Die Erfindung betrifft Differentialsperren-Betätigungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bekannt, Sperrdifferentiale unter Überwachung der Drehzahldifferenzen (ähnlich wie bei Antiblockiersystem) zu be¬ tätigen. So zeigt beispielsweise ein Prospekt der Firma SIGE, Vimercate (I), ein "elektronisches Sperrdifferential", dessen Arbeitsprinzip sich zweier Drehzahlgeber an den beiden Rädern bzw. Teilwellen bedient, deren Signale elektronisch verglichen und sodann zu einem Schaltsignal für eine elektrisch betätigbare Sperrkupplung gewandelt werden. Diese Bauart ist insbesondere für Fahrzeuge mit zuschaltbaren Antriebsachsen aus verschiedenen Gründen noch unbefriedigend:

So führt dieses Schaltungsprinzip sofort bei Erreichung einer vorgebbaren Drehzahldifferenz zum Einlegen der Sperre, gleichgültig, worauf die Ursache beruht. Der dadurch erreichte Gleichlauf der Räder führt wieder zur Freigabe der Sperre. Deshalb kann eine Neuaktivierung auch sofort wieder erfolgen und es dadurch bei entsprechenden Geländebedingungen zu einem die Sperre stark beanspruchen¬ den fortlaufenden Ein- und Ausschalten kommen. Demselben versucht man zwar z. B. auf dem Wege über Schaltverzögerer zu begegnen, jedoch beansprucht die unwillkürliche Über¬ wachung der Schaltvorgänge durch den Fahrer dessen Auf¬ merksamkeit zusätzlich.

Auch braucht man neben zwei Meßstellen eine relativ sen¬ sible und aufwendige elektronische Umwertungseinrichtung, weil kein mit Schaltstrom für z. B. eine Elektrokupplung belastbarer mechanisch exakt festlegbarer Schaltpunkt vor¬ gebbar ist.

Weiterhin ist die Verhütung von zufälligen Sperreaktivierun¬ gen bzw. Entsperrungen in Fahrzuständen, in denen sie uner¬ wünscht sind (z. B. Entsperren beim Wenden eines Schleppers auf stark geneigtem, unregelmäßigen Gelände) , vom Drehzahl- abgleich ausgehend nicht absolut zuverlässig erreichbar, weil z. B: durch Lastverteilungen und Untergrundbeschaffen¬ heit viele, nie exakt vorherbestimmbare Einflüsse auf den Schaltungsauslösvorgang stattfinden können, durch welche der Kraftfluß mit dem Untergrund in kritischen Momenten ge¬ stört bzw. vermindert werden kann.

Schließlich vergrößert bzw. multipliziert auch der Einbau von zwei aufeinander abzustimmenden elektronischen Meßfüh¬ lern an den beiden Antriebswellen besonders bei gelände¬ gängigen Fahrzeugen auch Montage-, Beschädigungsschutz- und Inspektionsprobleme.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den aufgezeigten Stand der Technik dahingehend zu verbessern, daß eine weniger aufwen¬ dige und störungsempfindliche Einrichtung mit einem leicht ein¬ baubaren und exakt vorgebbaren Schaltbereich geschaffen wird, bei der der Fahrer die Erreichung des Schaltpunktes auch stets deutlich voraussehen und steuern kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 darin, daß nicht mehr aus zwei Gebern und einem elektronischen Auswerter entweder Drehzahl- oder Dreh¬ moment-Unterschiedsbereiche zur Auslösung der Differentialsperre benötigt werden, sondern jetzt nur noch ein einziges, möglichst sogar unmittelbar galvanisch abgreifbares elektrisches Ja-NEIN- Schaltsignal, das direkt von einer mechanischen Veränderung der Lenkgeometrie ausgeht, wobei das Signal auch ohne oder mit nur minimalem Elektronikaufwand direkt zur Schaltkupplung übertrag¬ bar werden kann, und das öffnen bzw. Wiedereinlegen der Sperre zuverlässig exakt in jeweils gleichen Fahrzuständen auslöst.

welche vom Fahrer nach kurzer Gewöhnung gefühlsmäßig schon genau vorhersehbar sind. Bei mechanischen Lenkgetrieben ist es sogar möglich, die Einschaltpunkte bestimmten Lenkradstellungen genau zuzuordnen.

Neben Ersparnissen und Benutzungsvorteilen durch einfachere und nicht mehr auch von der Bodenbeschaffenheit oder dem Gefälle abhängige Schaltungstechnik, sondern eine nun exakt, ausschlie߬ lich lenkwinke abhängige und deutlich voraussehbare Umschaltfunk- tion wird noch erreicht, daß keine unnötigen EIN-AUS-Schaltungs- beanspruchungen der Sperrkupplung bei nur kurzen, z. B. gelände¬ bedingten Drehzahlunterschieden, mehr auftreten können.

Dabei bleibt eine Selbsttätigkeit der Sperre bei höchster Funktionszuverlässigkeit hier insofern dennoch gewahrt, als der Fahrer beim Lenken in eine Kurve den Sperrenschalter bei ent¬ sprechend großem Lenkeinschlag unwillkürlich bzw. gezwungener¬ maßen und ohne besondere Handgriffe einfach mitbetätigt. Er wird dabei nach kurzer Eingewöhnungszeit das vorübergehende Freiwer¬ den der Sperre in engeren Kurven und beim Wenden gar nicht mehr als etwas besonderes .beachten, weil es bei Geradea sfahrt bzw. bei weiteren Bögen nicht mehr zu an sich ungewollten Umschal¬ tungen kommen kann.

Die Vorteile der Erfindung kommen natürlich auch unabhängig von der Art der Sperrkupplungskonstruktion bzw. des Schalters oder der Art des von ihm abgegebenen Signales zur Auswirkung. Die Anwendung in Kombination mit einer Formschlußkupplung im selben Schaltkreis wie der Signalgeber ist ohne weiteres mög¬ lich, so daß im Normaleinsatz sowohl ein völlig schlupffreier Durchtrieb auf beiden Rädern als auch eine zuverlässige Signal¬ übertragung ausschließlich lenkwinkelabhängig möglich wird.

Aus dem Bereich der AntiblockierSysteme sind zwar Bremsbe¬ tätigungen bekannt geworden, die ebenfalls vom Lenkwinkel aus¬ gehend gesteuert werden sollen. Jedoch soll dort der Durchgang

einer vollen Antriebsleistung behindert werden, während er bei Allrad-Antrieben mit Sperrdifferentialen gerade ermöglicht wer¬ den soll. Somit sind gänzlich andere Verwendungszwecke und Ein¬ satzziele gegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach den Ansprüchen 2 bis 5 sind je nach Achskonstruktionen günstige bzw. beschädigungsgeschützte Einbauorte für die Signal¬ geberschalter vorgesehen.

Gemäß Anspruch 2 würde beispielsweise günstig ein Winkel¬ potentiometer eingebaut werden können.

Gemäß Anspruch 3 kann ein Endschalter günstig angebaut werden.

Gemäß Anspruch 4 ist ein in das Innere einer Hohlachse ver¬ legter Einbau eines Endschalters oder Potentiometers möglich.

Gemäß Anspruch 5 kann auch eine berührungslose, z. B. in¬ duktive Auslösung vorgesehen werden, bei der die Schräglage des Lenkgehäuses gegenüber dem Achsgehäuse als Kriterium für ein lenkwinkelproportionales Signal verwendet wird.

Nach Anspruch ^' 6 wird eine elektrische Formschlußkupplung bevorzugt, deren Schaltstrom unmittelbar über den Signalgeber besonders ein- und ausschaltbar ist.

Selbstverständlich lassen sich auch andere Hilfskraftbetä¬ tigungen gleichermaßen wie elektrische verwenden, z. B. der hydraulischen, pneumatischen oder elektromotorischen Stellglie¬ der. Und anstelle Formschlußkupplungen sind auch Reibkupplungen oder Viskosekupplungen etc. auf gleiche Weise betätigbar.

Nach Anspruch 7 ist eine Anpassungsmöglichkeit für die An¬ sprechempfindlichkeit des Signalgebers bzw. die Lage des Grenz¬ wertes vorgesehen, welche es erlaubt, von einem durch das Liefer¬ werk vorjustierten Richtwert auf Wunsch auch einmal abzuweichen, z. B. wenn wegen besonders schlüpfrigen Bodens zur Verbesserung der Radhaftung ohne Unterbrechung der Sperrwirkung gearbeitet werden soll. Dabei kann sowohl ein Analogsignal als auch ein Digitalsignal, das den Lenkwinkel abtastet, zur Anwendung ge¬ langen. Eine optische Anzeige über die läge des jeweiligen Grenzwertes im Lenkwinkelbereich ist ebenfalls auf Wunsch ein¬ fach und genau realisierbar.

Nach Anspruch 8 ist eine Zusammenfassung der erfindungsge¬ mäß verbesserten Differentialsperrenbetätigung mit dem Wahlschal¬ ter für die jeweilige Antriebsachse in dem sinne vorgesehen, daß sie nur bei tatsächlich in Betrieb befindlicher Antriebsachse zuschaltbar ist, so daß die mit dem Differentialsperrenbetrieb verbundenen Verschleiß- und ReibungsVorgänge auf diejenigen Be¬ triebsphasen allein beschränkt bleiben können, für die sich der Fahrer zusammen mit dem Allradbetrieb einen Nutzen verspricht.

Nach Anspruch 9 wird eine Signalgeber-Anordnung erreicht, mit welcher nicht nur eine fortlaufende, exakte und strömungs¬ freie Lenkwinkelmessung während des Betriebs, sondern auch eine einfache Justierung möglich wird. Dabei ist das Potentiometer und sein Anschluß stoß- und verschmutzungssicher so in ein den Lenkwinkel direkt mitvollziehendes Lager integriert, daß unbe¬ fugte Verstellung sicher verhinderbar ist.

In den Zeichnungen 1 bis sind Ausführungsdetails für einige Anwendungsbeispiele angegeben.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht einer angetriebenen Lenk¬ achse, bei welcher am Lenkzylinder ein Schalt¬ kontakt zum Schalten des Sperrdifferentials vorgesehen ist.

Fig. 2 zeigt ein Detail des Achsgehäuses mit drei ver¬ schiedenen Einbaumöglichkeiten von Schaltern zum Lenkwinkelabgriff.

Fig. 3 zeigt ein Schaltschema, aus welchem die Anord¬ nung bei verschiedenen Schaltereinbauten er¬ sichtlich ist.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Signalgeber-Anordnung innerhalb eines Lenkzapfens.

In Fig. 1 ist die Lenkachse 1 mit einem unmittelbar an ihrem Gehäuse 2 angebauten Lenkzylinder 3 ausgerüstet, von dem aus über Spurstangen 4 die Lenkhebel 5 in die eine oder andere Richtung um den Lenkzapfen 6 schwenkbar sind. Daher wird ein in den Lenkzylinder 3 eingelassener Schalter 7 von einer von zwei beiderseits davon auf dem Lenkkolben 8 angeordneten Schaltfahnen (bzw. Magneten) betätigt. Der Schaltimpuls erfolgt hier nur bei einem bedarfsweise eingestellten, teilweise eingeschlagenen Lenkwinkel L abweichend von der Geradeausfahrt, also unabhängig von Drehzahlen bzw. Drehzahldifferenzen, welche in der Regel ja erst in der Folge eines Lenkwinkeleinschlages entstehen, sofern nicht das im Achsgehäuse 2 eingebaute Sperrdifferential 10 über die ihm zugeordnete Kupplung 11 gerade eingelegt ist. Diese Kupplung 11, welche in dieser Anwendung vorzugsweise als Form- schlußkupplung ausgebildet ist, hat eine elektromagnetische Be¬ tätigung 12 auf einer für die Zwangsverschiebung bei Lenkein¬ schlag begrenzt achsparallel verschieblichen Steckwelle 13 und kann eine der Kupplungshälften 14, während des Stromflusses mit der anderen Kupplungshälfte 15 in Form- oder Kraftschluß bringen und damit Drehzahlgleichheit an beiden Rädern bewirken. Gemäß der Erfindung bleibt dieser Form- oder Kraftschluß solange auf¬ rechterhalten, bis der Schaltstrom in der Verbindungsleitung 16 wider unterbrochen wird, was entweder durch den Fahrer über einen Handschalter 17 und/oder durch den eingebauten Lenkwinkel- Schalter 7 erfolgen kann. Auch die nicht gezeigte Vorderachs- Zuschaltbarkeit über eine weiter eingelegte Kupplung auf der

Kardanwelle kann einen weiteren Kontakt (z. B. Schalter 30) auf¬ weisen, durch den die Stromzufuhr zur Elektromagnetbetätigung 12 unterbrechbar ist. Somit kann eine Einschaltung der Elektro¬ magnetbetätigung 12 nur bei tatsächlich eingelegtem Antrieb der mit dem Sperrdifferential ausgerüsteten Achse erfolgen. Die Schalter 7/17 usw. sowie die Elektromagnetbetätigung 12 stehen über die Verbindungsleitung 16 mit der Bordstromversorgung 18 in Verbindung. Durch eine Stellungsanzeige auf dem Handschalter 17 und dessen Anordnung im Bereich des Lenkrades 19 bietet sich die Möglichkeit für den Fahrer, die Ein- und Ausschaltung des Sperr¬ differentials 10 auch optisch erkennen zu können.

In Fig. 2 sind mehrere Einbaumöglichkeiten für die Schalter 7B, 7C, 7D gemäß der Erfindung aufgezeigt.

Der Schalter 7B könnte z. B. ein induktiver Signalgeber sein, der aus einem am Rand der Radnabengabel 20 einge¬ lassenen Magnetplättchen 21 besteht, welches bei der durch Schwenkung des Lenkhebels 5 erfolgenden Annäherung an einen im Achsgehäuse zwei darunter festgehaltenen Spulenkörper 22 besteht und anspricht bzw. Strom durchläßt oder unterbricht zur nicht gezeigten Elektromagnetbetätigung 12. Die Kabel¬ anschlüsse zu den Schaltern sind der Einfachheit halber hier in der Zeichnung nicht dargestellt.

Eine ähnliche Einbaumöglichkeit wäre auch erreichbar, wenn das Wellengelenk 25 z. B. einen Ring aus ferromagnetischem Material trüge und im Gehäuse 2 ein Spulenkörper 22 einge¬ lassen wäre.

Der Schalter 7C wird hier z. B. als ein Potentiometer 23 dargestellt, dessen Körper in der Lagerbohrung für den Lenkzapfen 6 am Gehäuse 2 festgelegt ist und mit einer kleinen Welle 24 in den Lenkzapfen 2 hineingreift, so daß bei dessen Drehung je nach Winkel ein mehr oder minder großer Strom durchfließen kann, wodurch der Schaltpunkt der Elektromagnetbetätigung 12 festlegbar ist.

Der Schalter 7D nützt die vom Lenkwinkel abhängige Linear- Verschiebung zwischen der Steckwelle 13 und der Gabel¬ hülse 26 des Wellengelenkes 25 und besteht im wesentlichen aus einer Schaltkante 27 am differentialseitigen Ende der Gabelhülse 26, welche bei entsprechend großem Lenkwinkel¬ einschlag einen Schaltstift 28 eines in eine bis zur Innen¬ wand des Achsgehäuses 2 durchgehende Bohrung eingelassenen Druckschalters 29 betätigt.

In Fig. 3 ist die elektrische Magnetbetätigung 12 der Kupp¬ lung 11 des Sperrdifferentials 10 dargestellt. Die Verbindungs¬ leitung 16 ist z. B. gemäß Signalgeber 7A bis 7D über eine Schaltfahne 9 bzw. eine Anschlagkante 27 oder über Magnetspu¬ len 22 bzw. Potentiometer 23 allein lenkwinkelabhängig aktivier¬ bar oder aber über einen Hand- bzw. FußSchalter 17 nach Gutdün¬ ken durch den Fahrer und auch (in Koppelung mit einem nicht ge¬ zeigten Betätigungsmechanismus) abhängig von der Stellung eines Allrad-Zuschaltungshebels 30 aktivierbar ^' . Die jeweiligen Schal¬ tungsversionen lassen sich dabei mit üblichen elektromechani- schen Mitteln auf Bedarf auch noch mit Verstärkungs- bzw. Ver¬ zögerungsgliedern bestücken, z. B. um Reifengrößen- oder Ge¬ ländeanpassungen ohne komplizierten Fühleraustausch und Pro¬ grammumstellungen vornehmen zu können. Die Verknüpfung des Lenk¬ winkelschalters 7 mit den handschaltern 17 bzw. Allradantriebs¬ schaltern 30 stellt sicher, daß das Sperrdifferential nur bei den entsprechend kritischen Fahrzuständen über den Lenkwinkel- Einschlag automatisch einschaltbar ist. - Die Einschalthäufig¬ keit für das Sperrdifferential wird dadurch auf wesentliche Bedarfsfälle beschränkt und eine einfachere und robustere Schalttechnik erreicht.

In Fig. 4 ist der Signalgeber 7C ein Drehpotentiometer 23, dessen Verbindungskabel 31 zur Bordstromversorgung 18 und zu den Allradzuschaltern 17 bzw. 30 beschädigungssicher durch das Achsgehäuse 2 herangeführt ist. Das Drehpotentiometer 23 ist dabei in das Drehzapfenlager 32 integriert, indem sein Gehäuse durch einen unter dem Lageraußenring 33 im Achsgehäuse 2 dreh-

festen Halteflansch 34 befestigt ist. Im Lenkzapfen 6 ist eine Stufenbohrung 35 vorgesehen, deren Größtdurch esser mittels Innengewinde 36 eine Hohlschraube 37 aufnimmt. In diese ist ein mittels Mitnahmeschlitz und Spreizfeder 38 mit der Potentio¬ meterwelle 24 Formschluß erhaltender Justierbolzen 39 drehbe¬ weglich eingesetzt, welcher durch die Hohlschraube 37 mittels eines ihr achsseitig unterlegten Dichtringes 40 nach Einstel¬ lung über einen Schraubendreher-Schlitz an seiner oberen Stirn¬ seite unter Beseitigung seines Radialspiels festklemmbar ist und völlig- in der durch eine Verschlußkappe 41 abgedeckten Hohl¬ schraube 37 gesichert ist. Bei angekonterter Hohlschraube 37 wird damit der Justierbolzen 39 durch die Klemmkraft aus dem Dichtring 40 elastisch so festgehalten, daß zwar die Potentio¬ meterwelle 24 in jeweiliger Drehrichtung zuverlässig mitver- schwenkt wird, aber dennoch kleinere Winkelfehler bzw. im üb¬ lichen Rahmen liegende Achs ersatzwerte keine Beschädigung des Drehpotentiometers 23 hervorrufen können.

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Bezugszeichen

1 Lenkachse 35 Stufenbohrung

2 Achsgehäuse 36 Gewinde

3 Lenkzylinder 37 Hohlschraube

4 Spurstangen 38 Spreizfeder

5 Lenkhebel 39 Justierbolzen

6 Lenkzapfen 40 Dichtring

7 Signalgeber (7A ... 7D) 41 Verschlußkappe

8 Lenkkolben

9 Schaltfahnen an 7A

10 Sperrdifferential

11 Kupplung

12 Elektromagnet

13 Steckwelle

14 Kupplungshälfte an 13

15 Kupplungshälfte an 10

16 Verbindungsieitungen

17 Hand- bzw. Fußschalter

18 Bordstromversorgung

19 Lenkrad

20 Radnabengabe1

21 Magnetplättchen

22 Spulenkörper

23 Potentiometer

24 kleine Potentiometer¬ welle (von 23)

25 Wellengelenk

26 Gabelhülse

27 Schaltkante

28 Schaltstift

29 Druckschalter

30 AIIrad-Zuschalter

31 Verbindungskabel

32 Zapfenlager

33 Lageraußenring

34 Halteflansch