DE102007020358B4

DE102007020358B4 - Sperrdifferenzial

Info

Publication number: DE102007020358B4
Application number: DE102007020358A
Authority: DE
Inventors: Craig S. Ross; Clinton E. Carey
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2027-05-01
Also published as: DE102007020358A1; US20070259751A1; CN101067448A; US7537538B2; CN100585230C

Abstract

Sperrdifferenzial, umfassend: einen Differenzialmantel (28) für eine Differenzialanordnung (16), die einen mittels Hohlwellen im Differenzialmantel (28) gelagerten Differenzialträger (26), ein Paar im Differenzialträger (26) drehbar gelagerte, an durch die Hohlwellen geführten Achsen (42, 46) befestigte Seitenräder (30, 32) und ein weiteres Paar im Differenzialträger (26) angeordnete, mit den Seitenrädern (30, 32) zusammenwirkende Verteilerzahnräder (34, 36) einschließt und ein außerhalb des Differenzialmantels (28) befindliches, davon separates, einen Schlupfsteuermechanismus (18) umschließendes, den Austausch von Bauteilen, ohne die Differenzialanordnung (16) und den Schlupfsteuermechanismus (18) vollständig auseinander bauen zu müssen, ermöglichendes Gehäuse (50), wobei der Schlupfsteuermechanismus (18) ein erstes, an einer der Hohlwellen angeordnetes Antriebszahnrad (52), ein zweites an der durch diese Hohlwelle geführten Achse (42) befestigtes Antriebszahnrad (54), ein erstes, mit dem ersten Antriebszahnrad (52) in Eingriff stehendes Verteilerzahnrad (56), ein zweites, mit dem zweiten Antriebszahnrad (54) in Eingriff stehendes Verteilerzahnrad (58) und einen Drehmomentübertragungsmechanismus (62) mit gesteuertem Schlupf zum...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Sperrdifferenziale, die in Fahrzeugendantrieben zu finden sind, nämlich Differenziale mit einer Sperrfähigkeit zwischen den Abtriebsachsen des Differenzials.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftfahrzeugantriebsstränge wenden im Allgemeinen ein Getriebe und einen Differenzialmechanismus an. Der Differenzialmechanismus ist enthalten, um eine Leistungsverteilung von dem Getriebe auf die Antriebsräder eines Fahrzeugs oder auf die vorderen und hinteren Antriebsdifferenziale eines Fahrzeugs zuzulassen. Der Differenzialmechanismus weist üblicherweise ein Antriebszahnradelement auf, das ein Gehäuse oder einen Mantel rotiert, mehrere Seitenräder, von denen eines verbunden ist, um eine rechte Achse anzutreiben, und von denen ein anderes verbunden ist, um eine linke Achse anzutreiben.
Die Differenzialkomponenten rotieren zum größten Teil übereinstimmend mit der Rotation des Antriebszahnrades. Jedoch kann eine Achse während mancher Manöver schneller als die andere rotieren. Wenn beispielsweise das Fahrzeug eine Kurve fährt, rotieren das Rad und die Achse, und somit das Seitenrad des Differenzials, auf der Außenseite mit einer höheren Drehzahl als das Zahnrad des Differenzials auf der radial inneren Seite. Auch wenn eine Achse sich auf einer sehr rutschigen Fläche befindet, wie etwa Schnee oder Eis, kann dieser Reifen oder dieses Rad schneller als der gegenüberliegende Reifen oder das gegenüberliegende Rad rotieren, das sich auf einem trockenen Belag oder einem Belag mit guter Traktion befindet. Obgleich der Rotationsunterschied während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs akzeptabel ist, ist die aus Rutschen resultierende Rotation von einer Achse relativ zu der anderen kein gewünschtes Merkmal.
Viele Differenziale aus dem Stand der Technik haben eine intern betreibbare Kupplung enthalten, die bei Erfassen einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Seitenrädern eingerückt wird, um die beiden Seitenräder miteinander zu verbinden oder ein Seitenrad mit dem Differenzialmantel zu verbinden. In jedem Fall wird das Einrücken der Kupplung eine einheitliche Rotation der Differenzialvorrichtung hervorrufen. Das heißt der Mantel und die Seitenräder werden als eine Einheit in dem Getriebedifferenzial rotieren.
Die DE 197 47 617 A1 offenbart eine Differenzialvorrichtung mit einem Differenzialgetriebemechanismus, der an der linken Seite innerhalb eines Trägergehäuses drehbar untergebracht ist; einem Drehzahlübersetzungs- und Drehzahluntersetzungsmechanismus, der innerhalb des Trägergehäuses benachbart zu der hinteren Differenzialvorrichtung untergebracht ist, wobei der Drehzahlübersetzungs- und Drehzahluntersetzungsmechanismus eine Drehzahlübersetzungseinrichtung zur Übersetzung der Drehzahl eines Antriebsrades und eine Drehzahluntersetzungseinrichtung zur Untersetzung der Drehzahl des Antriebsrades aufweist, wobei die Drehzahlübersetzungseinrichtung und die Drehzahluntersetzungseinrichtung parallel zu einem Differenzialgehäuse mit diesem verbunden sind; einer Drehzahlübersetzungskupplung und einer Drehzahluntersetzungskupplung, wobei die Drehzahlübersetzungskupplung und die Drehzahluntersetzungskupplung an dem Trägergehäuse montiert sind, die Drehbewegung des Antriebsrades übertragen und trennen und parallel zueinander in einer Ebene quer zur Achse der Antriebswellen angeordnet sind. Es sind nur die Drehzahlübersetzungskupplung und die Drehzahluntersetzungskupplung als Einrichtungen zum Anbringen an das Trägergehäuse ausgebildet, während der Drehzahlübersetzungsmechanismus und der Drehzahluntersetzungsmechanismus innerhalb des Trägergehäuses angeordnet sind.
Somit ergeben sich für diese bekannte Differenzialvorrichtung ein vergrößerter Raumbedarf und eine größere Schwierigkeit, Bauteile darin auszutauschen, ohne die Differenzialanordnung und den Schlupfsteuermechanismus vollständig auseinander bauen zu müssen.
Die EP 0 575 152 A1 offenbart eine Differenzialvorrichtung mit einem Differenzialgetriebemechanismus, der innerhalb eines Trägergehäuses drehbar untergebracht ist. Bei einer Ausführungsform sind ein Drehzahlübersetzungsmechanismus auf einer Seite des Differenzialgetriebemechanismus und ein Drehzahluntersetzungsmechanismus auf der gegenüberliegenden Seite des Differenzialgetriebemechanismus angeordnet. Der Drehzahlübersetzungsmechanismus und der Drehzahluntersetzungsmechanismus erlauben es, mittels je einer steuerbaren Drehzahlübersetzungskupplung und je einer Drehzahluntersetzungskupplung über entsprechende Zahnradsätze mit unterschiedlichen Übersetzungen eine selektive Antriebsbeziehung zwischen der einen Ausgangswelle und dem Trägergehäuse oder der anderen Ausgangswelle und dem Trägergehäuse der Differenzialvorrichtung zum Steuern einer Drehzahlbeziehung zwischen den Ausgangswellen bereitzustellen. Bei beiden Kupplungen handelt es sich um steuerbare Lamellenkupplungen. Bei einer anderen Ausführungsform sind eine Lamellenkupplung zum Kuppeln eines der Zahnradsätze mit dem Trägergehäuse sowie die Zahnradsätze mit unterschiedlichen Übersetzungen, die sich mittels einer elektromagnetisch betätigbaren Klauenkupplung schalten lassen, auf derselben Seite des Differenzialgetriebemechanismus angeordnet. Bei beiden Ausführungsformen sind der Differenzialgetriebemechanismus und die Drehzahlübersetzungs- und Drehzahluntersetzungsmechanismen in einem einheitlichen Getriebegehäuse untergebracht.
Dementsprechend ergeben sich für diese bekannte Differenzialvorrichtung ebenfalls ein erhöhter Raumbedarf und eine größere Schwierigkeit, Bauteile darin auszutauschen, ohne beide Mechanismen vollständig auseinander bauen zu müssen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Sperrdifferenzial, das einfach und aus wenigen Bauteilen aufgebaut ist, einen geringen Raumbedarf aufweist und die Montage und Demontage der Hauptkomponenten, ohne das Sperrdifferenzial vollständig zerlegen zu müssen, zulässt, zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Differenzial einen Träger und zwei Seitenräder oder Achskegelräder auf, wobei ein Zahnradmechanismus zwischen dem einen Seitenrad und dem Träger betreibbar ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich der Zahnradmechanismus außerhalb des Mantels des Differenzials.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit dem Mantel ein Antriebszahnrad verbunden, mit dem Seitenrad ist ein Antriebszahnrad verbunden, wobei jedes der Antriebszahnräder ein damit kämmendes Verteilerzahnrad und einen selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus aufweist, der angeordnet ist, um die beiden Verteilerzahnräder in Eingriff zu bringen, so dass sie in einer gesteuerten Beziehung rotieren.
Gemäß einem abermals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine ebensolche Rotationsbedingung zwischen dem Mechanismus der Differenzialanordnung vorhanden, wenn die Verteilerzahnräder übereinstimmend rotieren, sodass beide Seitenräder mit der gleichen Drehzahl rotieren.
Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Drehmomentübertragungsmechanismus durch ein elektronisches Steuersystem gesteuert, so dass zwischen den Seitenrädern des Differenzials eine gesteuerte Drehzahldifferenz vorgesehen ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der die vorliegende Erfindung enthält.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Getriebeantriebsstrang, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen Motor 12, ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe 14, eine Differenzialanordnung 16 und einen Schlupfsteuermechanismus, der allgemein mit 18 bezeichnet ist. Der Motor 12 ist ein herkömmlicher Mechanismus mit innerer Verbrennung. Das Getriebe 14 ist ein herkömmliches Mehrgang-Planetengetriebe oder ein herkömmliches Vorgelegenwellengetriebe, das einen elektronischen Steuermechanismus (ECM von Electronic Control Mechanism) umfasst. Der ECM umfasst auch den hydraulischen Teil der Getriebesteuerung. Dieser würde im Allgemeinen eine Hydraulikpumpe und mehrere Steuerventile einschließen.
Die Getriebe 14 umfasst eine Abtriebswelle 20, an der ein Zahnradelement 22 drehbar befestigt ist. Das Zahnradelement 22 treibt ein Zahnradelement 24 drehbar an, das wiederum eine Rotation eines Differenzialgehäuses oder -trägers 26 bewirkt. Der Differenzialträger 26 ist ein Element des Differenzialmechanismus 16 und ist in einem Differenzialmantel 28 angeordnet. Der Differenzialmechanismus 16 umfasst auch ein Paar Seitenräder 30 und 32 und ein Paar Verteilerzahnräder 34 und 36. Die Verteilerzahnräder 34 und 36 sind an dem Träger 26 derart drehbar gelagert, dass sie um die Achse des Trägers 26 rotieren, und sind auch um ihre separaten Achsen 38 bzw. 40 drehbar. Die Verteilerzahnräder 34 und 36 kämmen mit den Seitenrädern 30 und 32. Das Seitenrad 30 steht mit einer Achse 42 in Antriebsverbindung, die verbunden ist, um eines der Räder 44 eines Fahrzeugs, das nicht gezeigt ist, anzutreiben. Das Seitenrad 32 steht mit einer Achse 46 in Antriebsverbindung, die wiederum mit einem anderen der Fahrzeugräder 48 in Antriebsverbindung steht.
Außerhalb des Differenzialmantels 28 befindet sich ein Gehäuse 50, das den Schlupfmechanismus 18 umschließt. Der Schlupfmechanismus 18 umfasst ein Antriebszahnrad 52, das mit dem Träger 26 drehbar ist, ein Antriebszahnrad 54, das mit der Achse 42 drehbar ist, ein Verteilerzahnrad 56, das kämmend mit dem Antriebszahnrad 52 in Eingriff steht, und ein Verteilerzahnrad 58, das kämmend mit dem Antriebszahnrad 54 in Eingriff steht. Das Verteilerzahnrad 56 ist durch eine Welle 60 mit einem Abschnitt eines Drehmomentübertragungsmechanismus 62 verbunden. Das Verteilerzahnrad 58 ist über eine Hohlwelle 64 mit einem anderen Abschnitt des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 verbunden. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 ist durch den ECM unter vorbestimmten Betriebsbedingungen selektiv einrückbar.
Der ECM gibt elektronische Signale von verschiedenen Sensoren an dem Fahrzeug, wie etwa Raddrehzahlsensoren, Motordrehzahlsensoren, Antriebsdrehzahlsensoren, einem Getriebegangsensor, Motortemperatursensoren, einem Abtriebsdrehzahlsensor des Getriebes und einer Anzahl von anderen herkömmlichen Sensormechanismen aus. Der ECM gibt hydraulische und elektronische Steuersignale in Ansprechen auf die verschiedenen Sensoren des Fahrzeugs aus. Beispielsweise werden die Signale der Drehzahlsensoren der Räder, die durch die Achsen 42 und 46 angetrieben werden, zu dem ECM übertragen, der dann ein Signal ausgibt, um die Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 zu steuern, wenn ein derartiger Vorgang angezeigt ist. Wenn beispielsweise eine der Achsen 42 oder 46 schneller als die andere Achse rotiert, und der ECM kein signifikanter Lenkungsaufwand erfasst, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 auf eine gesteuerte Weise eingerückt, sodass die Drehzahldifferenz zwischen den Zahnrädern 52 und 54 gesteuert wird. Er steuert daher die Drehzahldifferenz zwischen dem Träger 26 und dem Seitenrad 30. Da der Differenzialmechanismus derart aufgebaut ist, dass die Seitenräder 30 und 32 eine Drehzahlbeziehung auf aufweisen, wird auch die Drehzahl des Seitenrades 32 gesteuert.
Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 vollständig eingerückt ist, rotieren das Differenzialgehäuse 26 und die Seitenräder 30 und 32 übereinstimmend, und daher rotieren die Achsen 42 und 46 mit der gleichen Drehzahl. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 kann ein herkömmlicher hydraulisch betätigter Kupplungsmechanismus sein, der in der Lage ist, entweder einen vollständig eingerückten Zustand oder einen teilweise eingerückten Zustand bereitzustellen. In dem teilweise eingerückten Zustand sind die Antriebsdrehzahl und die Drehzahl auf einer Seite des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 anders als die Drehzahl auf der anderen Seite des Drehmomentübertragungsmechanismus. Beispielsweise kann die Welle 60 mit einer Drehzahl rotieren, und die Welle 64 kann mit einer Drehzahl relativ dazu rotiert werden, die durch die Einrückungskapazität des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 bestimmt ist. Somit wird die Drehzahldifferenz zwischen den Zahnrädern 52 und 54 gesteuert, die wiederum die Drehzahldifferenz zwischen den Achsen 42 und 46 auf eine allgemein bekannte Weise steuert.
Da die Differenzialanordnung 16 und der Schlupfsteuermechanismus 18 sich in separaten Gehäusen befinden, ist es eine einfache Angelegenheit, die Bauteile darin auszutauschen, ohne beide Mechanismen vollständig auseinander bauen zu müssen. Obgleich der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 unterstromig in der Leistungsflussrichtung von der Zahnradanordnung des Schlupfsteuermechanismus gezeigt ist, kann der Drehmomentübertragungsmechanismus auf der entgegengesetzten Seite der Zahnradanordnung angeordnet sein. Der Drehmomentübertragungsmechanismus kann, falls es erwünscht ist, derart angeordnet sein, dass er das Zahnradelement 52 mit dem Träger 26 verbindet, wobei in diesem Fall die Zahnräder 56, 58 ständig miteinander verbunden wären und die Hohlwelle 64 beseitigt wäre.

Claims

Sperrdifferenzial, umfassend: einen Differenzialmantel (28) für eine Differenzialanordnung (16), die einen mittels Hohlwellen im Differenzialmantel (28) gelagerten Differenzialträger (26), ein Paar im Differenzialträger (26) drehbar gelagerte, an durch die Hohlwellen geführten Achsen (42, 46) befestigte Seitenräder (30, 32) und ein weiteres Paar im Differenzialträger (26) angeordnete, mit den Seitenrädern (30, 32) zusammenwirkende Verteilerzahnräder (34, 36) einschließt und ein außerhalb des Differenzialmantels (28) befindliches, davon separates, einen Schlupfsteuermechanismus (18) umschließendes, den Austausch von Bauteilen, ohne die Differenzialanordnung (16) und den Schlupfsteuermechanismus (18) vollständig auseinander bauen zu müssen, ermöglichendes Gehäuse (50), wobei der Schlupfsteuermechanismus (18) ein erstes, an einer der Hohlwellen angeordnetes Antriebszahnrad (52), ein zweites an der durch diese Hohlwelle geführten Achse (42) befestigtes Antriebszahnrad (54), ein erstes, mit dem ersten Antriebszahnrad (52) in Eingriff stehendes Verteilerzahnrad (56), ein zweites, mit dem zweiten Antriebszahnrad (54) in Eingriff stehendes Verteilerzahnrad (58) und einen Drehmomentübertragungsmechanismus (62) mit gesteuertem Schlupf zum Bereitstellen einer Antriebsbeziehung zwischen der Hohlwelle und dem ersten Antriebszahnrad (52) oder zwischen dem ersten und dem zweiten Verteilerzahnrad (56 und 58) aufweist.
Sperrdifferenzial nach Anspruch 1, das ferner einen Drehmomentübertragungsmechanismus (62) mit einem selektiv einrückbaren Kupplungsmechanismus umfasst.
Sperrdifferenzial nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Antriebszahnräder (52, 54) und die Verteilerzahnräder (56, 58) jeweils um eine gemeinsame Achse drehbar sind.