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Die Erfindung betrifft ein Differential, und insbesondere ein Differential unter Verwendung von Stirnrädern als Differentialräder.
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Das
japanische Patent mit der Veröffentlichungsnummer 11-182650 offenbart ein Differential mit einem Differentialmechanismus unter Verwendung von Kegelrädern. Die Kegelräder erzeugen infolge ihrer Eingriffsreaktionskräfte ein Sperrdifferentialdrehmoment.
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Im Allgemeinen unterliegt ein Kegelrad während seines Betriebs einem großen Flankenspiel. Dann entsteht infolge einer auf das Kegelrad ausgeübten Eingriffsreaktionskraft ein Verlust an Druckkraft. Daher ist es erforderlich, dass bei dem Differential ein derartiges Flankenspiel möglichst minimiert wird.
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Die
WO 2006/024306 A1 und
WO 2005/047043 A1 offenbaren jeweils ein Differential mit einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle, einem Differentialgehäuse, einem ersten und einem zweiten Kronenrad, einem Ritzelelement, und Positionierungsabschnitten zur Bestimmung einer äußeren und einer inneren Position des Ritzelelements in Radialrichtung des Differentials.
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Die
DE 103 08 081 B3 beschreibt ein Differential mit einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle, einem Differentialgehäuse, einem ersten und einem zweiten Stirnrad, einem Ritzelelement, und Positionierungsabschnitten zur Bestimmung einer äußeren und einer inneren Position des Ritzelelements in Radialrichtung des Differentials.
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Die
DE 38 41 234 A1 beschreibt ein Differential mit einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle, einem Differentialgehäuse, einem ersten und einem zweiten Kegelrad, einem Ritzelelement, und Positionierungsabschnitten zur Bestimmung einer äußeren und einer inneren Position des Ritzelelements in Radialrichtung des Differentials.
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Unter den oben genannten Umständen ist es ein Ziel der Erfindung, ein Differential zu schaffen, dessen Sperrdifferentialwirkung verbessert ist.
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Das oben genannte Ziel wird durch ein Differential nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Längsschnitt eines Differentials gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie I-I aus 2;
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2 einen Querschnitt des Differentials aus 1;
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3 eine perspektivische Explosionsansicht eines Differentialmechanismus aus 1;
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4 eine perspektivische Ansicht einer in 1 gezeigten Anordnung einer Ritzelwelle mit Ritzeln und eines Halters;
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5 einen Längsschnitt eines Differentials gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 einen Längsschnitt eines Differentials, das keine Ausführungsform der Erfindung ist;
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7 einen Längsschnitt eines Differentials, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, entlang der Linie VII-VII aus 8;
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8 einen Querschnitt des Differentials aus 7;
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9 einen Längsschnitt eines Differentials gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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10 einen Längsschnitt eines Differentials gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf die Zeichnung werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Mit Bezug auf 1 bis 4 wird zuerst ein Differential gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Differential 1 weist ein Differentialgehäuse 2 und einen Differentialmechanismus 3 auf, welcher von dem Differentialgehäuse 2 gedreht werden kann.
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Das Differentialgehäuse 2 weist ein erstes Gehäuse 5 und ein zweites Gehäuse 7 auf. Das zweite Gehäuse 7 ist mittels einer Mehrzahl von Schrauben 9 an dem ersten Gehäuse 5 befestigt. Das Differentialgehäuse 2 ist an einem Tellerrad (nicht gezeigt) befestigt.
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Das erste Gehäuse 5 weist eine Umfangswand 5a auf, die sich um eine Achse O des Differentials 1 herum erstreckt. Wie in 2 gezeigt, ist die Umfangswand 5a mit zwei diametral gegenüberliegenden Öffnungen 5e zum Einsetzen einer Ritzelwelle 15 in das Differentialgehäuse 5 versehen. Die Umfangswand 5a weist ferner zwei zusätzliche diametral gegenüberliegende Öffnungen 5f im rechten Winkel zu der Mittellinie der Öffnungen 5e auf. Die Umfangswand 5a ist ferner an ihrem einen Ende mit einem Flansch 5b versehen, der sich in Radialrichtung des Differentials 1 erstreckt. Wie in 2 gezeigt, weist der Flansch 5b eine Mehrzahl von Befestigungsöffnungen 5g zum Einsetzen von Schrauben zur Befestigung des oben genannten Tellerrades an das Differentialgehäuse 2 auf. Das erste Gehäuse 5 weist ferner eine Seitenwand 5c auf, die sich von der Umfangswand 5a in Radialrichtung des Differentials 1 nach innen erstreckt. Die Seitenwand 5c weist eine Schmiermittelverbindungsöffnung 5h auf, welche die Wand 5c in Axialrichtung des Differentials 1 durchdringt und die Fließbewegung von Schmieröl ermöglicht. Die Seitenwand 5c weist eine Innenwand 5c1 auf, die sich senkrecht zur Axialrichtung des Differentials 1 erstreckt. Das erste Gehäuse 5 weist eine Nabe 5d auf, die sich von der Seitenwand 5c in Axialrichtung des Differentials 1 nach außen erstreckt.
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Das zweite Gehäuse 7 weist eine Seitenwand 7a auf, die sich in Radialrichtung des Differentials 1 erstreckt. Die Seitenwand 7a ist mit einer Verbindungsöffnung 7d versehen, welche die Seitenwand 7a in Axialrichtung des Differentials 1 durchdringt. Die Seitenwand 7a weist eine Innenwand 7a1 auf, die sich senkrecht zur Axialrichtung des Differentials 1 erstreckt.
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Das zweite Gehäuse 7 weist einen Flansch 7b auf, der sich von dem einen Ende der Seitenwand 7a in Radialrichtung des Differentials 1 erstreckt. Der Flansch 7b weist eine Mehrzahl von Befestigungsöffnungen 7e auf, die zu den Befestigungsöffnungen 5g ausgerichtet sind, um die oben genannten Schrauben zur Befestigung des oben genannten Tellerrades einzusetzen. Das zweite Gehäuse 7 weist eine Nabe 7c auf, die sich von dem anderen Ende der Seitenwand 7a in Axialrichtung des Differentials 1 nach außen erstreckt.
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Der Differentialmechanismus 3 weist die Ritzelwelle 15 auf, die durch die Öffnungen 5e hindurch in das erste Gehäuse 5 eingesetzt sind. Um zu verhindern, dass die Ritzelwelle 15 aus dem ersten Gehäuse 5 herausfällt, ist ein Federbolzen 17 derart angeordnet, dass er das erste Gehäuse 5 und die in dieses eingesetzte Ritzelwelle 15 durchdringt. Außerdem ist zur Verhinderung des Herausfallens des Federbolzens 17 aus dem Differential 1 der Federbolzen 17 mit einem ringförmigen Vorsprung (Abschnitt) 19 verhakt, der an dem zweiten Gehäuse 7 ausgebildet ist.
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Der Differentialmechanismus 3 weist ein Paar Ritzel 25 auf, die an beiden Enden der Ritzelwelle 15 positioniert sind. Die Ritzel 25 sind um die Ritzelwelle 15 paarweise drehbar. Jedes Ritzel 25 weist eine Gleitfläche 25b auf, die in direktem Kontakt mit einer Innenfläche 5s des ersten Gehäuses 5 steht. Die Innenfläche 5s des ersten Gehäuses 5 dient als ein Positionierungsabschnitt (erster Positionierungsabschnitt) zur Bestimmung einer äußeren Position jedes Ritzels 25 in Radialrichtung. Der erste Positionierungsabschnitt ist derart gestaltet, dass er eine sphärische Fläche bildet, die teilweise eine bestimmte Wölbung aufweist. Jedes Ritzel 25 ist als Geradstirnrad ausgebildet und weist Zähne 25a auf, die sich parallel zur Axialrichtung des Differentials 1 erstrecken. Es wird angemerkt, dass auch ein Schrägstirnrad als Ritzel 25 verwendet werden kann. Eine Außenfläche jedes Ritzels 25 (in Radialrichtung des Differentials 1), die sich von den jeweiligen Außenflächen der Zähne 25a zu der Gleitfläche 25b erstreckt, ist derart gestaltet, dass sie teilweise eine sphärische Fläche mit derselben Wölbung wie die des ersten Positionierungsabschnitts bildet.
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Der Differentialmechanismus 3 weist ein Paar Achswellenräder 21, 23 auf, die in Bezug auf die Ritzelwelle 15 achssymmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Achswellenräder 21, 23 sind jeweils als Kronenräder ausgebildet. Die Achswellenräder 21, 23 weisen jeweils Zähne 21a, 23a auf, die sich parallel zur Axialrichtung des Differentials 1 erstrecken und den Ritzeln 25 gegenüberliegen und mit diesen in Eingriff stehen. Die Achswellenräder 21, 23 weisen jeweils eine Rückwand 21h, 23h auf, die an der entgegengesetzten Seite der jeweiligen Zähne 21a, 23a ausgebildet ist. Die Rückwände 21h, 23h erstrecken sich senkrecht zur Axialrichtung des Differentials 1. Die Rückwand 21h, 23h und die Innenwand 7a1, 5c1 definieren jeweils einander gegenüberliegende ringförmige Flächen, die sich in Radialrichtung des Differentials 1 erstrecken und in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der im Wesentlichen gleich der Dicke einer Reibscheibe 28, 29 zwischen der Rückwand 21h, 23h und der Innenwand 7a1, 5c1 ist.
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Die Achswellenräder 21, 23 sind mit ringförmigen Stützkörpern 21b, 23b versehen, die sich vor den jeweiligen Zähnen 21a, 23a erstrecken. Die Stützkörper 21b, 23b stützen ein inneres Ende jedes Ritzels 23 in Radialrichtung des Differentials 1 und dienen jeweils als ein anderer Positionierungsabschnitt (zweiter Positionierungsabschnitt) zur Bestimmung einer inneren Position jedes Ritzels 25 in Radialrichtung des Differentials 1. Die Achswellenräder 21, 23 weisen ringförmige Vorsprünge 21c, 23c auf, die sich vor den jeweiligen Stützkörpern 21b, 23b in Axialrichtung des Differentials 1 erstrecken. Ferner weisen die Achswellenräder 21, 23 Naben 21d, 23d auf, die sich jeweils in Axialrichtung des Differentials 1 nach außen erstrecken. Die Naben 21d, 23d sind an einer Innenumfangsfläche der Seitenwand 7a des zweiten Gehäuses 7 bzw. der Seitenwand 5a des ersten Gehäuses 5 gleitend abgestützt.
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In verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung der Achswellenräder 21, 23 werden Eingriffsabschnitte zwischen den Ritzeln 25 und dem ersten bzw. dem zweiten Achswellenrad 21, 23 sowie Druckabschnitte von mehreren Federn 33 gleichermaßen gebildet. Ferner sind die Federn 33 in Umfangsrichtung jeweils im gleichen Abstand von den beiden Ritzeln 25 angeordnet.
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Die Reibscheiben 28, 29 des Differentials 1 dienen als Reibkupplung. Die Position der Reibscheiben 28, 29 in Axialrichtung des Differentials wird durch die Rückwand 21h des ersten Achswellenrades 21 und die Seitenwand 7a des Gehäuses 7 bzw. durch die Rückwand 23h des zweiten Achswellenrades 23 und die Seitenwand 5c des Gehäuses 5 bestimmt. Die Reibscheiben 28, 29 sind zum Beispiel als scheibenförmige Platten ausgebildet, die mit den Gehäusen 7, 5 und den Achswellenrädern 21, 23 durch bestimmte Reibungskoeffizienten in Reibkontakt stehen. Ebenso kann eine Reibscheibe nur zwischen dem Differentialgehäuse 2 und wenigstens einem der Achswellenräder 21, 23 vorgesehen sein.
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Das Differential 1 weist einen Halter 31 auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Achswellenrad 21, 23 in Axialrichtung des Differentials 1 angeordnet ist. Der Halter 31 weist ein Paar Halterelemente 41, 43 auf, die an jeweiligen Seitenwänden der Stützkörper 21c, 23c angeordnet sind. Die Ritzelwelle 15 ist zwischen den Halterelementen 41, 43 angeordnet. Der Halter 31 weist ferner die beiden Schraubenfedern 33 auf, die jeweils zwischen einer Federaufnahme 35 des Halterelements 41 und einer anderen Federaufnahme 37 des Halterelements 43 angeordnet sind. Somit ist jedes Halterelement 41, 43 mit zwei Federaufnahmen 35, 37 versehen. Die Schraubenfedern 33 drücken das erste und das zweite Achswellenrad 21, 23 gegen die Reibscheiben 28, 29.
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In Abhängigkeit von der festgelegten Belastung, dem Druckausgleich usw. kann die Feder 33 durch entweder getrennte Federelemente oder ein Federelement mit kleinen Federn gebildet werden. Das heißt, die Wirkung der Feder 33 kann durch ein einziges Federelement mit einer Gruppe von Federn erreicht werden.
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Durch die Innenumfangsfläche des Differentialgehäuses 2 und die Außenfläche der Achswellenräder 21, 23 in Radialrichtung des Differentials 1 definierte Räume dienen jeweils als ein ringförmiges Ölreservoir 70a, 70b zur Aufnahme von Öl als Schmiermittel für die jeweilige Reibscheibe 28, 29 usw.
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Außerdem sind zusätzliche Ölreservoire 71a, 71b in jeweiligen Eingriffsabschnitten zwischen den Ritzeln 25 und dem ersten bzw. dem zweiten Achswellenrad 21, 23 definiert. Die Ölreservoire 71a, 71b sind Räume, die durch die Zähne der Achswellenräder 21, 23 und die Zähne 25a jedes Ritzels 25 definiert werden, und sind über die ringförmigen Ölreservoire 70a, 70b mit der jeweiligen Verbindungsöffnung 7d, 5h verbunden.
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Als nächstes wird der Betrieb des Differentials 1 beschrieben.
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Das Tellerrad (nicht gezeigt) dreht sich zusammen mit dem Differentialgehäuse 2. Dann dreht sich das Differentialgehäuse 2 zusammen mit der Ritzelwelle 15, den Ritzeln 25 und dem ersten und dem zweiten Achswellenrad 21, 23.
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Wenn eine ungleichmäßige Kraft zwischen dem linken und dem rechten Rad erzeugt wird, drehen sich die Ritzel 25, so dass sich das erste und das zweite Achswellenrad 21, 23 relativ zueinander drehen und eine Differentialbewegung zwischen ihnen erzeugt wird.
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Unter jeweiligen Druckkräften drücken die Ritzel 25 die Achswellenräder 21, 23 gegen die Reibscheiben 28, 29, wodurch Reibungskräfte zwischen den Reibscheiben 28, 29 und den Achswellenrädern 21, 23 erzeugt werden. Die Differentialbewegung zwischen den Achswellenrädern 21, 23 wird durch die Reibungskräfte begrenzt. Wie bereits erwähnt, sind die Ritzel 25 als Geradstirnräder ausgebildet, während das erste und das zweite Achswellenrad 21, 23 als Kronenräder ausgebildet sind. Die Zahnflankenlinien der Ritzel 25 und der Achswellenräder 21, 23 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung des Differentials 1. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die Drücke zwischen den Ritzeln 25 und den Achswellenrädern 21, 23 möglichst nicht in Radialrichtung, sondern in Axialrichtung wirken. Daher kann das Differential 1 beträchtlich große Axialkomponenten der Eingriffsdruckkräfte bilden, die an den Achswellenrädern 21, 23 infolge des Eingriffs zwischen den Ritzeln 25 und den Achswellenrädern 21, 23 erzeugt werden. Demzufolge werden die Drücke gegen die Reibscheiben 28, 29 erhöht, um eine größere Sperrdifferentialkraft zu bilden.
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Gemäß der oben genannten Ausführungsform kann, da jedes Achswellenrad 21, 23 als Kronenrad eine Eingriffsreaktionskraft erzeugt, die in Druckrichtung bei demselben Druckwinkel größer als die des anderes Rades ist, ein großes Sperrdifferentialdrehmoment im Vergleich zu dem eines anderen Differentials unter Verwendung derselben Kupplung und konisch zulaufender Kegelräder gebildet werden.
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Außerdem können, da die Kombination der Achswellenräder 21, 23 mit den Ritzeln 25 eine Verkürzung deren axialer Länge ermöglicht, die Räume für den Einbau der Reibscheiben 28, 29 leicht sichergestellt werden.
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Der Druck der Schraubenfedern 33 wirkt auf das erste und das zweite Achswellenrad 21, 23 von einem frühen Stadium des Betriebs. Jede Feder 33 schafft einen gleichmäßigen Druck, um eine stabile Sperrdifferentialkraft zu bilden. Da der Druck in derselben Richtung wie die Druckkraft wirkt, kann die Verbindungsfestigkeit des Sperrdifferentialmechanismus verbessert werden.
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Die Positionierung jedes Ritzels 25 in Radialrichtung wird durch die Innenfläche 5s (d. h. den ersten Positionierungsabschnitt) des ersten Gehäuses 5 und die Stützkörper 21b, 23b (d. h. die zweiten Positionierungsabschnitte) der Achswellenräder 21, 23 bestimmt. Demzufolge kann verhindert werden, dass die Ritzel 25 in Radialrichtung verschoben werden, wodurch eine Ausbreitung der Druckkraft in Radialrichtung unterdrückt wird, welche durch den Eingriff der Ritzel 25 mit den Achswellenrädern 21, 23 sicher auftreten würde.
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Da die radial äußere Fläche jedes Ritzels 25 mit der Gleitfläche 25b (und der erste Positionierungsabschnitt des ersten Gehäuses) einen Teil der sphärischen Fläche bildet, kann sicher verhindert werden, dass das Ritzel 25 in Radialrichtung verschoben wird.
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Außerdem können infolge des Vorsehens der Ölreservoire 70a, 70b, welche die Verbindungsöffnungen 7d und 5h des ersten und des zweiten Gehäuses mit den Ölreservoiren 71a, 71b an den Eingriffsabschnitten zwischen den Zähnen 21a, 23a der Achswellenräder 21, 23 und den Zähnen 25a der Ritzel 25 verbinden, die Differentialbewegungen zwischen den Reibscheiben 28, 29, den Achswellenrädern 21, 23 und den Ritzeln 25 erleichtert werden.
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Um die Sperrdifferentialwirkung zu erhöhen, können die jeweiligen Gleitabschnitte der Reibscheiben 28, 29 und der Achswellenräder 21, 23 (oder des Differentialgehäuses 2) mit Strukturen hoher Reibung (vorbestimmte Härte, Rauheit usw.) durch eine bestimmte Härtebehandlung, eine bestimmte Oberflächenbehandlung oder Beschichtungen versehen sein. Außerdem können die Reibscheiben 28, 29 an ihren Flächen derart modifiziert werden, dass sie Nuten (z. B. Umfangsnuten, Radialnuten, Gitter usw.), Unebenheiten, Flächen mit ungleichmäßigen Rauheiten usw. im Hinblick auf die Verbesserung des Schmierungs- und Kühlungsvermögens und der weiteren Stabilisierung der Reibeigenschaften aufweisen. Alternativ können, um die Haltbarkeit des Differentials zu verbessern, die Gleitflächen der oben genannten Komponenten einer Behandlung mit Nitrid oder DLC (diamantähnlichem Kohlenstoff) im Hinblick auf die Erhöhung der Oberflächenhärte unterzogen werden.
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Mit Bezug auf 5 wird nun ein Differential 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Das Differential 1A weist metallische Reibscheiben 51, 53 auf, deren Flächen einer „Nitrotec-Behandlung” (eingetragenes Markenzeichen) unterzogen werden und die als Reibkupplungen wirken. Es wird angemerkt, dass diese Nitrotec-Behandlung eine Art von kombinierter Oberflächenwärmebehandlung darstellt, die aus Gasnitrokarburieren, Schwarzoxidieren, Rostschutz und Schmierungs- und Imprägnierungsverfahren zusammengesetzt ist. Die ringförmigen Reibscheiben 51, 53 weisen Kupplungsringe 51a, 53a auf, die sich radial nach außen bis zu den jeweiligen Verbindungsöffnungen 5h, 7d erstrecken. Die Reibscheiben 51, 53 weisen ferner Wirbelstopper 51b, 53b auf, die sich von den Kupplungsringen 51a, 53a in Axialrichtung erstrecken, um mit den Verbindungsöffnungen 5h, 7d in Eingriff zu stehen. Die Reibscheiben 51, 53 bilden eine Sperrdifferentialkraft, ohne an dem Differentialgehäuse 2 zu gleiten.
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In 5 sind die anderen Elemente in derselben Weise und mit derselben Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet. Daher wird eine Beschreibung dieser Elemente weggelassen.
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Mit Bezug auf 6 wird ein Differential 1B beschrieben, das keine Ausführungsform der Erfindung ist.
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Das Differential 1B weist Kegelkupplungen 55, 57 auf, die zwischen dem Achswellenrad 23 und dem Gehäuse 5 bzw. zwischen dem Achswellenrad 21 und dem Gehäuse 7 angeordnet sind.
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Die Achswellenräder 21, 23 weisen ringförmige Stirnwände 21f, 23f auf, die jeweils schräg zur Axialrichtung des Differentials 1B ausgebildet sind. Die Gehäuse 5, 7 weisen Innenwände 5i, 7f auf, die sich jeweils parallel zu den Stirnwänden 23f, 21f erstrecken.
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Die Kegelkupplungen 55, 57 weisen jeweils einen ringförmigen konischen Ring (Abschnitt) 55a, 57a auf, der zwischen der Innenwand 5i, 7f und der Stirnwand 23f, 21f angeordnet und mit einer Beschichtung aus DLC (diamantähnlichem Kohlenstoff) überzogen ist. Die Kegelkupplungen 55, 57 weisen ferner Stopper (Abschnitte) 55b, 57b auf, die sich von den jeweiligen konischen Ringen 55a, 57a in Radialrichtung des Differentials 1B nach innen erstrecken. Beim Betrieb gelangen die Stopper 55b, 57b jeweils mit einem Vorsprungsabschnitt 5k, 7i in Eingriff, der sich von der jeweiligen Seitenwand 5c, 7a erstreckt, um die Drehung der Kegelkupplung 57 zu stoppen.
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In 6 sind die anderen Elemente in derselben Weise und mit derselben Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet. Daher wird eine Beschreibung dieser Elemente weggelassen.
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Mit Bezug auf 7 und 8 wird nun ein Differential 1C beschrieben, das keine Ausführungsform der Erfindung ist.
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Das Differential 1C weist ein Differentialgehäuse 2A mit einem Tellerrad (nicht gezeigt) auf. Das Differentialgehäuse 2A weist ein erstes Gehäuse 5A und ein zweites Gehäuse 7A auf, die mittels Schrauben (in der Figur ist nur eine gezeigt) miteinander verbunden sind.
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Das Differential 1C weist einen Differentialmechanismus 3A auf, der in dem Differentialgehäuse 2A angeordnet ist. Der Differentialmechanismus 3A ist zwischen dem ersten Gehäuse 5A und dem zweiten Gehäuse 7A angeordnet und weist einen ringförmigen Basisabschnitt 15B an der Seite einer Achse des Differentials 1C auf. Der Basisabschnitt 15B ist in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Differentials 1C mit vier Ritzelwellen 15A versehen. Die Ritzelwellen 15A sind einstückig mit dem Basisabschnitt 15B ausgebildet und erstrecken sich in Radialrichtung des Differentials 1C nach außen. Im Einzelnen sind die Ritzelwellen 15A in Abständen von 1/2 × pi (d. h. 90 Grad) in Umfangsrichtung des Differentials 1C angeordnet. Die Ritzelwellen 15A sind zwischen dem Differentialgehäuse 2A und einem Druckelement 71 angeordnet.
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Der Differentialmechanismus 3A weist vier Ritzel 25A (als Geradstirnräder) auf, die an den jeweiligen Ritzelwellen 15A drehbar abgestützt sind.
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Der Differentialmechanismus 3A weist ein Paar Achswellenräder 21A, 23A (als Kronenräder) auf, die einander gegenüberliegend und mit den Ritzelwellen 15A dazwischen angeordnet sind.
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Die Achswellenräder 21A, 23A weisen Zähne 21a, 23a auf, die mit den jeweiligen Ritzeln 25A in Eingriff stehen. Die Achswellenräder 21A, 23A weisen Stützkörper 21b, 23b, welche die jeweiligen Ritzel 25A abstützen, und Naben 21d, 23d auf, die sich jeweils in Axialrichtung des Differentials 1C nach außen erstrecken. Die Naben 21d, 23d sind an ihren Außenumfangsflächen jeweils mit Keilnuten 21e, 23e versehen. Außerdem weisen die Achswellenräder 21A, 23A Endabschnitte 21h, 23h auf, die sich von den jeweiligen Naben 21d, 23d nach außen erstrecken und von den jeweiligen Gehäusen 7A, 5A getragen werden. Die Achswellenräder 21A, 23A weisen Vorsprünge 21g, 23g auf, die jeweils an der entgegengesetzten Seite der Zähne 21a, 23a ausgebildet sind.
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Das Differential 1C weist ferner Mehrscheibenkupplungen 61, 63 als Sperrdifferentialmechanismus 4A auf. Die Mehrscheibenkupplungen 61, 63 weisen Innenscheiben 61a, 63a, die mit den jeweiligen Keilnuten 23e, 21e verbunden sind, und Außenscheiben 61b, 63b auf, die mit jeweiligen Keilnuten 5j, 7g verbunden sind. Die Mehrscheibenkupplungen 61, 63 weisen Eingriffsringe 61c, 63c auf, die zwischen den Keilnuten 5j, 7g und den Außenscheiben 61b, 63b angeordnet sind. Die Eingriffsringe 61c, 63c sind vorgesehen, um zu verhindern, dass eine hohe Flächenpressung auftritt, die von den Außenscheiben 61b, 63b verursacht werden würde, die direkt mit den jeweiligen Keilnuten 5j, 7g des Differentialgehäuses 5A aus Metallguss in Eingriff stehen. Die Mehrscheibenkupplungen 61, 63 weisen Kegelfedern 65, 67 zwischen den jeweiligen Scheiben 61a, 61b, 63a, 63b und dem jeweiligen Gehäuse 5A, 7A auf. Die Kegelfedern 65, 67 sind jeweils in Reihe in Axialrichtung angeordnet. Die Kegelfedern 65, 67 und die jeweiligen Vorsprünge 23g, 21g drücken die Innenscheibe 61a, 63a und die Außenscheibe 63b, 63b in entgegengesetzter Richtung.
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Als nächstes wird der Betrieb des Differentials 1C beschrieben.
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Das Tellerrad (nicht gezeigt) dreht sich zusammen mit dem Differentialgehäuse 2A. Dann dreht sich das Differentialgehäuse 2A zusammen mit den Ritzelwellen 15A, den Ritzeln 25A und den Achswellenrädern 21A, 23A.
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Wenn eine ungleichmäßige Kraft zwischen dem linken und dem rechten Rad erzeugt wird, drehen sich die Ritzel 25A, so dass sich das erste und das zweite Achswellenrad 21A, 23A relativ zueinander drehen und eine Differentialbewegung zwischen ihnen erzeugt wird. Die Innenscheiben 61a, 63a drehen sich zusammen mit den jeweiligen Achswellenrädern 21A, 23A, während sich die Außenscheiben 61b, 63b zusammen mit den jeweiligen Gehäusen 5A, 7A drehen.
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Die Ritzel 25A drücken die Vorsprünge 21g, 23g der Achswellenräder 21A, 23A gegen die Innen- und Außenscheiben 61a, 61b, 63a, 63b in Axialrichtung des Differentials 1C nach außen, während die Kegelfedern 65, 67 die Innen- und Außenscheiben 61a, 61b, 63a, 63b in Axialrichtung nach innen drücken. Die Innen- und Außenscheiben 61a, 61b, 63a, 63b drehen sich relativ zueinander, während sie gleiten, da sie zwischen dem jeweiligen Vorsprung 23g, 21g und der jeweiligen Kegelfeder 65, 67 gedrückt werden. Diese Gleitbewegungen begrenzen die Differentialbewegung zwischen den Achswellenrädern 21A, 23A.
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Dann drücken die Ritzel 25A die Achswellenräder 21A, 23A nicht in Radialrichtung, sondern in Axialrichtung. Demzufolge werden die Mehrscheibenkupplungen 61, 63 unter großem Druck fest eingerückt.
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Bei dem Differential 1C wirken die Drücke der Kegelfedern 65, 67 in entgegengesetzter Richtung zu den Druckkräften der Achswellenräder 21A, 23A. In einem frühen Stadium wirken die Kegelfedern 65, 67 an dem ersten und dem zweiten Achswellenrad 21A, 23A infolge von charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Federn 65, 67. Die Kegelfedern 65, 67 steuern die Sperrdifferentialkraft in dem frühen Stadium und erhöhen die Einrückkraft des Sperrdifferentialmechanismus 4A.
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In 7 und 8 sind die anderen Elemente in derselben Weise und mit derselben Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet. Daher wird eine Beschreibung dieser Elemente weggelassen.
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Mit Bezug auf 9 wird nun ein Differential 1D gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Das Differential 1D ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des zweiten Positionierungsabschnitts zur Bestimmung der radial inneren Position jedes Ritzels 25 von einem ersten Halterelement 410 und einem zweiten Halterelement 430 anstelle der Stützkörper 21b, 23b des ersten und des zweiten Achswellenrades 21, 23 übernommen wird. Das erste und das zweite Halterelement 410, 430 sind jeweils an ihren beiden Enden mit Biegeabschnitten 410a, 430a versehen, die sich in Axialrichtung erstrecken. Die Biegeabschnitte 410a, 430a stützen mit ihrer Außenfläche in Radialrichtung die Ritzel 25 in Radialrichtung ab. Demzufolge werden die Positionen der Ritzel 25 in Radialrichtung des Differentials 1D von der Innenfläche 5s (d. h. dem ersten Positionierungsabschnitt) des ersten Gehäuses 5 und den Biegeabschnitten 410a, 430a des ersten und des zweiten Halterelements 410, 430 bestimmt.
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In 9 sind die anderen Elemente in derselben Weise und mit derselben Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet. Daher wird eine Beschreibung dieser Elemente weggelassen.
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Mit Bezug auf 10 wird nun ein Differential 1E gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Das Differential 1E ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des zweiten Positionierungsabschnitts zur Bestimmung der radial inneren Position jedes Ritzels 25 von einem Abstandshalterelement 500 anstelle der Stützkörper 21b, 23b des ersten und des zweiten Achswellenrades 21, 23 übernommen wird.
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Das Abstandshalterelement 500 wird von einem zylindrischen Element mit Durchgangsöffnungen für die Ritzelwelle 15 gebildet und begrenzt die axialen Positionen des ersten und des zweiten Achswellenrades 21, 23. Das Abstandshalterelement 500 weist ferner eine Lagerfläche 500a auf, die um jede Durchgangsöffnung herum ausgebildet ist, um das Ritzel 25 in Radialrichtung des Differentials 1E abzustützen. Demzufolge werden die Positionen der Ritzel 25 in Radialrichtung des Differentials 1E von der Innenfläche 5s (d. h. dem ersten Positionierungsabschnitt) des ersten Gehäuses 5 und der Lagerfläche 500a des Abstandshalterelements 500 bestimmt.
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In 10 sind die anderen Elemente in derselben Weise und mit derselben Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet. Daher wird eine Beschreibung dieser Elemente weggelassen.
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Die Funktionen und Wirkungen der oben genannten Erfindung werden wie folgt zusammengefasst.
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Zuerst kann gemäß der Erfindung infolge der Anwendung der Stirnräder, die in der Lage sind, große Eingriffsreaktionskräfte in der Druckrichtung bei demselben Druckwinkel zu erzeugen, ein größeres Sperrdifferentialdrehmoment als bei einem anderen Differential unter Verwendung derselben Kupplungsscheibe und konisch zulaufender Kegelräder gebildet werden.
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Außerdem ermöglicht die Kombination der Kronenräder mit dem Ritzel eine Verkürzung der axialen Länge einer solchen Anordnung, so dass der Raum für das Reibelement sichergestellt wird.
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Beim Betrieb des Differentials wirkt ein Druck (Druckkraft) des Federelements (z. B. der Federn 33) an dem ersten und dem zweiten Kronenrad von einem frühen Stadium des Betriebs. Infolge der Aufbringung eines gleichmäßigen Drucks durch das Federelement ist es möglich, dem Differential eine stabile Sperrdifferentialkraft bereitzustellen. Nach einer Ausführung der Erfindung kann der Druck des Federelements in derselben Richtung wie die Druckkraft wirken. Der Sperrdifferentialmechanismus könnte hinsichtlich seiner Einrückkraft erhöht werden.
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Nach einer anderen Ausführung der Erfindung kann der Druck des Federelements in entgegengesetzter Richtung zu der Druckkraft wirken. In dem frühen Stadium des Betriebs des Differentials würde der Druck des Federelements an dem ersten und dem zweiten Kronenrad entsprechend den Charakteristika des Federelements wirken. Dann steuert das Federelement die Sperrdifferentialkraft anfangs in dem frühen Stadium des Betriebs, wodurch die Einrückkraft des Sperrdifferentialmechanismus erhöht wird.
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Unter dem Einfluss von aktiven Kräften beschränkt das Reibelement eine einseitige Abnutzung zwischen dem Reibelement und dem Gleitelement, wodurch das Auftreten von Geräuschen, Vibrationen usw. verhindert wird.
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Ferner ist es durch Festlegen des Außendurchmessers der Scheibe als Reibelement auf einen vorbestimmten Wert möglich, eine gewünschte Einrückkraft des Sperrdifferentialmechanismus zu bilden, so dass eine Bestimmung der Charakteristika des Sperrdifferentials oder dessen Modifikation erleichtert wird.
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Gemäß der Erfindung ist es infolge der Anordnung des Eingriffsabschnitts und des Druckabschnitts möglich, einen Antriebsausgleich zwischen der Eingriffskraft und dem Druck an dem Reibelement zu verbessern, so dass die Reibeigenschaften des Differentials weiter stabilisiert werden.
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Die Position des Ritzels in Radialrichtung des Differentials wird durch sowohl das Differentialgehäuse als auch das erste und das zweite Kronenrad (oder das von dem ersten und dem zweiten Kronenrad getragene Stützelement) bestimmt. Demzufolge ist es möglich, zu verhindern, dass das Ritzel in Radialrichtung des Differentials verschoben wird, wodurch eine radiale Ausbreitung der Druckkraft, die durch den Eingriff des Ritzels mit den ersten und dem zweiten Kronenrad verursacht wird, sicher unterdrückt werden kann.
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Außerdem kann, da die radial äußere Fläche des Ritzels derart gestaltet ist, dass sie teilweise eine sphärische Fläche bildet, eine Verschiebung des Ritzels in Radialrichtung sicherer verhindert werden.
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Weiterhin kann infolge des Vorsehens des Ölreservoirs außerhalb des ersten und des zweiten Kronenrades in Radialrichtung die Differentialbewegung der Reibscheibe usw. erleichtert werden.
