DE19612234A1

DE19612234A1 - Zentraldifferential für Fahrzeuge mit Vierradantrieb

Info

Publication number: DE19612234A1
Application number: DE19612234A
Authority: DE
Inventors: Paolo Sacchettini; Makoto Nishiji
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: US5735766A; JPH08268099A; JP3572426B2; DE19612234C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Zentraldifferential für Fahrzeuge mit Vierradantrieb.

Im allgemeinen wird bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb das Antriebsdrehmoment des Motors über ein Zentraldifferential, eine vordere Abtriebswelle und eine hintere Abtriebswelle auf die Vorderräder und die Hinterräder übertragen, und daher kann eine hohe Fahrstabilität erreicht werden.

Wenn das Vierrad-angetriebene Fahrzeug in dem Leerlauf- Antriebsmodus eine Kurve fährt, kann es passieren, daß das Einnick-(Tack-in)-Phänomen auftritt. Der hier verwendete Ausdruck "Leerlauf-Antriebsmodus" bezieht sich auf einen Antriebsmodus, in welchem ein Bremsdrehmoment von dem Motor auf die Räder übertragen wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren, wenn der Niederdrückweg des Gaspedals reduziert wird, um eine Motorbremsung zu veranlassen. In ähnlicher Weise bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "Einnick-(Tack-in)-Phänomen" auf ein Phänomen, bei dem die Hinterräder aus dem Wendekreis bzw. Kurvenkreis des Fahrzeugs rutschen bzw. gleiten. Im allgemeinen tritt dieses Rutschen dann auf, wenn die auf die Räder aufgebrachten Kräfte die jeweiligen Grenz werte (Schwellenwerte) der Reibung überschreiten. Diese Reibungsgrenzwerte werden durch die Belastungen, die auf die Räder aufgebracht werden, und den Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche festgelegt.

Das Einnick-(Tack-in)-Phänomen wird im folgenden ausführlicher beschrieben. Die Kraft, die auf die Räder aufgebracht wird, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, wird durch eine Kombination der Bremskraft und der Zentrifugalkraft erhalten. Die Bremskraft wird durch das Bremsdrehmoment von dem Motor bewirkt und ist in die Fahrt richtung des Fahrzeugs gerichtet. Die Zentrifugalkraft wird auf die Räder aufgebracht, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, und ist in eine Richtung gerichtet, die im allgemeinen senkrecht zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ist. In dem Leerlauf- Antriebsmodus, das heißt in einem Zustand des Fahrzeugs mit reduzierter Geschwindigkeit, wird die an den Vorderrädern zu tragende Last des Fahrzeugs groß und daher wird der Reibungs grenzwert bezogen auf die Vorderräder groß. Auf der anderen Seite wird die an den Hinterrädern zu tragende Last des Fahrzeugs klein und daher wird der Reibungsgrenzwert klein. Folglich können die auf die Hinterräder aufgebrachten Kräfte leicht die Reibungsgrenzwerte überschreiten, wodurch die Gefahr, daß die Hinterräder rutschen, zunimmt.

Im allgemeinen nimmt in einem Zentraldifferential vom Typ Drehmomentverteiler das Bremsdrehmoment auf die Vorderräder, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, zu, und das Bremsdrehmoment auf die Hinterräder, die sich mit einer geringen Geschwindigkeit drehen, wird reduziert, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt. Aus diesem Grund wird die auf die Hinterräder aufgebrachte Kraft reduziert, wodurch das Auftreten des Einnick-(Tack-in)-Phänomen unterdrückt wird. In Zukunft wird es jedoch erforderlich sein, das Auftreten des Tack-in-Phänomens (Einnick-Phänomens) in einer sichereren Art und Weise zu unterdrücken.

Als Stand der Technik kann unter anderem die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 303339/1989 angegeben werden. Diese japanische Veröffentlichung offenbart ein Zentraldifferential vom Typ Drehmomentverteiler. Bei diesem Zentraldifferential scheint es, daß sich eine erste Reibungs erzeugungseinrichtung, die zwischen einem der Sonnenräder und einem Gehäuse installiert ist, von einer zweiten Reibungs erzeugungseinrichtung, die zwischen dem anderen Sonnenrad und dem Gehäuse installiert ist, unterscheidet. Sie offenbart ebenfalls eine Konstruktion der ersten Reibungserzeugungs einrichtung mit einer Vielzahl von Reibungsschnittstellen. Darüberhinaus ist in der obengenannten japanischen Veröffent lichung der Effekt beschrieben, daß das Vorspannungsverhältnis durch das Zentraldifferential erhöht werden kann. Die japa nische Veröffentlichung beschreibt jedoch nicht ausdrücklich eine auf die vordere und hintere Position bezogene Beziehung zwischen dem Paar Sonnenräder. Es ist auch nicht beschrieben, wie das Reibungsdrehmoment auftritt, wenn der Leerlauf-Antrieb oder Freilauf auftritt.

Als weiterer Stand der Technik kann die japanische Patent veröffentlichung Nr. 38586/1988 angegeben werden. Auch in dieser japanischen Veröffentlichung scheint es, daß sich eine Reibungserzeugungseinrichtung, die zwischen einem der Sonnen räder und einem Gehäuse angeordnet ist, von einer anderen Reibungserzeugungseinrichtung unterscheidet, die zwischen dem anderen Sonnenrad und dem Gehäuse angeordnet ist. Sie offenbart ebenfalls eine Konstruktion der Reibungserzeugungseinrichtung mit einer Vielzahl von Reibungsschnittstellen. Darin ist jedoch nicht der Effekt beschrieben, daß das offenbarte Differential als Zentraldifferential verwendet wird. Desweiteren beschreibt die japanische Patentveröffentlichung, wie in dem Fall mit der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 303339/1989, nicht eine auf die vordere und hintere Position bezogene Beziehung zwischen dem Paar Sonnenrädern. Es ist auch nicht beschrieben, wie das Reibungsdrehmoment erfolgt, wenn der Leerlauf-Antriebsmodus auftritt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zentraldifferential für Fahrzeuge mit Vierradantrieb zu schaffen, welches das Auftreten des Einnick-Phänomens, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, sicherer verhindern kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zentraldifferential für Fahrzeuge mit Vierradantrieb geschaffen, mit:

(a) einem Gehäuse, das sich um die Drehachse davon drehen kann, wobei das Gehäuse eine vordere Abschlußwand und eine hintere Abschlußwand hat, die axial voneinander beabstandet sind;
(b) einem im allgemeinen zylindrischen vorderen Sonnenrad und einem im allgemeinen zylindrischen hinteren Sonnenrad, die so in dem Gehäuse aufgenommen sind, daß sie koaxial mit der Drehachse sind, wobei das Endstück einer vorderen Abtriebswelle, die sich durch die vordere Abschlußwand des Gehäuses erstreckt, in das vordere Sonnenrad eingesetzt ist und durch eine Keilwellenverbindung mit dem vorderen Sonnenrad verbunden ist, wobei das Endstück einer hinteren Abtriebswelle, die sich durch die hintere Abschlußwand des Gehäuses erstreckt, in das hintere Sonnenrad eingesetzt ist und durch eine Keilwellenverbindung mit dem hinteren Sonnenrad verbunden ist, wobei ein Paar der Sonnenräder jeweils eine schraubenförmige Verzahnung hat, wobei die schraubenförmige Verzahnung des hinteren Sonnenrads schraubenförmig in einer Richtung gewunden ist, um eine Kraft zu erzeugen, welche das hintere Sonnenrad in Richtung auf die hintere Abschlußwand des Gehäuses zu drückt, wenn das Fahrzeug im Leerlauf-Antriebsmodus ist;
(c) einem Paar Planetenräder, die durch das Gehäuse drehbar gelagert sind und sich jeweils in Eingriff mit der schraubenförmigen Verzahnung des Paares Sonnenräder befin den, wobei sich das Paar Planetenräder in Eingriff miteinander befindet; und
(d) einer vorderen Reibungserzeugungseinrichtung, die zwischen der vorderen Abschlußwand des Gehäuses und dem vorderen Sonnenrad angeordnet ist, und einer hinteren Reibungs erzeugungseinrichtung, die zwischen der hinteren Abschlußwand des Gehäuses und dem hinteren Sonnenrad angeordnet ist, wobei das Reibungsdrehmoment, das zwischen dem Gehäuse und dem hinteren Sonnenrad durch die hintere Reibungserzeugungseinrichtung zu übertragen ist, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, größer ist als das Reibungsdrehmoment, das zwischen dem. Gehäuse und dem vorderen Sonnenrad über die vordere Reibungserzeugungseinrichtung übertragen wird.

Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Zentral differentials gemäß einer ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 2 ist die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie II-II aus Fig. 1;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Haupt bereiches entlang der Linie III-III aus Fig. 1;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Haupt bereiches entlang der Linie IV-IV aus Fig. 1;

Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, das mit dem Zentraldifferential ausgestattet ist, imLeerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt;

Fig. 6 ist eine Seitenansicht, welche das Fahrzeug mit Vierradantrieb in seinem Leerlauf-Antriebsmodus zeigt;

Fig. 7 ist eine Ansicht, die zeigt, wie das Drehmoment auf ein vorderes Sonnenrad und ein hinteres Sonnenrad aufgebracht wird;

Fig. 8 ist eine Ansicht, die einen Reibungskreis zeigt, der den Vorderrädern entspricht, und eine Kraft, die auf die Vorderräder wirkt, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf- Antriebsmodus eine Kurve fährt;

Fig. 9 ist eine Ansicht, die einen Reibungskreis zeigt, der den Hinterrädern entspricht, und eine Kraft, die auf die Hinterräder wirkt, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf- Antriebsmodus eine Kurve fährt;

Fig. 10 ist eine schematische Schnittansicht eines Zentral differentials gemäß einer zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht eines Zentral differentials gemäß einer dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung; und

Fig. 12 ist eine schematische Schnittansicht eines Zentral differentials gemäß einer vierten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 9 beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält ein Zentraldifferential CD ein Gehäuse 10, das durch einen (nicht gezeigten) Motor um eine Drehachse L rotierend angetrieben ist. Das Gehäuse umfaßt einen Gehäusekörper 11 und einen scheibenähnlichen Verschluß 15. Der Gehäusekörper 11 enthält einen Hülsenabschnitt 12, der koaxial mit der Drehachse L ist, und eine Abschlußwand 13 (hintere Abschlußwand), welche das hintere Ende des Hülsenabschnittes 12 abschließt. Die Öffnung an dem vorderen Ende des Hülsen abschnittes 12 ist mit dem Verschluß 15 abgedeckt. Der Verschluß 15 ist als vordere Abschlußwand des Gehäuses 10 vorgesehen. In zentralen Bereichen des Verschlusses 15 und der Abschlußwand 13 sind Zapfen 16 und 17 gebildet, die sich jeweils axial nach außen erstrecken. Die Zapfen 16 und 17 sind koaxial mit der Drehachse L. Eine vordere Abtriebswelle FS und eine hintere Abtriebswelle RS sind jeweils so in die Zapfen 16 und 17 eingesetzt, daß sie koaxial mit der Drehachse L sind.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die vordere Abtriebswelle FS über Vorderachsen FA mit einem Paar Vorderräder FW verbunden, während die hintere Abtriebswelle RS über ein hinteres Differential RD und hintere Achsen RA mit einem Paar Hinter räder verbunden sind.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind ein vorderes Sonnenrad 20 und ein hinteres Sonnenrad 30 in dem Gehäuse 10 aufgenommen. Die Sonnenräder 20 bzw. 30 weisen eine schraubenförmige Verzahnung 21 bzw. 31 auf. Die Sonnenräder 20 und 30 sind koaxial mit der Drehachse L des Gehäuses 10. Die Sonnenräder 20 und 30 sind über eine Keilwellenverbindung mit den Abtriebswellen FS bzw. RS verbunden.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind da zum Beispiel drei Paare von Aufnahmeausnehmungen 18, die in einer inneren Umfangsfläche des Hülsenabschnittes 12 des Gehäuses 10 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung gebildet sind. Jede Aufnahmeausnehmung 18 hat eine halbkreisförmige Gestalt im Querschnitt und erstreckt sich über die gesamte Länge des Hülsenabschnittes 12 parallel zu der Drehachse L.

Paare von Planetenrädern 40, deren Achse jeweils parallel zu der Drehachse L ist, sind jeweils drehbar in Paaren der Aufnahmeausnehmungen 18 aufgenommen. Jedes Planetenrad 40 weist eine lange schraubenförmige Verzahnung 41, die an einem Endbereich davon gebildet ist, eine kurze schraubenförmige Verzahnung 42, die an dem anderen Endbereich davon gebildet ist, und einen freigelassenen Abschnitt 43 (Abschnitt, wo keine schraubenförmige Verzahnung gebildet ist) von reduziertem Durchmesser dazwischen auf. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die lange schraubenförmige Verzahnung 41 bei einem Planetenrad 40 in jedem Paar an der vorwärtigen Position und die kurze schraubenförmige Verzahnung 42 an der rückwärtigen Position angeordnet. Bei dem anderen Planetenrad 40 sind die schrauben förmigen Verzahnungen 41 und 42 in ähnlicher Weise angeordnet, aber die lange und die kurze schraubenförmige Verzahnung 41 und 42 sind in umgekehrter Art und Weise angeordnet.

Die lange schraubenförmige Verzahnung 41 von dem oben erwähnten einen Planetenrad 40 in jedem Paar befindet sich in Eingriff mit der schraubenförmigen Verzahnung 21 des vorderen Sonnen rades 20, während sich die lange schraubenförmige Verzahnung 41 des anderen Planetenrades 40 in Eingriff mit der schrauben förmigen Verzahnung 31 des hinteren Sonnenrades 30 befindet. Desweiteren befindet sich die lange schraubenförmige Verzahnung 41 des oben erwähnten einen Planetenrades 40 in jedem Paar in Eingriff mit der kurzen schraubenförmigen Verzahnung 42 des anderen Planetenrades 40, während sich die kurze schrauben förmige Verzahnung 42 des oben erwähnten einen Planetenrades 40 in Eingriff mit der langen schraubenförmigen Verzahnung 41 des anderen Planetenrades 40 befindet. Folglich ist das Paar der Sonnenräder 20 und 30 über die drei Paare Planetenräder 40 miteinander gekoppelt.

Das von dem Motor auf das Gehäuse 10 aufgebrachte Drehmoment wird über die Planetenräder 40 auf die Sonnenräder 20 und 30 und weiter auf die Abtriebswellen FS und RS übertragen. Weil sich die Sonnenräder 20 und 30 über die schraubenförmigen Verzahnungen 21, 31 und 41 in Eingriff mit den Planetenrädern 40 befinden, sind die Sonnenräder 20 und 30 einer Kraft in Richtung der Drehachse L unterworfen. In dieser Ausführungsform sind, wie schematisch in Fig. 7 gezeigt ist, die Schraub richtungen der schraubenförmigen Verzahnungen 21 und 31 der Sonnenräder 20 und 30 umgekehrt zueinander und darüberhinaus sind die Schraubrichtungen so, daß die Sonnenräder 20 und 30 Kräften unterworfen sind, welche die Sonnenräder 20 und 30 zwingen, sich voneinander wegzubewegen, das heißt Kräften zu dem Verschluß 15 und der Abschlußwand 13 des Gehäuses 10 hin, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus ist.

Zwischen dem Verschluß 15 des Gehäuses 10 und dem vorderen Sonnenrad 20 ist eine vordere Reibungserzeugungseinrichtung 50 angeordnet, wobei zwischen der Abschlußwand 13 des Gehäuses 10 und dem hinteren Sonnenrad 30 eine hintere Reibungserzeugungs einrichtung 60 angeordnet ist, und wobei zwischen den Sonnen rädern 20 und 30 eine Zwischen-Reibungserzeugungseinrichtung 70 angeordnet ist.

Die vordere Reibungserzeugungseinrichtung 50 umfaßt eine ringförmige Unterlegscheibe 51. Die entgegengesetzten End flächen von dieser Unterlegscheibe 51 befinden sich in Kontakt mit dem Verschluß 15 des Gehäuses 10 und der Endfläche des vorderen Sonnenrades 20. Der Reibungswiderstand zwischen der ersten Endfläche der Unterlegscheibe 51 und dem Verschluß 15 ist größer als derjenige zwischen der zweiten Endfläche der Unterlegscheibe 51 und dem vorderen Sonnenrad 20. Demgemäß dreht sich die Unterlegscheibe 51 in Einklang mit dem Gehäuse 10 und befindet sich in Gleitkontakt mit dem vorderen Sonnenrad 20, wenn sich das Differential dreht. Das heißt, zwischen der Unterlegscheibe 51 und dem vorderen Sonnenrad 20 ist eine Reibungsschnittstelle gebildet.

Die hintere Reibungserzeugungseinrichtung 60 umfaßt drei Unterlegscheiben 61, 62 und 63, die in dieser Reihenfolge von dem hinteren Sonnenrad 30 zu der Abschlußwand 13 hin angeordnet sind. Diese Unterlegscheiben haben im allgemeinen jeweils untereinander gleiche Innen- und Außendurchmesser. Die Unterlegscheiben 61 und 63 befinden sich in Eingriff mit dem Gehäuse 10, während sich die verbleibende Unterlegscheibe 62 in Eingriff mit dem hinteren Sonnenrad 30 befindet.

Eine Konstruktion zum In-Eingriff-Bringen bzw. Verrasten der Unterlegscheiben 61, 62 und 63 wird nun ausführlich beschrieben. In der Innenfläche der Abschlußwand 13 des Gehäuses 10 ist eine Aufnahmeausnehmung 19 mit einer kreis förmigen Gestalt im Querschnitt um die Drehachse L gebildet. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind in der inneren Umfangsfläche der Aufnahmeausnehmung 19 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung davon eine Vielzahl (drei in dieser Ausführung) Eingriffausnehmungen 19a gebildet. Diese Eingriff ausnehmungen bzw. Rastausnehmungen 19a erstrecken sich parallel zu der Drehachse L. Auf der anderen Seite ist an den Endbereich der Außenseite des hinteren Sonnenrades 30 ein ringförmiger Vorsprung 35 von reduziertem Durchmesser gebildet, der sich in axialer Richtung zu der Abschlußwand 13 hin erstreckt. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind in der äußeren Umfangs fläche des ringförmigen Vorsprungs 35 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung eine Vielzahl (drei in dieser Ausführungsform) Ausnehmungen 35a gebildet.

Die Unterlegscheiben 61, 62 und 63 sind jeweils in den Aufnahmeausnehmungen 19 aufgenommen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind an dem Außenumfang der Unterlegscheibe 61 drei Rastvorsprünge 61a gebildet, die radial nach außen vorspringen. Die Rastvorsprünge 61a kommen in Eingriff mit den Eingriff ausnehmungen bzw. Rastausnehmungen 19a des Gehäuses 10, so daß die Unterlegscheibe 61 so mit dem Gehäuse 10 in Eingriff kommt, daß sie in axialer Richtung beweglich ist, aber sich nicht drehen kann. Die Unterlegscheibe 63 hat ähnliche Eingriff vorsprünge bzw. Rastvorsprünge 63a. Die Rastvorsprünge 63a befinden sich in Eingriff mit dem Gehäuse 10, so daß die Unterlegscheibe 63 in axialer Richtung beweglich ist, sich aber nicht drehen kann. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind an dem inneren Umfang der Unterlegscheibe 62 drei Rastvorsprünge 62a gebildet, die radial nach innen vorspringen. Die Rastvorsprünge 62a verrasten mit den Rastausnehmungen 35a des ringförmigen Vorsprungs 35, so daß die Unterlegscheibe 62 so mit dem hinteren Sonnenrad 30 in Eingriff kommt, daß sie zwar in axialer Richtung beweglich ist, sich aber nicht drehen kann.

Weil sich die Unterlegscheiben 61 und 63 in Einklang mit dem Gehäuse 10 drehen und sich die verbleibende Unterlegscheibe 62 in Einklang mit dem hinteren Sonnenrad 30 dreht, sind jeweils zwischen der Unterlegscheibe 61 und dem hinteren Sonnenrad 30, zwischen der Unterlegscheibe 61 und der Unterlegscheibe 62, und zwischen der Unterlegscheibe 62 und der Unterlegscheibe 63 Reibungsschnittstellen gebildet, wenn sich das Differential dreht, womit hier Gleitkontakte auftreten. In dieser Art und Weise hat die hintere Reibungserzeugungseinrichtung 60 drei Reibungsschnittstellen, während die vordere Reibungserzeugungs einrichtung 50 nur eine hat. Demgemäß beträgt die Gesamtfläche der Reibungsschnittstellen der hinteren Reibungserzeugungs einrichtung 60 das Dreifache der Fläche der Reibungsschnitt stelle der vorderen Reibungserzeugungseinrichtung 50. Folglich tritt, wenn andere Umstände nicht beachtet werden, ein dreimal so großer Reibungswiderstand auf, wenn die gleiche Kraft in axialer Richtung aufgebracht wird.

Eine Zwischen-Reibungserzeugungseinrichtung 70 enthält zwei Unterlegscheiben 71 und 72. Die Unterlegscheiben 71 und 72 sind so ausgelegt, daß sie sich im Einklang mit den Sonnenrädern 20 bzw. 30 drehen, und die Unterlegscheiben 71 und 72 stehen, wenn sich das Differential dreht, miteinander in Gleitkontakt. Es ist anzumerken, daß die Sonnenräder 20 und 30, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, entlang der Drehachse L nach außen gezwungen werden, und daher zwischen den Unterlegscheiben 71 und 72 kaum Reibungswiderstand auftritt.

Im folgenden wird der Betrieb des Zentraldifferentials beschrieben, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt. In dem Leerlauf-Antriebsmodus tendiert das Fahrzeug, wie in Fig. 6 gezeigt ist, dazu, sich nach vorne zu neigen, und die Last, die durch das Gewicht des Fahrzeugs verursacht wird, wirkt schwer auf die Vorderräder FW, aber auf die Hinterräder RW nicht so schwer wie auf die Vorderräder FW. Folglich ist der die Vorderräder FW betreffende Reibungs grenzwert groß, aber der die Hinterräder RWE betreffende Reibungsgrenzwert ist nicht so groß wie der die Vorderräder FW betreffende. Die Fig. 8 und 9 zeigen jeweils die Reibungs grenzwerte in Form der Größe der Radien von Kreisen, wobei die Kontaktpunkte zwischen den Vorderrädern FW und der Straßen oberfläche und zwischen den Hinterrädern RW und der Straßen oberfläche als deren Mittelpunkte dienen. Diese Kreise werden hiernach als Reibungskreise bezeichnet. Wenn die auf die Vorderräder FW und die Hinterräder RW aufgebrachten Kräfte kleiner sind als die Radien dieser Kreise, tritt kein Schlupf bzw. Rutschen auf, aber wenn die Kräfte größer sind, tritt Schlupf bzw. Rutschen auf.

Die auf die Räder FW und RW aufgebrachte Kraft wird nun beschrieben werden, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf- Antriebsmodus eine Kurve fährt. Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, kann man die Kräfte F_FW und F_RW, die auf die Räder FW und RW aufgebracht werden, durch Summieren der Bremskräfte F_F1 und F_R1, die in einer Richtung wirken, in der die Geschwin digkeit des Fahrzeugs in Fahrtrichtung des Fahrzeugs herab gesetzt wird, und der Zentrifugalkräfte F_F2 und F_R1, die durch die Kurvenfahrt des Fahrzeugs verursacht werden. Die Zentri fugalkräfte F_F2 und F_R2, die jeweils auf die Vorderräder FW und die Hinterräder RW wirken, sind unabhängig von der Konstruktion des Zentraldifferentials und werden daher hier zur Verein fachung als gleich angesehen. Die Bremskräfte F_F1 und F_R1 hängen mit der Konstruktion des Zentraldifferentials zusammen.

Das Zentraldifferential soll die Bremskraft F_F1 auf die Vorderräder FW erhöhen und die Bremskraft F_R1 auf die Hinter räder RW reduzieren. Die Gründe sind die folgenden. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Bremskräfte F_F1 auf die Vorderräder FW, während der Radius des die Vorderräder FW betreffenden Reibungsradius groß ist, erhöht und daher ist die kombinierte Kraft F_FW auf die Vorderräder FW erhöht. Die kombinierte Kraft F_FW ist noch innerhalb des Reibungskreises und es tritt kein Schlupf bzw. Rutschen auf. Auf der anderen Seite ist es, wie in Fig. 9 gezeigt ist, um zu verhindern, daß die Hinterräder RW rutschen und um zu verhindern, daß das Nick-Phänomen auftritt, erforderlich, die Bremskraft F_R1 auf die Hinterräder RW zu reduzieren und die kombinierte Kraft F_RW auf die Hinter räder RW zu reduzieren, so daß sich die kombinierte Kraft F_RW innerhalb des Reibungskreises befindet, weil der Radius des die Hinterräder RW betreffenden Reibungskreises klein ist.

Die Bremskräfte F_F1 und F_R1 auf die Räder FW und RW entsprechen jeweils den Drehmomenten T_F und T_R, die auf die Abtriebswellen FS und RS wirken. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, werden diese Drehmomente T_F und T_R durch Aufsummieren der Bremsdrehmomente T_SF und T_SR, die über die Planetenräder 40 von dem Gehäuse 10 auf die Sonnenräder 20 und 30 aufgebracht werden, und der Reibungsdrehmomente T_WF und T_WR, die zwischen den Sonnenrädern 20, 30 und dem Gehäuse 10 erzeugt werden, erhalten. Die Reibungsdrehmomente T_WF und T_WR werden erzeugt, indem die Sonnenräder 20 und 30 im Leerlauf-Antriebsmodus nach außen gezwungen werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, drehen sich die Hinterräder RW, weil der Kurvenradius R_hinten der Hinterräder RW kleiner ist als der Kurvenradius T_vorne der Vorderräder FW, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, mit einer langsameren Geschwindigkeit als das Gehäuse 10, und die Vorderräder FW drehen sich mit einer höheren Geschwindigkeit als das Gehäuse 10. Aus diesem Grund ist das Reibungsdrehmoment T_WF in der vorderen Abtriebswelle FS in die gleiche Richtung gerichtet wie das Bremsdrehmoment T_SF, während das Reibungsdrehmoment T_WR in der hinteren Abtriebswelle RS bezogen auf das Bremsdrehmoment T_SR in die umgekehrte Richtung gerichtet ist. Folglich kann man die folgenden Gleichungen erhalten.

T_F = T_SF + T_WF
T_R = T_SR - T_WR

Das Drehmomentverhältnis bzw. Drehmomentvorspannverhältnis B kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

B = T_F/T_R = (T_SF + T_WF)/(T_SR-T_WR)

Wie aus der obigen Gleichung hervorgeht, kann das Drehmoment T_R auf die Hinterräder RW reduziert werden, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, und daher kann die dementsprechende Bremskraft F_R1 reduziert werden. Folglich kann das Nick-Phänomen unterdrückt bzw. verhindert werden. Im Gegensatz dazu kann das Bremsdrehmoment T_F auf die Vorderräder FW erhöht werden und daher kann die dement sprechende Bremskraft F_F1 erhöht werden. Folglich kann das Herabsetzen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges sicher erfolgen.

Darüberhinaus ist bei dem Zentraldifferential der vorliegenden Erfindung die hintere Reibungserzeugungseinrichtung 60, die zwischen dem Gehäuse 10 und dem hinteren Sonnenrad 30 vor gesehen ist, so ausgelegt, daß es möglich ist, infolge der drei Unterlegscheiben 61 bis 63 einen großen Reibungswiderstand zu erzielen. Folglich kann das Reibungsdrehmoment T_WR erhöht werden, wenn das Fahrzeug in dem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt. Somit kann das Auftreten des Tack-in-Phänomens sicherer verhindert werden, indem das Drehmoment-Verhältnis bzw. Drehmoment-Vorspannverhältnis B erhöht wird. Um das Drehmoment-Vorspannverhältnis B in einem begrenzten Raum zu erhöhen, ist es effektiver, das Reibungsdrehmoment T_WR zu erhöhen, als das Reibungsdrehmoment T_WF zu erhöhen.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen zweite, dritte und vierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesen Figuren sind die Planetenräder zur Vereinfachung weggelassen. In diesen Ausführungsformen werden Teile, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, jeweils durch identische Bezugs zeichen bezeichnet und eine ausführliche Beschreibung davon unterbleibt.

In der zweiten Ausführungsform der Fig. 10 enthält eine vordere Reibungserzeugungseinrichtung 50 und eine hintere Reibungserzeugungseinrichtung 60 eine Unterlegscheibe 51 bzw. eine Unterlegscheibe 61. Der Außendurchmesser der hinteren Unterlegscheibe 61 ist größer als der Außendurchmesser der vorderen Unterlegscheibe 51. An dem äußeren Endbereich eines hinteren Sonnenrades 30 ist ein Bereich 36 mit vergrößertem Durchmesser gebildet, der denselben Durchmesser hat wie die Unterlegscheibe 61, da der Durchmesser der hinteren Unter legscheibe 61 erhöht ist. Infolge dieser Anordnung kann die Fläche der Reibungsschnittstelle zwischen der hinteren Unterlegscheibe 61 und dem hinteren Sonnenrad 30 größer ausgelegt werden als die Fläche der Reibungsschnittstelle zwischen der vorderen Unterlegscheibe 51 und dem vorderen Sonnenrad 20. Folglich kann zwischen dem Gehäuse 10 und dem hinteren Sonnenrad 30 ein größerer Reibungswiderstand erzeugt werden als zwischen dem Gehäuse 10 und dem vorderen Sonnenrad 20.

In der dritten Ausführungsform der Fig. 11 haben eine vordere Reibungserzeugungseinrichtung 50 und eine hintere Reibungs erzeugungseinrichtung 60 eine Unterlegscheibe 51 bzw. eine Unterlegscheibe 61. Diese Unterlegscheiben 51 und 61 sind im Außendurchmesser und im Innendurchmesser untereinander gleich. Die Reibungsschnittstelle zwischen einem Sonnenrad 30 und der hinteren Unterlegscheibe 61 ist kegelförmig. Die Reibungs schnittstelle zwischen einem vorderen Sonnenrad 20 und der vorderen Unterlegscheibe 51 ist eine ebene Fläche senkrecht zur Drehachse L. Folglich ist die Fläche der Reibungsschnittstelle zwischen dem hinteren Sonnenrad 30 und der hinteren Unterleg scheibe 61 größer als diejenige zwischen dem vorderen Sonnenrad 20 und der vorderen Unterlegscheibe 51. Folglich wird ein größerer Reibungswiderstand erzeugt.

In der vierten Ausführungsform der Fig. 12 sind eine vordere Unterlegscheibe 51 und eine hintere Unterlegscheibe 61 in Gestalt und Abmessungen gleich. Zumindest eines bzw. eine von dem hinteren Sonnenrad 30 und der hinteren Unterlegscheibe 61 ist mit einer (nicht gezeigten) Schicht aus einem Material mit einem großen Reibungswiderstand ausgestattet. Infolge dieser Anordnung ist der Reibungskoeffizient an der Reibungsschnitt stelle zwischen dem hinteren Sonnenrad 30 und der hinteren Unterlegscheibe 61 größer als derjenige an der Reibungsschnitt stelle zwischen dem vorderen Sonnenrad 20 und der vorderen Unterlegscheibe 51. Folglich kann ein größerer Reibungswider stand erzeugt werden.

Eine fünfte Ausführungsform kann so ausgelegt sein, daß die Schraubrichtung der schraubenförmigen Verzahnung 21 des Sonnen rades 20 aus Fig. 7 umgekehrt wird, so daß sie die gleiche ist wie diejenige der schraubenförmigen Verzahnung 31 des hinteren Sonnenrades 30. Infolge dieser Anordnung werden sowohl das Sonnenrad 20 als auch das Sonnenrad 30 gegen die Abschlußwand 13 (siehe Fig. 1) des Gehäuses 10 gezwungen, wenn das Fahrzeug im Leerlauf-Antriebsmodus ist. Wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, wird nicht nur das hintere Sonnenrad 30 sondern ebenfalls das vordere Sonnenrad 20 gegen die hintere Reibungserzeugungseinrichtung 60 gezwungen. Folglich kann an der hinteren Reibungserzeugungs einrichtung 60 ein noch größerer Reibungswiderstand erzeugt werden. Das kann das Drehmoment-Vorspannungsverhältnis B erhöhen.

Claims

1. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge mit:

(a) einem Gehäuse (10), das sich um eine Drehachse (L) davon drehen kann, wobei das Gehäuse eine vordere Abschlußwand (15) und eine hintere Abschlußwand (13) aufweist, die axial voneinander beabstandet sind;
(b) einem im allgemeinen zylindrischen vorderen Sonnenrad (20) und einem im allgemeinen zylindrischen hinteren Sonnenrad (30), die so in dem Gehäuse aufgenommen sind, daß sie koaxial mit der Drehachse sind, wobei sich ein Endbereich einer vorderen Abtriebswelle (FS), die sich durch die vordere Abschlußwand des Gehäuses erstreckt, in das vordere Sonnenrad eingesetzt ist und damit durch eine Keilwellenverbindung gekoppelt ist, wobei der Endbereich einer hinteren Abtriebswelle (RS), die sich durch die hintere Abschlußwand des Gehäuses erstreckt, in das hintere Sonnenrad einge setzt ist und über eine Keilwellenverbindung damit verbunden ist, wobei ein Paar dieser Sonnenräder jeweils eine schraubenförmige Verzahnung (21, 31) aufweist,
(c) einem Paar Planetenräder (40), die durch das Gehäuse drehbar gelagert sind und sich jeweils in Eingriff mit den schraubenförmigen Verzahnungen des Paares Sonnen räder befinden, wobei sich das Paar Planetenräder mit einander im Eingriff befindet; und
(d) einer vorderen Reibungserzeugungseinrichtung (50), die zwischen der vorderen Abschlußwand des Gehäuses und dem vorderen Sonnenrad angeordnet ist, und einer hinteren Reibungserzeugungseinrichtung (60), die zwischen der hinteren Abschlußwand des Gehäuses und dem hinteren Sonnenrad angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Verzahnung (31) des hinteren Sonnenrades (30) in einer Richtung schraubenförmig gewunden ist, um eine Kraft zu erzeugen, welche das hintere Sonnen rad zu der hinteren Abschlußwand (13) des Gehäuses (10) hin drückt, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf-Antriebsmodus befindet, und das zwischen dem Gehäuse (10) und dem hinte ren Sonnenrad (30) über die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) zu übertragende Reibungsdrehmoment, wenn das Fahrzeug in seinem Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt, größer ist als das Reibungsdrehmoment, das zwischen dem Gehäuse und dem vorderen Sonnenrad (20) über die vordere Reibungserzeugungseinrichtung (50) übertragen wird.

2. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 1, bei dem die schraubenförmige Verzahnung (21) des vorderen Sonnenrades (20) bezogen auf das hintere Sonnenrad (30) in umgekehrter Richtung schraubenförmig gewunden ist, um eine Kraft zu erzeugen, die das vordere Sonnenrad (20) gegen die vordere Abschlußwand (15) des Gehäuses (10) drückt, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf- Antriebsmodus befindet, wobei der Reibungswiderstand, der durch die hintere Reibungserzeugungseinrichtung (60) erzeugt wird, größer ist als der Reibungswiderstand, der durch die vordere Reibungserzeugungseinrichtung (50) erzeugt wird, woraus man schließen kann, daß das vordere Sonnenrad und das hintere Sonnenrad über die zugehörigen Reibungserzeugungseinrichtungen mit der gleichen Kraft gegen die zugehörigen Abschlußwände gedrückt werden, wenn das Fahrzeug im Leerlauf-Antriebsmodus eine Kurve fährt.

3. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 2, bei dem die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) eine größere Anzahl Reibungsschnittstellen aufweist als die vordere Reibungserzeugungseinrichtung (50).

4. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 3, bei dem die vordere Reibungserzeugungs einrichtung (50) eine einzelne vordere Reibungsschnitt stelle enthält, während die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) eine Vielzahl von hinteren Reibungs schnittstellen enthält.

5. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 4, bei dem die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) eine ringförmige erste Unterlegscheibe (61) und eine ringförmige zweite Unterlegscheibe (62) enthält, wobei die hintere Abschlußwand (13) des Gehäuses (10) mit einer Aufnahmeausnehmung (19) zur Aufnahme der ersten und zweiten Unterlegscheibe darin ausgebildet ist, und das hintere Sonnenrad (30) mit einem ringförmigen Vorsprung (35) ausgebildet ist, der einen kleinen Durch messer aufweist und zur hinteren Endwand (13) hin vor springt, wobei sich der äußere Umfang der ersten Unter legscheibe (61) in Eingriff mit dem inneren Umfang der Aufnahmeausnehmung (19) des Gehäuses befindet, so daß sich die erste Unterlegscheibe in axialer Richtung der Drehachse bewegen kann, sich aber nicht um die Drehachse drehen kann, wobei sich der innere Umfang der zweiten Unterlegscheibe (62) im Eingriff mit dem äußeren Umfang des ringförmigen Vorsprungs (35) des hinteren Sonnenrades befindet, so daß sich die zweite Unterlegscheibe in axialer Richtung der Drehachse bewegen kann, sich aber nicht um die Drehachse drehen kann, wobei die erste Unterlegscheibe (61) zwischen der zweiten Unterlegscheibe (62) und einer Endfläche des hinteren Sonnenrades (30) angeordnet ist.

6. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 2, bei dem die vordere Reibungserzeugungs einrichtung (50) und die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) eine ringförmige vordere Unterlegscheibe (51) bzw. eine ringförmige hintere Unterlegscheibe (61) aufweisen, wobei der Außendurchmesser der hinteren Unter legscheibe größer ist als der Außendurchmesser der vorderen Unterlegscheibe, wodurch folglich die Fläche der hinteren Reibungsschnittstelle, die zwischen der hinteren Unter legscheibe (61) und dem hinteren Sonnenrad (30) gebildet ist, größer ist als die vordere Reibungsschnittstelle, die zwischen der vorderen Unterlegscheibe (51) und dem vorderen Sonnenrad (20) gebildet ist.

7. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 2, bei dem die vordere Reibungserzeugungs einrichtung (50) und die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) eine ringförmige vordere Unterlegscheibe (51) bzw. eine ringförmige hintere Unterlegscheibe (61) enthalten, wobei die vordere Reibungsschnittstelle, die zwischen der vorderen Unterlegscheibe (51) und dem vorderen Sonnenrad (20) gebildet ist, eine ebene Fläche senkrecht zu der Drehachse (L) ist, wobei die hintere Reibungsschnitt stelle, die zwischen der hinteren Unterlegscheibe (61) und dem hinteren Sonnenrad (30) gebildet ist, eine kegelförmige Fläche ist, wobei die Fläche der hinteren Reibungsschnitt stelle größer ist als diejenige der vorderen Reibungs schnittstelle.

8. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 7, bei dem der Außendurchmesser der vorderen Unterlegscheibe (51) gleich demjenigen der hinteren Unter legscheibe (61) ist.

9. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 2, bei dem die vordere Reibungserzeugungs einrichtung (50) und die hintere Reibungserzeugungs einrichtung (60) eine ringförmige vordere Unterlegscheibe (51) bzw. eine ringförmige hintere Unterlegscheibe (61) enthalten, wobei der Reibungskoeffizient der Reibungs schnittstelle, die zwischen der hinteren Unterlegscheibe (61) und dem hinteren Sonnenrad (30) gebildet ist, größer ist als derjenige der Reibungsschnittstelle, die zwischen der vorderen Unterlegscheibe (51) und dem vorderen Sonnen rad (20) gebildet ist.

10. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 9, bei dem der Außendurchmesser der vorderen Unterlegscheibe (51) gleich demjenigen der hinteren Unter legscheibe (61) ist.

11. Zentraldifferential für Vierradantriebsfahrzeuge nach Anspruch 1, bei dem die schraubenförmige Verzahnung (21) des vorderen Sonnenrades (20) in der gleichen Schraub richtung schraubenförmig gewunden ist wie die schrauben förmige Verzahnung (31) des hinteren Sonnenrades (30), um eine Kraft zu erzeugen, welche das vordere Sonnenrad (20) im Leerlauf-Antriebsmodus des Fahrzeuges gegen das hintere Sonnenrad (30) drückt.