr anfällig und wird im Laufe der Jahre meistens durch Korrosion an der Halteplatte zerstört (Rost dehnt sich aus und sprengt das Kunststoffgehäuse). Das Stellelement hat die Ersatzteilnummer VW 02D525641A und ist seit Jahren ersatzlos entfallen. Die Thematik rund um das Stellelement ist recht komplex und wird bald in einem eigenen Artikel behandelt. Es gibt bereits einen Beitrag im Blog zum Unterdruckstellelement.

Wir haben uns bemüht, Ersatzteile für eine Reihe von typischen Defekten der Sperrenbetätigung bereitzustellen. Über Halteplatten, Gummitülle bis hin zum vollständig aus Aluminium gefrästen Stellelement ist alles im Shop zu finden.

Ersatzteile für das Hinterachsdifferential

Freilauf

Der Freilauf im Syncro Antriebsstrang ist serienmäßig in allen T4 Syncros mit ABS vorhanden. Die Viscokupplung kann als passives Bauteil nicht in die Regelung des Antiblockiersystems eingebunden werden, weshalb eine Entkoppelung der Hinterachse im Schubbetrieb für Fahrzeuge mit ABS integriert werden musste. Durch den mechanischen Freilauf können sich die Hinterräder schneller drehen als die Vorderräder ohne Verspannungen im Antriebsstrang zu erzeugen. Somit ist es möglich alle Räder einzeln zu bremsen und eine einwandfreie ABS-Regelung zuzulassen sowie eine Bremsmomentübertragung durch die Viscokupplung an die Hinterachse zu verhindern. Der Freilauf verbindet die Hauptwelle mit dem Ausgleichsgetriebe und besteht aus Klemmkörpern, die zwischen zwei Messingringen angeordnet sind.

Um einen funktionierenden Allradantrieb auch im Rückwärtsgang zu erhalten, muss der Freilauf gesperrt werden. Dies geschieht über eine Schiebemuffe, welche mittels einer elektro-pneumatischen Betätigung in Schaltzapfen geschoben wird. Dadurch entsteht ein Formschluss zwischen Hauptwelle und Ausgleichsgetriebe und der Freilauf wird außer Kraft gesetzt. Die gesamte Mechanik der Freilaufsperre ist verhältnismäßig einfach aufgebaut aber anfällig für Defekte.

Ein ernstzunehmendes Problem stellt die Anbindung des Stellelementes an den Schalthebel dar. Die Schaltstange ist hier mit einem Spreizstift aus Kunststoff an der Kraftumlenkung befestigt, welche lose auf einer Lagerschraube sitzt. Die axiale Fixierung erfolgt lediglich durch die Arretierung der Schaltstange im Stellelement. Der Spreizniet versprödet mit den Jahren durch thermische Alterung im Getriebeöl und kann letztendlich brechen. Der Schalthebel ist dann entkoppelt vom Stellelement und kann unter ungünstigen Bedingungen von der Lagerschraube springen und sich dann frei im Antriebsgehäuse bewegen. Unweigerlich landet der Schalthebel anschließend zwischen den Kegelrädern und richtet dort erheblichen Schaden an. Ein Warnsignal ist z.B. der nicht funktionierende Allradantrieb im Rückwärtsgang. Wird dies bemerkt sollte man sich umgehend auf Ursachenforschung begeben.

Der Schalthebel kann sich unter ungünstigen Umständen derart im Triebsatz verklemmen, dass die eingeleitete Kraft ausreicht, um das Aluminiumgehäuse des Differentials zu sprengen.

Die Stellelemente der Freilaufsperre selbst sind an der Gehäuserückseite des Differentials montiert sind im Allgemeinen sehr langlebig und wenig anfällig. Schäden durch Korrosion oder Abnutzung sind eher untypisch. Ein bekanntes Problem ist jedoch die kleine Gummitülle (009525642), die das Innere des Stellelementes zum Differential hin abdichtet. Diese kann reißen, was zur Folge hat, dass durch den am Stellelement anliegenden Unterdruck, das Öl aus dem Gehäuse gesaugt wird. Dieser Prozess geschieht schleichend, führt aber bei Nichtbeachtung zwangsläufig dazu, dass das Differential irgendwann mit zu geringem Ölstand läuft. Erkennbar ist dieser Defekt beispielsweise an einem Öl-gefüllten Unterdruckspeicher. Auch Fehlfunktionen durch verkehrt herum angeschlossene Unterdruckschläuche kommen häufiger vor. Der Unterdruck (braun) muss am unteren schwarzen Schlauchanschluss anliegen. Der helle Anschluss ist für die Entlüftung vorgesehen und wird mit einem T-Verbinder mit der Gehäuseentlüftung des Differentials verbunden.

Die Klemmkörper im Freilauf neigen mit zunehmenden Alter zum Brechen. Gebrochene Klemmkörper können zwar konstruktionsbedingt nicht in den Getrieberaum gelangen, da Sie zwischen den Messingscheiben gefangen werden, jedoch sammeln sich die Bruchstücke im Inneren des Freilaufs und bewirken mit der Zeit einen Totalausfall der Klemmwirkung womit die Drehmomentübertragung an die Hinterräder ausfällt.

Sonstige Probleme

Die Hinterachsdifferentiale vom T4 sind bei guter Pflege sehr langlebig und robust. Typische Defekte liegen im Bereich der Lagerung des Schaftkegelrads, oft durch zu niedrigen Ölstand oder Fremdkörper im Gehäuse hervorgerufen. Ursachen können Ölverlust durch verschlissene Wellendichtringe oder eine falsche Ölmenge sein. Beim Höherlegen des T4 Syncros wird häufig das Differential abgesenkt und somit der Winkel zu Ungunsten der vorderen Kegelrollenlager verändert. Bei abgesenkten Differentialen sollte daher unbedingt mehr als die von VW vorgeschriebenen 1,0 L Getriebeöl eingefüllt werden, um sicherzustellen, dass alle Wälzlager ausreichend mit Schmierstoff versorgt werden. Das geht eigentlich nur vernünftig bei ausgebautem Differential, weil das Öl sonst vor Erreichen des notwendigen Füllstands bereits zur Einfüllöffnung herausläuft. Fremdkörper können vor allem bei den Sperrdifferentialen gut über defekte Gummitüllen der Sperrenbetätigung eindringen. Verschlissene Lager machen sich im Differential durch Laufgeräusche, oft als Singen oder Heulen bezeichnet, bemerkbar. Ein intaktes Differential gibt im Betrieb keinerlei Geräusche von sich. Laufgeräusche sollten nicht ignoriert werden, da sich die Kegelrollenlager bei voranschreitendem Verschleiß in ihre Einzelteile zerlegen können, die dann zwischen den Triebsatz geraten und dann einen Totalschaden anrichten.

Ironischer Weise ist Korrosion für die Differentiale mit Aluminiumgehäuse mittlerweile ein Ernst zu nehmendes Thema geworden, während die Stahlgehäuse davon nicht betroffen sind. Die verwendete Aluminiumlegierung AlSi9Cu3 bzw. EN AC-46000 wird häufig für temperaturbelastete Bauteile verwendet, weißt aber nur eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf.

Besonders im Bereich von Anbauteilen aus Stahl entstehen über die Jahre heftige Schäden durch Kontaktkorrosion. Bei den 02G Differentialen betrifft das vor allem den Bereich unter dem Halteblech des Stellelements sowie die Gehäuserückseite von Differentialen, welche in Pritschen verbaut wurden. Diese haben keine Aluminium-, sondern Stahlhalter, welche in direktem Kontakt mit dem Gehäusematerial sind. Korrosionslöcher im Gehäuse sind hier leider keine Seltenheit und ziehen das Eindringen von Wasser und Dreck nach sich. So werden Wälzlager und Triebsatz meistens nachhaltig beschädigt.