DE10310713A1

DE10310713A1 - Achsdifferential mit elektronischem Achswellenmanagement

Info

Publication number: DE10310713A1
Application number: DE10310713A
Authority: DE
Inventors: Brent Peura
Original assignee: GKN Automotive Inc
Current assignee: GKN Driveline North America Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: US7001303B1; JP2003287106A; DE10310713B4; US6945899B2; JP4022488B2; US20030171182A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Achsdifferential (22) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug (12). Das Achsdifferential (22) umfaßt ein elektronisches Drehmomentmanagement für eine Achswelle. Es umfaßt ein Gehäuse (40) mit einem drehbar darin gelagerten Differentialkorb (44). Das Achsdifferential (22) weist darüber hinaus einen Differentialrädersatz (50) auf, der drehbar innerhalb des Differentialkorbs (44) gelagert ist. Das Achsdifferential (22) umfaßt auch eine Welle (58), die mit einem Kupplungspaket (68) verbunden ist, wobei die Welle (58) innerhalb des Differentialkorbs (44) und des Gehäuses (40) axial beweglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Achsen und Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge und insbesondere betrifft sie ein Achsdifferential mit einem elektronischen Drehmomentmanagement für eine Achswelle zur Verwendung in einem Fahrzeug.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Drehmomentverteilungssysteme für Kraftfahrzeuge sind seit vielen Jahren bekannt. Im allgemeinen kontrollieren Drehmomentverteilungsvorrichtungen entweder das Drehmoment, das zu einer Achse übertragen wird, wie man es in einem "hang-on" Allradantriebssystem findet, oder sie können sogar das Drehmoment kontrollieren, das zu jedem einzelnen Rad übertragen wird, wie es in einem twin "hang-on" Allradantriebssystem der Fall ist. In einem typischen Allradantriebssystem mit "hang-on" Achse gibt es eine primär angetriebene Achse und eine sekundär angetriebene "hang-on" Achse, die über eine Längs- oder Antriebswelle und eine Drehmomentübertragungskupplung mit der primär angetriebenen Achse verbunden ist. Die primär angetriebene Achse umfaßt auch ein Differential, welches Drehmoment zu den Seitenwellen und dann auf die Räder verteilt. Die Drehmomentverteilung zwischen der primären und der sekundären Achse wird durch die Drehmomentübertragungskupplung gesteuert, die üblicherweise in der sekundären Achse integriert ist.
Ein typisches konventionelles Allradantriebssystem mit "hang-on" Achse sieht eine permanent im Eingriff befindliche primäre Antriebsachse vor. Wenn jedoch die Primärachse beginnt durchzudrehen, d. h. wenn die Räder auf rutschige Straßenbedingungen oder losen Schotter treffen, etc., übertragen Systeme nach dem Stand der Technik Drehmoment gleichmäßig die Räder der Sekundärachse, bis das erforderliche Raddrehmoment erreicht ist. Dies bietet unter Schlupfbedingungen einen Traktionsleistungsvorteil gegenüber anderen "hang-on" Drehmomentübertragungssystemen, ähnlich wie bei einem Sperrdifferential. Die konventionellen "hang-on" Allradantriebssysteme sind typischerweise entweder aktive Systeme, die Drehmoment nach Bedarf verteilen und einen Mechanismus umfassen, der ein Durchdrehen der Räder verhindert, oder passive Systeme, die Drehmoment nach Bedarf verteilen, die auf das Durchdrehen eines Rades reagieren. Im allgemeinen kommt das aktive Drehmoment nach-Bedarf-System dem Durchdrehen eines Rades zuvor, indem Drehmoment auf die sekundäre Antriebsachse auf der Basis von bekannten Eingangsparametern übertragen wird, wie den Raddrehzahlen, der Drosselklappenposition, Werten von Beschleunigungssensoren oder anderen Sensoren, die überall im Kraftfahrzeug verteilt sind.
Mit der verbesserten Traktionsleistung der Systeme nach dem Stand der Technik tritt jedoch eine beträchtliche Anzahl von Nachteilen auf, wie die Komplexität des Drehmomentübertragungssystems, das Gewicht des Drehmomentübertragungssystems und die Kosten, um solche Systeme herzustellen und zu entwickeln. Ferner hatten die konventionellen Drehmomentübertragungssysteme, die im allgemeinen Systeme mit primärem Vorderradantrieb waren, die Drehmomentübertragungsvorrichtung zwischen der Antriebswelle und dem Hinterachsantriebsritzel angeordnet. Wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung dort vorgesehen ist, wird der vordere Teil der Achse mit zusätzlichem Gewicht belastet und macht weitere Wellen und Halterungen sowie zusätzliche Gehäuse und dazugehörige Komponenten erforderlich, um die Drehmomentübertragung zwischen der primär angetriebenen Achse und der sekundär angetriebenen Achse zu vervollständigen. Es hat bereits zahlreiche Versuche gegeben, um die vorerwähnten Probleme im Bereich der konventionellen Antriebsstrangsysteme zu überwinden. Die meisten dieser Systeme haben versucht, eine Technik zu entwickeln, bei der die Masse, der Platzbedarf und/oder die Gelenkwinkel herkömmlicher Achsen verringert werden, indem die eingebauten Seitenwellengelenke in das Differentialgehäuse integriert wurden. Bis heute wurde jedoch noch kein integriertes System mit einem Achsdifferential vorgeschlagen, das über ein Drehmomentmananagementsystem für die Achswellen verfügt, welches Drehzahlmessungen und ein elektronisch gesteuertes Kupplungspaket umfaßt.
Daher besteht in der Technik ein Bedarf an Achsdifferentialen, die eine Integration der Drehmomentübertragungskupplung in einem kleineren Gehäuse umfassen sowie ein geringeres Gewicht und weniger Platzbedarf haben. Darüber hinaus besteht ein Bedarf in der Technik an Drehmomentübertragungssystemen, die elektronisch gesteuert werden können und auf diese Weise Einstellmöglichkeiten für ein bestimmtes erwünschtes Fahrzeughandling und bestimmte Leistungsanforderungen bereitstellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Drehmomentverteilungssystem bereitzustellen.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgaben umfaßt ein Achsdifferential zur Verwendung in einem Fahrzeug ein Gehäuse. Das Achsdifferential umfaßt auch einen drehbar in dem Gehäuse gelagerten Differentialkorb. Ein Differentialrädersatz ist drehbar innerhalb des Differentialkorbs gelagert. Ein Kupplungspaket, das mit dem Differentialrädersatz und dem Differentialkorb in Kontakt ist, ist innerhalb des Achsdifferentials angeordnet. Das Achsdifferential umfaßt darüber hinaus eine Welle, die mit dem Kupplungspaket zusammenwirkt, wobei die Welle in einer axialen Richtung beweglich ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer neuen und verbesserten Drehmomentverteilungsvorrichtung für Fahrzeuge.
Ein weiterer Vorteil ist es, daß ein integriertes Achsdifferential vorgeschlagen wird, welches ein elektronisches Drehmomentmanagementsystem für die Achswellen umfaßt.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, daß das Achsdifferential die Traktion verbessert, während die Masse, das Gewicht und der Raumbedarf innerhalb des Antriebsstrangsystems verringert wird.
Darüber hinaus ist es ein Vorteil der Erfindung, daß das Achsdifferential in der Lage ist, das zur sekundären Achse übertragene Drehmoment über einen Motor zu steuern.
Außerdem ist es ein Vorteil der Erfindung, daß sie Drehmomente veränderlicher Größe zu einer sekundären Achse übertragen kann, in Abhängigkeit von der Drehmomentgröße, die erforderlich ist, um das Handling und die Traktion bei Durchdrehen eines Rades zu verbessern.
Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung von Vorteil, daß das Achsdifferential die Geländegängigkeit eines Fahrzeugs verbessert, während es auch als Sperrdifferential-Vorrichtung für das Antriebsstrangsystem wirkt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Längswelle direkt vom Getriebe angetrieben wird, wodurch die Notwendigkeit für eine Drehmomentübertragungskupplung entfällt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Achsdifferentials;
Fig. 3 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen Kugelrampenspreizmechanismus, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achsdifferentials;
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achsdifferentials; und
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achsdifferentials.

Vorteilhafteste Durchführung der Erfindung und Beschreibung der bevorzugten Ausführung

In den Zeichnungen ist ein erfindungsgemäßes Achsdifferential 22 dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 12 mit Allrad- oder Vierradantrieb, welches ein Fahrzeug mit primärem Vorderradantrieb ist, wobei jedoch die vorliegende Erfindung auch bei Fahrzeugen mit primärem Hinterradantrieb verwendet werden kann.
Das Kraftfahrzeug 12, wie es in Fig. 1 zu sehen ist, wird primär über eine Vorderachse 15 angetrieben. Das Kraftfahrzeug 12 ist ein Fahrzeug mit Allrad- oder Vierradantrieb und wird von der Kraft angetrieben, die vom Motor 16 über ein Getriebe 18 übertragen wird, welches entweder ein Automatik- oder ein Schaltgetriebe sein kann. Die Kraft vom Getriebe 18 gelangt zum Verteilergetriebe 20 der Antriebsstranganordnung und schließlich weiter zu dem vorderen Differential 30. Bei Bedarf wird die Antriebskraft zum Hinterachsdifferential 22 mittels einer Längs- oder Antriebswelle 24 übertragen. Am Hinterachsdifferential 22 wird die Kraft auf eine linke Hinterachswelle 26 und eine rechte Hinterachswelle 28 aufgeteilt, um die Kraft am Heck des Fahrzeugs 12 auf die Räder zu verteilen. Das Vorderachsdifferential oder Vorderachsmodul 30 verteilt Drehmoment zwischen der linken Vorderachswelle 32 und der rechten Vorderachswelle 34. Bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb wird die Kraft sowohl zum Hinterachsdifferential 22 als auch zum Vorderachsdifferential 30 übertragen, wobei die Vorderachse 15 die primär angetriebene Achse ist, während die Hinterachse 14 nur bei Bedarf Kraft erhält. Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Allradantrieb, bei dem Drehmoment auf die Räder der sekundären Achse verteilt wird, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Räder der primär angetriebenen Achse gegenüber der Straße durchdrehen oder nicht. Das Achsdifferential 22 der vorliegenden Erfindung kann auch entweder in der Vorder- oder der Hinterachse eines Allradantriebssystems verwendet werden oder sogar in diesen beiden Achsen, wenn erforderlich. Ein Ende der Längswelle 24 weist ein Ritzel auf, das drehbar innerhalb des Achsdifferentials 22 gelagert ist und die erforderliche Kraft überträgt, um die Seitenwellen 26, 28 und die Räder der sekundären Achse anzutreiben.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Achsdifferentials 22. Das Achsdifferential 22 umfaßt ein Gehäuse 40. Das Gehäuse 40 weist zumindest eine Seitenplatte an einer Seite auf. Ein Differentialkorb 44 ist drehbar innerhalb des Gehäuses 40 gelagert. Der Differentialkorb 44 wird drehbar in einem ersten und einem zweiten Lager 46 gehalten. Ein Tellerrad 48 ist mit einer Außenfläche des Differentialkorbs 44 verbunden. Das Ritzel 42 der Längswelle steht in Wechselwirkung und kämmt mit dem Tellerrad 48 und treibt den Differentialkorb 44 von der Längswelle her an. Ein Differentialrädersatz 50 ist drehbar innerhalb des Differentialkorbs 44 gelagert. Der Differentialrädersatz 50 umfaßt auch zwei Ausgleichräder 52, die drehbar auf einem Lagerstift 54 angeordnet sind, dessen Achse eine Drehachse für die zwei Ausgleichräder 52 bildet. Die Drehachse der Ausgleichräder 52 kreuzt die Drehachse der Achswellenräder 56 innerhalb des Differentialkorbs 44. Der Differentialrädersatz 50 umfaßt auch zwei Achswellenräder 56, die um eine Drehachse angeordnet sind, die gegenüber dem Differentialkorb 44 drehbar ist. Die Drehachse der Achswellenräder 56 und die Drehachse der Ausgleichräder 52 kreuzen sich im rechten Winkel. Jedes der Achswellenräder 56 ist drehfest an einer Flanschwelle 58, 94 befestigt, die sich jeweils zu einer Seite des Differentialkorbs 44 erstreckt. Jede der Flanschwellen 58, 94 ist dann mit einer Seitenwelle 26, 28 des Kraftfahrzeugs und schließlich mit einem Rad auf jeder Seite der Seitenwellen 26, 28 verbunden.
In einer Ausführungsform ist eines der Achswellenräder 56 einstückig mit einer Druckplatte 60 ausgeführt und bildet eine integrierte Achswellenrad-Druckplatte 60 für das Achsdifferential 22. Auf der Flanschwelle 58 befindet sich eine Kupplungsnabe 61. Die Kupplungsnabe 59 weist eine Verzahnung 62 an ihrem Innenumfang auf, die mit einer Verzahnung 64 an der Außenfläche der Flanschwelle 58 zusammenwirkt. An der Druckplatte 60 befindet sich ein Kupplungskorb 61. Es wird darauf hingewiesen, daß in einer Ausführungsform die Druckplatte 60 mit dem Achswellenrad 56 einstückig ausgeführt ist. Es ist jedoch auch möglich, daß die Druckplatte 60 mit dem Achswellenrad 56 durch ein beliebiges mechanisches, chemisches oder klebetechnisches Verfahren verbunden ist, daß es sich sogar um separate Bauteile handelt, die eine integrierte Einheit bilden. Die integrierte Achswellenrad-Druckplatte 60 wird axial auf der Flanschwelle 58 durch einen Sprengring 66 festgehalten, der in einer Ringnut an einem Ende der Flanschwelle 58 vorgesehen ist. Dies stellt sicher, daß eine axiale Bewegung der Flanschwelle 58 auch eine Axialbewegung der Achswellenrad-Druckplatte 60 in die gleiche Axialrichtung hin zum Fahrzeugrad bewirkt.
Ein Kupplungspaket 68 ist innerhalb des Kupplungskorbs 61 angeordnet. Das Kupplungspaket 68 wirkt axial auf einer Seite mit der Druckplatte 60 der integrierten Achswellenrad-Druckplatte 60 zusammen und wirkt auf der gegenüberliegenden Seite mit dem Differentialkorb 44 zusammen. Das Kupplungspaket 68 umfaßt eine Mehrzahl von Reiblamellen 70, die in einem abwechselnden Muster angeordnet sind, wobei die integrierte Kupplungsnabe 59 innerhalb dieser und eine Innenfläche des Kupplungskorbs 61 außerhalb dieser angeordnet sind. Die Reiblamellen 70 wirken abwechselnd mit der Kupplungsnabe 59 und mit der Innenfläche des Kupplungskorbs 61 zusammen. Die Reiblamellen 70, die mit der Außenfläche der integrierten Kupplungsnabe 59 verbunden sind, sind gegenüber der integrierten Kupplungsnabe 59 drehfest befestigt. Diese Reiblamellen 70, die mit der Kupplungsnabe 59 zusammenwirken, sind entlang des Außenumfangs der Kupplungsnabe 59 axial beweglich. Die Reiblamellen 70, die mit der Innenfläche des Kupplungskorbs 61 zusammenwirken, sind gegenüber dem Kupplungskorb 61 drehfest befestigt. Diese Reiblamellen 70, die mit dem Kupplungskorb 61 zusammenwirken, sind axial gegenüber dem Kupplungskorb 61 beweglich. Das Achsdifferential 22 ist im allgemeinen ein offenes Differential. Wenn somit 50% des Drehmoments auf die linke Flanschwelle 58 übertragen wird, dann erhält die rechte Flanschwelle 94 ebenfalls 50% des Drehmoments, weil es sich bei dem Differentialkorb 44 um eine offene Differentialanordnung handelt.
Das Achsdifferential 22 umfaßt auch einen Kugelrampenspreizmechanismus 72, der zwischen dem Gehäuse 40 und der Flanschwelle 58 angeordnet ist. Der Kugelrampenspreizmechanismus 72 weist eine erste Rampe 74 und eine zweite Rampe 76 auf. Die erste Rampe 74 ist drehfest gegenüber dem Gehäuse 40 befestigt. Es wird darauf hingewiesen, daß die erste Rampe 74 auch mit dem Lager 46 verbunden sein kann, das den Differentialkorb 44 abstützt oder mit jeder anderen nichtdrehbaren Einheit innerhalb des Achsdifferentialgehäuses 40. Die erste Rampe 74 umfaßt eine Mehrzahl von Rillen 78 an einer Seitenfläche, die der mit dem Gehäuse 40 verbundenen Seite abgewandt ist. Nächst der ersten Rampe 74 und ihr zugewandt ist eine zweite Rampe 76, die ebenfalls eine Mehrzahl von Rillen 80 an einer Seitenfläche aufweist, die nächst den Rillen 78 der ersten Rampe 74 angeordnet sind und ihnen zugewandt sind. Innerhalb der Rillen 78, 80 sowohl der ersten als auch der zweiten Rampe 74, 76, sind eine Mehrzahl von Spreizkugeln 82 vorgesehen, die sich innerhalb der Rillen 78, 80 des Kugelrampenmechanismus 72 bewegen können. Die zweite Rampe 76 weist außerdem an ihrem Außenumfang eine Verzahnung 84 auf. Diese Verzahnung 84 kämmt mit einem Zahnrädersatz 86, der wiederum mit einem Stellmotor 88 auf einer dem Getriebe 86 gegenüberliegenden Seite zusammenwirkt. Der Stellmotor 88 liefert die erforderliche Drehkraft, um das zweite Rampenbauteil 76 gegenüber dem ersten Rampenbauteil 74 in Drehung zu versetzen.
Eine Druckplatte 90 wirkt mit der zweiten Rampe 76 an einer Seitenfläche zusammen, die von den Spreizkugeln 82 abgewandt ist. Die entgegengesetzte Seite der Druckplatte 90 wirkt mit der Flanschwelle 58 zusammen. Wenn sich die zweite Rampe 76 gegenüber der ersten Rampe 74 dreht, rollen die Spreizkugeln 82 entlang der Rillen der zweiten Rampe 76 und der ersten Rampe 74. Diese Rillen 78, 80 weisen einen vorbestimmten Winkel auf, der eine bestimmte axiale Bewegung auf die zweite Rampe 76 in dem Maße überträgt, wie sich die erste 74 und die zweite Rampe 76 gegeneinander verdrehen. Auf diese Weise übersetzt der Kugelrampenmechanismus 72 eine Drehkraft in eine Axialkraft, die verwendet wird, um die Druckplatte 90 und somit die Flanschwelle 58 in die Richtung zum Fahrzeugrad hin zu bewegen. Aus diesem Grund ist die Flanschwelle 58 innerhalb des Achsdifferentials 22 zu einer Axialbewegung fähig. Die Flanschwelle 58 weist eine integrierte Achswellenrad- Druckplatte 60 auf, die gegenüber der Flanschwelle 58 axial befestigt ist. Auf diese Weise bewirkt eine Axialbewegung der Flanschwelle 58 aufgrund der durch den Kugelrampenspreizmechanismus 72 erzeugten Kräfte eine Axialbewegung der integrierten Achswellenrad-Druckplatte 60. Die Druckplatte 60 wirkt an einer Seite mit dem Kupplungspaket 68 zusammen und drückt dadurch die Reiblamellen 70 des Kupplungspakets 68 zusammen und axial gegen den Differentialkorb 44. Dadurch kann ein Antriebsdrehmoment vom Tellerrad 48 auf die Flanschwellen 58, 94 übertragen werden. Dieses Drehmoment wird dann auf die Seitenwellen 26, 28 des Kraftfahrzeugs übertragen.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Stellmotor 88 elektronisch mit einer Steuerung oder einem Bordcomputersystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Im allgemeinen überwachen die Steuerung oder das Bordcomputersystem eine Reihe von Sensoren, die ständig Daten erfassen, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drosselklappenstellung, Bremsbedingungen, die Größe des Gierwinkels und viele andere erfaßbare Faktoren, die dazu verwendet werden, den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu steuern. Bei Aktivierung des Kupplungspakets 68 durch das Ziehen der Flanschwelle 58 wird aufgrund des offenen Differentials, das im Differentialkorb 44 verwendet wird, das gleiche Drehmoment auf die gegenüberliegende Flanschwelle 94 und das gegenüberliegende Rad der sekundären Achse übertragen. Das offene Differential versucht immer, das übertragene Drehmoment gleichmäßig auf jede Seitenwelle 26, 28 zu verteilen.
Im Betrieb arbeitet das Achsdifferential 22 mit dem elektronischen Drehmomentmanagement allgemein im nicht-eingerückten Zustand. Bei ausgerücktem Achsdifferential 22 ist das Achswellendrehmoment auf der abgetrennten Seite, d. h. der Seite mit dem Kupplungspaket 68, effektiv Null. Bei einem in seiner Funktion ungestört arbeitenden offenen Differential ist daher das Reaktionsdrehmoment zu der gegenüberliegenden Flanschwelle 94 ebenfalls auf Null reduziert. Das offene Differential hat im allgemeinen eine Drehmomentaufteilung von 50% : 50% zwischen der linken Seitenwelle 26 und der rechten Seitenwelle 28. Wenn jedoch ein Rad der primär angetriebenen Achse durchdreht oder wenn Sensoren erfassen, daß ein Durchdrehen auftreten könnte oder beginnen kann, sendet die Steuerung oder das Bordcomputersystem ein elektronisches Signal an den Stellmotor 88, der dann das elektronische Drehmomentmanagementsystem der Hinterachse oder sekundären Achse aktiviert.
Nachdem das elektronische Drehmomentmanagement aktiviert oder in Eingriff ist, bewirkt der Motor 88 ein vorbestimmtes Drehmoment durch die Betätigung des Spreizmechanismus 72, der die Flanschwelle 58 und somit die integrierte Achswellenrad-Druckplatte 60 gegen das Kupplungspaket 68 axial verschiebt. Diese Axialbewegung rückt das Kupplungspaket 68 ein, indem die Reiblamellen 70 einander zusammendrücken. Hierdurch wird die integrierte Achswellenrad-Druckplatte 60 mit der Flanschwelle 58 drehfest verbunden. Die Übertragung einer vorbestimmten Drehmomentgröße erzeugt ein Reaktionsdrehmoment, wodurch das gleiche Drehmoment über das offene Differential auf beide Seiten des Differentials übertragen wird. Dieses Achsdifferential 22 arbeitet immer als typisches offenes Differential, das Drehmoment gleichmäßig auf beide, d. h. die linke und die rechte Seitenwelle 26, 28 verteilt und dabei eine vollständige Differentialwirkung ermöglicht. Diese Art von Funktion wird in dem ganzen Bereich zwischen einem Null-Antriebsdrehmoment und dem maximalen Kupplungspaketdrehmoment des Achsdifferentialsystems aufrechterhalten. Das Kupplungspaket 68 bleibt eingerückt, solange die Sensoren ermitteln, daß mehr Traktion an der sekundären Achse benötigt wird.
Nachdem die Sensoren des Kraftfahrzeugs feststellen, daß das Fahrzeug aus dem Zustand des Durchdrehens befreit ist oder daß kein Durchdrehen eines Rades an der primären Achse entsteht, wird das System ausgerückt. Um das elektronische Drehmomentmanagement auszurücken, werden die Kupplungslamellen 70 aus dem zusammengedrückten Zustand zwischen der integrierten Achswellenrad-Druckplatte 60 und dem Differentialkorb 44 gelöst. Dieses Lösen der Axialkraft der Flanschwelle 58 wird entweder durch eine Mehrzahl von Rückholfedern 92 erreicht, die zwischen der ersten Rampe 74 und der zweiten Rampe 76 des Kugelrampenspreizmechanismus 72 vorgesehen ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Federn 92 ermöglichen ein mechanisches Rückstellen der ersten Rampe 74 und der zweiten Rampe 76 auf ihre geringste Breite, wodurch keine axiale Last auf die Flanschwelle 58 übertragen wird. Die Federn 92 reagieren, nachdem jegliches Drehmoment, das vom Motor 88 übertragen wurde, aufhört und die Federn 92 können die Wirkung des Drehmoments, das vom Motor 88 erzeugt wird, überwinden. In einer anderen Ausführung ist es auch möglich, den Motor 88 rückwärts laufen zu lassen und die zweite Rampe 76 in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, um den Kugelrampenspreizmechanismus 72 auf seine geringste Breite zurückzufahren und auf diese Weise jeden Eingriff des Kupplungspakets 68 mit der Kupplungsnabe 59 und dem Kupplungskorb 61 zu lösen. Es wird darauf hingewiesen, daß das Achsdifferential 22 bei Verwendung der Bordsteuerung oder eines Boardcomputersystems und einer Mehrzahl von Sensoren im Fahrzeug in der Lage ist, eine abgekoppelte Einheit zu sein, wodurch eine vollständige Abkopplung der sekundären Achse ermöglicht wird. Es wird auch darauf hingewiesen, daß jeder beliebige Drehmomentanteil in Abhängigkeit vom Durchdrehzustand und vom Bedarf des Fahrzeugs mit Allradantrieb in einer Off-Road- Umgebung auf die Hinterachse übertragen werden kann. Daher kann das System bei Verwendung des elektronischen Drehmomentmanagementsystems im sekundären Achsdifferential 22 auf spezifische Fahrzeugkennwerte und Fahrzeugumgebungen eingestellt werden.
Fig. 4 zeigt einen vollen Längsschnitt durch das Achsdifferential 22 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen dabei gleiche Bauteile. Dieselbe Erörterung wie für Fig. 2 gilt auch für Fig. 4. Fig. 4 zeigt darüber hinaus die gegenüberliegende Flanschwelle 94 und ihre Verbindung mit dem offenen Differentialkegelrädersatz 150. Fig. 4 zeigt auch das Ritzel 142 im Eingriff mit dem Tellerrad 148 des Differentialkorbs 144, durch das ein Drehmoment auf den Differentialkorb 144 übertragen wird, und daran anschließend die Mehrzahl von Reiblamellen 170 eines Kupplungspaketes 168. Es wird darauf hingewiesen, daß der Stellmotor 188 im allgemeinen mit einer Außenfläche des Gehäuses 140 des Achsdifferentials 22 verbunden ist. Er ist elektronisch mit einer Steuerung oder einem Bordcomputersystem verbunden.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen dabei gleiche Teile. Das Achsdifferential 222 ist allgemein in der gleichen Weise konfiguriert wie in Fig. 2 beschrieben, mit der Ausnahme, daß der Kugelrampenspreizmechanismus 272 nächst der Flanschwelle 258 auf einer Seite der zweiten Rampe 276 und nächst dem Lager 246, das den Differentialkorb 244 auf einer Seitenfläche der ersten Rampe 274 abstützt, angeordnet ist. Das Differentialkorblager 246 wird auf diese Weise am Gehäuse 240 des Achsdifferentials 222 festgelegt. Die erste Rampe 274 des Kugelrampenspreizmechanismus 272 ist drehfest gegenüber dem Lager 246 des Gehäuses 240. Dies ermöglicht, daß sich die zweite Rampe 276 richtig gegenüber der ersten Rampe 274 drehen kann. Der Kugelrampenspreizmechanismus 272 kann dann die erforderliche Axialkraft erzeugen, um die Flanschwelle 258 zu bewegen, indem die Flanschwelle 258 in Richtung des Fahrzeugrades gezogen wird. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, daß die integrierte Achswellenrad-Druckplatte 260 auch einen Kupplungskorb 261 umfaßt, der sich axial von einem Ende der integrierten Achswellenrad-Druckplatte 260 erstreckt. In diesem Kupplungskorb 261 ist jede zweite der Reiblamellen 270 drehfest befestigt. Die Reiblamellen 270 sind entweder gegenüber dem Kupplungskorb 261 oder gegenüber der Kupplungsnabe 259 drehfest befestigt.
Fig. 6 zeigt noch eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Achsdifferentials 22, das allgemein in der gleichen Weise aufgebaut ist, wie das in Fig. 2 beschriebene. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen dabei gleiche Teile. Die alternative Ausführungsform in Fig. 6 verwendet einen offenen Differentialplanetenrädersatz 301 innerhalb des Differentialkorbs 344. Die Flanschwelle 358 ist eine Hohlwelle, die eine Mehrzahl von Kanälen 303 umfaßt, um eine Ölschmierung innerhalb der Hohlwelle 258 zu ermöglichen. Die Hohlwelle 358 ermöglicht auch eine Gewichtsreduzierung des Achsdifferentials 322 insgesamt. Das Kupplungspaket 368 umfaßt Reiblamellen 370, die abwechselnd mit dem Abtriebsplanetenradträger 305 des Differentialgetriebes und einer Außenfläche der Welle 358 zusammenwirken. Die Hohlwelle 358 umfaßt eine Druckplatte 360, die an einem Ende davon integriert ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Druckplatte 360 auch an einer Außenfläche der Hohlwelle 358 angeordnet und axial gegenüber der Hohlwelle 358 festgelegt oder befestigt sein kann. Die Reiblamellen 370 sind abwechselnd angeordnet, so daß ein Teil von ihnen mit der Hohlwelle 358 zusammenwirkt und drehfest gegenüber der Welle 358 festgelegt, jedoch axial entlang der Außenfläche der Welle 358 beweglich ist. Der andere Teil der Reiblamellen 370 ist mit dem Abtriebsplanetenradträger 305 im Eingriff, aber axial dazu beweglich. Die Reiblamellen 370 sind so angeordnet, daß die Lamellen abwechselnd mit dem Planetenradträger 305 und der Hohlwelle 358 verbunden sind.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, werden fünfzig Prozent des Abtriebsdrehmoments vom Planetenradträger 305 und die anderen fünfzig Prozent des Abtriebsdrehmoments vom Sonnenrad 309 übertragen, das mit der gegenüberliegenden Flanschwelle 294 an der rechten Seitenwelle 328 des Fahrzeugs verbunden ist. Der Planetenradträger 305 wirkt mit einem Kupplungspaket 368 und der hohlen Flanschwelle 358 der linken Seite zusammen, die eine Verbindung zu der linken Seitenwelle 326 herstellt. Der Differentialkorb 344 umfaßt ein Hohlrad 345 für die Planetenräder 307 des offenen Planetenraddifferentials. Die Anordnung aus Planeten- und Sonnenrädern erzeugt ebenfalls eine 50 : 50-Verteilung auf beide Wellen, d. h. die linke Seitenwelle 326 und die rechte Seitenwelle 328, wenn das elektronische System oder die elektronische Vorrichtung für das Drehmomentmanagement nicht aktiviert ist. Der Kugelrampenspreizmechanismus 372 ist zwischen der Flanschwelle 358 und dem Lager 346 angeordnet, das den Differentialkorb 344 abstützt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Kugelrampenspreizmechanismus 372 auch zwischen der Flanschwelle 358 und dem Gehäuse 340 des Achsdifferentials 322 angeordnet sein kann. Die erste Rampe 374 ist gegenüber dem Gehäuse 340 drehfest und ermöglicht die Drehung der zweiten Rampe 376 gegenüber der ersten Rampe 374. Dadurch wird die axiale Last und Bewegung erzeugt, die erforderlich ist, um die Hohlwelle 358 unter Zug zu setzen, wodurch die Druckplatte 360 gegen das Kupplungspaket 368 angedrückt wird und dabei die Reiblamellen 370 zusammendrückt und axial gegen die Innenfläche des Differentialkorbs 344 drängt. Dies ermöglicht die Übertragung des Antriebsdrehmoments am Tellerrad 348, das vom Ritzel 342 übertragen wurde, auf das Antriebsplanetenrad 307 und dann auf den Planetenradträger 305. Das Drehmoment wird anschließend über die Reiblamellen 370 zur Hohlwelle 358 weitergeleitet. Da der Differentialplanetenrädersatz 301 als offenes Differential wirkt, wird das Drehmoment, das über das Kupplungspaket 368 auf die Hohlwelle 358 übertragen wird, ebenfalls über das offene Differential zu der gegenüberliegenden Hohlwelle 394 und die gegenüberliegende Seitenwelle 328 der sekundären Achse übertragen. Das Ausrücken des Achsdifferentials 322 in der sekundären Achse und seiner elektronischen Drehmomentmanagementeinheit erfolgt auf die gleiche Weise, wie oben beschrieben. Allgemein wird das Achsdifferential 322 mit einem Differentialplanetenrädersatz 301 in Fällen benutzt, wenn die Vorderachse als sekundäre Achse gewählt wird und die Hinterachse die primär angetriebene Achse ist. Aufgrund des Raumbedarfs im vorderen Antriebsstrangsystem ist der Planetenrädersatz 301 häufig der Rädersatz der Wahl für die Vorderachskonstruktion, weil das Achsdifferential 322 eine geringere Breite aufweist, wenn anstelle eines traditionellen offenen Kegelrädersatzes der Planetenrädersatz 301 verwendet wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß diese Vorrichtung in einem Fahrzeug mit primärem Vorderradantrieb verwendet werden kann, welches ein Verteilergetriebe umfaßt, das Drehmoment über eine Längswelle 24 zu einer Hinterachs-Ritzelwelle überträgt. Diese Vorrichtung kann auch in der Vorderachse eines Fahrzeugs mit primär angetriebener Hinterachse verwendet werden, bei dem Drehmoment bei Bedarf nach vorne übertragen wird. Im allgemeinen wird die für die vorliegende Erfindung verwendete "hang-on"-Konstruktion in Konfigurationen mit primärem Vorderradantrieb verwendet, bei denen die Vorderräder während etwa 90% der Fahrzeit des Fahrzeugs das Fahrdrehmoment liefern. Allgemein haben Fahrzeuge mit Vorderradantrieb eine Konfiguration mit quer angeordnetem Motor, die ein Transaxle und ein Verteilergetriebe umfaßt, wobei das Verteilergetriebe Kraft vom vorderen Differentialgehäuse und der Achsantriebseinheit überträgt, jedoch auch ein 90°-Getriebe umfaßt, welches das Drehmoment über eine Längswelle 24 zum hinteren Teil des Fahrzeugs lenkt. Dies wird als Direktantrieb betrachtet, da keine Trennung zwischen dem vorderen Differential und der Antriebswelle 24 liegt, so daß die Antriebswelle 24 mit dem Hinterachsritzel über eine feste Verbindung gekoppelt ist und das Achsdifferential 22 von der Antriebswelle aus antreibt.
Die vorliegende Erfindung wurde beispielhaft beschrieben. Es versteht sich, daß die verwendete Terminologie rein beschreibende Funktion haben soll und nicht einschränkend gemeint ist.
Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Licht der obigen Lehre möglich. Daher kann der vorliegende Erfindungsgegenstand im Bereich der zugehörigen Ansprüche auch abweichend von der spezifischen Beschreibung ausgeführt sein.

Claims

1. Achsdifferential, wobei dieses Differential folgendes umfaßt:
ein Gehäuse;
einen drehbar im genannten Gehäuse gelagerten Differentialkorb,
einen Differentialrädersatz, der in dem genannten Differentialkorb drehbar gelagert ist,
ein Kupplungspaket, das mit dem genannten Differentialrädersatz und dem Differentialkorb in Kontakt ist; sowie
eine Welle, die mit dem Kupplungspaket verbunden ist, wobei die genannte Welle axial beweglich ist.

2. Differential nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Eingriffsmechanismus, wobei der genannte Eingriffsmechanismus den Betrieb des genannten Kupplungspakets (68, 168, 268, 368) steuert.

3. Differential nach Anspruch 1, wobei der genannte Differentialrädersatz eine integrierte Achswellenrad- Druckplatte aufweist und die genannte Welle axial an dem genannten Differentialrädersatz befestigt ist.

4. Differential nach Anspruch 2, wobei der Eingriffsmechanismus mit einer Kugelrampeneinheit zusammenwirkt, die eine Axialkraft bereitstellt.

5. Differential nach Anspruch 4, wobei die genannte Kugelrampeneinheit an einer ihrer Seiten mit einem Abschnitt des genannten Differentialkorbs in Kontakt ist und an einer gegenüberliegenden Seite der genannten Kugelrampeneinheit mit einer Druckplatte.

6. Differential nach Anspruch 5, wobei die genannte Druckplatte mit der genannten Welle zusammenwirkt und die genannte Axialkraft auf die genannte Welle und den genannten Differentialrädersatz überträgt.

7. Differential nach Anspruch 4, wobei die genannte Kugelrampeneinheit auf einer ihrer Seiten mit einem Lager in Kontakt ist und mit einer Druckplatte auf einer gegenüberliegenden Seite der genannten Kugelrampeneinheit.

8. Differential nach Anspruch 7, wobei die genannte Übertragungsplatte mit der genannten Welle zusammenwirkt und die genannte Axialkraft auf die genannte Welle und den genannten Differentialrädersatz überträgt.

9. Differential nach Anspruch 3, wobei das genannte Kupplungspaket eine Mehrzahl von Lamellen aufweist, die drehfest mit einem Kupplungskorb verbunden sind und eine Mehrzahl von Lamellen, die drehfest mit der genannten Welle verbunden sind.

10. Differential nach Anspruch 9, wobei die genannte Achswellenrad-Druckplatte axial nächst der einen Seite des genannten Kupplungspakets angeordnet ist und der genannte Differentialkorb axial nächst einer gegenüberliegenden Seite des genannten Kupplungspakets.

11. Differential nach Anspruch 10, wobei die genannte Axialkraft auf die genannte integrierte Achswellenrad- Druckplatte einwirkt und die genannte Druckplatte die genannte Mehrzahl von Lamellen zusammendrückt.

12. Differential nach Anspruch 4, wobei die genannte Kugelrampeneinheit mit einem Lager oder dem Differentialkorb auf einer ihrer Seiten und mit einem Seitenwellengelenk oder einem Druckring auf ihrer anderen Seite in Kontakt ist.

13. Differential nach Anspruch 12, wobei die genannte Welle axial an dem genannten Seitenwellengelenk befestigt ist, wobei die genannte Welle eine integrierte Druckplatte aufweist, die mit dem genannten Kupplungspaket in Kontakt ist.

14. Achsdifferential zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Rädern, wobei das genannte Differential folgendes umfaßt:
ein Gehäuse;
einen drehbar im genannten Gehäuse gelagerten Differentialkorb;
ein mit dem genannten Differentialkorb verbundenes Tellerrad;
einen Differentialrädersatz, der in dem genannten Differentialkorb drehbar gelagert ist,
eine Flanschwelle mit einer darauf integrierten Achswellenrad- Druckplatte des genannten Differentialrädersatzes;
ein Kupplungspaket, das innerhalb des genannten Differentialkorbes angeordnet ist, wobei das genannte Kupplungspaket axial mit dem genannten Differentialkorb und der genannten Achswellenrad-Druckplatte zusammenwirkt;
eine Rampeneinheit, die mit der genannten Flanschwelle oder einem Druckring auf einer Seite in Kontakt ist und mit dem genannten Gehäuse oder einem Lager auf einer gegenüberliegenden Seite davon in Kontakt ist; sowie
einen Antriebsmotor, der die genannte Rampeneinheit steuert.

15. Differential nach Anspruch 14, wobei das genannte Kupplungspaket eine Mehrzahl von Reiblamellen aufweist und die genannten Reiblamellen abwechselnd drehfest mit einem Kupplungskorb und der genannten Flanschwelle verbunden sind.

16. Differential nach Anspruch 15, wobei die genannte Rampeneinheit einen Kugelrampenspreizmechanismus umfaßt, wobei der Kugelrampenspreizmechanismus eine Axialkraft erzeugt, die auf die genannte Flanschwelle einwirkt.

17. Differential nach Anspruch 16, wobei die genannte Flanschwelle axial an der genannten Achswellenrad- Druckplatte befestigt ist und die genannte Axialkraft auf die genannte Achswellenrad-Druckplatte überträgt, wobei die genannte Achswellenrad- Druckplatte die genannten Reiblamellen zusammendrückt.

18. Differential nach Anspruch 17, wobei der Differentialrädersatz eine offene Differentialkonfiguration aufweist.

19. Differential nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Feder zwischen der genannten Flanschwelle und dem genannten Differentialkorb, wobei die genannte Axialkraft die genannte Flanschwelle auf Zug beansprucht.

20. Achsdifferential zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer primären Antriebsachse und einer sekundären Antriebsachse, wobei das genannte Achsdifferential folgendes umfaßt:
ein Gehäuse;
einen drehbar im genannten Gehäuse gelagerten Differentialkorb; ein an der Außenfläche des genannten Differentialkorbs befestigtes Tellerrad;
einen Differentialrädersatz, der in dem genannten Differentialkorb drehbar gelagert ist, wobei der genannte Differentialrädersatz ein Achswellenrad einschließt;
eine Welle, die innerhalb des genannten Differentialkorbs und des genannten Gehäuses angeordnet ist, wobei die genannte Welle auf der einen Seite mit einer integrierten Achswellenrad-Druckplatte verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite davon mit einem Schulterabschnitt versehen ist;
ein Kupplungspaket, das innerhalb des genannten Differentialkorbes angeordnet ist, wobei das genannte Kupplungspaket eine Mehrzahl von Reiblamellen aufweist, die abwechselnd mit der genannten Flanschwelle bzw. einem Kupplungskorb zusammenwirkt, wobei der genannte Differentialkorb mit der einen Seite des Kupplungspakets und die genannte Achswellenrad- Druckplatte mit der gegenüberliegenden Seite des Kupplungspakets in Kontakt ist;
einen Kugelrampenspreizmechanismus, der an einer Seite mit dem genannten Gehäuse oder einem Lager in Kontakt ist und auf einer gegenüberliegenden Seite davon mit dem genannten Schulterabschnitt oder einem Druckring in Kontakt ist, wobei der genannte Kugelrampenspreizmechanismus eine Axialkraft erzeugt, die auf die Flanschwelle übertragen wird, wobei die genannte Flanschwelle axial beweglich ist;
einen am genannten Gehäuse befestigten Antriebsmotor, wobei der genannte Antriebsmotor den genannten Kugelrampenspreizeinheit steuert; sowie
eine Feder, die zwischen der genannten Flanschwelle und dem genannten Differentialkorb angeordnet ist.

21. Differential, das die folgenden Merkmale umfaßt:

- ein Gehäuse,

- einen drehbar im Gehäuse gelagerten Differentialkorb,

- einen Differentialrädersatz, der in dem Differentialkorb drehbar gelagert ist und mit diesem umläuft,

- zwei Achswellen,

- ein Kupplungspaket, das zwischen einem Glied des Differentialrädersatzes und einer der Achswellen wirksam eingesetzt ist, wobei die genannte Achswelle axial verschiebbar ist und Mittel aufweist, um das Kupplungspaket axial zu beaufschlagen.

22. Differential nach Anspruch 21, ferner umfassend einen Kugelrampenmechanismus, der sich gegenüber dem Gehäuse abstützt und auf die genannte axial verschiebbare Achswelle einwirkt.

23. Differential nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialrädersatz zwei Achswellenräder und mehrere im Differentialkorb gelagerte Ausgleichsräder, insbesondere als Kegelräder umfaßt, wobei eines der Achswellenräder über die Kupplung mit der axial verschieblichen Achse koppelbar ist.

24. Differential nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Achswellenräder mit einem Korb des Kupplungspaketes verbunden ist.

25. Differential nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialrädersatz als Planetendifferential ausgebildet ist.

26. Differential nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg des Planetenrädersatzes als Korb des Kupplungspaketes ausgebildet ist, daß im Differentialkorb ein Hohlrad ausgebildet ist und daß ein Sonnenrad mit der zweiten Achswelle verbunden ist.