DE69512521T2

DE69512521T2 - Mechanische, an beliebige drehelelmente anpassbare verbindungsvorrichtung mit selbstregulierendem stabilisator

Info

Publication number: DE69512521T2
Application number: DE69512521T
Authority: DE
Inventors: Paul Guilbard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: ES2139226T3; WO1996004148A1; JPH10503574A; EP0770009A1; EP0770009B1; DE69512521D1; US6293365B1; FR2723160B1; FR2723160A1

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum mechanischen Verbinden, die für jegliches drehbare Element geeignet ist, zum Gegenstand. Sie bietet die Möglichkeit, das Drehmoment einer Bewegung ihrem Lager zuzuordnen, sobald sie aktiv wird, um dessen Drehung genauer zu steuern und seine Leistung zu erhöhen.
Bis jetzt schafft das Umlaufmoment ein Problem einer Gegenkraft auf die mehr oder weniger langen Kraftübertragungen, da es für seine Entstehung einen Abstützpunkt benötigt.
Diese Vorrichtung zielt genau darauf, das Drehmoment an einem bestimmten Ort zu stabilisieren. Sie ermöglicht zugleich, die Gleichgewichtsfunktion zu erfüllen und die Gegenkräfte mehr oder weniger wirksam in Abhängigkeit von ihrem Aufbau, ihren Abmessungen und ihrer Anordnung zu steuern.
Es ist bekannt, daß die Drehung eines drehbaren Elements in bezug auf einen Träger durch Mittel ermöglicht wird, die Reibungen unterdrücken, was der Fall ist für Wälzlager oder für selbstschmierende Ringe oder aber für im Ölbad befindliche Ringe.
Wenn eine durch zwei feste Lager eines Rahmens gehaltene Welle betrachtet wird, die zu einer Drehung angetrieben wird, wird festgestellt, daß keinerlei Verbindung der Bewegung zwischen dem Rahmen und der Welle vorhanden ist, bis auf eine Führung durch die Lager, deren Ziel es ist, die Welle festzuhalten.
Während ihrer Drehung ist die Welle während einer Beschleunigung, einer Verzögerung oder einer Bewegung mit stabiler Drehgeschwindigkeit vom Rahmen unabhängig.
Es ist außerdem bekannt, daß rotierende Wellen einer Biegung unterliegen, die um so größer ist, je weiter die Lager voneinander entfernt sind, je kleiner der Durchmesser der Welle in bezug auf ihre Länge ist und ob die Welle einen großen Rundlauffehler aufweist.
Dies führt insbesondere zu einem vorzeitigen Verschleiß der Lager und zu schädlichen Schwingungen der anzutreibenden Verbindungsteile.
In einem stark vereinfachten Fahrzeug, das einen an vier unabhängigen Rädern angebrachten Rahmen umfaßt und mit von den Rädern unabhängigen Vortriebsmitteln versehen ist, ist bekannt, daß, sobald eines der Räder auf unterschiedliche Haftbedingungen trifft, dieses Rad eine Gegenkraft auf den Rahmen hervorruft.
Wenn sich daher das Fahrzeug während seiner Bewegung mit einem Rad beispielsweise auf Sand und mit dem anderen auf Asphalt abstützt, neigt dieses Fahrzeug zum Verlust seiner Stabilität, weil das auf dem Sand sich bewegende Rad gegenüber den anderen Rädern und insbesondere gegenüber dem am gleichen Getriebe befindlichen Rad eine langsamere Drehgeschwindigkeit besitzt.
Es wird festgestellt, daß die Räder in bezug auf die Drehung voneinander unabhängig sind und daß sie insbesondere nicht mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Rahmens in bezug auf den Boden, auf dem das Fahrzeug fährt, in Verbindung stehen.
Daher kann sich ein Rad schneller drehen, als es der Bewegungsgeschwindigkeit des Rahmens in bezug auf den Boden entspricht, was einen Schlupf bedeutet, oder weniger schnell drehen, was ein Blockieren bedeutet.
In den beiden Fällen geht die Haftung des Rades in bezug auf den Bodenkontakt verloren, mit allen Schwierigkeiten der Wiederherstellung der Kontrolle, die dies zur Folge hat.
Wenn das Fahrzeug Antriebsmittel an wenigstens einem Fahrwerk aufweist, ist das entstehende Problem das gleiche, es wird jedoch durch weitere Schwierigkeiten verdeckt.
Im allgemeinem besitzt nämlich jedes Fahrzeug, das ein Antriebsrad- Getriebe aufweist, ein zwischen die Antriebsräder eingesetztes Differential, derart, daß das Fahrzeug der Kurvenkrümmung progressiv erfolgen kann.
Das Differential hat eine sehr präzise Aufgabe, die darin besteht, die unterschiedliche Drehgeschwindigkeit des inneren Rades in bezug auf das äußere Rad auszugleichen.
Es wird angemerkt, daß die Motorwelle ein großes Tellerrad antreibt, das mit einem Differentialgehäuse drehfest verbunden ist, in dem ein Ausgleichsstern blockiert ist, der Ausgleichsräder aufnimmt, die frei drehbar angebracht sind und mit Kegelrädern zusammenwirken, die mit dem inneren Ende jeder der Radantriebswellen fest verbunden sind, welche ihrerseits kraft der Wälzlager frei drehbar angebracht sind.
Das äußere Ende jeder der Wellen ist kraft der Lager in bezug auf den Rahmen ebenfalls frei drehbar.
Jedes freie Ende der Welle trägt eines der Antriebsräder.
Es wird erneut festgestellt, daß die Antriebsräder bei ihrer Drehung nicht mit dem Rahmen verbunden sind.
Das Differential hat die Aufgabe eines Verstärkers/Ausgleichers, es ermöglicht jedoch keinerlei präzise Verbindung der Drehbewegung der Räder mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs in bezug auf den Boden.
Diese fehlende Verbindung ist für eine mangelnde Sicherheit der Fahrzeuge verantwortlich, wie das folgende Beispiel zeigt.
Ein Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsrädern und zwei angetriebenen Rädern bewegt sich auf einer mit Asphalt bedeckten Fahrbahn.
Wenn das Fahrzeug einer Kurve folgt, absorbiert das Differential die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad, da sich die Kegelräder in Winkelrichtung zueinander verschieben, was durch die Drehung der Ausgleichsräder ermöglicht wird.
Das Drehmoment ist bereits unterschiedlich auf die beiden Rädern verteilt, weil das eine besser als das andere auf dem Asphalt haftet.
Dieser Verteilungsunterschied des Drehmoments wird noch wesentlicher, wenn das Fahrzeug auf einer Asphaltdecke geradlinig fährt und die Räder auf einer Seite beispielsweise auf eine Schneeschicht treffen, die somit die Haftung dieser Räder verändert.
Das Drehmoment ist sehr asymmetrisch im wesentlichen auf das Antriebsrad aufgeteilt, das die geringste Haftung besitzt.
Dieses Rad zeigt einen Schlupf, d. h., daß die Drehgeschwindigkeit des Rades größer als die theoretische Geschwindigkeit ist, die dieses Rad in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit dieses Fahrzeugs in bezug auf den Boden unter Berücksichtigung seiner Abwicklung haben müßte.
Sobald die Räder des Fahrzeugs, die auf dem Schnee rollen, wieder auf den Asphalt treffen, nimmt der Haftkoeffizient plötzlich zu, so daß eventuell ein sehr kurzer Schlupf auftritt, in jedem Fall wird jedoch das Fahrzeug aus dem Gleichgewicht gebracht.
Je größer die Parameter Geschwindigkeit, Fahrzeuggewicht, Haftunterschied sind, desto größer sind die Gefahren.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum beweglichen Verbinden eines drehbaren Elements mit dem Träger, an dem es drehbar angebracht ist, vorzuschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie wenigstens einen Kranz, der mit dem Träger fest verbunden ist, sowie wenigstens ein Ritzel umfaßt, das um eine mit dem drehbaren Element fest verbundene Achse frei drehbar angebracht und dazu vorgesehen ist, mit dem Kranz durch Zahneingriff zusammenzuwirken.
Genauer umfaßt die Vorrichtung drei Ritzel, wovon jedes um eine mit dem drehbaren Element verbundene Achse frei drehbar angebracht und von den jeweils anderen um 120º beabstandet ist.
Gemäß einer besonderen Anwendung der Vorrichtung auf ein Fahrzeug, das mit in bezug auf den Rahmen dieses Fahrzeugs frei drehbar angebrachten Rädern versehen ist, ist für jedes der Räder, die angetrieben oder geführt werden, eine Ritzel/Kranz-Einheit vorgesehen, wobei der Kranz in bezug auf den Rahmen fest angebracht ist und das oder die Ritzel an der oder den mit der Welle des entsprechenden Rades fest verbundenen Achsen frei drehbar angebracht sind.
Vorzugsweise sind der Kranz und das oder die Ritzel in unmittelbarer Nähe des von der Welle getragenen Rades angeordnet.
Genauer sind der Kranz und das oder die Ritzel in der Verlängerung der Nabe des Rades angeordnet.
Gemäß einer weiteren Anwendung der Vorrichtung, diesmal auf eine Kraftübertragungswelle, die an mit einem Rahmen fest verbundenen Lagern angebracht ist, ist der Kranz mit dem Rahmen fest verbunden und sind das oder die Ritzel an mit dieser Welle fest verbundenen Achsen drehbar angebracht und sind der Kranz und das oder die Ritzel in unmittelbarer Nähe wenigstens eines dieser Lager angeordnet.
Eine Ausführungsform schlägt vor, die Gesamtheit aus dem Kranz und dem oder den Ritzeln in einem ein Schmiermittel enthaltenden, dichten Gehäuse anzuordnen.
Die Vorrichtung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit vier Rädern zeigt, wovon zwei über ein Differential angetrieben werden, das mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,
Fig. 2A eine transversale Schnittansicht für Einzelheiten einer Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 2B eine Längsschnittansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine Detailansicht der an einer Radwelle angebrachten Vorrichtung zeigt und
Fig. 4 eine Ansicht einer Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf eine drehbare Welle zeigt.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt, das einen Rahmen 12, zwei vordere, d. h. rechte und linke, Antriebsräder 14 bzw. 16 und zwei hintere, d. h. rechte und linke, geführte Räder 18 bzw. 20 enthält. Der Motor des Fahrzeugs ist mit 22 bezeichnet, seine Antriebswelle mit 24.
Diese Antriebswelle 24 treibt ihrerseits einen Kranz 26 eines Differentials 28 an.
Das Differential umfaßt in bekannter Weise einen Stern, der Ausgleichsräder 32 trägt, die mit einem Gehäuse 34 drehfest verbunden sind, das seinerseits durch Wälzlager 36 an zwei Wellen 38 und 40 der Räder 14 bzw. 16 drehbar angebracht ist.
Die Ausgleichsräder 32 wirken mit Kegelrädern 42 zusammen, die von den Enden der Radwellen getragen werden.
Die Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt somit, wie in Fig. 2A gezeigt ist, Gabeln 44, die mit der Radwelle 38 fest verbunden sind, zwischen denen Ritzel 46 frei drehbar angebracht sind.
Die Vorrichtung enthält außerdem ein Hohlrad 48, das in einem dichten Gehäuse 50 festgehalten, der durch Fortsätze 52 über Aufhängungsarme am Rahmen 12 befestigt ist.
In Fig. 3 sind der obere Aufhängungsarm 54 und der untere Aufhängungsarm 56, die Spurstangen 58, der Radlagerblock 60, das Wälzlager 62, in dem sich die Welle 38 dreht, der Bremssattel 64, die Bremsscheibe 66 sowie die Tragplatte und Befestigung 68 der den Reifen 72 tragenden Felge 70 gezeigt.
Das Gehäuse 50 ist am Radlager 60 um die Radwelle und näher am Rad befestigt.
Die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun im einzelnen anhand dieser Figuren beschrieben.
In einem Fahrzeug, das nicht mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, überträgt der Motor 22, sobald sich das Fahrzeug auf einer mit Asphalt beschichteten Fahrbahn bewegt, das erzeugte Drehmoment an das Differential, das es hälftig auf jedes der Antriebsräder 14 und 16 verteilt.
Daher wird der Kranz 26 zu einer Drehung angetrieben, so daß er das Gehäuse 34, den Stern 30, die Ausgleichsräder 32 und die mit den Radwellen 38 bzw. 40 fest verbundenen Kegelräder 42 antreibt.
Die hinteren Räder 18 und 20 werden gezogen.
Falls die rechten Räder 14 und 18 auf einer Oberfläche mit geringerer Haftung rollen, beispielsweise auf mit Schnee bedecktem Asphalt, zeigt das vordere Rad 14 einen Schlupf, der um so größer ist, je stärker das Fahrzeug beschleunigt wird, während das hintere Rad 18 stabil bleibt.
Das Drehmoment wird nämlich durch das Differential an dasjenige Rad übertragen, das die geringste Haftung aufweist.
Das Rad 16, das haftet, bietet eine Widerstandskraft, die das Kegelrad 42 der entsprechenden Welle 40 auf einer konstanten Geschwindigkeit hält, die die theoretische Geschwindigkeit ist, mit der es sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Abwicklung des Reifens des Rades drehen muß.
Hingegen kann sich das Kegelrad 42 der Welle 38 aufgrund der fehlenden Haftung schneller drehen, wobei das Differential die Drehgeschwindigkeitsdifferenz der Wellen durch Drehung der Ausgleichsräder 32 um sich selbst kompensiert.
An dieser Stelle greift die Vorrichtung der Erfindung ein.
Das Rad 14, das eine zu hohe Drehgeschwindigkeit haben müßte, wird auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten, wodurch der Schlupf vermieden wird.
Die Welle 38 des Rades, die die Ritzel 46 zu einer Drehung antreibt, wird in bezug auf ihre Drehung reguliert, weil die Ritzel mit dem großen Hohlrad durch Zahneingriff zusammenwirken, was zu einer Regulierungsgegenkraft führt, die von derjenigen des einzigen Wälzlagers verschieden ist.
Gleiches gilt für das hintere Rad 18, das in bezug auf die Drehung reguliert wird.
Es wird jedoch angemerkt, daß, wenn sich das Fahrzeug bewegt und einer Krümmung folgt, das Differential die Geschwindigkeitsdifferenz absorbiert, wie dies normalerweise, d. h. ohne Eingriff durch die Vorrichtung der Erfindung, der Fall ist. Das Drehmoment wird durch die Vorrichtungen der Erfindung mit gleichem Aufbau, die an sämtlichen Rädern vorgesehen sind, selbständig reguliert.
Das Drehmoment wird nämlich besser verteilt, weil der Zahneingriff der Ritzel mit dem großen Hohlrad eine Widerstandswirkung hervorruft, die bei einer Zunahme oder einer Abnahme des Drehmoments regulierend eingreift.
Es wird festgestellt, daß die Räder dazu gebracht werden, sich mit genau der Drehgeschwindigkeit zu drehen, mit der sie sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in bezug auf den Boden unter Berücksichtigung der Abwicklung des Reifens bewegen sollen.
Die abgewickelte lineare Geschwindigkeit des Rades ist stets gleich der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs in bezug auf den Boden.
Es kann somit kein Schlupf entstehen.
Die Haftung ist für ein gegebenes Drehmoment in der Nähe des Rades und des Bodens stets maximal.
Die eben gegebene Beschreibung ist für den Fall gegeben worden, daß das Fahrzeug beschleunigt wird oder wenigstens einer Traktionskraft unterliegt. Dasselbe Phänomen mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung entsteht bei einer Verzögerung.
Die Räder werden in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gleichmäßig langsamer, wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt.
Wenn jedoch die Bremskraft zu stark ist, neigen die Räder gemeinsam zum Blockieren.
Die Vorrichtung verhält sich so, als ob die Räder bei ihrer Drehbewegung mit derselben Referenz verbunden wären, die durch den Rahmen des Fahrzeugs gebildet ist, das sich seinerseits bewegt.
Aufgrund dieser Tatsache spielt das Gewicht des sich bewegenden Fahrzeugs für das Bremsvermögen eine wichtige Rolle. Die Bremsung wird progressiver, genauer, wirksamer und ist vor allem im Gleichgewicht.
Es wird außerdem angemerkt, daß die erhaltene Wirkung um so besser ist, je näher die Vorrichtung zum Rad verschoben ist, weil sich das Drehmoment in der Nähe seines Anwendungspunkts stabilisiert.
Eine andere Anwendung dieser Regulierungswirkung betrifft die Motorantriebswellen oder Antriebsverbindungswellen für die Übertragung des Drehmoments an ein entferntes Organ, wie dies etwa in Fig. 4 gezeigt ist.
Eine Welle 80, die zwischen zwei. Lagern 82, 84 drehbar angebracht ist, dreht sich frei und wird von einem Motor 86 angetrieben.
Es ist denkbar, daß, sobald sie in Drehung versetzt wird, eine Durchbiegung f zwischen den Lagern entsteht, die durch einen schlechten Rundlauf dieser Welle verursacht wird.
Dies wird um so deutlicher, je schlechter die Welle rundläuft oder je stärker die Geschwindigkeit ansteigt. Eine solche Durchbiegung steigt somit in Abhängigkeit von den Fehlproportionen der Wellendurchmesser in bezug auf die übertragenen Drehmomente an.
Es genügt, wenigstens eine Drehverbindungsvorrichtung 50 gemäß der Erfindung zwischen der Welle und dem die Lager tragenden Rahmen anzuordnen, um die Durchbiegung dieser Welle sehr wesentlich zu verringern. Die Kontrolle der Wirkung der Zentrifugalkraft wird einfacher. Sie kann in Abhängigkeit von den Teilen, die je nach Größe ihres Volumens verwendet werden, verbessert werden.
Das Ergebnis ist um so deutlicher, je näher die Vorrichtung an einem Lager angeordnet ist.
In diesem Anordnungstyp kann für die Sicherstellung einer höheren Arbeit ein Mittelritzel hinzugefügt werden, das ausschließlich zum Ziel hat, die anderen Ritzel miteinander zu verbinden.
Dieses Ritzel stützt sich auf der Welle durch ein Lager mit in Translationsrichtung veränderlicher Position, beispielsweise mittels eines geschmierten Wellenlagers, in der Weise ab, daß sämtliche Ritzel synchronisiert sind.
Die Form der Ritzel kann gerade oder schräg sein.
Ebenso ist die Anzahl der Achsen pro Fahrzeug nicht eingeschränkt, wobei das System für die angetriebenen Achsen und für die geführten Achsen geeignet ist.
Darüber hinaus schlägt die Erfindung vor, sämtliche Ritzel und Kränze in einem dichten Gehäuse anzuordnen, das einen Kasten bildet, in einer Variante können sie jedoch vorhandenen mechanischen Einheiten zugeordnet sein, etwa den Brückenzapfen und -trichter, den Naben und dem Getriebe, so daß die Wartung erleichtert und der Platzbedarf verringert wird.
Daher wird in der Haupt-Ausführungsform die Vorrichtung nahe bei den Rädern angeordnet, um die Haftung und die Verteilung der Lasten zu verbessern, diese Ausführungsform ist jedoch nicht beschränkend.
Selbstverständlich kann in einem mehrachsigen Fahrzeug nur eine der Achsen mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet sein, wobei sämtliche Vorteile, die sie schafft, erzielt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum beweglichen Verbinden eines drehbaren Elements (38) mit dem Träger (12), an dem es drehbar angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Kranz (48), der mit dem Träger fest verbunden ist, sowie wenigstens ein Ritzel (46) umfaßt, das um eine mit dem drehbaren Element fest verbundene Achse frei drehbar angebracht und dazu vorgesehen ist, mit dem Kranz durch Zahneingriff zusammenzuwirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Ritzel (46) enthält, wovon jedes um eine mit dem drehbaren Element fest verbundene Achse frei drehbar angebracht und von den jeweils anderen um 120º beabstandet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit dem Träger fest verbundenen Kranz (48), ein drehbares Element (38) aus zwei Teilen, das aus einem ersten und einem zweiten Halbelement gebildet ist, die in bezug auf den Träger jeweils drehbar angebracht sind, wobei das erste Halbelement an seinem äußeren Umfang eine Zahnung aufweist, sowie Ritzel umfaßt, die an mit dem zweiten Halbelement fest verbundenen Achsen drehbar angebracht sind, wobei diese Ritzel einerseits mit der Zahnung des ersten Halbelements und andererseits mit dem mit dem Träger fest verbundenen Kranz zusammenwirken.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die auf ein Fahrzeug angewendet wird, das mit Rädern ausgerüstet ist, die in bezug auf den Rahmen dieses Fahrzeugs frei drehbar angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie für jedes der Räder (14, 16, 18, 20), die angetrieben oder geführt werden, eine Ritzel/Kranz-Einheit (46, 48) umfaßt, wobei der Kranz (48) in bezug auf den Rahmen (12) fest angebracht ist und die Ritzel (46) an den mit der Welle des entsprechenden Rades fest verbundenen Achsen frei drehbar angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (48) und die Ritzel (46) in unmittelbarer Nähe des von der Achse getragenen Rades angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (48) und die Ritzel (46) in der Verlängerung der Nabe des Rades angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die auf eine Kraftübertragungswelle (80) angewendet wird, die an mit einem Rahmen fest verbundenen Lagern (82, 84) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz mit dem Rahmen fest verbunden ist und das oder die Ritzel an mit dieser Welle (80) fest verbundenen Achsen drehbar angebracht sind und daß der Kranz und das oder die Ritzel in unmittelbarer Nähe wenigstens eines dieser Lager angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus dem Kranz und dem oder den Ritzeln in einem ein Schmiermittel enthaltenden dichten Gehäuse angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein anderes Element des Fahrzeugs, insbesondere in das Getriebe, integriert ist.