Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Schlupfsperre für Antriebsräder von mehrspurigen Fahrzeugen.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die das Durchdrehen, also das Schlupfen, von Antriebsrädern zweispuriger Fahrzeuge bei
Antriebsmomentüberschuss eines Rades verhindern sollen. Nach dem Stand der Technik kommen als solche Vorrichtungen Sperrdifferentiale und elektronische Antriebsschlupfregelungen in Frage. Bei Sperrdifferentialen wird dieser unerwünschte Effekt durch form- oder kraftschlüssiges Sperren eines - den Antrieb auf beide Antriebsräder aufteilenden Ausgleichsgetriebes abgebaut. Verwendet werden:
Drehmomentfühlende Sperrdifferentiale, bei denen auf die
Seite mit geringerem Schlupf das mehrfache Drehmoment der anderen Seite übertragen wird.
Drehzahlfühlende Sperrdifferentiale, bei denen die Sperrwirkung von der Differenzdrehzahl der Räder abhängt.
Zuschaltbare Festwertsperren, bei denen die Räder auch ohne Differenzdrehzahl gegeneinander gesperrt werden.
Soweit diese Sperrdifferentiale mechanisch wirken, haben sie vielfältige Nachteile, wie:
Starken Verschleiss bei Sperrdifferentialen mit mechanischen, auf das Ausgleichsgetriebe wirkenden Bremsen und bei verschiedenem Abrollumfang der Räder; bei Festwertsperren Verspannung des Antriebsstranges und Abhängigkeit vom Eingreifen des Fahrers;
Inkompatibilität mit Antiblockiersystemen; verstärktes Unter- oder Übersteuern bei Kurvenfahrt mit geringem Radschlupf .
Elektronisch gesteuerte Antriebsschlupfregelungen werden als zusätzliche Einrichtungen zu Differentialen verwendet.
Nachteile dieser Antriebsschlupfregelungen sind:
Verlust an Motorleistung durch die Bremswirkung;
Geringe Regelgüte;
Abhängigkeit vom Elektroniksystem.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine hinsichtlich konstruktiver und funktioneller Eigenschaften verbesserte mechanische Schlupfsperre bereitzustellen, welche das einseitige Durchdrehen von Antriebsrädern verhindert.
Insbesondere soll ohne jegliche Reibungsverluste und ohne Verspannung des Antriebsstranges das gesamte Antriebsmoment für die Fortbewegung des Fahrzeuges genutzt werden, dies unabhängig von einem aufwändigen und fehlerempfindlichen elektronischen System.
Es soll bei Radschlupf eine Sperre zwischen den Antriebsrädern unabhängig vom Eingreifen des Fahrers und nur bei Bedarf, also vollautomatisch, eintreten.
Es sollen Antriebsmomentüberschüsse zwischen den Antriebsrädern vermieden und die Fahrstabilität gewährleistet werden.
Es sollen die Kosten für die Herstellung einer solchen Antriebsschlupfregelung ihrem Nutzen angemessen sein. Erfindungsgemäss werden diese Ziele durch den Einsatz einer mechanischen Schlupfsperre nach Anspruch 1 erreicht, welche folgende Merkmale umfasst:
- zumindest eine rotierbare, insbesondere als Hohlwelle ausgebildete Sperrwelle, die von einem Antrieb des Fahrzeugs antreibbar ist,
- zwei zur Sperrwelle koaxiale Halbachswellen, wobei eine Halbachswelle jeweils ein Antriebsrad antreiben kann,
- für jede Halbachswelle zwei zur Sperrwelle koaxiale Überholkupplungen, welche in entgegengesetzten Drehrichtungen sperren, wobei die Überholkupplungen jeweils die Verbindung ihrer Halbachswelle zur antreibenden Sperrwelle bilden und wobei die Sperrpositionen der vorwärts sperrenden Überholkupplungen gegenüber jenen der rückwärts sperrenden Überholkupplungen versetzt sind,
- eine mechanische Schaltvorrichtung als Verbindung zwischen den vorwärts sperrenden und rückwärts sperrenden
Überholkupplungen, welche sicherstellt, dass die rückwärts sperrenden Überholkupplungen in gelöster Stellung gehalten werden, solange zumindest eine der vorwärts sperrenden
Überholkupplungen aufgrund des Antriebs durch die Sperrwelle gesperrt ist und dass die vorwärts sperrenden Überholkupplungen in gelöster Stellung gehalten werden, solange zumindest eine rückwärts sperrende Überholkupplung aufgrund des Antriebs durch die Sperrwelle gesperrt ist.
Gemäss der Erfindung tritt an die Stelle des herkömmlichen Differentials mit Planetenrädern ein System aus gegeneinander sperrenden Überholkupplungen.
Eine Überholkupplung (oder Freilauf) ist eine Vorrichtung, die einen Antrieb (hier: die Sperrwelle) von der Drehbewegung
(hier: die Drehbewegung der Halbachswelle) entkoppelt, wenn sich die Lastverhältnisse ändern: stimmen die Drehrichtung des Antriebs und der Halbwelle überein, so sperrt die Überholkupplung und das Drehmoment des Antriebs (der Sperrwelle) wird auf die Halbachswelle übertragen. Ist jedoch die Drehzahl der Halbachswelle grösser als jene des Antriebs oder sind die Drehrichtungen verschieden, dann öffnet die Überholkupplung und es wird kein Drehmoment vom Antrieb (der Sperrwelle) auf die Halbachswelle übertragen, die Halbachswelle befindet sich im Freilauf, die Überholkupplung ist gelöst.
Mit dem Begriff "vorwärts sperrende Überholkupplung" ist eine Überhol upplung gemeint, die so montiert ist, dass bei Drehung der Sperrwelle in Antriebsrichtung vorwärts, also wenn das Fahrzeug aufgrund des Antriebs vorwärts fährt, die Kupplung sperrt, also Drehmoment vom Antrieb auf die Halbachswelle überträgt. Bei Drehung der Sperrwelle in Antriebsrichtung rückwärts, also wenn das Fahrzeug aufgrund des Antriebs rückwärts fährt, dann öffnet die Überholkupplung und die Halbachswelle befindet sich im Freilauf.
Analog ist mit dem Begriff "rückwärts sperrende
Überholkupplung" eine Überholkupplung gemeint, die so montiert ist, dass bei Drehung der Sperrwelle in Antriebsrichtung vorwärts, also wenn das Fahrzeug aufgrund des Antriebs vorwärts fährt, die Überholkupplung öffnet und sich die Halbachswelle im Freilauf befindet. Bei Drehung der Sperrwelle in Antriebsrichtung rückwärts, also wenn das Fahrzeug aufgrund des Antriebs rückwärts fährt, dann sperrt die Überholkupplung, es wird also Drehmoment vom Antrieb auf die Halbachswelle übertragen.
Da die inneren rotierenden Teile der Überholkupplungen fest mit der Sperrwelle verbunden sind, sind alle Sperrpositionen der einzelnen Überholkupplungen in unveränderlichem Winkel zueinander und zur Sperrwelle festgelegt. Die Sperrpositionen der beiden vorwärts sperrenden Überholkupplungen sind dabei gleich, ebenso die Sperrpositionen der beiden rückwärts sperrenden Überholkupplungen.
Sind beispielsweise die Überholkupplungen mit Klemmrollen als Kupplungselementen ausgeführt, so fluchten jeweils die
Klemmrollen der beiden vorwärts sperrenden Überholkupplungen und jene der beiden rückwärts sperrenden Überholkupplungen.
Ein Ausgleichsgetriebe ist aufgrund der Erfindung entbehrlich. Trotz Entfallens des Ausgleichsgetriebes ist die Übertragung des Antriebes auf die Antriebsräder in jeder Fahrsituation zwangsgesteuert. Die Sperrwelle überträgt den Antrieb nach Bedarf auf eine oder beide Halbachswellen und stellt bei Radschlupf eine 100-%-Sperre her. Die mechanische Schaltvorrichtung, die als Schaltwelle mit Mitnehmern ausgeführt sein kann, verhindert unerwünschtes Sperren des bogenäusseren Rades bei Kurvenfahrten.
Bei Geradeausfahrt in Vorwärtsrichtung werden die Kupplungselemente der vorwärts schliessenden Überholkupplungen gegen die Antriebsrichtung in die Sperrpositionen geführt. Die Sperrwelle wird mit den beiden Halbachswellen verbunden und bildet mit diesen eine Starrachse. Verliert ein Antriebsrad die Bodenhaftung, dann wirkt die gesamte Antriebskraft in Antriebsrichtung weiterhin auf das andere Rad, weil der Waagebalkeneffekt des Ausgleichsgetriebes entfällt.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die
Überholkupplungen Kupplungselemente aufweisen, welche die zugehörige Überholkupplung überragen und dass die mechanische Schaltvorrichtung neben den Überholkupplungen koaxial zur Sperrwelle angeordnete, dieser gegenüber bewegliche Mitnehmer aufweist, welche alle über eine zur Sperrwelle koaxiale Schaltwelle starr miteinander verbunden sind, wobei die Mitnehmer für die überragenden Bereiche der Kupplungselemente Aufnahmen aufweisen, welche die Kupplungselemente der rückwärts sperrenden Überholkupplungen in gelöster Stellung halten, solange zumindest die Kupplungselemente einer vorwärts sperrenden Überholkupplung aufgrund des Antriebs durch die Sperrwelle in Sperrposition sind und welche auch umgekehrt die Kupplungselemente der vorwärts sperrenden Überholkupplungen in gelöster Stellung halten,
solange zumindest die Kupplungselemente einer rückwärts sperrenden Überholkupplung aufgrund des Antriebs durch die Sperrwelle in Sperrposition sind.
Dies kann etwa dadurch verwirklicht werden, dass in zumindest einem Mitnehmer so viele Aufnahmen vorgesehen sind wie eine Überholkupplung Kupplungselemente hat und die Aufnahmen - in Umfangsrichtung der Mitnehmer gesehen - kürzer sind als der Versatz der Sperrpositionen zwischen Kupplungselementen der vorwärts und der rückwärts sperrenden Überholkupp1ungen .
Die Aufnahmen können dabei zum Beispiel kreisbogenförmig sein, wobei der Radius des Kreisbogens von der Drehachse des Mitnehmers ausgeht .
Aus Gründen der Symmetrie wird in vorteilhafter Weise an beiden Seiten jeder Überholkupplung zumindest ein Mitnehmer angeordnet .
Zwischen den beiden Überholkupplungen einer Halbachswelle kann genau ein Mitnehmer angeordnet werden, dessen Aufnahmen jeweils ein Kupplungselement der vorwärts sperrenden und der rückwärts sperrenden Überholkupplung aufnimmt . Dieser
Mitnehmer muss aber so breit sein, dass die überragenden Bereiche der Kupplungselemente der beiden Überholkupplungen nebeneinander zu liegen kommen können. Es könnten stattdessen aber auch zwei Mitnehmer, einer für jede Überholkupplung, direkt nebeneinander angeordnet werden, was den Vorteil hätte, dass alle Mitnehmer die gleiche Breite haben können und damit nur eine Sorte Mitnehmer gefertigt werden muss. Die Schaltwelle wird am besten innerhalb der Sperrwelle angeordnet und verbindet mittels radial abstehender, durch radiale Schlitze in der Sperrwelle durchgreifende Bolzen, welche in die Mitnehmer ragen, alle Mitnehmer starr miteinander.
Es ist ausreichend, wenn pro Mitnehmer zwei gegeneinander um 180[deg.] versetzte Bolzen vorgesehen sind. Dies kann auch so realisiert werden, dass pro Mitnehmer ein Bolzen durch die Schaltwelle gesteckt wird, der auf beiden Seiten gleich weit aus der Schaltwelle herausragt.
Die in die Mitnehmer ragenden Enden der Kupplungselemente der vorwärts sperrenden Überholkupplungen drehen beim Schliessen dieser Kupplungen die Schaltvorrichtung, bestehend aus den Mitnehmern, den in diese ragenden Bolzen und der sie tragende Schaltwelle, gegen die Antriebsrichtung. In den bogenförmigen Aufnahmen der Mitnehmer werden dadurch die Kupplungselemente aller rückwärts sperrenden Überholkupplungen gegen die Antriebsrichtung gedrückt und diese Kupplungen dadurch gelöst gehalten. Schaltwelle, Bolzen und Mitnehmer wirken damit als Schaltvorrichtung, welche das unerwünschte Sperren des äusseren Antriebsrades bei Bogenfahrt verhindert. Bei Bogenfahrt bleibt dadurch die rückwärts sperrende Überholkupplung des bogenäusseren Rades gelöst, solange der Antrieb auf das bogeninnere Rad wirkt.
Verliert das bogeninnere Rad die Bodenhaftung, dann entfallen der Geschwindigkeitsüberschuss und damit der Freilauf des bogenäusseren Rades und es wirkt die Antriebskraft sofort auf das bogenäussere Rad.
Ein Überholen des Antriebes durch das Fahrzeug auf abschüssigen Strecken ist ausgeschlossen, weil bei Schub des Fahrzeuges die rückwärts sperrenden Überholkupplungen sperren.
Die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre wirkt bei Rückwärtsfahrt analog zu der für die Vorwärtsfahrt beschriebenen Weise. Für die Erfindung eignen sich als Überholkupplungen solche mit Klemmrollen als Kupplungselementen gut, weil die Klemmrollen besonders einfach durch Mitnehmer bewegt werden können. Jede Überholkupplung weist dabei als inneren, mit der Sperrwelle fest verbundenen rotierenden Teil einen Stern auf, in dessen Ausnehmungen, die sich in gleicher Richtung verjüngen, sich die als Klemmrollen ausgebildeten Kupplungselemente befinden, die mittels Federn gegen den als Käfig ausgebildeten, mit der Hohlwelle der Halbachswelle fest verbundenen äusseren rotierenden Teil der Überholkupplung gedrückt werden.
Die vorgeschlagenen Überholkupplungen weisen nur geringe Unterschiede, nämlich verlängerte Kupplungselemente, zu den aus dem Stand der Technik bekannten Überholkupplungen auf .
Nach dem Stand der Technik weist eine Überholkup lungen mit Klemmrollen dabei immer einen Stern auf, dessen Ausnehmungen sich - in Umfangsrichtung des Sterns gesehen - alle in die gleiche Richtung (zur Sperrposition hin) verjüngen. Es wird sowohl für die rückwärts als auch für die vorwärts sperrende Überholkupplung ein eigener Stern vorgesehen, wobei sich die Ausnehmungen für die Klemmrollen in einem Fall immer in eine Richtung verjüngen, im anderen Fall immer in die andere Richtung. Es kann immer der gleiche Bauteil als Stern verwendet werden, er muss nur um 180[deg.] gedreht auf der Sperrwelle montiert werden.
Es ist aber auch möglich, für die beiden in entgegengesetzte Richtung sperrenden Überholkupplungen einer Halbachswelle einen einzigen Stern zu verwenden, bei dem sich - in U fangsrichtung gesehen - aufeinanderfolgende Ausnehmungen für die Klemmrollen immer in entgegengesetzte Richtungen verjüngen. Das heisst also bei einer geraden Anzahl von
Klemmrollen bzw. Ausnehmungen eines Sterns bildet jede 1, . 3., 5., ... Ausnehmung z.B. die vorwärts sperrende Überholkupplung, während jede 2., 4., 6., ... Ausnehmung dann die rückwärts
sperrende Überholkupplung bildet. Diese Ausführung spart natürlich Material und Gewicht.
Grundsätzlich könnten aber auch andere Bauarten von Überholkupplungen zur Anwendung kommen, etwa solche mit Klemmkörpern.
Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik:
In allen oben beschriebenen Situationen wirkt die Kraft zwingend auf den Antrieb des Fahrzeuges .
In allen diesen Situationen wirken keine Verspannungskrafte auf den Antriebsstrang.
In allen diesen Situationen bestehen kein Antriebsmomentüberschüsse von Antriebsrädern und daher keine Störung der Fahrzeugstabilität.
In allen diesen Situationen bestehen keine Differenzen zwischen den Reibungswiderständen der Antriebsräder, so dass kein zusätzlicher Reibungsverschleiss eintritt.
Unterschiedlicher Abrollumfang wirkt sich auf die Funktion der erfindungsgemässen Antriebsschlupfsperre nicht aus.
Die mechanische Antriebsschlupfsperre ist mit Antiblockiersystemen kompatibel.
Die Antriebsschlupfsperre wirkt mechanisch und zuverlässig, auf eine Elektronik kann verzichtet werden.
Es wird keine Motorleistung weggebremst.
Verliert ein Antriebsrad die Bodenhaftung, wird sowohl bei Geradeausfahrt wie auch bei Bogenfahrt der Antrieb sofort zur Gänze auf das andere Antriebsrad umgeleitet .
Das System wirkt als 100-%-Sperre bei Geradeausfahrt vorwärts und rückwärts. Ein Ausgleichsgetriebe ist nicht erforderlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN:
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schrägansicht einer erfindungsgemässen Antriebsschlupfsperre 1;
Fig. 2 eine Schrägansicht einer erfindungsgemässen
Antriebsschlupfsperre 1 mit geschnittener äusserer Hohlwelle 6 bei horizontaler Schnittführung;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemässen
Antriebsschlupfsperre 1 bei vertikaler Schnittführung durch eine der Überholkupplung 8 benachbarten Mitnehmer 10 auf Höhe des Bolzens 12;
Fig. 4 eine Schrägansicht eines Mitnehmers 10 mit Aufnahmen 14;
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der Schaltwelle 11 mit Bolzen 12;
Fig. 6 eine Schrägansicht der Sperrwellenanordnung 18, bestehend aus Sperrwelle 3 mit aufgesteckten
Überholkupplungen 8 und 9, diese bestehend aus Klemmrollen 8', 9', Käfig 8", 9" und Stern 8 ,
Fig. 7 eine Schrägansicht der Schaltwellenanordnung 16 mit Schaltwelle 11 und mit auf die Bolzen 12 aufgeschobenen Mitnehmern 10; Fig. 8 eine Schrägansicht einer Überholkupplung 8, 9, bestehend aus Klemmrollen, 8<^>,9<^>, Käfig 8", 9" und Stern 8 , 9 ;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Überholkupplung 8,9, bestehend aus Klemmrollen, 8', 9', Käfig, 8", 9",
Stern 8"", 9'" und Federn 17;
Fig. 10 eine Darstellung der Wirkungsweise der Schaltmechanik, Überholkupplungen einer Seite ausgeblendet;
Fig. 11 eine Darstellung der Kraftübertragung bei Geradeausfahrt vorwärts;
Fig. 12 eine Darstellung der Kraftübertragung bei Bogenfahrt vorwärts;
Fig. 13 eine Darstellung der Kraftübertragung bei Schiebebetrieb vorwärts;
Fig. 14 eine Darstellung der Kraftübertragung bei Geradeausfahrt rückwärts;
Fig. 15 eine Darstellung der Kraftübertragung bei Bogenfahrt rückwärts;
Fig. 16 eine Darstellung der Kraftübertragung bei Schiebebetrieb rückwärts;
Fig. 17 eine zu Fig. 8 alternative Ausführung von Überholkupplungen
Fig. 18 eine vergrösserte Darstellung der Überhol upplung aus Fig. 17
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Antriebsschlupfsperre 1 mit zwei Halbachswellen, bestehend aus Hohlwellen 6 und darin eingesteckten Steckverbindungen 7, welche als in Wälzlagern 15 gelagerte Wellen mit Aufnahmen für Steckachsen ausgebildet sind; ferner die ebenfalls in einem Wälzlager 15 gelagerte Antriebswelle 4, auf welche ein Triebling 5 aufgesteckt ist, welcher über ein Tellerrad 2 eine (nicht sichtbare) Hohlwelle (Sperrwelle 3, siehe Fig. 3) antreibt.
Fig. 2 zeigt diese Ausführungsform als Schrägansicht mit partiell geschnittenen Hohlwellen 6 der Halbachswellen. Von den beiderseits des Tellerrades 2 angeordneten
Überholkupplungen 8, 9 sind die Kupplungselemente (Klemmrollen) 8', 9' und die Käfige 8"<'>, 9" erkennbar.
Die Funktion der einzelnen Teile der erfindungsgemässen Antriebsschlupfsperre bei Vorwärtsfahrt geradeaus ist aus Fig. 3 erkennbar: Die in Bohrungen der frei beweglichen Schaltwelle 11 gehaltenen Bolzen 12 ragen durch Schlitze 13 der Sperrwelle 3 in Mitnehmer 10. Die Drehung der Schaltwelle 11 gegenüber der Sperrwelle 3 ist über die Länge der Schlitze 13 möglich; ebenso ist damit die Drehung der Mitnehmer 10 gegenüber dem Stern 8"' (siehe Fig. 6) der Überholkupplung 8 möglich. Die Schlitze 13 sind so lang dimensioniert und derart relativ zu den Sternen 8 bzw. 9"" positioniert, dass die Bolzen 12 von der Sperrwelle 3 nicht berührt oder bewegt werden können.
Die Klemmrollen 8 " rollen bei Drehung der vom Tellerrad 2 geführten Sperrwelle 3 zwischen der Innenseite der Käfige 8" und der Sterne 8"' in Klemmstellung und führen dabei die Mitnehmer 10 gegen die Drehrichtung der Sperrwelle 3. Da in den Mitnehmern 10 die Aufnahmen (14, siehe Fig. 4) für die Klemmrollen 8" und 9' kürzer sind als die Abstände zwischen den Klemmstellungen (Sperrpositionen) der Klemmrollen 8' und 9 ' , werden die Klemmrollen 9 " - solange der Antrieb anhält gegen die Antriebsrichtung in gelöster Stellung ausserhalb der Klemmstellung (Sperrposition) gehalten. Bei Bogenfahrt kann daher das bogenäussere Rad, solange der Antrieb anhält, das bogeninnere Antriebsrad überholen, ohne dass die Überholsperre der Überholkupplung 9 ausgelöst wird.
Die für alle Überholkupplungen 8, 9 - bis auf ihre Breite gleichen Mitnehmer 10 sind in Fig. 4 dargestellt. An ihren Innenseiten befinden sich Aufnahmen 19, in welche bei der Montage die Bolzen 12 geschoben werden. An den Aussenseiten der Mitnehmer 10 befinden sich die Aufnahmen 14 für die aus den Überholkupplungen 8, 9 ragenden Klemmrollen 8", 9'. Die Aufnahmen 14 sind längs des Umfangs der Mitnehmer 10 kreisbogenförmig, verlaufen also parallel zum Umfang des Mitnehmers 10. Sie sind an den Enden abgerundet, wobei die Abrundung an die Form der Klemmrollen 8', 9'angepasst ist, um diese gut aufzunehmen. Die Aufnahmen 14 verlaufen über die gesamte Breite des Mitnehmers 10, deren Querschnitt bleibt über die gesamte Breite gleich.
Die Mitnehmer aussen und innen an den Halbachsen haben zumindest eine Breite, die im Wesentlichen der Länge der die Überholkupplungen überragenden Bereiche der Klemmrollen 8", 9 " entspricht. Der Mitnehmer zwischen den Überholkupplungen eine Halbachswelle ist daher zumindest doppelt so breit, weil er ja nebeneinander die überragenden Bereiche der Klemmrollen 8 " der vorwärts sperrenden Überholkup lung 8 und die überragenden Bereiche der Klemmrollen 9 " der rückwärts sperrenden Überholkupplung 9 aufnehmen können muss .
Fig. 5 zeigt eine Schaltwellenanordnung 16 mit der Schaltwelle 11 samt Bolzen 12 in Explosionsdarstellung. Die Bolzen 12 können bei der Montage erst dann in die Bohrungen der Schaltwelle 11 eingesetzt werden, wenn diese innerhalb der Sperrwelle 3 positioniert ist. Bei der Montage werden daher zuerst die dem Tellerrad 2 benachbarten Bolzen 12 in die Schaltwelle 11 eingesetzt, dann die dazu gehörenden Mitnehmer 10 über diese Bolzen 12 geschoben, dann die inneren Überholkupplungen 9 auf die Sperrwelle 3 gesteckt und dann wird dieser Vorgang nach und nach für die weiteren Bolzen 12, Mitnehmer 10, Überholkupplungen 8 und Mitnehmer 10 wiederholt.
Fig. 6 zeigt die Sperrwellenanordnung 18, bestehend aus Sperrwelle 3 und aufgesteckten Überholkupplungen 8, 9. Die Mitnehmer 10 zwischen den Überholkupplungen 8, 9 sind nicht dargestellt. Es sind die aus den Überholkupplungen 8, 9 ragenden Enden der Klemmrollen 8', 9' erkennbar.
In Fig. 7 ist die Schaltwellenanordnung 16, bestehend aus Schaltwelle 11 mit Bolzen 12 und aufgeschobenen Mitnehmern 10 dargestellt. Sperrwelle 3 und Überholkupplungen 8, 9 sind ausgeblendet. Die länglichen Aufnahmen 14 für die Enden der Klemmrollen 8 " , 9 ' der Überholkupplungen sind erkennbar.
Fig. 8 zeigt eine der Überholkupplungen 8. Die Klemmrollen 8' rollen zwischen Käfig 8" und Stern 8 bei Antrieb des Sterns 8 durch die nicht dargestellte Sperrwelle 3 in Vorwärtsrichtung gegen die Antriebsrichtung in die Klemmstellung (Sperrposition) . Die Überholkupplung 9 gleicht der Überholkupplung 8, sie wird nur um 180[deg.] gedreht montiert.
Fig. 9 zeigt eine Schnittdarstellung der Überholkupplung 8. Im Stern 8'" angeordnete Federn 17 drücken die Klemmrollen 8 " gegen die Innenwand des Käfigs 8" und gewährleisten das Abrollen der Klemmrollen 8 " zwischen Käfig 8" und Stern 8"'.
Fig. 10 zeigt die Wirkungsweise der Schaltmechanik bei Vorwärtsfahrt. Dargestellt sind die Schaltwelle 11 samt Bolzen 12 und die Mitnehmer 10 und Überholkupplungen 8, 9 auf nur einer Seite des Antriebes. Zum besseren Verständnis sind die Sperrwelle 3 und die Käfige 8 ' ' und 9 " der Überholkup lungen ausgeblendet. Die Sterne 8"" der Überholkupplungen 8 drehen in Antriebsrichtung A. Die Klemmrollen 8' rollen zwischen dem nicht dargestellten Käfig 8 " ' und dem Stern 8 gegen die Antriebsrichtung A in die Klemmstellung (Sperrposition) . Sie ziehen dabei die Mitnehmer 10 gegen die Antriebsrichtung A bis die Klemmrollen 8' die Klemmstellung (Sperrposition) erreicht haben. Die Mitnehmer 10 halten die Klemmrollen 9' der Überholkupplung 9 ausserhalb ihrer Klemmstellung (Sperrposition) , so dass das Überholen des Antriebes durch das bogenäussere Rad ohne Sperre ermöglicht wird.
Die einzelnen Fahrsituationen werden nun in den Figuren 11 bis 16 dargestellt .
Fig. 11 zeigt die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre 1 bei Geradeausfahrt vorwärts. Die Drehung der Antriebswelle 4 in Antriebsrichtung A treibt über das Tellerrad 2 die nicht sichtbare Sperrwelle 3 und mit ihr die ebenfalls nicht sichtbaren Sterne 8'" und 9'" der Überholkupplungen 8, 9 ebenfalls in Antriebsrichtung A. Die Klemmrollen 8 " rollen zwischen den Käfigen 8 " und den nicht dargestellten Sternen 8 in Klemmstellung (Sperrposition). Die Käfige 8" werden nun in Antriebsrichtung A (vorwärts) gedreht und mit ihnen die Hohlwellen 6 und die Steckverbindungen 7 der Halbachswellen. Die Überholkupplungen 9 befinden sich im Freilauf 0. Das Fahrzeug bewegt sich in Fahrtrichtung F. Durch die beiderseits des Tellerrades 2 angeordneten Überholkupplungen 8 wird eine Starrachse hergestellt. Einseitiger Schlupf eines Antriebsrades ist dadurch ausgeschlossen.
Fig. 12 zeigt die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre 1 bei Bogenfahrt vorwärts. Wieder drehen die Antriebswelle 4 und mit ihr das Tellerrad 2 in Antriebsrichtung A. Diesmal wirkt der Antrieb über die bogeninnere (linke) Überholkupplung 8 auf die bogeninnere (linke) Hohlwelle 6 der Halbachswelle, die nun mit der Winkelgeschwindigkeit [omega] dreht. Das bogenäussere (rechte) Rad wird von der Bodenhaftung mit der grösseren
Winkelgeschwindigkeit [omega]" geführt. Dadurch wird die bogenäussere (rechte) Überholkupplung 8 gelöst; sie befindet sich im Freilauf 0. Die Klemmrollen ' der bogeninneren (linken) Überholkupplung 8 haben die Klemmrollen 9 ' der bogeninneren (linken) Überholkupplung 9 bis zum Erreichen der Klemmstellung (Sperrposition) der Klemmrollen 8' gegen die Antriebsrichtung
A geführt, wodurch über die Schaltwelle 11 und die Mitnehmer 10 auch die bogenäussere (rechte) Überholkupplung 9 in gelöster
Stellung gehalten wird.
Wäre die Schaltvorrichtung nicht vorhanden, so würde aufgrund der grösseren Winkelgeschwindigkeit [omega]" der bogenäusseren (rechten) Hohlwelle 6 gegenüber jener des Antriebs der Käfig 9" der bogenäusseren (rückwärts sperrenden) Überholkupplung 9 ebenfalls den Antrieb und damit den Stern 9 " " überholen. Die Klemmrollen 9' würden dabei - genauso wie bei einer Rückwärtsfahrt aufgrund des Antriebs - in ihre Klemmpositionen (Sperrpositionen) geführt werden. Somit würde einerseits der Antrieb mit seiner Winkelgeschwindigkeit auf die (bogenäussere (rechte) Hohlwelle 6 wirken, andererseits die grössere Winkelgeschwindigkeit [omega]' des bogenäusseren Rades.
Aufgrund der Schaltvorrichtung 10, 11, 12 werden die Klemmrollen 9 'jedoch ausserhalb der Sperrpositionen gehalten, die bogenäussere Überholkupplung 9 befindet sich daher ebenfalls im Freilauf 0. Die Bogenfahrt ist daher ohne Blockierung des bogenäusseren (rechten) Rades und damit ohne Reibungsverlust und ohne Antriebsstrangverspannung möglich. Wenn das bogeninnere Rad die Bodenhaftung verliert, stellt die Überholkupplung 8 des bogenäusseren Rades den Antrieb her.
Einseitiger Schlupf eines Antriebsrades wird daher auch bei Bogenfahrt ausgeschlossen.
Fig. 13 zeigt die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre im Schiebebetrieb vorwärts. Das Fahrzeug bewegt sich ohne Antrieb in Fahrtrichtung F. Über die Bodenhaftung der Räder wird das Tellerrad 2 und mit ihr die Sperrwelle 3 entsprechend der Fahrtrichtung F gedreht. Die Klemmrollen 9 " werden dabei genauso wie bei einer Rückwärtsfahrt aufgrund des Antriebs in die Klemmstellungen (Sperrpositionen) geführt. Die Überholkupplungen 9 sperren gegen die Schubrichtung. Die Schubkraft vorwärts wird abgefangen. Bei Schiebebetrieb in Bogenfahrt vorwärts gilt analog das zu Fig. 12 Ausgeführte.
Für die in den Figuren 14, 15 und 16 dargestellten Fahrsituationen (Geradeausfahrt rückwärts, Bogenfahrt rückwärts und Schiebebetrieb rückwärts) gilt analog das zu den Figuren 11, 12 und 13 Ausgeführte.
Bei Geradeausfahrt rückwärts gemäss Fig. 14 treibt die Drehung der Antriebswelle 4 in Antriebsrichtung A über das Tellerrad 2 die nicht sichtbare Sperrwelle 3 und mit ihr die ebenfalls nicht sichtbaren Sterne 8'" und 9 der Überholkupplungen 8,
9 ebenfalls in Antriebsrichtung A. Die Klemmrollen 9' rollen zwischen den Käfigen 9 " ' und den nicht dargestellten Sternen 9"" in Klemmstellung (Sperrposition). Die Käfige 9" werden nun in Antriebsrichtung A (rückwärts) gedreht und mit ihnen die Hohlwellen 6 und die Steckverbindungen 7 der Halbachswellen. Die Überholkupplungen 8 befinden sich im Freilauf 0. Das Fahrzeug bewegt sich in Fahrtrichtung F, hier rückwärts. Durch die beiderseits des Tellerrades 2 angeordneten rückwärts sperrenden Überholkupplungen 9 wird eine Starrachse hergestellt. Einseitiger Schlupf eines Antriebsrades ist dadurch auch bei Rückwärtsfahrt ausgeschlossen .
Fig. 15 zeigt die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre 1 bei Bogenfahrt rückwärts. Wieder drehen die Antriebswelle 4 und mit ihr das Tellerrad 2 in Antriebsrichtung A. Der Antrieb wirkt über die bogeninnere (rechte) Überholkupplung 9 auf die bogeninnere (rechte) Hohlwelle 6 der Halbachswelle, die nun mit der Winkelgeschwindigkeit [omega] dreht. Das bogenäussere (rlinke) Rad wird von der Bodenhaftung mit der grösseren Winkelgeschwindigkeit [omega]' geführt . Dadurch wird die bogenäussere (linke) Überholkupplung 9 gelöst; sie befindet sich im Freilauf 0.
Die Klemmrollen 9 ' der bogeninneren (rechten) Überholkupplung 9 haben die Klemmrollen 8' der bogeninneren (rechten) Überholkupplung 8 bis zum Erreichen der Klemmstellung (Sperrposition) der Klemmrollen 9 " gegen die Antriebsrichtung A geführt, wodurch über die Schaltwelle 11 und die Mitnehmer 10 auch die bogenäussere (linke) Überholkupplung 8 in gelöster Stellung gehalten wird. Die bogenäussere (linke) Überholkupplung 8 befindet sich daher ebenfalls im Freilauf 0 und damit die gesamte bogenäussere (linke) Halbwelle 6, 7.
Fig. 16 zeigt die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre im Schiebebetrieb rückwärts. Das Fahrzeug bewegt sich ohne Antrieb in Fahrtrichtung F. Über die Bodenhaftung der Räder wird das Tellerrad 2 und mit ihr die Sperrwelle 3 entsprechend der Fahrtrichtung F gedreht. Die Klemmrollen 8" werden dabei genauso wie bei einer Vorwärtsfahrt aufgrund des Antriebs - in die Klemmstellungen (Sperrpositionen) geführt. Die Überholkupplungen 8 sperren gegen die Schubrichtung. Die Schubkraft rückwärts wird abgefangen. Bei Schiebebetrieb in Bogenfahrt vorwärts gilt analog das zu Fig. 15 Ausgeführte.
In Fig. 17 ist eine alternative Ausführungsform der Überholkupplungen aus Fig. 8 dargestellt.
Gemäss Fig. 8 weist eine vorwärts sperrende Überholkupplung 8 mit Klemmrollen 8' immer einen eigenen Stern 8"' auf, dessen Ausnehmungen sich - in Umfangsrichtung des Sterns 8 " " " gesehen - alle in die gleiche Richtung (zur Sperrposition hin) verjüngen. Für die rückwärts sperrende Überholkupplung 9 kann ein baugleicher Stern 8'" verwendet werden, er muss nur um 180[deg.] gedreht auf der Sperrwelle montiert werden. Damit verjüngen sich die Ausnehmungen für die Klemmrollen 9' dann in die andere Richtung als bei der vorwärts sperrenden Überholkupplung 8. Nach der Ausführung nach Fig. 17 bzw.
Fig. 18 ist es aber auch möglich, für die beiden in entgegengesetzte Richtung sperrenden Überholkupplungen 8, 9 einer Halbachswelle einen einzigen Stern 20'" zu verwenden, bei dem sich - in Umfangsrichtung gesehen - aufeinanderfolgende Ausnehmungen für die Klemmrollen immer in entgegengesetzte Richtungen verjüngen. Das heisst also bei einer geraden Anzahl von Klemmrollen bzw. Ausnehmungen des Sterns 20'" bildet jede 1,. 3., 5., ... Ausnehmung für die Klemmrollen 20a (derzeit im Freilauf) die vorwärts sperrende Überholkupplung, während jede 2., 4., 6., ... Ausnehmung für die Klemmrollen 20b (derzeit in Sperrposition, Versatz zu Freilauf ist strichliert eingezeichnet) dann die rückwärts sperrende Überholkupplung bildet.
Sowohl vorwärts sperrende Überholkupplung als auch rückwärts sperrende Überholkupplung weisen einen gemeinsamen Stern 20'" und einen gemeinsamen Käfig 20" auf. Damit muss nur mehr ein Mitnehmer 10 links und rechts neben jedem Stern 20 angeordnet werden. Diese Ausführung spart gegenüber jener aus Fig. 8 somit nicht nur Material und Gewicht bei den Überholkupplungen, sondern auch bei den Mitnehmern 10.
Die erfindungsgemässe Antriebsschlupfsperre ersetzt ein Ausgleichsgetriebe .
Die Antriebsschlupfsperre ist mit elektronischen Fahrstabilitätsprogrammen kompatibel .
Auch bei Fahrbahnverhältnissen mit unterschiedlichen
Reibwerten an den Antriebsrädern ("m-split") bleibt die Vortriebskraft des Fahrzeuges voll erhalten.
Giereffekte durch verschiedene Antriebsmomente und sich daraus ergebende Schleudertendenzen des Fahrzeuges werden vermieden.
In jeder Fahrsituation behalten beide Antriebsräder ihre Seitenführungskräfte . Bezugszeichenliste :
A Antriebsrichtung
F Fahrtrichtung des Fahrzeuges 0 Freilauf [omega] Winkelgeschwindigkeit des bogeninneren Rades [omega]' Winkelgeschwindigkeit des bogenäusseren Rades
1 Antriebsschlupfsperre 2 Tellerrad
3 Sperrwelle
4 Antriebswelle
5 Triebling
6 Hohlwelle der Halbachswelle 7 Steckverbindung der Halbachswelle
8 Überholkupplung mit Sperre gegen die Antriebsrichtung vorwärts, kurz vorwärts sperrend
8 ' Klemmrolle 8" Käfig 8 " ' Stern
9 Überholkupplung mit Sperre gegen die Antriebsrichtung rückwärts, kurz rückwärts sperrend
9' Klemmrolle 9" Käfig 9"' Stern
10 Mitnehmer
11 Schaltwelle
12 Bolzen
13 Schlitz 14 Aufnahme für Klemmrollen 8 ' , 9 '
15 Wälzlager
16 Schaltwellenanordnung
17 Federn
18 Sperrwellenanordnung Aufnahme für Bolzen 12 a Klemmrolle für vorwärts sperrende Überholkupplung b Klemmrolle für rückwärts sperrende Überholkupplung '" Käfig für vorwärts und rückwärts sperrende
Überholkupplung '" Stern für vorwärts und rückwärts sperrende
Überholkupplung
The invention relates to a mechanical slip lock for drive wheels of multi-track vehicles.
STATE OF THE ART
Various devices are known from the prior art, the spinning, so the slippage of drive wheels of two-lane vehicles at
To prevent drive torque surplus of a wheel. According to the state of the art, locking devices and electronic traction control systems come into consideration as such devices. In locking differentials this undesirable effect is reduced by positive or non-positive locking of a - the drive on both drive wheels dividing differential gear. Be used:
Torque-sensing limited slip differentials, where on
Side with less slip the multiple torque of the other side is transmitted.
Speed-sensing limited slip differentials, where the locking effect depends on the differential speed of the wheels.
Switchable fixed value locks, in which the wheels are locked against each other even without differential speed.
As far as these locking differentials act mechanically, they have various disadvantages, such as:
Heavy wear on limited slip differentials with mechanical brakes acting on the differential and different rolling circumference of the wheels; in the case of fixed locks, distortion of the drive train and dependence on the intervention of the driver;
Incompatibility with antilock braking systems; increased understeer or oversteer when cornering with low wheel slip.
Electronically controlled traction control systems are used as additional differential devices.
Disadvantages of these traction control systems are:
Loss of engine power due to the braking effect;
Low control quality;
Dependence on the electronic system.
PRESENTATION OF THE INVENTION
The object of the present invention is to avoid the above-mentioned disadvantages and to provide a mechanical slip barrier which is improved with regard to constructional and functional properties and which prevents unilateral spinning of drive wheels.
In particular, the entire drive torque should be used for the movement of the vehicle without any friction losses and without distortion of the drive train, regardless of a complex and error-sensitive electronic system.
It is to wheel lock a lock between the drive wheels regardless of the intervention of the driver and only when needed, so fully automatic, occur.
It should drive torque surplus between the drive wheels are avoided and the driving stability can be ensured.
The cost of producing such a traction control system should be commensurate with its utility. According to the invention, these objects are achieved by the use of a mechanical slip barrier according to claim 1, which comprises the following features:
at least one rotatable locking shaft, in particular designed as a hollow shaft, which is drivable by a drive of the vehicle,
two half-shafts coaxial with the locking shaft, one half-axle each being able to drive a drive wheel,
- For each Halbachswelle two to the locking shaft coaxial overrunning clutches which lock in opposite directions of rotation, wherein the overrunning each form the connection of their Halbachswelle to the driving locking shaft and wherein the locking positions of the forward locking overrunning are offset from those of the reverse-locking overrunning clutches,
- A mechanical switching device as a connection between the forward-locking and reverse-locking
Overrunning clutches which ensure that the reverse-locking overrunning clutches are kept in the released position as long as at least one of the forward-locking
Overrunning clutches is locked due to the drive through the locking shaft and that the forward locking overrunning clutches are kept in the released position as long as at least one reverse-locking overrunning clutch is locked due to the drive through the locking shaft.
According to the invention, a system of interlocking overrunning clutches takes the place of the conventional differential with planetary gears.
An overrunning clutch (or freewheel) is a device that drives (here: the blocking shaft) from the rotational movement
(Here: the rotation of the Halbachswelle) decoupled when the load conditions change: if the direction of rotation of the drive and the half-wave match, so locks the overrunning clutch and the torque of the drive (the locking shaft) is transmitted to the Halbachswelle. However, if the speed of the Halbachwelle greater than that of the drive or the directions of rotation are different, then opens the overrunning clutch and there is no torque from the drive (the lock shaft) transmitted to the Halbachswelle, the Halbachwelle is in the freewheel, the overrunning clutch is released.
By the term "forward-locking overrunning clutch" is meant an overtaking up, which is mounted so that upon rotation of the locking shaft in the drive direction forward, so when the vehicle moves forward due to the drive, the clutch locks, so transmits torque from the drive to the Halbachswelle , Upon rotation of the locking shaft in the drive direction backwards, so when the vehicle is reversing due to the drive, then opens the overrunning clutch and the Halbachswelle is in free-running.
Analogous to the term "reverse blocking
By "overrunning clutch" is meant an overrunning clutch which is mounted so that upon rotation of the lockshaft in the drive direction forward, ie when the vehicle is moving forward due to the drive, the overrunning clutch opens and the half-axle is in free-run When the vehicle travels backwards due to the drive, then the overrunning clutch locks, so it is transmitted torque from the drive to the Halbachswelle.
Since the inner rotating parts of the overrunning clutches are firmly connected to the locking shaft, all locking positions of the individual overrunning clutches are fixed at an invariable angle to each other and the locking shaft. The locking positions of the two forward-locking overrunning clutches are the same, as are the locking positions of the two reverse-locking overrunning clutches.
If, for example, the overrunning clutches with clamping rollers are designed as coupling elements, then the respective ones are aligned
Pinch rollers of the two forward-locking overrunning clutches and those of the two reverse-locking overrunning clutches.
A differential gear is dispensable due to the invention. Despite the omission of the differential gear, the transmission of the drive to the drive wheels is positively controlled in every driving situation. The lockshaft transmits the drive as needed to one or both half-axle shafts and produces a 100% lock when the wheel slips. The mechanical switching device, which can be designed as a switching shaft with drivers, prevents unwanted locking of the bow outer wheel when cornering.
When driving straight ahead in the forward direction, the coupling elements of the forward closing overrunning clutches are guided against the drive direction in the locked positions. The locking shaft is connected to the two Halbachswellen and forms a rigid axle with these. Loses a drive wheel traction, then the entire drive force in the drive direction continues to act on the other wheel, because the balance beam effect of the differential gear is eliminated.
An embodiment of the invention provides that the
Overrunning clutches have coupling elements which project beyond the associated overrunning clutch and that the mechanical switching device coaxially arranged next to the overrunning clutches, this opposite movable carrier, which are all rigidly connected to one another via a control shaft coaxial to the locking shaft, wherein the drivers for the superior regions of the coupling elements Have recordings which hold the coupling elements of the reverse-locking overrunning clutches in the released position, as long as at least the coupling elements of a forward-locking overrunning clutch are in the locked position due to the drive through the locking shaft and which, conversely, hold the coupling elements of the forward-locking overrunning clutches in the released position,
as long as at least the coupling elements of a reverse blocking overrunning clutch are in the blocking position due to the drive through the locking shaft.
This can be achieved, for example, by providing as many receptacles as an overrunning coupling has in at least one driver and the receptacles - seen in the circumferential direction of the driver - are shorter than the offset of the blocking positions between coupling elements of the forward and reverse blocking overturning couplings.
The recordings may be, for example, circular arc-shaped, wherein the radius of the circular arc emanates from the axis of rotation of the driver.
For reasons of symmetry, at least one driver is advantageously arranged on both sides of each overrunning clutch.
Exactly one catch can be arranged between the two overrunning clutches of a Halbachwelle, whose receptacles each receive a coupling element of the forward-locking and the reverse-locking overrunning clutch. This
But driver must be so wide that the outstanding areas of the coupling elements of the two overrunning clutches can come to lie next to each other. Instead, two carriers, one for each overrunning clutch, could be arranged directly next to each other, which would have the advantage that all carriers can have the same width and thus only one type of carrier has to be manufactured. The switching shaft is best arranged within the locking shaft and connects by means of radially projecting, by radial slots in the locking shaft by cross-bolt, which protrude into the driver, all drivers rigidly together.
It is sufficient if two pins offset by 180 ° each are provided per carrier. This can also be realized so that per pin a bolt is inserted through the shift shaft, which protrudes equally far on both sides of the shift shaft.
The projecting into the driver ends of the coupling elements of the forward-locking overrunning couplings rotate when closing these couplings, the switching device consisting of the drivers, the projecting into this bolt and the shift shaft carrying them, against the drive direction. In the arcuate recordings of the driver thereby the coupling elements of all reverse locking overrunning clutches are pressed against the drive direction and kept these clutches solved. Shift shaft, pin and driver act as a switching device, which prevents the unwanted locking of the outer drive wheel when traveling arc. In the case of bow travel, the reverse blocking overrunning clutch of the outer wheel remains as long as the drive acts on the inner wheel.
Loses the inner wheel wheel, the traction, and thus eliminates the excess speed and thus the freewheel of the bow outer wheel and it affects the driving force immediately on the bow outer wheel.
Overtaking of the drive by the vehicle on downhill stretches is ruled out because the reverse locking overrunning clutches lock in the event of a thrust of the vehicle.
The inventive traction lock acts in reverse, analogous to the manner described for the forward drive. For the invention are suitable as overrunning clutches with pinch rollers as coupling elements well because the pinch rollers can be moved very easily by drivers. Each overrunning clutch has as an inner, fixedly connected to the locking shaft rotating part on a star, in its recesses, which taper in the same direction, which are designed as pinch rollers coupling elements, which are formed by means of springs against the cage, with the hollow shaft of Half-shaft firmly connected outer rotating part of the overrunning clutch are pressed.
The proposed overrunning couplings have only minor differences, namely elongated coupling elements, to the known from the prior art overrunning clutches on.
According to the prior art, a Überholkup ments with pinch rollers always a star, whose recesses - seen in the circumferential direction of the star - all taper in the same direction (towards the blocking position). It is provided for the backward as well as for the forward blocking overrunning clutch own star, wherein the recesses for the pinch rollers in one case always taper in one direction, in the other case always in the other direction. It can always be the same component used as a star, it must be mounted only rotated by 180 ° on the locking shaft.
But it is also possible to use a single star for the two in the opposite direction blocking overrunning clutches of a Halbachswelle, in which - seen in U catching direction - successive recesses for the pinch rollers always taper in opposite directions. So that means with an even number of
Pinch rollers or recesses of a star forms each 1,. 3rd, 5th, ... recess, e.g. the forward blocking overrunning clutch, while every 2nd, 4th, 6th, ... recess then the backward
locking overrunning clutch forms. Of course, this design saves material and weight.
In principle, however, other types of overrunning clutches could be used, such as those with sprags.
Advantages of the invention over the prior art:
In all situations described above, the force acts on the drive of the vehicle.
In all these situations, no tension acts on the drive train.
In all these situations, there is no drive torque surplus of drive wheels and therefore no disturbance of vehicle stability.
In all these situations, there are no differences between the frictional resistances of the drive wheels, so that no additional frictional wear occurs.
Different rolling circumference does not affect the function of the inventive traction lock.
The mechanical traction lock is compatible with anti-lock braking systems.
The traction lock acts mechanically and reliably, an electronics can be dispensed with.
There is no motor power braked.
If a drive wheel loses traction, the drive is immediately redirected to the other drive wheel, both when driving straight ahead and when traveling on a bend.
The system acts as a 100% lock when driving straight ahead forwards and backwards. A differential is not required.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES:
The invention will now be explained with reference to an embodiment. Showing:
Fig. 1 is an oblique view of an inventive traction lock 1;
Fig. 2 is an oblique view of an inventive
Traction lock 1 with cut outer hollow shaft 6 with horizontal cutting;
Fig. 3 is a sectional view of an inventive
Traction lock 1 for vertical cutting by an overrunning clutch 8 adjacent driver 10 at the height of the bolt 12;
4 is an oblique view of a driver 10 with receptacles 14;
Fig. 5 is an exploded view of the switching shaft 11 with bolts 12;
Fig. 6 is an oblique view of the locking shaft assembly 18, consisting of locking shaft 3 with plugged
Overrunning clutches 8 and 9, this consisting of pinch rollers 8 ', 9', cage 8 ", 9" and star 8,
7 is an oblique view of the switching shaft assembly 16 with the switching shaft 11 and slid onto the pin 12 drivers 10; Fig. 8 is an oblique view of an overrunning clutch 8, 9, consisting of pinch rollers, 8 <^>, 9 <^>, cage 8 ", 9" and star 8, 9;
9 is a sectional view of an overrunning 8.9, consisting of pinch rollers, 8 ', 9', cage, 8 ", 9",
Star 8 "", 9 '"and springs 17;
Fig. 10 is a representation of the operation of the switching mechanism, bypasses one side faded out;
11 is an illustration of the power transmission when driving straight forward;
Fig. 12 is an illustration of the power transmission in forward arc travel;
13 is an illustration of the power transmission in forward sliding operation;
Fig. 14 is an illustration of the power transmission when driving straight ahead backwards;
Fig. 15 is an illustration of the power transmission in reverse bow travel;
16 shows a representation of the power transmission during shift operation backward;
Fig. 17 is an alternative to Fig. 8 embodiment of overrunning clutches
18 is an enlarged view of the overtaking up of Fig. 17th
WAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Fig. 1 shows a preferred embodiment of the inventive traction lock 1 with two Halbachswellen, consisting of hollow shafts 6 and inserted therein plug-in connections 7, which are formed as mounted in bearings 15 shafts with receptacles for thru axles; Further, also mounted in a roller bearing 15 drive shaft 4, on which a pinion 5 is attached, which via a ring gear 2 a (not visible) hollow shaft (locking shaft 3, see FIG. 3) drives.
Fig. 2 shows this embodiment as an oblique view with partially cut hollow shafts 6 of the Halbach waves. From the both sides of the ring gear 2 arranged
Overrunning clutches 8, 9, the coupling elements (pinch rollers) 8 ', 9' and the cages 8 "<'>, 9" recognizable.
The function of the individual parts of the inventive traction lock when driving forward straight from Fig. 3 can be seen: held in bores of the freely movable switching shaft 11 bolts 12 protrude through slots 13 of the locking shaft 3 in driver 10. The rotation of the switching shaft 11 against the locking shaft 3 is possible over the length of the slots 13; this also permits the rotation of the drivers 10 relative to the star 8 "'(see Fig. 6) of the overrunning clutch 8. The slots 13 are dimensioned so long and positioned relative to the stars 8 or 9" "that the bolts 12 can not be touched or moved by the lock shaft 3.
The pinch rollers 8 "roll upon rotation of the guided by the ring gear 2 locking shaft 3 between the inside of the cages 8" and the star 8 "'in clamping position, thereby leading the driver 10 against the direction of rotation of the locking shaft 3. Since in the drivers 10, the recordings ( 14, see Fig. 4) for the pinch rollers 8 "and 9 'are shorter than the distances between the clamping positions (locking positions) of the pinch rollers 8' and 9 ', the pinch rollers 9" - as long as the drive stops against the drive direction in the released position During bow travel, therefore, the bow outer wheel, as long as the drive stops to overtake the inner bow drive wheel, without the overrunning lock the overrunning clutch 9 is triggered.
For all overrunning clutches 8, 9 - to the same width to their driver 10 are shown in Fig. 4. On their insides are receptacles 19, in which the bolts 12 are pushed during assembly. The receptacles 14 for the clamping rollers 8 ", 9 'projecting from the overrunning clutches 8, 9 are located on the outer sides of the drivers 10. The receivers 14 are circular-arc-shaped along the circumference of the drivers 10, ie they run parallel to the circumference of the driver 10. They are rounded at the ends, the rounding being adapted to the shape of the clamping rollers 8 ', 9' in order to absorb them well.The receivers 14 extend over the entire width of the carrier 10, the cross section of which remains the same over the entire width.
The drivers outside and inside of the semi-axes have at least one width which substantially corresponds to the length of the areas of the clamping rollers 8 ", 9" projecting beyond the overrunning clutches. The driver between the overrunning a Halbachswelle is therefore at least twice as wide, because he next to each other the superior areas of the pinch rollers 8 "of the forward-locking Überholkup ment 8 and the superior areas of the pinch rollers 9" of the reverse-locking overrunning clutch 9 must be able to accommodate.
Fig. 5 shows a switching shaft assembly 16 with the switching shaft 11 together with bolts 12 in an exploded view. The bolts 12 can be used during assembly only in the holes of the switching shaft 11 when it is positioned within the locking shaft 3. During assembly, therefore, the adjacent pinion 2 bolts 12 are first inserted into the shift shaft 11, then the associated driver 10 is pushed over these bolts 12, then put the inner overrunning 9 on the locking shaft 3 and then this process is gradually for the other bolts 12, 10 drivers, overrunning 8 and driver 10 is repeated.
Fig. 6 shows the locking shaft assembly 18, consisting of locking shaft 3 and plugged overrunning clutches 8, 9. The driver 10 between the overrunning clutches 8, 9 are not shown. It can be seen from the overrunning clutches 8, 9 projecting ends of the clamping rollers 8 ', 9'.
In Fig. 7, the switching shaft assembly 16, consisting of switching shaft 11 with bolts 12 and 10 pushed drivers shown. Locking shaft 3 and overrunning clutches 8, 9 are hidden. The elongated receptacles 14 for the ends of the pinch rollers 8 ", 9 'of the overrunning clutches are recognizable.
Fig. 8 shows one of the overrunning clutches 8. The pinch rollers 8 'roll between cage 8 "and star 8 when the star 8 is driven through the blocking shaft 3, not shown, in the forward direction against the drive direction into the clamping position (blocking position) 8, it is mounted only rotated by 180 °.
Fig. 9 shows a sectional view of the overrunning clutch 8. In the star 8 '"arranged springs 17 press the pinch rollers 8" against the inner wall of the cage 8 "and ensure the rolling of the pinch rollers 8" between cage 8 "and star 8"'.
Fig. 10 shows the operation of the switching mechanism during forward travel. Shown are the switching shaft 11 together with bolts 12 and the driver 10 and overrunning 8, 9 on only one side of the drive. For better understanding, the locking shaft 3 and the cages 8 "and 9" of the overrunning clutches are hidden The stars 8 "" of the overrunning clutches 8 rotate in the drive direction A. The clamping rollers 8 'roll between the not shown cage 8 "' and the star 8 against the drive direction A in the clamping position (locking position). They pull the carrier 10 against the drive direction A until the pinch rollers 8 'have reached the clamping position (blocking position). The driver 10 keep the pinch rollers 9 'of the overrunning clutch 9 outside its clamping position (locking position), so that the overtaking of the drive is made possible by the bow outer wheel without lock.
The individual driving situations are now shown in FIGS. 11 to 16.
Fig. 11 shows the inventive traction lock 1 when driving straight forward. The rotation of the drive shaft 4 in the drive direction A drives on the ring gear 2, the invisible locking shaft 3 and with it also not visible stars 8 '"and 9'" the overrunning 8, 9 also in the drive direction A. The pinch rollers 8 "roll between the Cages 8 "and the stars 8, not shown in clamping position (locked position). The cages 8 "are now rotated (forward) in the drive direction A and with them the hollow shafts 6 and the plug connections 7 of the half-axle shafts .. The overrunning clutches 9 are in freewheel 0. The vehicle moves in the direction of travel F. By arranged on both sides of the ring gear 2 Overrunning clutches 8, a solid axle is produced, which prevents one-sided slippage of a drive wheel.
Fig. 12 shows the inventive traction lock 1 at Bogenfahrt forward. Again, the drive shaft 4 rotate and with it the ring gear 2 in the drive direction A. This time the drive on the bow inner (left) overrunning clutch 8 acts on the bow inner (left) hollow shaft 6 of the Halbachswelle, which now rotates at the angular velocity [omega]. The outer (right) wheel becomes traction with the larger one
As a result, the bow outer (right-hand) overrunning clutch 8 is released, it is in freewheel 0. The pinch rollers 'of the inner (left) overrunning clutch 8 have the pinch rollers 9' of the inner (left) overrunning clutch 9 until it reaches the clamping position (locking position) of the pinch rollers 8 'against the drive direction
A guided, whereby on the shift shaft 11 and the driver 10 and the bogenäussere (right) overrunning clutch 9 in dissolved
Position is held.
If the switching device were not present, so would due to the greater angular velocity [omega] "the bow outer (right) hollow shaft 6 over the drive of the cage 9" of the bow (reverse blocking) overrunning clutch 9 also the drive and thus the star 9 "" overtake , The pinch rollers 9 'would - just as in a reverse drive due to the drive - in their clamping positions (locking positions) are performed. Thus, on the one hand, the drive would act with its angular velocity on the (outer) (right) hollow shaft 6, on the other hand, the greater angular velocity [omega] 'of the outer bow wheel.
Due to the switching device 10, 11, 12, the pinch rollers 9 'but kept outside the locked positions, the bow outer overrunning clutch 9 is therefore also in free-running 0. The Bogenfahrt is therefore without blocking the bogenäusseren (right) wheel and thus without friction loss and without Antriebsstrangverspannung possible. When the inner-bow wheel loses traction, the overrunning clutch 8 of the outer-bow gear drives.
One-sided slippage of a drive wheel is therefore excluded even when traveling on a curve.
FIG. 13 shows the traction lock according to the invention in forward sliding operation. The vehicle moves without drive in the direction of travel F. About the grip of the wheels, the ring gear 2 and with it the locking shaft 3 is rotated according to the direction of travel F. The overrunning clutches 9 lock against the thrust direction and the forward thrust force is intercepted.
For the driving situations illustrated in FIGS. 14, 15 and 16 (straight-ahead travel backwards, backward-curved travel and reverse-shift operation), the same applies to those described with respect to FIGS. 11, 12 and 13.
When driving straight ahead backwards as shown in FIG. 14 drives the rotation of the drive shaft 4 in the drive direction A via the ring gear 2, the non-visible locking shaft 3 and with it the also not visible stars 8 '"and 9 of the overrunning clutches 8,
9 also in drive direction A. The pinch rollers 9 'roll between the cages 9 "' and the stars 9" "(not shown) in clamping position (blocking position) .The cages 9" are now rotated in the drive direction A (backwards) and with them the hollow shafts 6 and the connectors 7 of the Halbach waves. The overrunning clutches 8 are in freewheel 0. The vehicle moves in the direction of travel F, here backwards. By the both sides of the ring gear 2 arranged reverse blocking overrunning 9 a rigid axle is produced. One-sided slippage of a drive wheel is thereby excluded even when reversing.
FIG. 15 shows the drive slip lock 1 according to the invention when traveling backwards. Again, the drive shaft 4 rotate and with it the ring gear 2 in the drive direction A. The drive acts on the arcuate (right) overrunning clutch 9 on the bow inner (right) hollow shaft 6 of the Halbach wave, which now rotates at the angular velocity [omega]. The outer wheel is guided by the traction with the greater angular speed [omega]. As a result, the bow outer (left) overrunning clutch 9 is released; she is in freewheel 0.
The pinch rollers 9 'of the arcuate (right) overrunning clutch 9 have the pinch rollers 8' of the inner (right) overrunning clutch 8 to reach the clamping position (locking position) of the pinch rollers 9 "out against the drive direction A, whereby on the shift shaft 11 and the driver 10th The bow outer (left) overrunning clutch 8 is therefore also in the freewheel 0 and thus the entire bow outer (left) half-wave 6, 7th
FIG. 16 shows the drive slip lock according to the invention in reverse operation in the push mode. The vehicle moves without drive in the direction of travel F. About the grip of the wheels, the ring gear 2 and with it the locking shaft 3 is rotated according to the direction of travel F. The overrunning clutches 8 lock against the direction of thrust, the thrust force is trapped backwards, and the thrust force in the reverse direction is intercepted in the same way as in the forward thrust ,
FIG. 17 shows an alternative embodiment of the overrunning clutches from FIG. 8.
According to FIG. 8, a forwardly locking overrunning clutch 8 with pinch rollers 8 'always has its own star 8 "', the recesses of which - viewed in the circumferential direction of the star 8" "- all taper in the same direction (towards the blocking position). A structurally identical star 8 '"can be used for the reverse-locking overrunning clutch 9, it only has to be mounted rotated by 180 ° on the blocking shaft, so that the recesses for the clamping rollers 9' then taper in the other direction than in FIG forward blocking overrunning clutch 8. According to the embodiment of FIG. 17 or
Fig. 18 but it is also possible for the two locking in the opposite direction overrunning clutches 8, 9 of a Halbachwelle a single star 20 '"to use, in which - seen in the circumferential direction - successive recesses for the pinch rollers always taper in opposite directions. So that means with an even number of pinch rollers or recesses of the star 20 '"forms each 1 ,. 3., 5., ... recess for the pinch rollers 20a (currently freewheeling) the forward-locking overrunning clutch, while each 2nd, 4th, 6th, ... recess for the pinch rollers 20b (currently in the locked position, offset to Freewheel is shown by dashed lines) then forms the reverse blocking overrunning clutch.
Both forward-locking overrunning clutch and reverse-locking overrunning clutch have a common star 20 "and a common cage 20". Thus, only one driver 10 left and right next to each star 20 must be arranged. Compared to that of FIG. 8, this embodiment thus saves not only material and weight in the overrunning clutches, but also in the drivers 10.
The inventive traction lock replaces a differential.
The traction lock is compatible with electronic driving stability programs.
Even with road conditions with different
Friction on the drive wheels ("m-split"), the driving force of the vehicle is fully maintained.
Gyratory effects due to different drive torques and the resulting whirling tendencies of the vehicle are avoided.
In each driving situation, both drive wheels retain their cornering forces. List of reference numbers:
A drive direction
F Driving direction of the vehicle 0 Freewheel [omega] Angular speed of the inner wheel [omega] 'Angular speed of the outer wheel
1 traction lock 2 ring gear
3 blocking shaft
4 drive shaft
5 Pinstring
6 Hollow shaft of the Halbachswelle 7 plug connection of the Halbachswelle
8 Overrunning clutch with lock against the drive direction forward, short forward blocking
8 'pinch roller 8 "cage 8"' star
9 Overrunning clutch with lock against the drive direction backward, short reverse blocking
9 'pinch roller 9 "cage 9"' star
10 drivers
11 shift shaft
12 bolts
13 slot 14 receptacle for pinch rollers 8 ', 9'
15 rolling bearings
16 switching shaft arrangement
17 springs
18 Lockshaft assembly Bushing 12 a Pinch roller for forward-locking overrunning clutch b Pinch roller for reverse-locking overrunning clutch '"Cage for forward and reverse locking
Overrunning clutch '"star for forward and reverse interlocking
overrunning