DE102015204201A1

DE102015204201A1 - Self-locking differential

Info

Publication number: DE102015204201A1
Application number: DE102015204201.4A
Authority: DE
Inventors: Günter Völkel; Franz Kurth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstsperrende Differentialanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Differentialeinheit (1), die eingangsseitig mit einem Antriebsrad (2) zur Aufnahme einer Antriebskraft verbunden ist und ausgangsseitig mit einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle (3a, 3b) zum Verteilen der aufgenommenen Antriebskraft auf die beiden Abtriebswellen (3a, 3b) verbunden ist, wobei die Differentialeinheit (1) über eine Antriebskraftsteuereinheit (4), umfassend eine Getriebeeinheit (5) und eine Kupplungseinheit (6), mit der ersten Abtriebswelle (3a) koppelbar ist. Erfindungsgemäß ist die Getriebeeinheit (5) als Torque-Vectoring Getriebe ausgebildet, umfassend einen ersten und einen zweiten Planetensatz (7a, 7b), wobei der erste Planetensatz (7a) an einem ersten Planetenträger (8a) drehbar gelagert ist, der mit der Differentialeinheit (1) drehfest verbunden ist, und wobei der zweite Planetensatz (7b) an einem zweiten Planetenträger (8b) drehbar gelagert ist, der mit der ersten Abtriebswelle (3a) drehfest verbunden ist, und wobei ferner die Kupplungseinheit (6) in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen (3a, 3b) die Getriebeeinheit (5) ansteuert.The invention relates to a self-locking differential assembly for a motor vehicle, comprising a differential unit (1), which is connected on the input side with a drive wheel (2) for receiving a driving force and the output side with a first and a second output shaft (3a, 3b) for distributing the recorded driving force is connected to the two output shafts (3a, 3b), wherein the differential unit (1) via a driving force control unit (4) comprising a gear unit (5) and a coupling unit (6), with the first output shaft (3a) is coupled. According to the invention, the gear unit (5) is designed as a torque vectoring gear, comprising a first and a second planetary gearset (7a, 7b), wherein the first planetary gearset (7a) is rotatably mounted on a first planet carrier (8a) which is connected to the differential unit ( 1) is rotatably connected, and wherein the second planetary gear set (7b) on a second planet carrier (8b) is rotatably mounted, which is rotatably connected to the first output shaft (3a), and further wherein the coupling unit (6) in response to a speed difference between the two output shafts (3a, 3b) controls the transmission unit (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstsperrende Differentialanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Differentialeinheit, die eingangsseitig mit einem Antriebsrad zur Aufnahme einer Antriebskraft verbunden ist und ausgangsseitig mit einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle zum Verteilen der aufgenommenen Antriebskraft auf die beiden Abtriebswellen verbunden ist, wobei die Differentialeinheit über eine Antriebskraftsteuereinheit, umfassend eine Getriebeeinheit und eine Kupplungseinheit, mit der ersten Abtriebswelle koppelbar ist.The invention relates to a self-locking differential assembly for a motor vehicle, comprising a differential unit, the input side is connected to a drive wheel for receiving a driving force and the output side is connected to a first and a second output shaft for distributing the recorded driving force to the two output shafts, wherein the differential unit via a driving force control unit comprising a gear unit and a clutch unit, is coupled to the first output shaft.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Ein offenes Differential in der Antriebsachse eines Fahrzeuges ermöglicht es, dass sich bei Kurvenfahrten die Antriebsräder unterschiedlich schnell drehen können. Nachteilig dabei ist jedoch, dass keines der beiden Antriebsräder eine größere Vorschubkraft als das andere auf die Fahrbahn übertragen kann. Dreht also beispielsweise ein Rad auf einer vereisten Stelle durch, so überträgt das andere Rad, obwohl es gute Bodenhaftung hat, auch keine Vorschubkraft mehr auf die Fahrbahn. Neben offenen Differentialen sind aber auch mitunter selbstsperrende Differentiale bekannt. Die Sperrwirkung eines selbstsperrenden Differentials beruht auf einer Bremsung der Ausgleichsbewegung. Hierzu sind unterschiedliche Mittel, wie z.B. Reibungskräfte, Freilaufeinrichtungen und hydraulische Mittel bekannt. An open differential in the drive axle of a vehicle makes it possible for the drive wheels to turn at different speeds when cornering. The disadvantage here is that none of the two drive wheels can transmit a greater feed force than the other on the road. If, for example, a wheel turns on an icy spot, the other wheel, although it has good traction, no longer transmits power to the road. In addition to open differentials but sometimes self-locking differentials are known. The blocking effect of a self-locking differential is based on a braking of the compensation movement. For this purpose different means, e.g. Friction forces, free-wheeling devices and hydraulic means known.

Aus der DE 35 36 578 A1 geht beispielsweise ein selbstsperrendes Differential mit einem an einem Differentialkorb befestigten Tellerrad, mit zwei auf Achswellen angeordneten Achskegelrädern und mit dazwischenliegenden Ausgleichskegelrädern hervor. Eine der beiden Achswellen ist dabei mit einer Verlängerung mit einem Exzenter versehen, der in einen freien Innenraum der anderen Achswelle oder des anderen Achskegelrades ragt. Das andere Achskegelrad ist im Bereich des Exzenters mit über den Umfang verteilten Radialbohrungen versehen in denen Radialkolben durch den Exzenter verschiebbar sind. Auf den von dem Exzenter abgewandten Seiten der Radialkolben liegen Druckräume mit Einlass- und Auslassbohrungen für ein Druckmittel. In den Druckräumen sind gegen den Differentialkorb oder ein mit dem Differentialkorb verbundenes Teil andrückbare Bremskolben verschiebbar angeordnet. From the DE 35 36 578 A1 For example, a self-locking differential with an attached to a differential carrier ring gear, with two axle shafts arranged on the axle bevel gears and with intermediate Ausgleichskegelrädern out. One of the two axle shafts is provided with an extension with an eccentric, which projects into a free inner space of the other axle shaft or the other axle bevel gear. The other Achskegelrad is provided in the region of the eccentric with distributed over the circumference radial bores in which radial pistons are displaced by the eccentric. On the side facing away from the eccentric sides of the radial piston are pressure chambers with inlet and outlet holes for a pressure medium. In the pressure chambers are arranged against the differential carrier or connected to the differential carrier part pressed brake piston slidably.

Die Selbstsperrung wird entsprechend der Funktionsweise einer Radialkolbenpumpe erreicht. Bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Achswellen wird durch den Umlauf des Exzenters eine Pumpwirkung erzeugt. Damit fördern die Radialkolben das in den Druckräumen angeordnete Druckmittel. Während der Verkleinerung der Druckräume findet eine entsprechende Druckerhöhung statt und die in den sich verkleinernden Druckräumen angeordneten Bremskolben werden zunehmend gegen den Differentialkorb oder ein mit diesem verbundenes Teil angepresst. Auf diese Weise ergibt sich eine Sperrwirkung des Differentials, welche drehzahlabhängig ist. The self-locking is achieved according to the operation of a radial piston pump. In a relative movement between the two axle shafts a pumping action is generated by the circulation of the eccentric. Thus, the radial piston promote the arranged in the pressure chambers pressure medium. During the reduction of the pressure chambers, a corresponding pressure increase takes place and arranged in the decreasing pressure chambers brake piston are increasingly pressed against the differential carrier or a part connected to this. In this way, there is a locking effect of the differential, which is speed-dependent.

Ferner geht aus der DE 198 01 494 A1 eine Torque-Vectoring Differentialvorrichtung hervor, mit einem Differentialmechanismus, der ein Differentialgehäuse zum Aufnehmen der Antriebskraft vom Motor eines Fahrzeuges, und ein Paar Abtriebselementen zum Verteilen der aufgenommenen Antriebskraft auf ein Paar Räder des Fahrzeuges. Ferner umfasst die Differentialvorrichtung ein Paar Antriebskraft-Steuermechanismen, die jeweils eine Kombination aus einem Drehzahlwechselmechanismus und einer Reibkupplung für eine serielle Verbindung zwischen dem Differentialgehäuse und dem jeweiligen Abtriebselement bilden, und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der einzukuppelnden Reibkupplung. Darüber hinaus umfasst die Differentialvorrichtung auch eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Paares Betätigungseinrichtungen, um ein Paar Reibkupplungen periodisch wechselweise mit einer relativ kurzen Periode ein- und auszukuppeln. Mithin wird das Torque-Vectoring Getriebe, das zwischen dem Differentialkorb und den Abtriebswellen angeordnet ist über eine Steuereinrichtung angesteuert. Dazu sind insbesondere aktive Steuerelemente notwendig.Furthermore, goes from the DE 198 01 494 A1 a torque vectoring differential device comprising a differential mechanism including a differential case for receiving the driving force from the engine of a vehicle, and a pair of output members for distributing the absorbed driving force to a pair of wheels of the vehicle. Further, the differential device includes a pair of driving force control mechanisms each constituting a combination of a speed change mechanism and a friction clutch for a serial connection between the differential case and the respective output member, and an actuator for actuating the friction clutch to be engaged. In addition, the differential device also includes control means for controlling a pair of actuators to periodically engage and disengage a pair of friction clutches alternately with a relatively short period. Thus, the torque-vectoring transmission, which is arranged between the differential carrier and the output shafts, is controlled via a control device. For this purpose, in particular active controls are necessary.

Aufgabenstellungtask

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine selbstsperrende Differentialanordnung zu schaffen, die kompaktbauend ist und keine aktiven Steuerelemente aufweist.The object of the present invention is to provide a self-locking differential assembly which is compact in construction and has no active controls.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Erfindungsgemäß ist die Getriebeeinheit als Torque-Vectoring Getriebe ausgebildet, umfassend einen ersten und einen zweiten Planetensatz, wobei der erste Planetensatz an einem ersten Planetenträger drehbar gelagert ist, der mit der Differentialeinheit drehfest verbunden ist, und wobei der zweite Planetensatz an einem zweiten Planetenträger drehbar gelagert ist, der mit der ersten Abtriebswelle drehfest verbunden ist, und wobei ferner die Kupplungseinheit in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen die Getriebeeinheit ansteuert.According to the transmission unit is designed as a torque vectoring gear, comprising a first and a second planetary gear set, wherein the first planetary gearset is rotatably mounted on a first planet carrier rotatably connected to the differential unit, and wherein the second planetary gear set rotatably mounted on a second planet carrier is, which is rotatably connected to the first output shaft, and further wherein the clutch unit in response to a speed difference between the two output shafts drives the gear unit.

Besonders bevorzugt kämmt der erste Planetensatz radial zwischen einem ersten Hohlrad und einer ersten Sonne, wobei die erste Sonne über die Kupplungseinheit stationär festlegbar ist. Des Weiteren bevorzugt kämmt der zweite Planetensatz radial zwischen einem zweiten Hohlrad und einer zweiten Sonne, wobei die zweite Sonne stationär festgelegt ist. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das erste und das zweite Hohlrad einteilig ausgebildet sind oder drehfest miteinander verbunden sind. Die selbstsperrende Differentialanordnung eignet sich für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere als Längs- oder Querdifferential. Particularly preferably, the first planetary gear meshes radially between a first ring gear and a first sun, wherein the first sun is stationary fixable via the coupling unit. Furthermore, the second planetary gear set preferably meshes radially between a second ring gear and a second ring gear Sun, where the second sun is fixed stationary. The invention includes the technical teaching that the first and the second ring gear are integrally formed or rotatably connected to each other. The self-locking differential assembly is suitable for use in a motor vehicle, in particular as a longitudinal or transverse differential.

Vorzugsweise ist die Kupplungseinheit als Fliehkraftkupplung mit Rückholfeder ausgebildet. Fliehkraftkupplungen mit Rückholfeder sind variabel einstellbar und wirken zuverlässig. Ferner sind sie besonders kompaktbauend und kostengünstig. Eine aktive Ansteuerung durch weitere Steuerelemente entfällt.Preferably, the coupling unit is designed as a centrifugal clutch with return spring. Centrifugal clutches with return spring are variably adjustable and have a reliable effect. Furthermore, they are particularly compact and inexpensive. An active control by additional controls is eliminated.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Differentialeinheit als Stirnraddifferential ausgebildet, umfassend einen ersten und einen zweiten Planetensatz, die an einem gemeinsamen Planetenträger drehbar gelagert sind und miteinander kämmen, wobei der gemeinsame Planetenträger drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Vorzugsweise kämmt der erste Planetensatz der Differentialeinheit mit dem Antriebsrad und der zweite Planetensatz der Differentialeinheit kämmt mit einer drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbundenen Sonne. Ferner bevorzugt ist der gemeinsame Planetenträger der Differentialeinheit mit dem ersten Planetenträger der Getriebeeinheit verbunden.According to a preferred embodiment, the differential unit is formed as a spur gear, comprising a first and a second planetary gear set, which are rotatably mounted on a common planet carrier and mesh with each other, wherein the common planetary carrier is rotatably connected to the second output shaft. Preferably, the first planetary gearset of the differential unit meshes with the drive wheel and the second planetary gearset of the differential unit meshes with a sun fixedly connected to the second output shaft. Further preferably, the common planet carrier of the differential unit is connected to the first planet carrier of the transmission unit.

Sofern die beiden Abtriebswellen mit gleicher Drehzahl drehen, ist die Getriebeeinheit im Wesentlichen funktionslos. Sobald eine voreingestellte Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen überschritten wird, beispielsweise aufgrund einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, wirkt die Kupplungseinheit selbstständig auf die Getriebeeinheit, wodurch die Antriebskraft auf die beiden Abtriebswellen nicht mehr gleich verteilt wird. Demnach erfährt beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs das kurvenäußere Rad eine höhere Antriebskraft als das kurveninnere Rad. Mithin wird aus der Kombination einer als Stirnraddifferential ausgebildeten Differentialeinheit mit einer als Torque-Vectoring Getriebe ausgebildeten Getriebeeinheit und einer drehzahlabhängigen Kupplungseinheit eine kompaktbauende, selbstsperrende Differentialanordnung geschaffen, die keine aktiven Steuerelemente zur Realisierung der Sperrung aufweist. Somit verbindet die erfindungsgemäße selbstsperrende Differentialanordnung die Vorteile eines offenen Differentials mit den Vorteilen eines geschlossenen Differentials, wobei die Sperrung jedoch nur bei Bedarf, dann aber automatisch eingeleitet wird.If the two output shafts rotate at the same speed, the gear unit is essentially functionless. Once a preset speed difference between the two output shafts is exceeded, for example due to cornering of the vehicle, the clutch unit acts independently on the gear unit, whereby the driving force is no longer distributed equally to the two output shafts. Thus, for example, during cornering of the vehicle, the outside wheel experiences a higher driving force than the inside wheel. Thus, a compactly constructed, self-locking differential arrangement is created from the combination of a differential unit designed as a spur gear differential with a gear unit designed as a torque vectoring gear unit and a speed-dependent clutch unit has no active controls to implement the lock. Thus, the inventive self-locking differential assembly combines the advantages of an open differential with the advantages of a closed differential, but the lock is initiated only when needed, but then automatically.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Diese zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the single figure. This shows a simplified schematic representation to illustrate the structure of a differential assembly according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Gemäß der einzigen Figur weist eine erfindungsgemäße selbstsperrende Differentialanordnung eine Differentialeinheit 1 und eine Antriebskraftsteuereinheit 4 auf, wobei die Antriebskraftsteuereinheit 4 eine Getriebeeinheit 5 und eine Kupplungseinheit 6 umfasst. According to the single figure, a self-locking differential assembly according to the invention has a differential unit 1 and a driving force control unit 4 on, wherein the driving force control unit 4 a gear unit 5 and a coupling unit 6 includes.

Die Differentialeinheit 1 ist als Stirnraddifferential ausgebildet und umfasst einen ersten und einen zweiten Planetensatz 11a, 11b, die an einem gemeinsamen Planetenträger 12 drehbar gelagert sind und miteinander kämmen. Dabei kämmt der erste Planetensatz 11a der Differentialeinheit 1 mit einer Innenverzahnung eines Antriebsrads 2 und der zweite Planetensatz 11b der Differentialeinheit 1 mit einer drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 3b verbundenen Sonne 13. Zum einen ist der gemeinsame Planetenträger 12 drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 3b verbunden und zum anderen ist der gemeinsame Planetenträger 12 der Differentialeinheit 1 drehfest mit dem ersten Planetenträger 8a der Getriebeeinheit 5 verbunden.The differential unit 1 is designed as a spur gear differential and includes a first and a second planetary gear set 11a . 11b attached to a common planet carrier 12 are rotatably mounted and mesh with each other. The first planetary gear meshes 11a the differential unit 1 with an internal toothing of a drive wheel 2 and the second planetary gear set 11b the differential unit 1 with a rotationally fixed to the second output shaft 3b connected sun 13 , One is the common planet carrier 12 non-rotatably with the second output shaft 3b connected to the other is the common planet carrier 12 the differential unit 1 rotatably with the first planet carrier 8a the gear unit 5 connected.

Die Getriebeeinheit 4 ist als Torque-Vectoring Getriebe ausgebildet und umfasst einen ersten und einen zweiten Planetensatz 7a, 7b. Der erste Planetensatz 7a ist an einem ersten Planetenträger 8a drehbar gelagert, der mit dem gemeinsamen Planetenträger 12 der Differentialeinheit 1 drehfest verbunden ist. Der zweite Planetensatz 7b ist an einem zweiten Planetenträger 8b drehbar gelagert, der mit der ersten Abtriebswelle 3a drehfest verbunden ist. Der erste Planetensatz 7a kämmt radial zwischen einem ersten Hohlrad 9a und einer ersten Sonne 10a, wobei die erste Sonne 10a über die Kupplungseinheit 6 stationär festlegbar ist. Der zweite Planetensatz 7b kämmt radial zwischen einem zweiten Hohlrad 9b und einer zweiten Sonne 10b, wobei die zweite Sonne 10b stationär festgelegt ist. Das erste und das zweite Hohlrad 9a, 9b sind einteilig ausgebildet.The gear unit 4 is designed as a torque vectoring gear and includes a first and a second planetary gear set 7a . 7b , The first planetary gear set 7a is at a first planet carrier 8a rotatably mounted, with the common planet carrier 12 the differential unit 1 rotatably connected. The second planetary set 7b is on a second planet carrier 8b rotatably mounted, with the first output shaft 3a rotatably connected. The first planetary gear set 7a meshes radially between a first ring gear 9a and a first sun 10a , being the first sun 10a via the coupling unit 6 stationary is fixable. The second planetary set 7b meshes radially between a second ring gear 9b and a second sun 10b where the second sun 10b is stationary. The first and the second ring gear 9a . 9b are formed in one piece.

Die Kupplungseinheit 6 ist als Fliehkraftkupplung mit Rückholfeder ausgebildet und steuert in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen 3a, 3b die Getriebeeinheit 5 an. The coupling unit 6 is designed as a centrifugal clutch with return spring and controls in response to a speed difference between the two output shafts 3a . 3b the gear unit 5 at.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Differentialeinheit differential unit
22: Antriebsrad drive wheel
3a, 3b3a, 3b: Abtriebswelle output shaft
44: Antriebskraftsteuereinheit Driving force control unit
55: Getriebeeinheit gear unit
66: Kupplungseinheit clutch unit
7a, 7b7a, 7b: Planetensatz planetary set
8a, 8b8a, 8b: Planetenträger planet carrier
9a, 9b9a, 9b: Hohlrad ring gear
10a, 10b10a, 10b: Sonne Sun
11a, 11b11a, 11b: Planetensatz planetary set
1212: Planetenträger planet carrier
1313: Sonne Sun

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3536578 A1 [0003]
DE 19801494 A1 [0005]

Claims

A self-locking differential assembly for a motor vehicle, comprising a differential unit ( 1 ), the input side with a drive wheel ( 2 ) is connected to receive a driving force and the output side with a first and a second output shaft ( 3a . 3b ) for distributing the recorded driving force on the two output shafts ( 3a . 3b ), the differential unit ( 1 ) via a drive force control unit ( 4 ) comprising a gear unit ( 5 ) and a coupling unit ( 6 ), with the first output shaft ( 3a ), characterized in that the gear unit ( 5 ) is designed as a torque vectoring gear, comprising a first and a second planetary gear set ( 7a . 7b ), wherein the first planetary gear set ( 7a ) on a first planetary carrier ( 8a ) rotatably mounted with the differential unit ( 1 ) is rotatably connected, and wherein the second planetary gear set ( 7b ) on a second planet carrier ( 8b ) is rotatably mounted with the first output shaft ( 3a ) is connected rotationally fixed, and further wherein the coupling unit ( 6 ) as a function of a speed difference between the two output shafts ( 3a . 3b ) the gear unit ( 5 ).

Self-locking differential assembly according to claim 1, characterized in that the coupling unit ( 6 ) is designed as a centrifugal clutch with return spring.

Self-locking differential assembly according to claim 1, characterized in that the first planetary gear set ( 7a ) of the transmission unit ( 5 ) radially between a first ring gear ( 9a ) and a first sun ( 10a ) combs, with the first sun ( 10a ) via the coupling unit ( 6 ) is stationary fixable.

Self-locking differential assembly according to claim 1, characterized in that the second planetary gear set ( 7b ) of the transmission unit ( 5 ) radially between a second ring gear ( 9b ) and a second sun ( 10b ) combs, the second sun ( 10b ) is stationary.

Self-locking differential assembly according to claim 1, characterized in that the first and the second ring gear ( 9a . 9b ) of the transmission unit ( 5 ) are integrally formed or rotatably connected to each other.

Self-locking differential assembly according to claim 1, characterized in that the differential unit ( 1 ) is formed as a spur gear differential, comprising a first and a second planetary gear set ( 11a . 11b ) connected to a common planet carrier ( 12 ) are rotatably mounted and mesh with each other, wherein the common planet carrier ( 12 ) rotatably with the second output shaft ( 3b ) connected is.

Self-locking differential assembly according to claim 7, characterized in that the first planetary gear set ( 11a ) of the differential unit ( 1 ) with the drive wheel ( 2 ) and the second planetary gear set ( 11b ) of the differential unit ( 1 ) with a rotationally fixed to the second output shaft ( 3b ) connected sun ( 13 ) combs.

Self-locking differential assembly according to claim 7, characterized in that the common planet carrier ( 12 ) of the differential unit ( 1 ) rotatably with the first planet carrier ( 8a ) of the transmission unit ( 5 ) connected is.