DE112004002908B4 - Locking arrangement with adjustment by magnetorheological fluid - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sperrkupplung zum Koppeln eines ersten Kupplungsteils 3 mit einem relativ hierzu drehenden zweiten Kupplungsteil 4. Die Sperrkupplung umfasst eine Verzahnungsanordnung 14 zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Kupplungsteil 3 und dem zweiten Kupplungsteil 4, eine nach außen abgedichtete Kammer 18, in der die Verzahnungsanordnung 14 angeordnet ist und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid gefüllt ist, sowie eine steuerbare Magnetspule 25, die benachbart zur Kammer 18 angeordnet ist und einen magnetischen Fluss über die Kammer 18 erzeugen kann. Durch Aktivieren der Magnetspule 25 kann die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit verändert werden, so dass die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil 3 und dem zweiten Kupplungsteil 4 geregelt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Sperrdifferential 52, das durch Magnetisieren von magnetorheologischem Fluid steuerbar ist.The invention relates to a locking clutch for coupling a first coupling part 3 with a second coupling part 4 rotating relative thereto. The locking coupling comprises a gear arrangement 14 for transmitting torque between the first coupling part 3 and the second coupling part 4, a chamber 18 sealed to the outside, in which the toothing arrangement 14 is disposed and which is at least partially filled with a magnetorheological fluid, and a controllable magnetic coil 25 which is adjacent to the chamber 18 and can generate a magnetic flux through the chamber 18. By activating the solenoid coil 25, the viscosity of the magnetorheological fluid can be changed, so that the transmission of a torque between the first clutch part 3 and the second clutch part 4 can be controlled. The invention further relates to a locking differential 52 which is controllable by magnetizing magnetorheological fluid.
Description
Die Erfindung betrifft eine Sperranordnung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die in Form einer Sperrkupplung oder eines Sperrdifferentials ausgebildet sein kann. Sperrkupplungen umfassen üblicherweise wenigstens zwei Kupplungselemente, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar sind. Sperrdifferentiale umfassen üblicherweise ein Eingangsteil sowie zwei Ausgangsteile, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden sind, wobei eine Ausgleichswirkung zwischen den Ausgangsteilen erzeugt werden kann.The The invention relates to a barrier arrangement, in particular for use in the drive train of a motor vehicle, in the form of a lock-up clutch or a locking differential may be formed. blocking clutches usually include at least two coupling elements with each other for transmission a torque can be coupled. Locking differentials usually include an input part as well as two output parts which are together for transmission a torque are drivingly connected, wherein a balancing effect can be generated between the output parts.
In
mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugen sind Sperrkupplungen häufig im
Antriebsstrang zu einer nur bedarfsweise angetriebenen Antriebsachse im
Einsatz. Zur Betätigung
solcher Sperrkupplungen sind unterschiedlichste Lösungen vorgeschlagen worden.
Ein Beispiel einer Sperrkupplung mit einem elektromotorisch angetriebenen
Rampenscheibenpaar findet sich in der
Aus
der
Die
Die
Es
ist weiterhin aus der
Aus
der
Aus
der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sperranordnung mit einem einfachen Aufbau vorzuschlagen, die eine hohe Leistungsdichte, eine gute Regelbarkeit und kurze Aktivierungszeiten aufweist. Eine solche Sperranordnung kann in Form einer Sperrkupplung oder eines Sperrdifferentials gestaltet sein.The present invention has for its object to provide a lock assembly with a simple structure, which has a high power density, good controllability and short activation times. Such a locking arrangement may be in the form of a lock-up clutch or a Sperrdifferenti be designed as.
Eine
erste Lösung
der Aufgabe besteht in einer Sperrkupplung zum Koppeln eines ersten
Kupplungsteils mit einem relativ hierzu drehbaren zweiten Kupplungsteil,
umfassend
eine Verzahnungsanordnung zur Drehmomentübertragung
zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil,
eine
nach außen
abgedichtete Kammer, in der die Verzahnungsanordnung angeordnet
ist und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid
gefüllt
ist, sowie
eine steuerbare Magnetspule, die benachbart zur Kammer
angeordnet ist und einen magnetischen Fluß über die Kammer erzeugen kann,
wobei die Viskosität
des magnetorheologischen Fluids verändert wird;
wobei die
Verzahnungsanordnung nach Art eines Planetengetriebes gestaltet
ist und ein mit dem ersten Kupplungsteil drehfest verbundenes Hohlrad,
ein mit dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbundenes Sonnenrad
sowie mehrere mit dem Hohlrad einerseits und dem Sonnenrad andererseits
kämmende Planetenräder umfaßt, wobei
zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad die mit magnetorheologischem Fluid
gefüllte
Kammer gebildet ist. Durch Änderung der
Viskosität
vom flüssigen
zum plastischen Zustand verändert
sich auch die Formänderungsarbeit, so
daß Zähne der
Verzahnungsanordnung nicht mehr frei miteinander kämmen können und
ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil übertragen
wird.A first solution of the problem consists in a blocking coupling for coupling a first coupling part with a second coupling part rotatable relative thereto
a gear arrangement for torque transmission between the first coupling part and the second coupling part,
a sealed to the outside chamber, in which the toothing arrangement is arranged and which is at least partially filled with a magnetorheological fluid, as well as
a controllable magnetic coil disposed adjacent to the chamber and capable of generating a magnetic flux across the chamber, the viscosity of the magnetorheological fluid being varied;
wherein the toothing arrangement is designed in the manner of a planetary gear and a non-rotatably connected to the first coupling member ring gear, rotatably connected to the second coupling member sun gear and a plurality of ring gear on the one hand and the sun gear meshing planetary gears, wherein between the ring gear and the sun gear with magnetorheological fluid filled chamber is formed. By changing the viscosity from the liquid state to the plastic state, the deformation work also changes, so that teeth of the tooth arrangement can no longer mesh freely with each other and torque is transmitted between the first and second coupling parts.
Der Vorteil dieser Sperrkupplung besteht darin, daß sie einfach aufgebaut ist und eine hohe Leistungsdichte aufweist. Die Magnetspule wird elektrisch angesteuert, so daß die Stärke des Magnetfeldes durch entsprechende Wahl der Stromstärke bzw. der Spannung beliebig eingestellt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine hohe Kupplungsgenauigkeit und kurze Aktivierungszeiten, so daß schnell auf sich ändernde Fahrzustände reagiert werden kann. Die Konfiguration von Magnetspule, Kammer und Verzahnungsanordnung ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erregung der Magnetspule ein möglichst gleichförmiges Magnetfeld im Bereich der Kammer erzeugt wird, so daß eine gleichmäßige Viskosität der Flüssigkeit eingestellt werden kann. Dabei wird das Magnetfeld insbesondere im Bereich der abwälzenden Verzahnungseingriffe der Verzahnungsanordnung erzeugt.Of the Advantage of this lock-up clutch is that it is simple and has a high power density. The magnetic coil becomes electric controlled, so that the Strength the magnetic field by appropriate choice of the current or the Voltage can be set arbitrarily. This results a high coupling accuracy and short activation times, so that fast changing driving conditions can be reacted. The configuration of solenoid, chamber and gear arrangement is coordinated so that when energized the magnetic coil as uniform as possible magnetic field is generated in the region of the chamber, so that a uniform viscosity of the liquid can be adjusted. In this case, the magnetic field in particular in the field of rolling Gearing interventions of the gear arrangement generated.
Bei der Verzahnungsanordnung sind die Spalte bzw. Verzahnungsspiele zwischen den Zahnrädern von der Kammer mit umfaßt. Durch Aktivierung der Magnetspule wird ein durch die Kammer laufendes Magnetfeld erzeugt, so daß die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit verändert wird. Je größer die Stärke des Magnetfeldes ist, desto größer die Viskosität des magnetorheologischen Fluids und desto größer die Sperrwirkung der Sperrkupplung.at the gearing arrangement are the gaps or gearing games between the gears from the chamber. By activating the solenoid coil is a running through the chamber Magnetic field generated, so that the Viscosity of magnetorheological fluid is changed. The bigger the Strength the magnetic field is bigger viscosity the magnetorheological fluid and the greater the blocking effect of the lock-up clutch.
Die Magnetspule ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung derart angeordnet, daß ein torusfömiges Magnetfeld erzeugt wird, das durch zumindest einige der Verzahnungseingriffe der Verzahnungsanordnung verläuft. Dabei kann die Magnetspule nach einer ersten Ausführungsform axial benachbart zur Verzahnungsanordnung angeordnet sein. Die so gebildete Sperrkupplung weist eine geringe radiale Baugröße auf. Nach einer hierzu alternativen Ausführungsform kann die Magnetspule auch radial außerhalb der Verzahnungsanordnung angeordnet sein. Dies ist besonders günstig, wenn der axiale Bauraum der Sperrkupplung begrenzt ist. Zur Ausbildung eines optimalen Magnetfeldes sind zumindest das Hohlrad, die Planetenräder und das Sonnenrad aus ferromagnetischem Material. So ist gewährleistet, daß der Magnetkreis zwischen einem der Pole der Magnetspule, über das Hohlrad, die Planetenräder und das Sonnenrad zum zweiten Pol der Magnetspule geschlossen ist. So wird insbesondere im Bereich der Verzahnungseingriffe eine genaue Einstellbarkeit der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erreicht.The Magnetic coil is arranged according to a preferred embodiment such the existence torusfömiges Magnetic field is generated by at least some of the gearing interventions the toothing arrangement runs. In this case, the magnetic coil according to a first embodiment be arranged axially adjacent to the toothing arrangement. The way formed locking clutch has a small radial size. According to an alternative embodiment, the magnetic coil also radially outside be arranged the toothing arrangement. This is especially cheap if the axial space of the lock-up clutch is limited. For training an optimal magnetic field are at least the ring gear, the planet gears and the sun wheel made of ferromagnetic material. This ensures that that the Magnetic circuit between one of the poles of the magnetic coil, over the Ring gear, the planet gears and the sun gear is closed to the second pole of the solenoid. Thus, especially in the field of gearing interventions an accurate Adjustability of the viscosity of the magnetorheological fluid.
Insbesondere bei der letztgenannten Ausführungsform mit radialer Magnetspule ist es vorteilhaft, daß zwei Gruppen von Planetenrädern axial benachbart zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann zwischen den axial entgegengesetzten Polen der Magnetspule ein torusfömiges Magnetfeld erzeugt werden, das durch beide Gruppen von Planetenrädern verläuft. Durch Betätigen der Magnetspule wird die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in den Verzahnungen beider Gruppen von Planetenrädern erhöht, so daß ein Drehmoment übertragen werden kann. Vorzugsweise sind axial zwischen beiden Gruppen von Planetenrädern Isoliermittel aus paramagnetischem Material vorgesehen. Diese gewährleisten, daß der Magnetfluß kreisförmig durch beide Gruppen von Planetenrädern verläuft.Especially in the latter embodiment with radial magnetic coil, it is advantageous that two groups of planetary gears axially are arranged adjacent to each other. This way can be between the axially opposite poles of the magnetic coil a torusfömiges magnetic field generated passing through both groups of planetary gears. By Actuate the magnet coil becomes the viscosity of the magnetorheological liquid increased in the teeth of both groups of planet gears, so that transmit a torque can be. Preferably, axially between both groups of planetary gears Insulating of paramagnetic material provided. These ensure that the Magnetic flux circular through both Groups of planet wheels runs.
Die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad können Gerad- oder Schrägverzahnungen sein. Bei Verwendung von schrägverzahnten Rädern wird eine Axialkraftkomponente erzeugt, die zu größeren Reibungsverlusten führt. Dabei wird dem aufgrund von Reibung verursachten Grundsperrmoment ein aktives Sperrmoment überlagert, das aufgrund der Verformungsarbeit des magnetorheologischen Fluids entsteht. Die Verformungsarbeit setzt sich aus Quetsch-, Pump- und Scherarbeit zusammen. Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern jeweils axial kürzer als die Verzahnungen zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad gestaltet. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders homogenes Magnetfeld. In der Kammer kann ein das Kammervolumen reduzierender Füllkörper vorgesehen sein, in dem die Planetenräder drehbar gehalten sind. So ist lediglich eine geringe Menge des magnetorheologischen Fluids erforderlich.The gears between the ring gear and the planet gears and between the planet gears and the sun gear may be straight or helical gears. When using helical gears an axial force component is generated, which leads to greater friction losses. In this case, the reason caused by friction Grundsperrmoment an active locking torque is superimposed, which arises due to the work of deformation of the magnetorheological fluid. The deformation work is composed of squeezing, pumping and shearing work. According to a preferred embodiment, the teeth between the ring gear and the planetary gears are each designed axially shorter than the teeth between the planetary gears and the sun gear. In this way results a very homogeneous magnetic field. In the chamber, a chamber volume reducing filler can be provided, in which the planet gears are rotatably supported. So only a small amount of magnetorheological fluid is required.
Die Planetenräder sind vorzugsweise in einem Käfig drehbar gehalten. Dabei weist der Käfig zumindest eine Scheibe auf, die auf der der Magnetspule abgewandten Seite der Planetenräder angeordnet ist. Alternativ hierzu kann der Käfig auch zwei Scheiben umfassen, wobei die Planetenräder axial zwischen diesen angeordnet und auf Zapfen drehbar gelagert sind. Vorzugsweise ist die der Magnetspule entfernt angeordnete Scheibe aus ferromagnetischem Material, so daß sie bei Aktivieren der Magnetspule von dieser angezogen wird. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Planetenräder im Käfig derart gehalten, daß sie in Umfangsrichtung begrenzt beweglich sind. Hierfür weist der Käfig beispielsweise in Umfangsrichtung verlaufende Langlöcher auf, in denen die Planetenräder befestigt sind. Der Käfig umfaßt weiterhin axiale Durchbrüche, die mit den Verzahnungseingriffen zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad bzw. dem Sonnenrad fluchten. Auf diese Weise kann – im nicht aktivierten Zustand, d. h. ausgeschaltetem Elektromagneten – magnetorheologisches Fluid aus den Bereichen der Verzahnungseingriffe durch die Durchbrüche des Käfigs in das Reservoir gelangen. In aktiviertem Zustand, d. h. bei angeschaltetem Elekromagneten, wird aufgrund der erhöhten Viskosität des magnetorheologischen Fluids Verformungsarbeit zwischen den Verzahnungseingriffen geleistet. Durch die zusätzlichen Scherkräfte wird der Käfig in Umfangsrichtung verdreht, so daß die Durchbrüche nun nicht mehr mit den Verzahnungseingriffen fluchten. Die Kammer ist somit stirnseitig abgekapselt, so daß der Verformungsarbeit zusätzliche Pump- und Scherarbeit überlagert wird. Diese Ausgestaltung bewirkt somit ein günstigeres Verhältnis zwischen dem maximal erreichbaren Drehmoment und dem Schleppmoment im nicht aktivierten Zustand.The planetary gears are preferably in a cage rotatably held. In this case, the cage has at least one disc on, which arranged on the side facing away from the magnetic coil of the planetary gears is. Alternatively, the cage may also comprise two discs, where the planetary gears arranged axially between them and rotatably mounted on pins are. Preferably, the magnet coil is remotely located Washer made of ferromagnetic material, so that when activating the magnetic coil is attracted by this. In a preferred embodiment, the planetary gears in the cage held so that they are limitedly movable in the circumferential direction. For this purpose points the cage for example, in the circumferential direction extending slots, in which the planetary gears are attached. The cage comprises continuing axial breakthroughs, the with the gearing between the planetary gears and aligned with the ring gear or the sun gear. This way - can not activated state, d. H. switched off electromagnet - magnetorheological Fluid from the areas of the teeth interventions by the openings of the cage get into the reservoir. In activated state, d. H. when turned on Elekromagneten, due to the increased viscosity of the magnetorheological Fluid deformation work done between the gearing interventions. By the additional Shearing forces the cage twisted in the circumferential direction, so that the breakthroughs now no longer aligned with the gearing interventions. The chamber is thus encapsulated frontally, so that the deformation work additional Pumping and shearing superimposed becomes. This embodiment thus causes a better ratio between the maximum achievable torque and the drag torque in not activated state.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist mit dem ersten Kupplungsteil eine Stützscheibe fest verbunden, die die Kammer in Richtung Magnetspule begrenzt und gegen die sich die Planetenräder axial abstützen können. Es sind Dichtungsmittel zwischen der Stützscheibe und einem zylinderförmigen Abschnitt des Sonnenrads vorgesehen. Diese verhindern, daß magnetorheologisches Fluid beim Abwälzen der Zahnräder aus der Kammer herausgepreßt wird. Die Stützscheibe ist vorzugsweise paramagnetisch, so daß – im Längsschnitt betrachtet – ein kreisförmiges Magnetfeld um die Magnetspule erzeugt wird.To A preferred development is with the first coupling part a support disk firmly connected, which limits the chamber towards the solenoid and against which the planet gears support axially can. There are sealing means between the support disk and a cylindrical portion provided the sun gear. These prevent magnetorheological fluid when rolling the gears is squeezed out of the chamber. The support disk is preferably paramagnetic, so that - viewed in longitudinal section - a circular magnetic field around the magnetic coil is generated.
Die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer ist nach einer bevorzugten Weiterbildung mit einem Reservoir verbunden. Dies hat vorzugsweise ein veränderliches Volumen, damit aufgrund von Temperaturänderungen im magnetorheologischen Fluid resultierende Volumenänderungen kompensiert werden können. Das Reservoir ist von einem Kolben begrenzt, der über Federmittel beaufschlagt ist. Der Kolben und die Federmittel sind vorzugsweise in einem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Kupplungsteils angeordnet und gegen einen Deckel axial abgestützt. Ebenso kann das Reservoir auch im ersten Kupplungsteil angeordnet sein. Nach einem alternativen Ansatz kann die Kammer außer der magnetorheologischen Flüssigkeit zu einem geringen Anteil ein Gasvolumen enthalten, dessen Kompressibilität den Volumenausgleich herstellt.The filled with magnetorheological fluid chamber is after a preferred development associated with a reservoir. this has preferably a variable one Volume, hence due to temperature changes in the magnetorheological Fluid resulting volume changes can be compensated. The reservoir is bounded by a piston, which via spring means is charged. The piston and the spring means are preferably in a tubular shape Section of the second coupling part arranged and against a Cover axially supported. Likewise, the reservoir can also be arranged in the first coupling part be. According to an alternative approach, the chamber except the magnetorheological fluid contain a small proportion of a gas volume, the compressibility of the volume compensation manufactures.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Gehäuse vorgesehen, in dem die Verzahnungsanordnung und die Magnetspule angeordnet sind. Das Gehäuse ist vorzugsweise topfförmig gestaltet und weist einen äußeren Wandungsabschnitt sowie einen hierzu koaxial inneren Wandungsabschnitt auf. Dabei kann das erste Kupplungsteil drehbar in dem äußeren Wandungsabschnitt und das zweite Kupplungsteil drehbar auf dem inneren Wandungsabschnitt gelagert werden. Es ist weiterhin vorgesehen, daß das erste Kupplungsteil Anschlußmittel zum drehfesten Verbinden mit einer Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeugs, und das zweite Kupplungsteil Anschlußmittel zum drehfesten Verbinden mit einem Achsdifferential aufweist. Die zweiten Anschlußmittel sind vorzugsweise in Form einer Längsverzahnung gestaltet, in die ein Achszapfen zur Drehmomentübertragung eingreifen kann.To a preferred embodiment, a housing is provided, in which the Gear arrangement and the magnetic coil are arranged. The case is preferably cup-shaped designed and has an outer wall portion and a coaxial inner wall section on. It can the first coupling part rotatably in the outer wall portion and the second coupling part rotatably on the inner wall portion be stored. It is further contemplated that the first coupling part connecting means for non-rotatable connection to a longitudinal drive shaft of a motor vehicle, and the second coupling part connecting means for non-rotatable connection having an axle differential. The second connection means are preferably designed in the form of a longitudinal toothing, in which can engage a journal for torque transmission.
Die erfindungsgemäße Sperrkupplung ist vielseitig einsetzbar. Nach einer ersten Verwendung ist die Sperrkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, das eine permanent angetriebene erste Achse und eine bedarfsweise zuschaltbare zweite Achse aufweist, wobei die Sperrkupplung zum An- oder Abkoppeln der zweiten Achse dient. Je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs wird die Sperrkupplung über einen Fahrdynamikregler nach Bedarf angesteuert. Dabei kann das zu übertragende Drehmoment durch die entsprechende Stärke des Magnetfeldes, d. h. durch entsprechende Wahl der Stromstärke bzw. der Spannung beliebig eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Kupplungsgenauigkeit und kurze Aktivierungszeiten, so daß schnell auf sich ändernde Fahrzustände reagiert werden kann.The Locking clutch according to the invention is versatile. After a first use is the Locking clutch arranged in the drive train of a motor vehicle, that is a permanently driven first axle and if necessary switchable second axis, wherein the lock-up clutch for Connecting or disconnecting the second axis is used. Depending on the driving condition of the motor vehicle, the lock-up clutch via a vehicle dynamics controller controlled as needed. In this case, the torque to be transmitted by the appropriate strength of the magnetic field, d. H. by appropriate choice of the current or the voltage can be set arbitrarily. This results a high coupling accuracy and short activation times, so that fast changing driving conditions can be reacted.
Nach einer zweiten Verwendung ist die Sperrkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer permanent angetriebenen ersten Achse und einer bedarfsweise zuschaltbaren zweiten Achse angeordnet, wobei die Sperrkupplung einer drehzahlfühlenden weiteren Kupplung vorgeschaltet ist und zum Ein- oder Ausschalten dieser drehzahlfühlenden weiteren Kupplung dient. Im eingeschalteten Zustand ist die zuschaltbare zweite Achse angekoppelt, wobei eine maximale Drehmomentkapazität verfügbar ist, während die zweite Achse im ausgeschalteten Zustand vom Antriebsstrang entkoppelt ist. Diese Anwendung hat den Vorteil, daß auf eine aufwendige Ansteuerung der weiteren Kupplung verzichtet werden kann und daß durch die Entkopplung der drehzahlfühlenden weiteren Kupplung der Antriebsstrang ESP-kompatibel wird. ESP-kompatibel bedeutet in diesem Zusammenhang, daß Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs mittels einem Fahrdynamikregler problemlos erfolgen können. Die drehzahlfühlende weitere Kupplung ist üblicherweise in Form einer Viscokupplung gestaltet.After a second use, the lock-up clutch is arranged in the drive train of a motor vehicle with a permanently driven first axle and a second axle which can be engaged as required, wherein the lock-up clutch precedes a speed-sensing further clutch is and used to turn on or off this speed-sensing further coupling. When switched on, the switchable second axle is coupled, wherein a maximum torque capacity is available, while the second axle is decoupled from the drive train in the off state. This application has the advantage that can be dispensed with a complex control of the additional clutch and that the decoupling of the speed-sensing further clutch the powertrain ESP compatible. ESP-compatible in this context means that interventions in the driving dynamics of the motor vehicle can be done easily by means of a driving dynamics controller. The speed-sensing further clutch is usually designed in the form of a viscous coupling.
Eine zweite Lösung der obigen Aufgabe besteht in einem Sperrdifferential zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Eingangsteil, das drehend antreibbar ist; ein erstes Ausgangsteil und ein zweites Ausgangsteil, die jeweils über Differentialräder mit dem Eingangsteil antriebsverbunden sind; eine nach außen abgedichtete Kammer, in der die Differentialräder angeordnet sind und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid gefüllt ist; sowie eine steuerbare Magnetspule, die benachbart zur Kammer angeordnet ist und einen magnetischen Fluß über die Kammer erzeugen kann, wobei die Viskosität des magnetorheologischen Fluids verändert wird; wobei das Sperrdifferential in Form eines Planetendifferentials gestaltet ist und ein Hohlrad, ein Sonnenrad, mehrere Differentialräder, die mit dem Hohlrad einerseits und dem Sonnenrad andererseits in Verzahnungseingriff sind, sowie eine Steganordnung zum Tragen der Differentialräder umfaßt, wobei zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad die mit magnetorheologischem Fluid gefüll te Kammer gebildet ist. Durch Veränderung der Viskosität vom flüssigen zum plastischen Zustand verändert sich die Formänderungsarbeit, so daß die Differentialräder nicht mehr frei kämmen können und ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil übertragen wird.A second solution The above object is in a limited slip differential used in the drive train of a motor vehicle, comprising an input part, which is rotationally driven; a first output part and a second one Output part, each over differential gears are drivingly connected to the input part; an externally sealed chamber, in the differential gears are arranged and at least partially with a magnetorheological Fluid filled is; and a controllable magnetic coil adjacent to the chamber is arranged and can generate a magnetic flux across the chamber, where the viscosity the magnetorheological fluid is changed; where the locking differential is designed in the form of a planetary differential and a ring gear, a sun gear, several differential wheels, with the ring gear on the one hand and the sun gear on the other hand are in meshing engagement, as well a web assembly for supporting the differential gears, wherein between the ring gear and the sun gear filled with magnetorheological fluid te chamber is formed. By change the viscosity from the liquid changed to the plastic state the strain work, So that the differential gears no longer combing freely can and transmit torque between the first and second coupling parts becomes.
Der Vorteil dieses Sperrdifferentials besteht im einfachen Aufbau und in einer hohen Leistungsdichte. Die Magnetspule wird elektrisch angesteuert, so daß die Stärke des Magnetfeldes durch entsprechende Wahl der Stromstärke bzw. der Spannung beliebig eingestellt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine hohe Schaltgenauigkeit und kurze Aktivierungszeiten, so daß schnell auf sich ändernde Fahrzustände reagiert werden kann. Die Konfiguration von Magnetspule, Kammer und Differentialrädern ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erregung der Magnetspule ein möglichst gleichförmiges Magnetfeld im Bereich der Kammer erzeugt wird, so daß eine gleichmäßige Viskosität der Flüssigkeit eingestellt werden kann. Dabei wird das Magnetfeld insbesondere im Bereich der abwälzenden Verzahnungseingriffe der Differentialräder erzeugt.Of the Advantage of this locking differential is the simple structure and in a high power density. The magnetic coil becomes electric controlled, so that the Strength of the magnetic field by appropriate choice of the current or the voltage can be set arbitrarily. This results a high switching accuracy and short activation times, so that fast changing driving conditions can be reacted. The configuration of solenoid, chamber and differential wheels is coordinated so that when energized the solenoid one possible uniform Magnetic field is generated in the region of the chamber, so that a uniform viscosity of the liquid can be adjusted. In this case, the magnetic field in particular in the field of rolling Gearing interventions of the differential wheels generated.
Die Spalte bzw. Verzahnungsspiele zwischen den Differentialrädern und den damit in Verzahnungseingriff befindlichen Zahnrädern sind von der Kammer mit umfaßt. Das Sperrdifferential kann beliebig im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sein. Beispielsweise kann das Hohlrad als Drehmomenteingang dienen, so daß das Sonnenrad und die Steganordnung als Drehmomentausgänge dienen. In dieser Ausführungsform arbeitet das Sperrdifferential als Mittendifferential mit einer festen Grundübersetzung zwischen zwei angetriebenen Achsen. Durch Aktivieren der Magnetspule wird das Differential gesperrt, so daß ein Drehmomentausgleich zwischen den Ausgängen verhindert wird.The Gaps or gearing between the differential gears and the gears are thus in meshing engagement from the chamber. The limited slip differential can be arbitrary in the drive train of a motor vehicle be connected. For example, the ring gear as a torque input serve, so that the Sun gear and the bridge arrangement serve as torque outputs. In this embodiment the limited slip differential works as a center differential with a fixed one basic translation between two driven axles. By activating the magnetic coil the differential is locked, so that a torque compensation between the exits is prevented.
Die Magnetspule ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung derart angeordnet, daß ein torusfömiges Magnetfeld erzeugt wird, das durch zumindest einige der Verzahnungseingriffe des Planetendifferentials verläuft. Die Magnetspule ist vorzugsweise axial benachbart zur Verzahnungsanordnung angeordnet. Zur Ausbildung eines optimalen Magnetfeldes sind zumindest das Hohlrad, die Differentialräder und das Sonnenrad aus ferromagnetischem Material. So ist gewährleistet, daß der Magnet kreis zwischen einem der Pole der Magnetspule, über das Hohlrad, die Planetenräder und das Sonnenrad zum zweiten Pol der Magnetspule geschlossen ist. So wird insbesondere im Bereich der Verzahnungseingriffe eine genaue Einstellbarkeit der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erreicht. Das erfindungsgemäße Sperrdifferential kann aber auch in Form eines Achsdifferentials gestaltet sein.The Magnetic coil is arranged according to a preferred embodiment such the existence torusfömiges Magnetic field is generated by at least some of the gearing interventions the planetary differential runs. The magnet coil is preferably axially adjacent to the toothing arrangement arranged. To form an optimal magnetic field are at least the ring gear, the differential wheels and the sun wheel made of ferromagnetic material. This ensures that that the Magnetic circle between one of the poles of the magnetic coil, over the Ring gear, the planet gears and the sun gear is closed to the second pole of the solenoid. Thus, in particular in the field of gearing interventions an accurate adjustability the viscosity of the magnetorheological fluid. The locking differential according to the invention but can also be designed in the form of an axle differential.
Die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad können Gerad- oder Schrägverzahnungen sein. Bei Verwendung von schrägverzahnten Rädern wird eine Axialkraftkomponente erzeugt, die zu größeren Reibungsverlusten führt. Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern jeweils axial kürzer als die Verzahnungen zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad gestaltet. So wird ein besonders homogenes Magnetfeld erzeugt. In der Kammer kann ein das Kammervolumen reduzierender Füllkörper vorgesehen sein, in dem die Differentialräder drehbar gehalten sind. So ist lediglich eine geringe Menge des magnetorheologischen Fluids erforderlich.The Gears between the ring gear and the planet gears as well between the planet wheels and the sun wheel Straight or helical gears be. When using helical teeth wheels an axial force component is generated which leads to greater friction losses. To a preferred development, the teeth between the Ring gear and the planet wheels each axially shorter designed as the teeth between the planetary gears and the sun gear. This creates a particularly homogeneous magnetic field. In the chamber can a filling volume reducing the chamber volume can be provided, in which the differential wheels are held rotatably. So only a small amount of the magnetorheological Fluids required.
Vorzugsweise umfaßt die Steganordnung zumindest einen Flansch, der auf der der Magnetspule abgewandten Seite der Differentialräder angeordnet ist. Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Stützscheibe mit dem Hohlrad fest verbunden, die die Kammer in Richtung Magnetspule begrenzt. Es sind Dichtungsmittel zwischen der Stützscheibe und einem zylinderförmigen Abschnitt des Sonnenrads vorgesehen. Diese verhindern, daß magnetorheologisches Fluid beim Abwälzen der Zahnräder aus der Kammer herausgepreßt wird. Die Stützscheibe und/oder die Steganordnung sind vorzugsweise paramagnetisch, so daß – im Längsschnitt betrachtet – ein kreisförmiges Magnetfeld um die Magnetspule erzeugt wird.Preferably, the web arrangement comprises at least one flange which is arranged on the side facing away from the magnetic coil of the differential wheels. According to a preferred embodiment, a support disk is fixedly connected to the ring gear, which limits the chamber in the direction of the magnetic coil. There are Sealant provided between the support disk and a cylindrical portion of the sun gear. These prevent magnetorheological fluid from being squeezed out of the chamber as the gears roll. The support disk and / or the web arrangement are preferably paramagnetic, so that - viewed in longitudinal section - a circular magnetic field is generated around the magnetic coil.
Die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer ist nach einer bevorzugten Weiterbildung mit einem Reservoir verbunden. Dies hat vorzugsweise ein veränderliches Volumen, damit aufgrund von Temperaturänderungen im magnetorheologischen Fluid resultierende Volumenänderungen kompensiert werden können. Das Reservoir ist von einem Kolben begrenzt, der über Federmittel beaufschlagt ist. Der Kolben und die Federmittel sind vorzugsweise in einem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Ausgangsteils angeordnet und gegen einen Deckel axial abgestützt. Nach einem alternativen Ansatz kann die Kammer außer der magnetorheologischen Flüssigkeit zu einem geringen Anteil ein Gasvolumen enthalten, dessen Kompressibilität den Volumenausgleich herstellt.The filled with magnetorheological fluid chamber is after a preferred development associated with a reservoir. this has preferably a variable one Volume, hence due to temperature changes in the magnetorheological Fluid resulting volume changes can be compensated. The reservoir is bounded by a piston, which via spring means is charged. The piston and the spring means are preferably in a tubular shape Section of the second output part arranged and against a lid axially supported. According to an alternative approach, the chamber except the magnetorheological fluid contain a small proportion of a gas volume whose compressibility makes the volume compensation.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sperrdifferential in einem Gehäuse drehbar gelagert. Das Gehäuse ist vorzugsweise topfförmig gestaltet und weist einen Ringraum zur Aufnahme der Magnetspule auf. Dabei ist das erste Ausgangsteil drehbar in einem zylindrischen Lagerabschnitt gelagert, während das zweite Ausgangsteil radial im ersten Ausgangsteil koaxial zur Drehachse gelagert ist.To In a preferred embodiment, the locking differential is in one casing rotatably mounted. The housing is preferably pot-shaped designed and has an annular space for receiving the solenoid on. In this case, the first output part is rotatable in a cylindrical Bearing section stored while the second output part radially in the first output part coaxial with Is mounted axis of rotation.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt:preferred embodiments will be explained below with reference to the drawing. Hereby shows:
- a) im Längsschnitt;
- b) im Querschnitt gemäß Schnittlinie
I-I aus
1a );
- a) in longitudinal section;
- b) in cross section according to section line II
1a );
- a) mit einfachen Käfig für die Planetenräder im Längsschnitt;
- b) einen Querschnitt durch die Käfigebene gemäß
5a );
- a) with simple cage for the planet gears in longitudinal section;
- b) a cross section through the cage plane according to
5a );
- a) im Längsschnitt;
- b) im Querschnitt gemäß Schnittlinie
VII-VII aus
7a ); - c) im Längsschnitt mit Darstellung der Magnetfeldlinien
- a) in longitudinal section;
- b) in cross-section according to section line VII-VII
7a ); - c) in longitudinal section showing the magnetic field lines
- a) im Längsschnitt;
- b) das Prinzip der Planetenanordnung im Querschnitt;
- c) im Längsschnitt mit Darstellung der Magnetfeldlinien;
- a) in longitudinal section;
- b) the principle of the planetary arrangement in cross section;
- c) in longitudinal section showing the magnetic field lines;
- a) im Längsschnitt;
- b) im Querschnitt.
- a) in longitudinal section;
- b) in cross-section.
Das
Gehäuse
Die
Funktionsweise der Sperrkupplung ist wie folgt. Im nicht-aktivierten
Zustand drehen das erste Kupplungsteil
Zum
Schließen
der Sperrkupplung wird die Magnetspule
Für einen
besonders günstigen
Magnetfluß sind
das Gehäuse
In
Eine
weitere Ausführungsform
zeigt
Das
Eingangsteil
Das
Gehäuse
Die
Funktionsweise des Sperrdifferentials entspricht derjenigen eines üblichen
Differentialgetriebes. Im normalen Fahrbetrieb drehen das Eingangsteil
Zum
Schließen
des Sperrdifferentials wird die Magnetspule
- 11
- Sperrkupplunglock-up clutch
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- erstes Kupplungsteilfirst coupling part
- 44
- zweites Kupplungsteilsecond coupling part
- 55
- erste Anschlußmittelfirst connection means
- 66
- zweite Anschlußmittelsecond connection means
- 77
- Wälzlagerroller bearing
- 99
- äußerer Wandungsabschnittouter wall section
- 1010
- innerer Wandungsabschnittinternal wall section
- 1212
- Bodenground
- 1313
- Ringraumannulus
- 1414
- Verzahnungsanordnung/PlanetengetriebeSerration / planetary gear
- 1515
- Hohlradring gear
- 1616
- Sonnenradsun
- 1717
- Planetenrad/DifferentialradPlanetary gear / differential gear
- 1818
- Kammerchamber
- 1919
- Flanschflange
- 2020
- Stützscheibesupport disc
- 2222
- Dichtringseal
- 2323
- Radialspaltradial gap
- 2424
- Reservoirreservoir
- 2525
- Magnetspulesolenoid
- 2626
- Kolbenpiston
- 2727
- Federmittelspring means
- 2929
- Deckelcover
- 3030
- Zapfenspigot
- 3232
- Längsverzahnungspline
- 3333
- Anschlußflanschflange
- 3434
- Sicherungsringcirclip
- 3535
- Deckelabschnittcover section
- 3636
- Lagerabschnittbearing section
- 3737
- KäfigCage
- 3838
- Bolzenbolt
- 3939
- Scheibedisc
- 4040
- Scheibedisc
- 4141
- Absatzparagraph
- 4242
- zylinderförmiger Abschnittcylindrical section
- 4343
- Trägerelementsupport element
- 4444
- Abtriebswelleoutput shaft
- 4545
- Wälzlagerroller bearing
- 4646
- Nabehub
- 4747
- Isoliermittelinsulation
- 4848
- Abschnittsection
- 4949
- Abschnittsection
- 5151
- Sperrdifferentiallimited slip differential
- 5252
- Gehäusecasing
- 5353
- Eingangsteilintroductory
- 5454
- erstes Ausgangsteilfirst output portion
- 5555
- erste Anschlußmittelfirst connection means
- 5656
- zweite Anschlußmittelsecond connection means
- 5757
- Wälzlagerroller bearing
- 5858
- Steganordnungweb arrangement
- 5959
- Wandungsabschnittwall section
- 6060
- Nadellagerneedle roller bearings
- 6161
- zweites Ausgangsteilsecond output portion
- 6262
- Bodenground
- 6363
- Ringraumannulus
- 6464
- Planetendifferentialplanetary differential
- 6565
- Hohlradring gear
- 6666
- Sonnenradsun
- 6767
- Differentialrad/PlanetenradDifferential gear / planet
- 6868
- Kammerchamber
- 7070
- Stützscheibesupport disc
- 7171
- Dichtungsringsealing ring
- 7272
- Dichtungsringsealing ring
- 7373
- Radialspaltradial gap
- 7474
- Reservoirreservoir
- 7575
- Magnetspulesolenoid
- 7676
- Kolbenpiston
- 7777
- Federmittelspring means
- 7979
- Deckelcover
- 8080
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 8181
- Motorengine
- 8282
- Schaltgetriebemanual transmission
- 8383
- Verteilergetriebe mit DifferentialTransfer Case with differential
- 8484
- Antriebswelledrive shaft
- 8585
- Vorderräderfront wheels
- 8686
- LängsantriebswellePropeller shaft
- 8787
- ViscokupplungViscokupplung
- 8888
- Differentialgetriebedifferential gear
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- Antriebswelledrive shaft
- 9090
- Hinterräderrear wheels
- AA
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |