Centrum Przedsiębiorczości Akademickiej i Transferu Technologii

KontaktGagarina 7 (hala technologiczna W.Chemii)
e-mail: aip@umk.pl

Ochrona patentowa innowacyjnych rozwiązań dotyczących elementów napędowych pojazdów

Okres realizacji: 01.01.2011 r. – 30.06.2011 r.

Wartość projektu: 106.660,00 PLN

Priorytet: I. – Badania i rozwój nowoczesnych technologii

Działanie: 1.3 – Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe

Poddziałanie: 1.3.2 – Wsparcie ochrony prawnej własności przemysłowej tworzonej w jednostkach naukowych w wyniku prac B+R

Podstawowym celem projektu była międzynarodowa ochrona patentowa rozwiązań dotyczących napędów w pojazdach: “międzyosiowy mechanizm różnicowy” oraz “sprzęgło z blokującym klinem olejowym”. Opatentowanie tychże wynalazków, ze względu na ich innowacyjność, przyczyniło się do zwiększenia produktów polskiej gospodarki na rynku międzynarodowym. Po dokonaniu międzynarodowego zgłoszenia patentowego, stało się możliwe zainteresowanie wynalazkami inwestorów z branży motoryzacyjnej, którzy w znaczącym zakresie mogą wspomóc proces przygotowania produkcji na skalę przemysłową.

Wdrożenie opisanych wynalazków powinno zrewolucjonizować produkcję napędów do ciężkich pojazdów użytkowych oraz do samochodów osobowych z napędem na wszystkie koła. Należy podkreślić, że zastosowanie tychże wynalazków w znaczący sposób może wpłynąć na obniżenie kosztów produkcji pojazdów oraz poprzez zmniejszenie zużycia paliwa i ogumienia, przyczyni się do ochrony środowiska naturalnego na świecie.

Międzyosiowy mechanizm różnicowy

Przedmiotem zgłoszenia jest międzyosiowy mechanizm różnicowy do zastosowania przede wszystkim w pojazdach kołowych. Znane są mechanizmy różnicowe między innymi z następujących publikacji: GB19880014226, GB19880016712, US19950495417, US19920969727, WO1993US08280, US19910712667 i WO1992US03518. Powyższe rozwiązania wykorzystują charakterystykę pracy przekładni ślimakowej, a dokładnie jej jedną cechę samoblokowalność w sytuacji, gdy zęby współpracujących elementów będą się zazębiać pod określonym kątem. Kąt zębów w powyższych rozwiązaniach jest tego typu, iż w sytuacji występowania różnic obrotowych między poszczególnymi elementami występuje wzajemne ich oporowe zazębianie się i w ten sposób eliminuje się wady klasycznego mechanizmu, czyli ucieczką całego momentu na koło/oś będące w uślizgu.

W wyniku takiej charakterystyki pracy powstają jednakże ujemne skutki takie jak:

1. Stały poziom oporu współpracujących elementów, czego wynikiem jest częściowe zwiększone zużycie paliwa oraz podzespołów napędowych.

2. Mechanizm nie jest w stanie przenieść do 100% momentu na nie znajdujące się w poślizgu koło/oś. Dokonuje tego w proporcjach od 30 do 60% przy czym wartość wyższa tyczy się przenoszenia momentu mniejszego.

3. Stały poziom tarcia wewnętrznego prowadzi do degradacji powierzchni roboczych elementów współpracujących, czego efektem jest ograniczenie parametrów zadanych pierwotnie.

Nieoczekiwanie rozwiązanie według wynalazku przyniosło następujące efekty:

1. nie różnicuje prędkości obrotowych poszczególnych elementów w sposób oporowy i tym samym nie powoduje zauważalnego zużycia paliwa oraz elementów przenoszących moment;

2. jest w stanie przenieść nawet do 100% momentu na oś o lepszej przyczepności;

3. nie zmienia parametrów roboczych w czasie eksploatacji.

Uzyskane wyniki

„Międzyosiowy mechanizm różnicowy” stanowi pewne unowocześnienie konstrukcyjne w stosunku do rozwiązań polegających na dopasowywaniu swych warunków pracy do poziomu przenoszonego momentu bądź tez występującej nadmiernej różnicy obrotów. Jego istotną cecha jest fakt, iż reaguje on na obydwa te czynniki. Jedną z zasadniczych wad mechanizmów samoblokujących zwiększających swe tarcie wewnętrzne proporcjonalnie do wzrostu przenoszonego przez nie momentu jest ich „oporowe” działanie. Z jednej strony jest to cecha korzystna opóźniająca zerwanie przyczepności i kierowanie w razie jej wystąpienia większego momentu na koło lub oś nieznajdujące się w poślizgu. Z drugiej jednak strony powoduje pewne naprężenia w układzie napędowym oraz zwiększone zużycie paliwa. W przypadku cechy „wyczuwania” momentu obrotowego „międzyosiowy mechanizm różnicowy” działa na zasadzie chwilowego odłączania przedniej osi napędowej pojazdu. Idea jest taka ażeby pod wpływem przenoszonego momentu odłączyć przednią oś napędową, która mogłaby wykonywać podczas poruszania się pojazdu po łuku swobodnie większe obroty nie tworząc wtedy jakichkolwiek przeciążeń. Lecz w sytuacji, gdy któreś z kół tylnych zerwałoby przyczepność doszłoby do synchronizacji obrotów obu osi a moment przekazywany byłby także na oś przednią. Takie zachowanie mechanizmu eliminuje oporną pracę spotykaną u mechanizmów samoblokujących jednocześnie umożliwiając samoblokowanie pod wpływem przenoszonego momentu. Kolejną istotna wadą mechanizmów samoblokujących jest ich negatywne zachowanie się w sytuacji, gdy koło lub oś znajdujące się w poślizgu posiada bardzo niski poziom przyczepności. Tarcie wewnętrzne tych mechanizmów uzyskiwane jest proporcjonalnie do przenoszonego momentu obrotowego. Jeżeli jest on bardzo mały sprawność mechanizmu jest także niska. Wynika to z faktu, iż mechanizm taki jest w stanie przenieść iloczynową krotność proporcjonalną do siły tarcia koła będącego w poślizgu. Jeżeli koło takie znajdowałoby się np. w powietrzu iloczyn ten wynosiłby zero a mechanizm stawałby się wtedy bezużyteczny. Toteż w takich sytuacjach proponowany „międzyosiowy mechanizm” różnicowy opierałby swe poprawne funkcjonowanie na zespole blokady pułapowej, która całkowicie niwelowałaby ten problem.

Stosowanie centralnych mechanizmów różnicowych wyposażonych w sprzęgła wielopłytkowe blokowane elektronicznie umożliwia eliminowanie szeregu wad, jakie posiadają mechanizmy samoblokujące. Głównym ich atutem jest automatyczne interwencyjne działanie w momencie wyczucia uślizgu któregoś z kół. Wyklucza to konieczność stałego blokowania oraz niską sprawność podczas znacznych uślizgów. Jednakże osiągnięcie tej charakterystyki występuje kosztem zaawansowanego elektronicznego systemu sterującego oraz rozbudowanego układu zwalniającego. Zasadniczą ideą „międzyosiowego mechanizmu różnicowego” było jak największe zbliżenie charakterystyki jego działania do głównych cech rozwiązań blokowanych elektronicznie jednak przy zachowaniu cech samoblokowalności i wyeliminowaniu możliwości sterowania zewnętrznego. Należy pokreślić, iż proponowany mechanizm ulega samoczynnemu zablokowaniu pod wpływem przenoszonego znacznego momentu taj jak mechanizm sterowany elektronicznie, przy czym w odróżnieniu od niego nie generuje wtedy sił dążących do wynoszenia pojazdu z łuku drogi z uwagi na zastosowanie systemu odłączania przedniej osi.