DE112018002420T5

DE112018002420T5 - Differenzialsensorvorrichtung und verwendungsverfahren

Info

Publication number: DE112018002420T5
Application number: DE112018002420.2T
Authority: DE
Inventors: Michael Z. Creech; Justin S. Davis; Anne M. Adamczyk
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN110753806B; US20200094676A1; JP2020519818A; US11142067B2; WO2018208937A1; BR112019023548A2; CN110753806A

Abstract

Eine Achsbaugruppe, die ein Differenzialgehäuse und ein Seitenzahnrad einschließt, das eine innenseitige Fläche und eine außenseitige Fläche aufweist, die in dem Differenzialgehäuse angeordnet sind. Die außenseitige Fläche des Seitenzahnrades definiert eine Mehrzahl von Verriegelungszähnen. Ein Verriegelungszahnrad, das eine innenseitige Fläche und eine außenseitige Fläche aufweist, wobei die innenseitige Fläche eine zweite Mehrzahl von Verriegelungzähnen einschließt, die mit der ersten Mehrzahl von Verriegelungszähnen im Eingriff sind. Ein Vorspannelement, das axial zwischen dem Seitenzahnrad und dem Verriegelungszahnrad angeordnet ist. Eine elektromagnetische Spule, die benachbart zu dem Verriegelungszahnrad angeordnet ist. Einen ersten induktiven Sensor zum Abtasten einer Position des Verriegelungszahnrades.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einer Achsbaugruppe und eine Drehmomentübertragung-Sensorvorrichtung. Achsbaugruppen in Antriebssträngen für Radfahrzeuge sind dahingehend bekannt, dass sie eine Differenzialvorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Leistungsquelle zu den Fahrzeugrädern verwenden. Die Differenzialvorrichtung ermöglicht, dass ein äußeres Antriebsrad bei einer größeren Geschwindigkeit als ein inneres Antriebsrad rotiert, wenn ein Fahrzeug durch eine Kurve fährt, und die Differenzialvorrichtung teilt die Leistung zwischen den angeschlossenen Fahrzeugrädern auf.
Eine Sperr-oder Verriegelungsdifferenzialvorrichtung kann verwendet werden, um ein Rad mit besserer Traktion und mehr Antriebskraft vorzusehen. Zuverlässig die Position eines Verriegelungszahnrades der Differenzialvorrichtung zu bestimmen, ist eine Herausforderung durch die rotierenden und nicht rotierenden Komponenten der Differenzialvorrichtung, ebenso wie durch den dabei erzeugten Verschleiß.
In Hinsicht auf die Herausforderungen und Nachteile üblicher Entwicklungen sieht die vorliegende Offenbarung eine Sensorvorrichtung ohne Kontakt vor, die verringerte Kosten, ein verringertes Gewicht und eine verringerte Komplexität vorsieht.
ABRISS
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Achsbaugruppe einschließlich eines Differenzialgehäuses vor. Ein Seitenzahnrad, das eine innenseitige Fläche und eine außenseitige Fläche aufweist, ist in dem Differenzialgehäuse angeordnet. Die außenseitige Fläche des Seitenzahnrades definiert eine Mehrzahl von Verriegelungszähnen. Die Achsbaugruppe umfasst auch ein Verriegelungszahnrad mit einer innenseitigen Fläche und einer außenseitigen Fläche, wobei die innenseitige Fläche eine zweite Mehrzahl von Verriegelungzähnen einschließt. Die zweite Mehrzahl von Verriegelungzähnen des Verriegelungszahnrades sind selektiv mit der ersten Mehrzahl von Verriegelungszähnen des Seitenzahnrades im Eingriff. Außerdem ist ein Vorspannelement axial zwischen dem Seitenzahnrad und dem Verriegelungszahnrad angeordnet. Die Achsbaugruppe umfasst zusätzlich eine benachbarte zum Verriegelungszahnrad angeordnete elektromagnetische Spule und einen ersten induktiven Sensor zum Abtasten einer Position des Verriegelungszahnrades.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind hier als Teil der Anmeldung enthalten. Die hier beschriebenen Zeichnungen stellen Ausführungen des vorliegend offenbarten Gegenstandes dar und erläutern ausgewählte Prinzipien und Lehren der vorliegenden Offenbarung und stellen nicht alle möglichen ihrer Implementationen dar. Die Zeichnungen sind nicht vorgesehen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Form einzuschränken.

1 stellt einen Querschnitt eines Teils eines Differenzialmechanismus entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes dar;
2 stellt einen Querschnitt eines Teils eines Differenzialmechanismus entsprechend 1 in einem unverriegelten Zustand dar;
3 stellt einen Querschnitt eines Teils eines Differenzialmechanismus entsprechend 1 in einem verriegelten Zustand dar;
4 stellt einen Teil einer Achsbaugruppe entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes dar;
5 stellt einen Teil eines Differenzialmechanismus entsprechend 1 dar und;
6 stellt einen Querschnitt eines Teils eines Differenzialmechanismus mit einem Quersensor entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es ist zu beachten, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen aufweisen kann, außer wenn ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Es ist ebenfalls zu beachten, dass die konkreten Vorrichtungen, Baugruppen, Systeme und Prozesse, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und in der folgenden Beschreibung beschrieben werden, lediglich Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ideen sind, die hier definiert sind. Somit sind spezifische Abmessungen, Richtungen oder andere physikalische Eigenschaften, die sich auf offenbarte Ausführungsbeispiele beziehen, nicht als einschränkend anzusehen, es sei denn, es wird ausdrücklich Anderes ausgedrückt. Außerdem werden innerhalb dieses Abschnitts der Anmeldung ähnliche Elemente, auch wenn sie es nicht sind, in den verschiedenen hier beschriebenen Ausführungen einheitlich mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet.
Verriegelungs- bzw. Sperrdifferenziale werden in Anwendungen in vielen Industriezweigen verwendet, einschließlich der Automobilindustrie, Raumfahrtindustrie, industrieller Automatisierungseinrichtungen und instrumenteller Anwendungen. In einer Ausführungsform kann der hier offenbarte Gegenstand im Betrieb von Allradfahrzeugen verwendet werden.
Wie in 4 dargestellt, kann in einem Ausführungsbeispiel eine Achsbaugruppe 1 einen Differenzialträger 10 enthalten. In einem Ausführungsbeispiel kann der Differenzialträger 10 ein einstückiges Metallgehäuse sein. Der Differenzialträger 10 weist eine Außenfläche 12 und eine Innenfläche 14 auf. Die Innenfläche 14 des Differenzialträgers begrenzt einen hohlen Innenraum 16. Der Differenzialträger 10 schließt ebenfalls einen ersten Achsflansch 20 und einen zweiten Achsflansch 22 ein. Der erste und zweite Achsflansch 20, 22 sind entgegengesetzt zueinander an dem Differenzialträger 10 angeordnet. Achsrohre (nicht dargestellt) können mit dem ersten und zweiten Achsflansch 20, 22 gekoppelt sein, um Achshalbwellen (nicht dargestellt) aufzunehmen.
Der Differenzialträger 10 ist mit einem Konstruktionselement (nicht dargestellt) des Fahrzeugs, in dem er vorgesehen ist, gekoppelt. Der Differenzialträger 10 ist ortsfest und rotiert nicht.
Wie in den 1 bis 4 dargestellt, umfasst die Achsbaugruppe 1 einen Differenzialmechanismus, der ein Differenzialgehäuse 24 umfasst, das in dem hohlen Innenraum 16 des Differenzialträgers angeordnet ist. Das Ausgleichsgehäuse bzw. Differenzialgehäuse 24 ist zur Drehung in dem Differenzialträger 10 über ein Paar von Lagern (nicht dargestellt) montiert. Der erste und zweite Flansch 26, 28 des Differenzialgehäuses können in einem ersten und zweiten Differenziallagerblock 30, 32 angeordnet sein. Eine erste und zweite Lagerlasche 34, 36 können über dem ersten und zweiten Flansch 26, 28 des Differenzialgehäuses sein. Die erste und zweite Lagerlasche 34, 36 sind mit dem ersten und zweiten Differenziallagerblock 30, 32 mit beispielsweise mechanischen Befestigungselementen 38 verbunden. Wie in 4 gezeigt, können die mechanischen Befestigungselemente 38 Bolzen umfassen, die sich durch die erste und zweite Lagerlasche 34, 36 und in den ersten und zweiten Differenziallagerblock 30, 32 erstrecken.
Wie in 4 gezeigt, kann ein Ringzahnrad 40 mit dem Differenzialgehäuse 24 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann das Ringzahnrad 40 integral mit dem Differenzialgehäuse 24 gebildet sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in den 1 und 4 gezeigt, kann das Differenzialgehäuse 24 ein Ringzahnradflansch 42 einschließen. Der Ringzahnradflansch 42 kann eine Mehrzahl von Befestigungsöffnungen (nicht dargestellt) begrenzen, die umfänglich darum herum angeordnet sind und hindurch ausgebildet sind. Mechanischen Befestigungselemente 44, wie Bolzen, können durch die Befestigungsöffnungen und in einer ersten Seite des Ringzahnrades 40 angeordnet sein, um das Differenzialgehäuse 24 mit dem Ringzahnrad 40 zu koppeln.
Das Ringzahnrad 40 umfasst eine Mehrzahl von Zähnen (nicht dargestellt) auf einer zweiten Seite 48 des Ringzahnrades 40. Die Zähne des Ringzahnrades erstrecken sich umfänglich kontinuierlich um die zweite Seite 48 herum. Die Zähne des Ringzahnrades greifen in einen Satz von Zähnen eines Ritzelrades (nicht dargestellt) ein. Das Ritzelrad ist mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt) gekoppelt. Die Antriebswelle empfängt ein Drehmoment von einer Quelle einer Drehleistung, wie einem Getriebe, einem Motor und/oder einem Verteilergetriebe.
Wie in 1 dargestellt ist in einem Ausführungsbeispiel eine Ritzelwelle 50 in dem Differenzialgehäuse 24 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel können zusätzliche Ritzelwellen 50A bei 90° und quer zu der Ritzelwelle 50 liegen. Die Ritzelwelle den 50, 50 A können auch als Stegwellen bezeichnet werden. Die Ritzelwelle 50 ist mit dem Differenzialgehäuse 24 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle 50 sich in das Differenzialgehäuse 24 erstrecken, sodass es damit befestigt ist. Somit rotiert die Ritzelwelle 50 ist dem Differenzialgehäuse 24.
Ein erstes Differenzialritzelzahnrad 52 ist an einem Ende der Ritzelwelle 50 angeordnet und ein zweites Differenzialritzelzahnrad 54 ist an dem anderen Ende der Ritzelwelle 50 angeordnet. Das erste und zweite Differenzialritzelzahnrad 52, 54 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Zähnen 56, 58, die sich umfänglich um das erste und zweite Differenzialritzelzahnrad 52, 54 erstrecken. Wie oben bemerkt, wenn zusätzliche Ritzelwelle 50A vorgesehen sind, können zusätzliche Differenzialritzelwellen auf dieser angeordnet werden. Wie in 1 dargestellt, ist ein drittes Differenzialritzelzahnrad 52 A auf der zusätzlichen Ritzelwelle 50A angeordnet.
Die Zähne 56, 58 des ersten und zweiten Differenzialritzelzahnrades 52, 54 stehen mit Zähnen 60, 62 an einem ersten Differenzialseitenzahnrad 64 und einem zweiten Differenzialseitenzahnrad 66 im Eingriff. Die Zähne 60, 62 der Differenzialseitenzahnräder erstrecken sich umfänglich um das erste und zweite Differenzialseitenzahnrad 64, 66.
Das erste und zweite Differenzialseitenzahnrad 64, 66 schließen jeweils einen hohlen Innenbereich 68, 70 ein. Die hohlen Innenbereiche 68, 70 können jeweils radial sich erstreckende Kerbverzahnungen 72, 74 einschlie-ßen. Die Kerbverzahnungen 72 des ersten Differenzialseitenzahnrades 64 können mit Kerbverzahnungen auf einer ersten Achsenhalbwelle (nicht dargestellt) im Eingriff sein, um eine Drehung auf die Welle zu übertragen. Die Kerbverzahnungen 74 des zweiten Differenzialseitenzahnrades 66 können mit Kerbverzahnungen auf einer zweiten Achsenhalbwelle (nicht dargestellt) im Eingriff sein, um eine Drehung auf die Welle zu übertragen. Die erste und zweite Achsenhalbwelle erstrecken sich von dem Differenzialgehäuse 24 und durch den ersten und zweiten Achsflansch 20, 22 des Differenzialträgers zu Radenden (nicht dargestellt).
Wie in den 1 bis 3 und 5 dargestellt, kann das zweite Differenzialseitenzahnrad 66 einen Satz von Verriegelungszähnen 76 einschließen, die auf einer axial außenseitigen Oberfläche 78 angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel sind die Verriegelungszähnen 76 integral mit dem zweiten Differenzialseitenzahnrad 66 ausgebildet. Die Verriegelungszähnen 76 erstrecken sich umfänglich um die axial außenseitigen Fläche 78.
Wie in den 1 bis 5 dargestellt kann eine Stellantriebsanordnung 80 auf dem zweiten Differenzialgehäuseflansch 28 montiert sein. Die Stellantriebsanordnung 80 ist mit dem Differenzialträger 10 so gekoppelt, dass die Stellantriebsanordnung 80 relativ zu dem Differenzialträger 10 drehfest befestigt ist. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Stellantriebsanordnung 80 mindestens einen radial sich erstreckenden Stift 82. Der Stift 82 ist in einem geschlitzten Flansch 84 aufgenommen, der fest mit dem Differenzialträger 10 verbunden ist. Die Aufnahme des Stifts 82 in dem geschlitzten Flansch 84 verhindert, dass die Stellantriebsanordnung 80 mit dem Differenzialgehäuse 24 dreht.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Stellantriebsanordnung 80 einen Magnetventil-Stellantrieb. Die Stellantriebsanordnung 80 kann ein Gehäuse 88, eine elektromagnetische Spule 90 und einen Anker 92 einschließen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 88 eine ringförmige Geometrie aufweisen, derart dass ein innerer Durchmesser des Gehäuses 88 mit einer Hülse 89 gekoppelt ist. Die Hülse 89 kann mit dem Differenzialgehäuseflansch 28 derart gekoppelt sein, dass die Hülse 89 relativ zu dem Differenzialgehäuse 24 rotieren kann.
Die elektromagnetische Spule 90 kann eingegossen sein oder in einem Harz festgelegt werden und in dem Gehäuse 88 angeordnet werden. Die elektromagnetische Spule 90 kann eine Ringform mit einem hohlen inneren Bereich umfassen. Die elektromagnetische Spule 90 ist in elektrische Verbindung mit einer Energiequelle (nicht dargestellt), wie eine Batterie, jedoch nicht darauf beschränkt, die selektiv elektrische Energie an die elektromagnetische Spule 90 liefern kann. Die Energiequelle kann auch mit einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) verbunden sein, die feststellt, wenn elektrische Energie an die elektromagnetische Spule 90 geliefert wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung an einem innenliegenden Bereich des Gehäuses 88 der Stellvorrichtung montiert sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung an einer radial äußeren Fläche des Gehäuses 88 der Stellvorrichtung montiert sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung an einem außenliegenden Bereich des Gehäuses 88 der Stellvorrichtung montiert sein.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 kann in einem Ausführungsbeispiel der Anker 92 einen im wesentlichen hohlen Zylinder umfassen, der radial zu der elektromagnetischen Spule 90 nach innen angeordnet ist. In einigen Ausführungsbeispielen ist mindestens ein Teil des Ankers 92 radial kontinuierlich von der elektromagnetische Spule 90 umgeben. Der Anker 92 umfasst ein ferromagnetisches Material. Axial benachbart zu dem Anker 92, auf einer innenliegenden Seite dazu, ist ein ringförmiges Abstandselement 94 angeordnet. Das ringförmige Abstandselement 94 kann aus einem Polymer bestehen.
Wenn an die elektromagnetische Spule 90 elektrische Energie angelegt wird, erzeugt die elektromagnetische Spule 90 einen Magnetfluss, der sich durch das Gehäuse 88 und den Anker 92 erstreckt. Der Magnetfluss erstreckt sich in den Anker 92, wodurch der Anker 92 sich in die axiale Richtung bewegt. In einem Ausführungsbeispiel dreht sich der Anker 92 nicht.
In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in den 1 bis 3 dargestellt, eine Sensorplatte 124 axial benachbart zu einer innenliegenden Seite des Abstandselementes 94 positioniert sein. Die Sensorplatte 124 kann auch zumindest teilweise radial um das Abstandselement 94 herum angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel stößt die Sensorplatte 124 an eine Mehrzahl von Füßen 100 eines Verriegelungszahnrades 96 an. Wie in 5 dargestellt, erstrecken sich die Füße 100 des Verriegelungszahnrades axial nach außen zu einem im allgemeinen scheibenförmigen Körperbereich 102 des Verriegelungszahnrades 96. Die Füße 100 liegen an einer axial außenliegenden Seite 104 des Körperbereichs 102. Der Körperbereich 102 des Verriegelungszahnrades umfasst eine radial äußere Fläche 106. Die radial äußersten Flächen der Füße 100 können sich von der Außenfläche 106 derart erstrecken, dass die Außenfläche 106 und die radial äußersten Flächen der Füße 100 denselben Außendurchmesser haben.
In einem Ausführungsbeispiel können die Füße 100 umfänglich derart liegen, dass sie voneinander durch Bögen derselben Länge getrennt sind. Die Füße 100 können sich von dem Körperbereich 102 zu ihren Enden verjüngen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Körperbereich 102 des Verriegelungszahnrades insgesamt in dem Differenzialgehäuse 24 liegen. Die Füße 100 des Verriegelungszahnrades können hauptsächlich in dem Differenzialgehäuse 24 liegen; jedoch erstrecken sich die Endbereiche der Füße 100 axial durch Öffnungen 108 des Differenzialgehäuses, die jedem Fuß 100 zugeordnet sind. Die Endbereiche der Füße 100 erstrecken sich zu dem Differenzialgehäuse 24 nach außen, um den Anker 92, das Abstandselement 94 oder die Sensorplatte 98 zu kontaktieren.
Eine Mehrzahl von Zähnen 112 liegen an einer axial innenliegenden Seite 110 des Körperbereichs 102. Die Zähne 112 erstrecken sich umfänglich um die innenliegende Seite 110 des Körperbereichs des Verriegelungszahnrades. Die Zähne 112 des Verriegelungszahnrades sind komplementär zu den Verriegelungszähnen 76 des zweiten Differenzialseitenzahnrades und greifen in diese ein.
In einem Ausführungsbeispiel definiert das Verriegelungszahnrad 96 eine Ringnut 118, die in einer innenseitigen Fläche derselben liegt. Die Nut 118 des Verriegelungszahnrades kann axial mit einer Nut 121 an der axial außenseitigen Fläche 78 des zweiten Differenzialseitenzahnrades 66 ausgerichtet sein. Ein Vorspannelement 122 kann mindestens teilweise in der Nut 118 des Verriegelungszahnrades und der Nut 121 des zweiten Differenzialseitenzahnrades liegen. Das Vorspannelement 122 spannt axial das Verriegelungszahnrad 96 getrennt von dem zweiten Differenzialseitenzahnrad 66 vor, wenn die Stellantriebanordnung 80 in einer gelösten Stellung ist. Das Vorspannelement 122 kann eine Feder, eine Mehrzahl von Federn, eine oder mehrere Tellerfedern oder eine oder mehrere Wellenfedern sein, es ist aber darauf nicht eingeschränkt.
Es kann verstanden werden, dass das Verriegelungszahnrad 96 mit dem Differenzialgehäuse 24 rotiert, da es in dem Differenzialgehäuse 24 angeordnet ist. Das Verriegelungszahnrad 96 ist vorzugsweise als ein Teil ausgebildet, einheitlich und integral aus einem robusten Material, wie Metall geformt. Das Verriegelungszahnrad 96 kann aus einem leitenden Material hergestellt sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in den 1 bis 3 dargestellt, die Sensorplatte 124 mit dem Verriegelungszahnrad 96 gekoppelt sein. Die Sensorplatte 124 kann eine im allgemeinen scheibenförmige Geometrie haben und eine radial innere Fläche 126, eine radial äußere Fläche 128, eine axial innenseitige Fläche 130 und eine axial außenseitige Fläche 132 aufweisen. Die axial innenseitige und außenseitige Fläche 130, 132 können parallel zueinander sein und abstandsgleich zueinander sein. In dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel definieren die axial innenseitige und außenseitige Fläche 130, 132 dazwischen eine im wesentlichen konstante Dicke der Sensorplatte 124. Die Sensorplatte 124 kann eine radiale Abmessung sehr viel größer als ihre axiale Abmessung aufweisen. In anderen Worten, kann die Dicke der Platte 124 sehr viel geringer als der Abstand zwischen der radial inneren und äußeren Fläche 126, 128 sein.
Wie in den 1 bis 3 dargestellt, kann die Sensorplatte 124 Nasen 134 umfassen, die sich axial oder quer zu der axial innenseitigen Fläche 130 erstrecken. Eine radial innere Fläche der Nasen 134 kann zusammenhängend mit der radial inneren Fläche 126 der Sensorplatte sein. Die Nasen 134 können regelmäßig voneinander um den Umfang der radial inneren Fläche 126 beabstandet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Teil der Nasen 134 in einer radial sich erstreckenden Ringnut 135 angeordnet sein, die durch das Verriegelungszahnrad 96 definiert ist, um reibmäßig die Sensorplatte 124 mit dem Verriegelungszahnrad 96 zu verriegeln bzw. zu arretieren. In einem Ausführungsbeispiel ist die Nut 135 in einer radial inneren Seite der Füße 100 des Verriegelungszahnrades angeordnet.
Mindestens ein Teil der Sensorplatte 124 ist im Wesentlichen außerhalb des Differenzialgehäuses 24 angeordnet; jedoch können die Nasen 134 der Sensorplatte sich in das Differenzialgehäuse 24 erstrecken. Genauer gesagt können die Nasen 134 sich zumindest teilweise durch die Öffnungen 108 des Differenzialgehäuses erstrecken. In anderen Ausführungsbeispielen (nicht gezeigt) kann die Sensorplatte 124 mit dem Verriegelungszahnrad 96 auf andere Weisen gekoppelt sein, wie durch mechanische Befestigungselemente, aber nicht darauf beschränkt. Somit kann in bestimmten Ausführungsbeispielen der Anker 92 oder das ringförmige Abstandselement 94 nicht direkt die Sensorplatte 124 kontaktieren, sondern der Anker 92 oder das ringförmige Abstandselement 94 kann stattdessen direkt das Verriegelungszahnrad 96 kontaktieren.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein Körperbereich 136 der Sensorplatte 124 eine im wesentlichen durchgehende bzw. kontinuierliche Fläche aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen, wie in 5 dargestellt, kann der Körperbereich 136 der Sensorplatte eine oder mehrere sich durch diesen erstreckende Öffnungen aufweisen. Die Öffnungen können ermöglichen, dass ein Fluid, wie Luft oder ein Schmiermittel, in dem Differenzialträger 10 strömen kann. In einem Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt), kann die Sensorplatte 124 eine Mehrzahl von Öffnungen mit einem kleinen Durchmesser umfassen, anstatt weniger Öffnungen mit einem relativ großen Durchmesser aufzuweisen. Die Sensorplatte 124, wenn sie mit dem Verriegelungszahnrad 96 gekoppelt ist, bewegt sich axial und rotiert mit dem Verriegelungszahnrad 96. Außerdem kann die Sensorplatte 124 ein leitendes Material umfassen.
Das Gehäuse 88 der Stellantriebanordnung umfasst eine innenliegende Fläche 138, eine außenliegende Fläche 140 und einer radial äußere Fläche 142. Die radial äußere Fläche 142 kann gekrümmt sein und einen im Wesentlichen konstanten äußeren Durchmesser des ringförmigen Gehäuses 88 definieren. Die innenseitige und außenseitige Fläche 138, 140 begrenzen zwischen sich einen im wesentlichen konstanten Abstand oder eine im wesentlichen konstante Dicke. Die innenseitige und außenseitige Fläche 138, 140 sind im Wesentlichen parallel zueinander. Die innenseitige und außenseitige Fläche 138, 140 können sich im Wesentlichen quer zu einer Drehachse 144 des Differenzialgehäuse 24 erstrecken.
In gleicher Weise können sich die innenseitige und außenseitige Fläche 130, 132 der Sensorplatte 124 im Wesentlichen quer zu einer Drehachse 144 des Differenzialgehäuse 24 erstrecken. Die innenseitige und außenseitige Fläche 130, 132 der Sensorplatte 124 sind im Wesentlichen parallel zu der innenliegenden und außenliegenden Fläche 138, 140 des Gehäuses 88.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein Sensor 148 an der innenliegenden Fläche 138 des Gehäuses 88 angeordnet sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Sensor 148 in einer Vertiefung der innenliegenden Fläche 138 des Gehäuses 88 angeordnet sein. Der Sensor 148 kann irgendwo radial entlang der innenliegenden Fläche 138 angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel liegt der Sensor 148 nahe einem radial außenliegenden Bereich der innenliegenden Fläche 138. In einem Ausführungsbeispiel können mehrere als ein Sensor 148 an mehreren als einer radialen Stelle an der innenliegenden Fläche 138 liegen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Sensor 148 einen Ring umfassen, der an der innenliegenden Fläche 138 angeordnet ist.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 6 dargestellt, kann der Sensor 148 quer zur Sensorplatte 124 liegen. Beispielsweise kann der Sensor 148 radial nach außen zu der Sensorplatte 124 liegen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 148 in einem konstanten Abstand zu der radial äußeren Fläche 128 der Sensorplatte 124 befestigt.
Der quer angeordnete Sensor 148 arbeitet im Wesentlichen so wie hier beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel tastet der quer angeordnete Sensor 148 den Prozentanteil ab, mit dem er von der radial äußeren Fläche 128 der Sensorplatte bedeckt ist, sodass ein Mikrocontroller die Position der Sensorplatte 124 basierend auf dem Prozentsatz der Überdeckung bestimmen kann.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 6 dargestellt, kann ein erster querliegender Sensor 148 radial über der Sensorplatte 124 liegen und ein zweiter querliegender Sensor 148A kann radial unter Sensor der Sensorplatte 124 liegen.
Durch „über“ und „unter“ ist gemeint, dass der erste und zweite Sensor radial entgegengesetzt zueinander befestigt sind.
In einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) kann ein erster Sensor 148 axial benachbart zur innenliegenden Fläche 130 der Sensorplatte liegen und ein zweiter Sensor 148 kann axial benachbart zur außenliegenden Fläche 132 der Sensorplatte liegen. Somit sind der erste und zweite Sensor 148, 148 beidseitig der Sensorplatte 124 angeordnet; der erste Sensor 148 liegt gegenüber der innenliegenden Fläche 130 der Sensorplatte und der zweite Sensor 148 liegt gegenüber der außenliegenden Fläche 132 der Sensorplatte. Der zweite Sensor 148 kann radial mit dem ersten Sensor ausgerichtet sein. Mit anderen Worten, können der erste und zweite Sensor 148, 148 im selben Abstand zu der Differenzialdrehachse 144 liegen. In diesem Ausführungsbeispiel können die Daten von dem ersten und zweiten Sensor 148, 148 durch den Steuermikroprozessor entweder zusammen oder getrennt verwendet werden. Wenn sie getrennt verwendet werden, können die Daten verglichen werden, um als Doppelprüfung hinsichtlich der Position der Sensorplatte 124 zu wirken. Wenn Sie getrennt verwendet werden, können die Daten verwendet werden, um irgendeine Änderung im Abstand zwischen der Sensorplatte 124 und dem ersten und zweiten Sensor 148, 148 zu detektieren.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann der Sensor 148 ein induktiver Sensor mit einer induktiven Spule 149 sein. Die induktive Spule 149 des Sensors kann eine spulengewickelte Länge eines Drahts, eine auf einer Leiterplatte (PCB) gedruckte Spirale, oder eine gedruckte Hülle aus Metall (wenn die innenseitige Fläche nicht leitend ist), einschließen, sie ist aber nicht darauf eingeschränkt. In einem Beispiel kann die induktive Spule 149 im wesentlichen planar und starr sein. In einem Beispiel kann die induktive Spule 149 flexibel, nicht planar und/oder gekrümmt sein.
Die Ausführungsbeispiele, in denen die Spule 149 planar und starr ist, kann sie in einem Substrat festgelegt werden oder auf diesem liegen. Das Substrat kann das Gehäuse 88 sein oder ein Material, das an dem Gehäuse 88 befestigt ist, in dem der Sensor 148 eingebettet ist.
Die Ausführungsbeispiele, in denen die Spule 149 flexibel, nicht planar und gekrümmt ist, kann sie in ähnlicher Weise in einem Substrat festgelegt werden oder auf diesem liegen. Das Substrat kann ein flexibles Material sein, das an eine gekrümmte Fläche angepasst werden kann. In einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat eine flexible Leiterplatte sein. Alternativ kann die induktive Spule 149 insgesamt oder in Teilen gekrümmt oder gebogen sein, so dass sie kurvenförmig ist. Die induktive Spule 149 kann dann auf einer gekrümmten Form liegen, wie dem Differenzialgehäuse 24 oder dem Differenzialträger 10 oder einer Struktur, die mit dem jeweiligen verbunden ist.
Verschiedene Typen von Sensoren 148 können verwendet werden. Eine kurze Zusammenfassung von einigen der möglichen Sensoren 148 folgt, aber die Vorrichtung ist nicht auf nur diese Sensoren 148 oder den unten beschriebenen Funktionsweisen eingeschränkt.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 148 ein Zweidrahtsensor sein. Eine Spannung wird dem Sensor 148 geliefert (beispielsweise ungefähr 4 bis 9 V) und eine Stromaufnahme ist fest. Der Strom kann derart sein, dass er entweder 7 mA oder 14 mA abhängig von dem Zustand des Systems beträgt. Beispielsweise kann ein Strom einem verriegelten Zustand des Differenzialmechanismus zugeordnet sein und ein anderer Strom kann einem nicht verriegelten Zustand des Differenzialmechanismus zugeordnet sein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Sensor 148 ein Dreidrahtsensor sein. Dieses Ausführungsbeispiel kann ein festes Frequenzsignal von ungefähr 250 Hz ausgeben, aber andere Frequenzen können verwendet werden. Das Tastverhältnis des Signals variiert mit der Position der Sensorplatte 124 oder des Verriegelungszahnrades 96. Das Signal kann entweder relativ zu der Position der Sensorplatte 124 oder des Verriegelungszahnrades 96 kontinuierlich sein oder das Signal kann feste Werte basierend auf spezifisehen Positionen der Sensorplatte 124 oder des Verriegelungszahnrades 96 umfassen. Beispielsweise kann das Signal 10 % sein, wenn die Sensorplatte 124 oder das Verriegelungszahnrad 96 am nächsten zu dem Sensor 148 liegt und 90 % sein, wenn die Sensorplatte 124 oder das Verriegelungszahnrad 96 am weitesten vom Sensor 148 entfernt ist. Außerdem können die Prozentsignale für spezifische Positionen überall zwischen der nächsten und entferntesten Positionen fest sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel des Sensors 148 kann das Signal bei einem speziellen Betrag in der am nächsten liegenden Position (nicht verriegelt) und einem unterschiedlichen speziellen Betrag in der am weitesten liegenden Position (verriegelt) mit keinen anderen Signalen fixiert sein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein serielles digitales Signal verwendet werden. Als Beispiel kann das Signal ein solches, wie nach Art einer UART oder eines LIN Bus, sein, das mit einer vorbestimmten Baudrate geliefert wird (wie beispielsweise 9600 baud).
Die induktive Spule 149 erzeugt ein wechselndes Magnetfeld hoher Frequenz, wenn das leitende Material nahe liegt. Das Magnetfeld bewirkt Wirbelströme, die in dem leitenden Material gebildet werden. Die Wirbelströme erzeugen ein zu dem Feld in der induktiven Spule 149 entgegengesetztes Magnetfeld. Die Amplitude der Wirbelströme der induktiven Spule 149 ist proportional zu der Entfernung der Wirbelströme des leitenden Materials. Somit kann eine Beziehung der Entfernung des Sensors 148 zu dem leitenden Material basierend auf dem gemessenen Wirbelstrom in dem Sensor 148 erkannt werden. Diese Beziehung kann über einen Mikrocontroller (nicht dargestellt), der mit dem Sensor 148 gekoppelt ist, bestimmt werden. Der Mikrocontroller ist vorzugsweise an oder in dem Gehäuse 88 der Stellantriebanordnung angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel kann das leitende Material die Sensorplatte 124 sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel tastet der Sensor 148 dagegen den Ort des Verriegelungszahnrades 96 ab. Es kann verstanden werden, dass der Sensor 148 die exakte Position des Verriegelungszahnrades 96 abtastet, unabhängig ob der Sensor 148 das Verriegelungszahnrad 96 direkt oder die Sensorplatte 124 abtastet. Von dem Vorangegangenen kann verstanden werden, dass der Ort des Verriegelungszahnrades 96 und/oder der Sensorplatte 124 erkannt werden kann, sodass eine zuverlässige Bestimmung darüber, ob der Differenzialmechanismus in einem verriegelten oder einem nicht verriegelten Zustand ist, auch zuverlässig gewusst werden kann.
Die 1 und 2 stellen den Differenzialmechanismus in einem nicht verriegelten Zustand dar. In einem nicht verriegelten Zustand ist das Verriegelungszahnrad 96 nicht mit dem zweiten Seitenzahnrad 66 im Eingriff. Außerdem wird die elektromagnetische Spule 90 nicht ausreichend erregt, um den Anker 92 zu betätigen. Weiterhin spannt das Vorspannelement 122 das Verriegelungszahnrad 96 in eine axial außenliegende Position vor.
Bei Erfassen eines Zustandes, bei dem es wünschenswert sein kann, den Differenzialmechanismus zu verriegeln, wird elektrische Energie der elektromagnetischen Spule 90 mit einem ausreichenden Betrag zugeführt, damit die elektromagnetische Spule 90 einen Magnetfluss in dem elektrisch leitenden Anker 92 erzeugt. Es können eine Vielzahl von Zuständen vorgesehen sein, die eine Verriegelung des Differenzialmechanismus gewähren. Diese Zustände können durch einen oder mehrere Fahrzeugsensoren (nicht dargestellt) überwacht werden.
Der Magnetfluss in dem Anker 92 bewirkt, dass sich der Anker 92 in eine axial innenliegende Richtung bewegt. Der Fluss in dem Anker 92 ist ausreichend, so dass er den Anker 92 gegen die Vorspannkraft des Vorspannelementes 122 bewegt. Mit anderen Worten bewegt die axial innenseitige Bewegung des Anker 92 axial das Verriegelungszahnrad 96 in eine innenliegende Richtung. Wie oben bemerkt, bewegt sich auch die Sensorplatte 124 in eine axial innenliegende Richtung, da die Sensorplatte 124 mit dem Verriegelungszahnrad 96 gekoppelt ist.
Die 3 stellt den Differenzialmechanismus in dem verriegelten Zustand dar. In dem verriegelten Zustand bewegen sich der Anker 92, das Verriegelungszahnrad 96 und die Sensorplatte 124 in eine axial innenliegende Richtung, sodass die Verriegelungszähnen 76 des zweiten Seitenzahnrades und die Zähne 112 des Verriegelungszahnrades miteinander in Eingriff treten. Wenn die Zähne 76 des zweiten Seitenzahnrades und die Zähne 112 des Verriegelungszahnrades vollständig im Eingriff sind, ist der Differenzialmechanismus verriegelt. In dem verriegelten Zustand ist das zweite Seiten Zahnrad 66 gegen Drehung relativ zu dem Differenzialgehäuse 24 verriegelt. Dies verhindert, dass das zweite Seitenzahnrad 66 unabhängig von dem ersten Seitenzahnrad 64 rotiert; stattdessen können das erste und zweite Seitenzahnrad 64, 66 nur zusammen rotieren. Der verriegelte Zustand des Differenzialmechanismus hat die Wirkung, dass die Leistung gleichmäßig sowohl auf das erste als auch auf das zweite Seitenzahnrad 64, 66, auf beide und Achshalbwellen und beide Radenden aufgeteilt wird.
Wenn ein verriegelter Differenzialmechanismus nicht länger verlangt wird, wird die Lieferung der elektrischen Energie zu der elektromagnetischen Spule 90 beendet oder verringert. Die Beendigung oder Verringerung der Energie bzw. Leistung zu der elektromagnetischen Spule 90 bewirkt, dass das Vorspannelement 122 das Verriegelungszahnrad 96 in die axial außenliegende Richtung von dem zweiten Seitenzahnrad 66 weg zwingt. Dies bewirkt, dass die Verriegelungszähnen 76 des zweiten Seitenzahnrades 66 und die Zähne 112 des Verriegelungszahnrades 96 außer Eingriff treten. Sobald es außer Eingriff getreten ist, kann das zweite Seitenzahnrad 66 in Bezug auf das erste Seitenzahnrad 64 rotieren.
Obgleich verschiedene Ausführungsbeispiele oben beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass diese beispielhalber und nicht als Einschränkung aufgeführt wurden. Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass der offenbarte Gegenstand auf andere Art ausgeführt werden kann, ohne vom Gedanken oder wesentlicher Merkmale davon abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen.

Claims

Achsbaugruppe, umfassend: ein Differenzialgehäuse; ein Seitenzahnrad, das eine innenseitige Fläche und eine außenseitige Fläche aufweist, die in dem Differenzialgehäuse angeordnet sind, wobei die außenseitige Fläche eine Mehrzahl von Verriegelungszähnen definiert; ein Verriegelungszahnrad mit einer innenseitigen Fläche und einer außenseitigen Fläche, wobei die innenseitige Fläche eine zweite Mehrzahl von Verriegelungzähnen einschließt, die selektiv mit der ersten Mehrzahl von Verriegelungszähnen im Eingriff sind; ein Vorspannelement, das axial zwischen dem Seitenzahnrad und dem Verriegelungszahnrad angeordnet ist; eine elektromagnetische Spule, die benachbart zu dem Verriegelungszahnrad angeordnet ist; und einen ersten induktiven Sensor zum Abtasten einer Position des Verriegelungszahnrades.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste ringförmige Nut, die in der außenseitigen Fläche des Seitenzahnrades angeordnet ist; eine zweite ringförmige Nut, die in der innenseitigen Fläche des Verriegelungszahnrades angeordnet ist, wobei das Vorspannelement zumindest teilweise in der ersten und zweiten ringförmigen Nut angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Mehrzahl von Öffnungen, die in dem Differenzialgehäuse angeordnet sind, wobei das Verriegelungszahnrad eine Mehrzahl von Füßen einschließt, die durch die Öffnungen hindurch angeordnet sind.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der: das Differenzialgehäuse relativ zu der elektromagnetischen Spule rotiert.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Gehäuse, das um die elektromagnetische Spule herum angeordnet ist, wobei der erste induktive Sensor an diesem Gehäuse angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der: der erste induktive Sensor an diesem Differenzialgehäuse angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der: der erste induktive Sensor eine auf einer Leiterplatte gedruckte Spirale einschließt.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Sensorplatte, die mit dem Verriegelungszahnrad gekoppelt ist, wobei der erste induktive Sensor eine Position der Sensorplatte abtastet.
Achsbaugruppe nach Anspruch 8, bei der: diese Sensorplatte sich mindestens über eine radiale Länge der elektromagnetischen Spule erstreckt.
Achsbaugruppe nach Anspruch 8, bei der: die Sensorplatte axial zwischen dem Differenzialgehäuse und der elektromagnetischen Spule angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Gehäuse, das um die elektromagnetische Spule angeordnet ist, wobei der erste induktive Sensor an dem Gehäuse angeordnet ist; und ein zweiter induktiver Sensor an diesem Differenzialgehäuse angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Steuervorrichtung in elektrischer Kommunikation mit der elektromagnetischen Spule.
Achsbaugruppe nach Anspruch 8, bei der: der erste induktive Sensor radial nach außen zu der Sensorplatte zum Abtasten eines Prozentanteils der Bedeckung der Sensorplatte durch den ersten Sensor angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen zweiten induktiven Sensor, der radial nach innen zu der Sensorplatte angeordnet ist, wobei der zweite induktive Sensor quer zu der Sensorplatte angeordnet ist.