Asse, kaste & ’n gekners van ratte
JY LEES NOU Asse, kaste & ’n gekners van ratte
Wat is die verskil tussen ’n kraglewering- en ’n aandrywingstelsel? Hoe verskil viertrek van ewenaarslotte, en moet ’n ewenaarslot voor of agter wees? Hier is die antwoorde.
Die kragleweringstelsel (powertrain) bestaan uit jou voertuig se binnebrandenjin, ratkas, dryfasse (drive shafts), oordraratkas (transfer case), ewenaarratte (differential gears), dwarsasse (side shafts) en wiele.
Dit is dus die hele meganiese boksemdais wat jou 4x4-trokkie laat beweeg. ’n Aandrywingstelsel (drivetrain), daarteenoor, sluit die enjin en wiele uit en fokus slegs op die ratkas, voorste en agterste dryfas, oordraratkas, ewenaarratte en al vier dwarsasse.
Die eindaandrywing (final drive) van jou bostrok beskryf slegs sy ewenaarratte en dwarsasse. Terloops, by ’n motorfiets is die eindaandrywing gewoonlik die ketting en agterste tandrat.
’n Viertrekstelsel behels die lewering van krag aan al vier wiele teenoor slegs die voorste óf agterste twee. Alle motors, hetsy voorwiel-, agterwiel- of allewielaangedrewe, maak gebruik van ewenaarratte.
Waarom ewenaarratte? In veldrytoestande draai nie een van jou voertuig se wiele teen dieselfde omwentelinge as jy om ’n draai ry nie, en tog is al vier wiele deur middel van die aandrywingstelsel gekoppel aan een meganiese onderdeel: die enjin se krukas.
As jy links draai, draai die regterkantste voorwiel byvoorbeeld teen 1 r.p.m. en die linkerkantste voorwiel teen 0,8 r.p.m. Op sy beurt rol die linkerkantste agterwiel teen 0,7 r.p.m. en die regterkantste agterwiel teen 0,9 r.p.m. (Hierdie syfers is slegs ’n voorbeeld om die meetkunde te verduidelik en nie noodwendig wiskundig korrek nie.)
Om enjinkrag na al vier wiele te stuur wat elkeen teen hulle eie spoed draai sonder dat iets iewers breek of die wiele glip, gebruik ons ewenaarratte.
’n Oop ewenaar (open diff) werk soos volg: Die dryfas se eindrat (final pinion gear) draai ’n ringrat (crown wheel), teen ’n 90º-hoek en die ringrat draai indirek die dwarsasse. Ons sê “indirek”, want tussen die ringrat en die dwarsasse is twee kleinratte (spider gears) wat teenaan die dwarsasse se sonratte (sun gears) draai.
Die versamelnaam vir die verskillende ratte binne die ewenaarhuls is die ewenaarratte. Wanneer jy reguit vorentoe ry, lê die ewenaarratte stil, maar sodra jy aan die stuurwiel draai, draai die kleinratte in teenoorgestelde rigtings wat een dwarsas een kant toe laat draai en die ander een anderkant toe (in verhouding met die ringrat), maar albei wiele rol steeds vorentoe.
Dié wiskundige toordery is moeilik om te beskryf, maar in kort stel dit een wiel in staat om stadiger as die ander wiel draai terwyl albei wiele ewe veel krag van die dryfas ontvang.
Die probleem met ’n oop ewenaar is dat as een wiel in die lug is en geen weerstand ervaar nie, hy ál die enjinkrag gaan kry en nutteloos tol terwyl die wiel wat op die grond is en al die werk moet doen, niks krag kry nie.
’n Beperkte glip-ewenaar (limited slip diff) is ’n verbetering op ’n oop ewenaar want hy werk soos volg: Binne die ewenaarhuls is ’n groep kronkelvere (of soms ’n bladveer) wat die sonratte na die kant van die huls druk.
Tussen die huls en die sonratte is koppelaarplate wat terugdruk en wrywing veroorsaak.
Nes met die oop ewenaar lê die hele kaboedel ratte stil wanneer jy reguit vorentoe ry, maar sodra jy draai, veroorsaak die koppelaarplate se wrywing dat die ewenaarratte nie té maklik in hulle eie rigting draai nie en dat elke dwarsas hierdeur ’n deel van die enjinkrag ontvang.
Die wiel wat op die grond staan, sal ’n persentasie van die krag ontvang (rondom 25%), terwyl die wiel wat in die lug hang, steeds die grootste deel van die krag ontvang en nutteloos tol. Dis nie ’n volmaakte oplossing nie, maar darem beter as ’n oop ewenaar.
Die probleem met ’n beperkte glip-ewenaar is dat die wrywing veroorsaak dat die koppelaarplate ná ’n paar duisend kilometer ingee. Dan word die beperkte glip-ewenaar ’n gewone oop ewenaar tot jy hom herstel of vervang.
Jy kan ’n beperkte glip-ewenaar op die voor- óf agteras laat aanbring, maar hy gaan langer hou op die agteras, en boonop kan ’n voorste beperkte glip-ewenaar ook jou stuuraksie vertraag.
’n Wringkragverdeler (torque vectoring differential) is ’n hoërgraad-onderdeel wat tientalle sensors inspan om inligting rakende die padoppervlak, versnellerposisie, stuurwielposisie, vering, banddruk en allerlei ander faktore in te samel.
’n Rekenaar bereken dan hoeveel wringkrag na watter wiel gestuur word. Dis iets wat reeds in hoëverrigting-sportnutse gebruik word, maar omdat dit so ingewikkeld en duur is, word dit nog net op teerpad gebruik – hy het hom nog nie in die bos bewys nie.
Torsen is ’n samevoeging van die Engelse woorde torque en sensing, en werk soortgelyk aan ’n beperkte glip-ewenaar behalwe dat hier geen vere of koppelaarplate is wat onklaar kan raak nie.
In die plek daarvan het dié een drie stelle spiraal- en groefratte (worm gears en spur gears) wat 1:1 mekaar verbind is. Die drie spiraalratte draai teenaan twee spiraalwiele (worm wheels) teen ’n 45º-hoek wat om die beurt wrywing veroorsaak.
Nes met die beperkte glip-ewenaar is die versamelnaam vir al die ratte en wiele ewenaarratte. Kortom: ’n Torsen-ewenaar verkies dat albei wiele ewe vinnig draai, en indien een dan op ’n gladde oppervlak gly (en meer krag ontvang) terwyl die ander wiel op harde grond is, sal die wrywing tussen ewenaarratte veroorsaak dat die wiel op die harde grond ook enjinkrag kry.
Die probleem met ’n Torsen-ewenaar is dat as een wiel in die lug hang, gaan die wiel op die grond geen krag kry nie. Om dié probleem te omseil moet jy die rempedaal liggies trap (of die handrem effens optrek) wat dan die Torsen-ewenaar in ’n spoel laat verander – meer hieroor later.
Jy kan ’n Torsen-ewenaar gebruik op ’n voor- én agteras, asook in die middel tussen twee dryfasse, soos in die geval van ’n Toyota Land Cruiser 200.
Daar is drie tipes keuse-ewenaarslotte (selectable lockers): lug, elektries en meganies. Eersgenoemde twee kan met die druk van ’n knoppie gesluit word. ’n Lugewenaarslot (air locker) werk met ’n kompressor wat saamgeperste lug gebruik om ’n skyfmeganisme (load plate) te beweeg wat die ewenaarratte sluit sodat jou ewenaar in ’n spoel verander.
’n Goeie voorbeeld is die ARB Air Locker. ’n Voordeel van ARB se lugslot is dat jy sy kompressor kan gebruik om jou trokkie se bande op te pomp.
’n Nadeel is wel dat die lugpyp kan lek en dan wil die ewenaar nie sluit nie. ’n Elektriese ewenaarslot werk dieselfde behalwe dat hy ’n 12 V-stroom gebruik om ’n elektromagneet of motortjie aan te dryf wat die skyfmeganisme beweeg om die ewenaar te sluit.
Die Eaton ELocker is ’n bekende en betroubare elektriese ewenaarslot.
’n Nadeel van die lug- én elektriese slot is dat hulle ’n paar sekondes nodig het om te sluit, en jy moet hulle aanskakel vóór jy ’n hindernis takel (nié as jy klaar in die sop is nie).
As dié slotte inskop terwyl ’n wiel tol, kan jy ’n dwarsas beskadig of selfs die ewenaarslot breek, iets wat crash lock genoem word.
Meganiese keuse-ewenaarslotte soos die Ox Locker werk deur ’n kort hefboom in jou trokkie se kajuit te trek. ’n Fisieke kabel sal dan die skyfmeganisme binne die ewenaar beweeg en die ewenaarratte sluit. Dit is ’n betroubare soort keuse-ewenaarslot juis omdat hy so eenvoudig werk.
Ander voordele is dat hy onmiddellik sluit wanneer jy daai hefboompie trek – en hy bly gesluit ongeag of daar krag of lugdruk is.
Daar is egter diegene wat glo dié direkte koppeling is té hardhandig met die ewenaar. Teenstanders van die meganiese keuse-ewenaarslot voer aan dat die geleidelike en egalige koppeling van ’n lug- of elektriese koppeling beter is.
’n Outomatiese ewenaarslot (automatic diff locker) werk sonder enige insette van die bestuurder. Anders as wat ’n mens sou raai, sluit hy nie vanself nie, maar ontsluit wel vanself. Hy moet ook eintlik nie ’n ewenaarslot genoem word nie, want hy het geen ewenaarratte nie.
Tog word daar in die algemeen na dié slot verwys as ’n ewenaarslot en daarom gaan ons volstaan met die naam.
Die Detroit-slot is dalk die bekendste outomatiese ewenaarslot. Jy kry twee soorte waarvan die gewildste een bestaan uit drie skywe met getande oppervlakke wat teen mekaar druk. Die buitekantste twee skywe is vas aan die dwarsasse en die middelste skyf word indirek deur die dryfas gedraai.
Dit werk soos ’n spoel (ons kom binnekort hierby uit) wanneer jou voertuig vorentoe beweeg, maar as jy draai, sal een van die skywe effens wegbeweeg en van die een tand na die volgende spring. Vir ’n breukdeel van ’n sekonde verloor een van die twee dwarsasse dus krag sodat die wiel vrylik kan rol en keer dat die as knoop.
Dit is ’n eenvoudige stelsel wat goed werk – veral veldtydrenjaers is gaande oor dié een.
Die nadeel vir gewone 4x4-entoesiaste is dat hy klapgeluide maak wanneer jy draai en jou trokkie se hantering nadelig beïnvloed word wanneer jy op teerpad ry. As die geraas jou nie pla nie, is daar verder geen pyne met die Detroit-slot nie.
Oorweeg ook gerus die Eaton MLocker waarmee ons langtermyntoetsvoertuig toegerus is. Hy’s tjoepstil en meng nie in op teerpad nie.
’n Outomatiese slot is geskik vir ’n agteras. As jy een vir ’n voorste as soek, kan jy ’n kleiner soort Detroit-slot, alombekend as ’n lunchbox, oorweeg. ’n Lunchbox pas binne ’n bestaande ewenaarhuls en vervang al die ewenaarratte. Hy werk effens anders as ’n standaard-Detroit-slot, maar in wese is dit dieselfde idee.
’n Alternatief vir Detroit se lunchbox is die Lokka, ’n Australiese slot wat in Suid-Afrika gewild is omdat hy so betroubaar ontsluit wanneer jy draai en ’n spoel vorm wanneer jy weer reguit vorentoe ry.
’n Spoel (spool) is nie ’n ewenaar nie, maar bloot ’n metaalspoel waaraan jy ’n ringrat en twee dwarsasse vasbout.
Die enjinkrag uit die dryfas gaan direk na jou dwarsasse, sonder die inmenging van ewenaarratte. Elke wiel kry áltyd 50% van die enjinkrag wat deur die dryfas verskaf word. Omdat die twee wiele op jou agteras identiese omwentelings het, is ’n spoel nie bedoel vir teer nie – die enigste mense wat dit eintlik gebruik, is ernstige 4x4-entoesiste en woestyntydrenjaers.
As die modifikasies té drasties na jou smaak is, kan jy altyd ’n minispoel aanskaf wat binne jou trokkie se standaard-ewenaarhuls pas, net soos ’n lunchbox, en die ewenaarratte vervang.
Wanneer jy later besluit hy’s te rof vir jou, kan jy dit uiteraard weer uithaal en die ewenaarratte terugsit. Sommige ouens sweis eenvoudig die ewenaarratte aanmekaar en siedaar; jy’t ’n spoel. Dis ’n goedkoop manier, maar as jy droogmaak met die sweiswerk, is daar perde.
Watter een en waar?
As jy ’n argument wil ontketen op ’n 4x4-internetforum, moet jy sê een soort ewenaar of ewenaarslot is beter as die res.
Ons wil niemand woedend maak nie en daarom bly ons eerder uit dié debat. Wat ons wel sal waag om te sê is dat dit alles afhang waarvoor jy jou voertuig wil gebruik en watter soort ryding jy het.
Daar is voor- en nadele aan elke soort ewenaar en ewenaarslot. Ons glo die ewenaarslot is beter op die agteras, maar ons beklemtoon dat daar uitsonderings is.
Twee ewenaarslotte – een op elke as – is uiteraard beter as net een. Jy kan ’n agterste ewenaarslot gesluit los as jy draai, want die agterste wiele se omwentelings verskil gering vergeleke met die voorwiele – ’n geslote agterewenaar sal veg teen jou voorwiele se stuuraksie, maar nie só erg dat jy nie kan draai nie.
Dit is ook nuttig om ’n agterste ewenaarslot in te haak as jy teen ’n hoë duin afry, want dit sluit die agterwiele in dieselfde omwentelings (amper soos om ’n anker te sleep).
Daarteenoor sal ’n voorste slot jou nie veel help om teen ’n duin af te ry nie – inteendeel, hy kan sake vererger.
As jy ’n Amerikaner is wat jaarliks opruk na Moab se rotse, gaan jy van ons verskil. Ons gee toe dat ’n voorste ewenaarslot jou beter gaan help om jou teen klippe uit te trek as wat ’n agterste ewenaar help om jou teen hulle uit te stoot.
In Suider- Afrika, waar ons meermale met sand, gruis en skalie te doen kry, is ’n agterste ewenaarslot na ons mening belangriker.
Heelparty 4x4-entoesiaste hou nie van ’n outomatiese slot op die vooras nie, terwyl ander ’n broertjie dood het aan ’n keuse-ewenaarslot wat jy alewig moet aan- en afskakel.
’n Keuseslot op die vooras reageer boonop soos ’n spoel wat stuuraksie besonder moeilik maak – daarteenoor is ’n outomatiese slot op die vooras meer bestuurdervriendelik mits jy weet hoe om met hom te werk.
Die naaste aan eenstemmigheid wat daar ooit in dié debat kan wees – en selfs dít is geen uitgemaakte saak nie – is dat keuseslotte goed werk in veeldoelige voertuie wat ewe veel tyd in die stad as in die bos deurbring, terwyl eenvoudiger outomatiese slotte meer geskik is vir hardebaard-avonture wat maande of selfs jare duur.
Die ewenaarrat vir voertuie is in 1827 deur die Fransman Onésiphore Pecquer uitgevind. Pecquer se différentiel mécanique is in stoomaangedrewe voertuie gebruik en was dus welbekend toe motors met binnebrandenjins teen die einde van die 19de eeu hulle opwagting maak.
Pecquer het waarskynlik die idee vir ’n ewenaarrat gekry toe hy as jong man sy ambag in horlosiemakery begin het. Sommige horlosies gebruik eenderse toestelle as ewenaarratte en is in 1720 deur ene Joseph Williamson uitgevind.
Karl Benz was die eerste ingenieur wat ewenaarratte in motors met ’n binnebrandenjin gebruik het, maar sy ewenaar is gegrond op ’n soortgelyke uitvindsel as Pecquer s’n – dié slag deur die Brit James Starley in 1876
Meer oor: weg ry sleep mei 2020| toerusting
Ewenaarslot of viertrek... of is dit om ’t ewe?
Wat is beter: outomaties of handrat?
Rubriek: AWD vs. 4WD