DE19616826A1 - Hydromechanisches System zur Begrenzung der veränderlichen Geschwindigkeit zwischen unterschiedlich rotierenden Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einem hydromechanischen System zur Begrenzung der veränderlichen Geschwindigkeit zwischen unterschiedlich rotierenden Teilen, wie im Antriebsstrang eines Fahrzeugs.

Bekannte hydromechanische Einrichtungen nutzen hydraulische Pumpen, welche Fluid in Abhängigkeit von der Relativdrehung zwischen zwei rotierenden Teilen pumpt, um eine Drehkupplung der beiden rotierenden Elemente zu bewirken. Diese Systeme umfassen im allgemeinen eine Hydraulikpumpe, welche mit zwei unter­ schiedlich rotierenden Teilen verbunden ist, und welche ihrer­ seits einen hydraulisch betätigten Kolben versorgt. Der Kolben seinerseits wirkt als eine Kupplungsanordnung, welche die beiden rotierenden Teile verbindet. Die Hydraulikpumpe liefert einen volumetrischen Fluidstrom, welcher sich direkt im Verhältnis zu der relativen oder differentiellen Drehgeschwindigkeit der rotierenden Teile ändert. Im allgemeinen ist der Hydraulikkolben mit einer Auslaßöffnung versehen, welche den abgehenden Fluid­ strom von dem Kolben drosselt, um einen Fluidgegendruck zu erzeugen, welcher den Kolben derart antreibt, daß die Kupplungs­ einrichtung eingerückt wird. Derartige Systeme haben daher das Vermögen, eine Drehmomentübertragung zwischen rotierenden Teilen bereitzustellen, bei welcher eine Veränderung direkt im Verhält­ nis zu der relativen und differentiellen Geschwindigkeit zwischen den beiden Wellen erfolgt.

Bei dem hydromechanischen System der vorstehend beschriebenen Art ist daher ständig eine Relativdrehung zwischen den beiden Teilen erforderlich, um eine Drehmomentübertragung zu bekommen. Diese ständige Drehung kann eine unerwünschte Größe einer Drehmoment­ übertragung bei kleinen unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten hervorrufen. Ferner haben diese Systeme nicht das Vermögen, die relative Drehung zwischen den Teilen zu sperren, falls unter­ schiedliche Drehgeschwindigkeiten einen gewünschten oder einen vorbestimmten Grenzwert überschreiten.

Bei Antriebssträngen von Fahrzeugen beispielsweise ist es häufig erwünscht, die differentielle Geschwindigkeit zwischen unter­ schiedlich rotierenden Wellen zu begrenzen. Beispielsweise werden Fahrzeuge mit Vierradantrieb immer populärer, welche eine verstärkte Traktion haben und einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs ermöglichen. Fahrzeuge mit Vierradantrieb setzen im allgemeinen vordere und hintere Antriebsachsen ein, welche vordere und hintere Differentiale jeweils zum Antreiben des jeweiligen Rads des Fahrzeugs haben. Ein Drehmomentverteil­ ergetriebe wird im allgemeinen eingesetzt, um das Drehmoment auf die vorderen und hinteren Antriebsachsen zu verteilen, und dieses kann als ein Zwischenachsdifferential vorgesehen sein, welches das Drehmoment in einem gewünschten Verhältnis aufteilt. Eine selektiv in Eingriff bringbare Kupplung wurde eingesetzt, um die differentielle Drehung zwischen den vorderen und hinteren Achsen des Fahrzeugs zu begrenzen. Die Kupplung kann derart arbeiten, daß das Zwischenachsdifferential gesperrt wird, wenn eine vorbestimmte differentielle Drehbewegung zwischen den vorderen und den hinteren Ausgangswellen des Zwischenachsdifferentials festgestellt wird. Die Kupplung kann unter Steuerung durch ein elektronisches Steuersystem und zugeordneten Geschwindigkeits­ sensoren betätigt werden, welche die Geschwindigkeiten der vorderen und hinteren Ausgangswellen des Zwischenachsdifferenti­ als messen. Auch ist es erwünscht, die differentielle Geschwin­ digkeit zwischen anderen unterschiedlich rotierenden Teilen im Antriebsstrang eines Fahrzeuges zu begrenzen, wie bei einem Differential, welches einer Antriebsachse eines Fahrzeugs zugeordnet ist. Während ein elektronisches Steuersystem natürlich wiederum zweckmäßig sein kann, um die differentielle Geschwindig­ keit zwischen den unterschiedlich rotierenden Teilen zu begren­ zen, ist bei diesen Beispielen oder auch anderen ein Bedürfnis nach einem vereinfachten und kostengünstigen mechanischen System vorhanden, bei dem man dennoch die Vorteile wie bei dem Steuersy­ stem erhält.

Da ein Bedürfnis nach diesem System besteht, welche das Vermögen hat, die relative Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Komponenten eines Antriebsstranges oder anderen unterschiedlich rotierenden Teilen zu begrenzen, befaßt sich die Erfindung mit Einrichtungen, welche ohne eine elektronische Steuerung und eine elektronische Betätigung auskommen, welche in Form eines autonomen hydromecha­ nischen Systems ausgelegt sind, bei welchem die Schwierigkeiten bei den bekannten hydromechanischen Systemen überwunden sind. Die Erfindung befriedigt den Bedarf nach einem kosteneffektiven System zur Begrenzung der unterschiedlichen Drehung zwischen unterschiedlich rotierenden Teilen.

Die Erfindung befaßt sich daher mit einem passiven autonomen hydromechanischen System zur Begrenzung der differentiellen Geschwindigkeiten zwischen zwei rotierenden Teilen, wie zwei rotierenden Wellen im Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Das hydromechanische System weist im allgemeinen eine reversible Hydraulikpumpe auf, welche in einem rotierenden Gehäuse angeord­ net ist, und welche eine Einrichtung zum Zuführen von Hydraulik­ fluid von einem Sammelbehälter zu dem rotierenden Gehäuse aufweist. Die Pumpe ist mit den unterschiedlich rotierenden Teilen gekoppelt, und das Hydraulikfluid wird in Abhängigkeit von der relativen Drehung hierbei gepumpt. Das Hydraulikfluid wird einer Kolbenanordnung zugeführt, welche in dem Gehäuse angeordnet ist, und es tritt über wenigstens einen oder mehrere gedrosselte Abflußkanäle aus, welche im Kolben angeordnet sind, wodurch ein Druck in der Kolbenanordnung aufgebaut wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Kolbenanordnung zum Einrücken einer Kupplungsanordnung eingesetzt, aber es ist ein Einrücken der Kupplungsanordnung durch eine Feder nach wie vor vorhanden, bis ein ausreichender Fluiddruck in der Kolbenanordnung die hemmende Kraft von der Feder überwindet. Wenn ein ausreichender Fluiddruck vorhanden ist, bewegt sich der Kolben in Eingriff mit der Kupplungsanordnung und er schließt seinerseits die Drossel­ ablaufkanäle, so daß in der Kolbenanordnung schnell ein Druck aufgebaut wird. Die hier von der Kolbenanordnung bereitgestellte Kraft beaufschlagt die Kupplung und hat das Vermögen, die relative Drehung zwischen den beiden rotierenden Teilen zu sperren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht auch eine zusätzliche Entlüftung oder zusätzliche Entlüftungsein­ richtungen, welche mit der Kolbenanordnung verbunden sind, einen allmählichen Druckabbau, so daß die Wirkung der Feder wiederum ausgenutzt wird, um den Kolben außer Eingriff von der Kupplungs­ anordnung zu bringen, so daß wiederum eine unterschiedliche Drehbewegung zwischen den beiden rotierenden Teilen gestattet ist.

Die Erfindung zielt daher hauptsächlich darauf ab, ein hydrome­ chanisches System bereitzustellen, welches das Vermögen hat, die Relativdrehung zwischen den unterschiedlich rotierenden Teilen zu sperren, falls die relative Drehgeschwindigkeit zwischen den Teilen einen gewünschten oder vorbestimmten Grenzwert über­ schreitet. Das hydromechanische System macht keine ständige relative Drehung zwischen den rotierenden Teilen erforderlich, um eine Drehmomentübertragung zu erzeugen, noch werden un­ erwünschte Werte bei der Drehmomentübertragung bei niedrigen relativen Drehgeschwindigkeiten erzeugt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht zur Verdeutlichung eines hydromechanischen Systems nach der Erfindung;

Fig. 2A eine Ansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 zur Verdeutlichung der reversiblen Hydraulikpumpe in einer ersten Position;

Fig. 2B eine Ansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 zur Verdeutlichung der reversiblen Hydraulikpumpe in einer zweiten Position;

Fig. 3 eine alternative bevorzugte Ausführungsform des hydromechanischen Systems nach der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Drehmomentwandlergehäuses, bei dem das hydromechanische System nach der Erfindung vorgesehen ist; und

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des hydromechani­ schen System in Fig. 1.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des hydromechanischen Systems 2 nach der Erfindung ist genauer in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines Antriebsstrangssystems, welches zwei unterschiedlich rotierende Wellen hat, das heißt eine rotierende Welle 50 und eine zweite rotierende Welle 52. Die Wellen 50 und 52 sind unterschiedlich angetrieben und drehen sich relativ zueinander, wobei die Welle 52 mittels Lager 54 relativ zur Welle 50 gelagert ist. Die Wellen 50 und 52 lassen sich selektiv zur Drehung miteinander mit Hilfe einer differentiellen Geschwindigkeitskupplung koppeln, welche insgesamt mit 56 bezeichnet ist. Die Kupplung 56 umfaßt inein­ ander geschachtelte Kupplungsscheiben 58 und 60, wobei die Scheiben 58 zur Ausführung einer Drehbewegung mittels einer Keilverbindung mit einem Gehäuse 62 verbunden sind. Das Gehäuse 62 seinerseits ist mittels einer Keilverbindung mit der Welle 52 zur Ausführung einer Drehbewegung mit derselben verbunden. In ähnlicher Weise sind die Kupplungsscheiben 60 mittels einer Keilverbindung zur Ausführung einer Drehbewegung mit der Welle 50 verbunden, so daß bei der Betätigung der Kupplung 56 eine unterschiedliche Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 gesperrt wird. Das hydromechanische System 20 nach der Erfindung wird eingesetzt, um selektiv die Kupplung 50 beim Auftreten einer vorbestimmten differentiellen Drehbewegung zwischen den Wellen 50 und 52 zu betätigen. Das hydromechanische System 20 umfaßt ein Gehäuse 70, welches zur Ausführung einer Drehbewegung mit der Welle 50 gekoppelt ist. In dem rotierenden Gehäuse 70 ist eine reversible Hydraulikpumpe 72 angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Hydraulikpumpe 52 eine reversible Rotorpumpe mit innen verzahntem Rotor. Zum Betreiben sind Einrichtungen zur Zufuhr von Hydraulikfluid zu dem rotierenden Gehäuse 70 vorgesehen, wie eine Hydraulikfluid-Zufuhrleitung 74, welche mit einem Hydraulikfluid-Sammelbehälter und einer Einlaßsammelleitung 76 verbunden ist. Das Hydraulikfluid wird einem völlig ausgefüllten Raum 78 in der Sammelleitung 76 und der Pumpe 72 über einen Durchgang 80 im Gehäuse 70 mit dem Einlaß der Pumpe 72 zugeführt.

Wie am besten aus den Fig. 2A und 2B zu ersehen ist, weist die Pumpe 72 einen inneren Rotor 82 auf, welcher eine Mehrzahl von Außenzähnen 84 hat. Der innere Rotor 82 ist in Antriebsverbindung mit dem rotierenden Wellenteil 50 vorgesehen. Die reversible Rotorpumpe 72 mit innen verzahntem Rotor umfaßt auch einen äußeren Rotor oder ein Laufrad 86, welches eine Mehrzahl von Innenzähnen 88 hat, welche in Kämmeingriff mit den Außenzähnen 84 des inneren Rotors oder Laufrads 82 sind. Im allgemeinen hat der innere Rotor 82 einen Zahn weniger als der äußere Rotor 86, so daß beim Antreiben des inneren Rotors 82 bewirkt wird, daß der äußere Rotor 86 angetrieben wird, welcher sich in einem äußeren exzentrischen Ring 90 frei drehen kann. Die relative Drehbewegung des inneren Rotors 82 zu dem äußeren Rotor 86 bildet somit eine Reihe von Kammern mit variablem Volumen in der Pumpe 72, wodurch ein Fluiddruck aufgebaut wird und das Hydraulikfluid in Ab­ hängigkeit von der relativen Drehung der Rotoren 82 und 86 und somit in Abhängigkeit von der differentiellen Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 gepumpt wird. Der exzentrische Ring 90 umfaßt einen Flansch 92, welcher mit etwa 180° sich um den Umfang des Rings 90 erstreckt, und der mit einem Anschlagbolzen 94 zusammenarbeitet, welcher am Gehäuse 70 vorgesehen ist. Die Pumpe 72 ist reversibel, so daß das Hydraulikfluid in Abhängigkeit von der differentiellen Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 in beide Richtungen gepumpt wird. In Fig. 2A ist die Pumpe so gezeigt, daß sie sich in eine Richtung des Pfeils dreht, so daß die Drehung des Rings 92 durch den Anschlagbolzen 94 gestoppt wird und die Außenzähne 84 des Innenrotors 82 in Kämmeingriff mit den inneren Zähnen 88 des äußeren Rotors 86 am oberen Teil der exzentrischen Bohrung sind, welche in dem Ring 90 vorgesehen ist. Wenn die differentielle Drehung der Wellen 50 und 52 umgekehrt wird, dreht sich der äußere Ring 90 um etwa 180°, wobei An­ schlagbolzen 94 den Flansch 92 berühren, um die Drehbewegung des Rings 90 zu stoppen. Wie in Fig. 2B gezeigt ist, wird somit die exzentrische Bohrung im Ring 90 derart bewegt, daß die Außenzähne 84 des inneren Rotors 82 in Kämmeingriff mit den Innenzähnen 88 des äußeren Rotors 86 an einem Bodenteil sind, so daß man eine Pumpwirkung aufrechterhalten kann. Die Pumpe 72 pumpt das Hydraulikfluid somit in Abhängigkeit von der Relativdrehung zwischen den Wellen 50 und 52 unabhängig von der relativen Drehbewegung zwischen diesen Wellen.

Um eine so ausreichende Pumpleistung bereitzustellen, daß die reversible Hydraulikpumpe 72 die differentielle Drehung zwischen den rotierenden Wellen 50 und 52 sperren kann, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform ein innerer Rotor 82 und ein äußerer Rotor 86 mit sieben Zähnen vorgesehen. Natürlich kommen auch andere Ausführungsformen in Betracht, vorausgesetzt, daß man eine geeignete Pumpleistung bereitstellen kann, welche für den gewünschten Anwendungszweck erforderlich ist.

Das hydromechanische System 20 umfaßt ferner einen Ringkolben 96, welcher in dem Gehäuse 70 angeordnet ist, sowie ein Führungs­ element 98 und ein Betätigungselement 100, welches in Gleitbewe­ gungseingriff mit dem Führungsteil 98 ist. Der Kolben 96 umfaßt ferner eine Kammer 102, welche zwischen dem Führungsteil 98 und dem Betätigungsteil 100 angeordnet ist und das Hydraulikfluid aufnimmt, welches von der Pumpe 72 über einen Zufuhrkanal 104 gepumpt wird, welcher im Führungsteil 98 ausgebildet ist. Das Führungsteil 98 trägt auch den Anschlagbolzen 94. Das Betäti­ gungselement 100 des Kolbens 96 umfaßt ebenfalls wenigstens einen gedrosselten Abflußkanal 106 und kann eine Mehrzahl von Ab­ flußkanälen 106 aufweisen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Jeder Abflußkanal 106 erstreckt sich durch das Kolbenbetätigungselement 100 und ist in Strömungsverbindung mit der Kolbenkammer 102. Auch wird das Kolbenbetätigungselement 100 von einem ringförmigen Federelement 108 beaufschlagt, welches zwischen dem Kolbenbetäti­ gungselement 100 und der Kupplung 56 angeordnet ist. Das Federelement 108 ist eine Sprungfeder, wie eine "fingerförmige Unterlagscheibe" oder eine wellenförmige Feder, und sie verhin­ dert, daß das Kolbenbetätigungselement 100 in Eingriff mit der Kupplung 56 kommt, bis ein vorbestimmter Beaufschlagungsdruck erreicht ist, welcher die Rückhaltekraft der Feder 108 überwindet und ein Zusammenarbeiten des Betätigungselements 100 mit der Kupplung 56 gestattet.

Wie zuvor angegeben worden ist, kann ein vorbestimmter Schwell­ wert vorgegeben oder auf eine vorbestimmte differentielle Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 derart abgestimmt werden, daß die reversible Hydraulikpumpe 72 einen Pumpdruck bereitstellt, welcher dieser differentiellen Drehung zur Betätigung des Kolbens 96 entspricht. Der Druck des Hydraulikfluids, welches der Kammer 102 von der Pumpe 72 zugeführt wird, stellt eine Hydraulikkraft bereit, um das Kolbenbetätigungselement 100 beim Erreichen einer vorbestimmten differentiellen Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 zu betätigen, wobei diese Hydraulikkraft so ausreichend ist, daß die Widerstandskraft durch die Feder 108 überwunden wird. Somit wird das Betätigungselement 100 gegen die Kupplung 56 gedrückt, welche ihrerseits im wesentlichen die Abflußkanäle 106 verschließt. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Hydraulikdruck in der Kammer 102 sehr schnell in Abhängigkeit zu der relativen Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 an, wodurch bewirkt wird, daß das Betätigungselement 100 die Kupplungsscheiben 58 und 60 in Reibschluß miteinander zusammendrückt. Der Druck in der Kammer 102 wird fortgesetzt aufgebaut, bis eine ausreichende Kupplungs­ verbindung erreicht ist, um jegliche differentielle Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 zu sperren. Das Zusammenarbeiten zwischen der Hydraulikpumpe 72, welche einen vorbestimmten Fluiddruck in Abhängigkeit von der differentiellen Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 bereitstellt, um den Kolben 96 zu beaufschlagen, und dem Federelement 108, welches eine Wider­ standskraft auf das Kolbenbetätigungselement 100 aufbringt, erfolgt die Einstellung derart, daß die Kupplung 56 betätigt wird, wenn eine vorbestimmte differentielle Drehung zwischen den Wellen 50 und 52 erreicht ist. Das Federelement 108 kann, wie vorstehend bereits beschrieben worden ist, eine Feder mit Sprungverhalten sein, welche eine nicht lineare Federkonstante hat und welche einen nicht linearen Zusammenhang hinsichtlich der Charakteristik bezüglich Belastung und Biegung bzw. Auslenkung besitzt. Alternativ kann die Feder 108 eine Spiralfeder oder eine Feder von ähnlicher Bauart sein, welche eine lineare Federkon­ stante hat und einen linearen Zusammenhang von Belastung und Biegung bzw. Auslenkung besitzt. Die Wahl der Art des Feder­ elements 108 hängt von der gewünschten Federcharakteristik für das spezielle Anwendungsgebiet ab und um nochmals zu wiederholen, erlaubt diese die Abstimmung des hydromechanischen Systems 20 auf ein gewünschtes Funktionsverhalten für einen jeweils bestimmten Anwendungszweck.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist auch eine Reaktionsscheibe 110 vorgesehen, welche auf der gegenüberliegenden Seite des Kupp­ lungspakets 56 von dem Kolben 96 aus gesehen angeordnet ist. Diese umfaßt einen Abschnitt 112, welcher mittels einer Keilver­ bindung mit der Welle 52 zur Ausführung einer Drehbewegung mit derselben verbunden ist. Wenn daher das Betätigungselement 100 des Kolbens 96 eine axiale Kraft auf die Kupplung 56 aufbringt, werden die Scheiben 58 und 60 in Reibschlußeingriff miteinander gedrückt, und die auf die Kupplung 96 aufgebrachte Belastung wird auf die Reaktionsscheibe 110 übertragen und folglich werden die Wellen 50 und 52 miteinander verriegelt. Ein Schnappring 114 ist an dem Element 62 befestigt, um die Reaktionsscheibe 110 in einer geeigneten Anlageberührung an der Kupplung 56 zu halten.

Im Anschluß an die Betätigung der Kupplung 56 erfolgt eine Entlastung innerhalb eines vorbestimmt Zeitraumes im Anschluß an die Blockierung der Drehung der Wellen 50 und 52, wenn die üblichen Antriebsverhältnisse wiederum vorhanden sind. Eine Entlastung der Kupplung 56 kann einfach dadurch erfolgen, daß das Hydraulikfluid von der Kolbenkammer 102 aufgrund von den Maschinentoleranzen abströmt, mit welchen die Komponenten der Kolbenanordnung 96 beispielsweise behaftet sind. Die Toleranzen aufgrund der maschinellen Bearbeitung können speziell so gewählt werden, daß Zwischenräume zwischen den Bauteilen der Kolbenanord­ nung 96 bezüglich der Kupplung 56 vorhanden sind, wobei der Austritt von Hydraulikfluid den Hydraulikdruck herabsetzt, um zu ermöglichen, daß die Kupplungspackung nach einer vorbestimmten Zeit nach der Betätigung schlupft. Wie alternativ in Fig. 3 gezeigt ist, können eine oder mehrere zusätzliche Ausströmkanäle 120 vorgesehen sein, welche das Kolbenbetätigungselement 100 durchsetzen, und welche mit den Ausströmkanälen 122 in Verbindung stehen, welche auf der Außenseite des Betätigungselements 100 in der Nähe der Kupplungspackung 56 vorgesehen sind. Die Aus­ strömkanäle 120 und die Ausströmkanäle 122 bilden Drosselkanäle für das Hydraulikfluid, ausgehend von der Kolbenkammer 102, um eine langsame Entlastung des Hydraulikdruckes zu bewerkstelligen, welcher sich in der Kolbenanordnung 96 bei Betätigung der Kupplung 56 auf eine gewünschte Weise einstellt. Andere geeignete Auslegungen können getroffen werden, um eine vorbestimmte Herabsetzung des Hydraulikfluiddruckes zur Entlastung der Kupplung 56 nach der Erfindung zu verwirklichen.

In Fig. 4 ist das hydromechanische System nach der Erfindung bei einem Drehmomentwandlergehäuse 10 eingesetzt. Das Drehmomentwand­ lergehäuse 10 ist lediglich ein Beispiel einer Unterbaugruppe im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, bei welchem das hydromechanische System nach der Erfindung in zweckmäßigerweise zum Einsatz kommen kann. Das Drehmomentwandlergehäuse 10 kann bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb beispielsweise eingesetzt werden und umfaßt eine Eingangswelle 12, welche das Drehmoment von einer Brennkraftma­ schine von einer Getriebeanordnung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs erhält. Eine hintere Ausgangswelle 14 und eine vordere Ausgangs­ welle 16 sind mit den hinteren und vorderen Antriebswellen (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden, um die Antriebsleistung auf dieselben zu übertragen. Ein Zwischendifferential mit Planetenge­ triebe, welches allgemein mit 18 bezeichnet ist, kann eingesetzt werden, um das Drehmoment von der Eingangswelle 12 auf die hintere Ausgangswelle 14 und die vordere Ausgangswelle 16 aufzuteilen. In Verbindung mit dem Zwischendifferential 18 ist das hydromechanische System zur Begrenzung der differentiellen Geschwindigkeit zwischen den rotierenden Wellen in dem Zwischen­ gehäuse 10 insgesamt mit 20 bezeichnet. Bei diesem Beispiel verhindert das hydromechanische System nicht eine unterschiedli­ che Drehung zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 während des normalen Betriebs des Fahrzeugs, beispielsweise beim Kurvenfah­ ren, bei dem eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 erforderlich ist. Das hydromecha­ nische System 20 begrenzt die zulässige differentielle Ge­ schwindigkeit zwischen der hinteren Ausgangswelle 14 und der vorderen Ausgangswelle 16, um einen übermäßigen Schlupf zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 zu vermeiden. Ein übermäßiger Schlupf kann zwischen diesen Ausgangswellen auftreten, wenn ein Vorderrad oder Hinterrad des Fahrzeugs mit einer Oberfläche zusammenarbeitet, welche beispielsweise einen niedrigen Reibungs­ koeffizienten hat. Das hydromechanische System 20 nach der Erfindung hat die Fähigkeit, die relative Drehung zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 zu sperren, wenn eine relative Drehge­ schwindigkeit auftreten sollte, welche einen vorbestimmten oder einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Das hydromechanische System 20 bildet auch eine Einrichtung, mittels welcher das Drehmoment ohne Schlupf auf eine Achse beim Auftreten einer vorbestimmten differentiellen Drehung zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 übertragen werden kann. Das hydromechanische System 20 stellt auch die gewünschten Funktionen bereit, ohne daß eine ständige relative Drehung zwischen den Ausgangswellen erforder­ lich ist, und ohne daß man irgendeine unerwünschte Drehmoment­ übertragung bei den relativen Drehgeschwindigkeiten unterhalb des vorbestimmten Grenzwertes hat.

Das Drehmomentübertragungsgehäuse 10, welches in Fig. 4 gezeigt ist, stellt lediglich ein Beispiel eines üblichen Drehmomentüber­ tragungsgehäuses dar, und das hydromechanische System 20 nach der Erfindung kann bei einer Vielzahl von anderen üblichen Bauarten von Drehmomentübertragungsgehäusen eingesetzt werden oder auch dann eingesetzt werden, wenn eine differentielle Drehung zwischen zwei rotierenden Teilen begrenzt werden soll. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann die Eingangswelle 12 in einem Gehäuse 22 drehbeweglich gelagert sein. Obgleich dies keinen Teil der Erfindung darstellt, kann die Eingangswelle 12 über einen Planetengetriebesatz 24 mit einer Zwischenwelle 26 gekoppelt sein, welche in dem Gehäuse 22 drehbeweglich gelagert ist. Der Planetengetriebesatz 24 kann niedrige und hohe Drehzahlenbereiche beim Betrieb des Übertragungsgehäuses 10 bereitstellen. Die Zwischenwelle 26 ist mit dem Planetenträger 28 des Zwischen­ planetengetriebedifferentials 18 verbunden und treibt diesen an. Der Planetenträger 28 trägt eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten und virtuell drehbaren Planetenrädern 30. Jedes der Planetenräder 30 ist in Kämmeingriff mit dem Sonnenrad 32 und einem Hohlrad 34 des Planetengetriebedifferentials 18. Das Sonnenrad 32 kann mit einer Hülse 36 versehen sein, welche drehbeweglich um die Zwischenwelle 26 angeordnet ist. Die Hülse 36 kann ihrerseits ein Antriebskettenrad 38 tragen. Das Hohlrad 34 des Planetengetriebedifferentials 18 ist mit einem Ver­ bindungsrad 40 antriebsverbunden, welches seinerseits mit der hinteren Ausgangswelle 24 gekoppelt ist, um ein Antriebsdrehmo­ ment auf dieselbe zu übertragen. Bei diesem Auslegungsbeispiel des Drehmomentübertragungsgehäuses 10 wird das Drehmoment von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs und des Getriebes auf die Eingangswelle 12 und über den Planetengetriebesatz 24 auf die Zwischenwelle 26 übertragen. Die Zwischenwelle 26 ihrerseits treibt den Planetenträger 28 an, welcher mit dem Planeten­ zwischengetriebedifferential verbunden ist, so daß das Drehmoment auf das Sonnenrad 32 und das Hohlrad 34 übertragen wird. Das Antriebsdrehmoment wird von dem Hohlrad 34 auf die hintere Ausgangswelle 14 und über das Sonnenrad 32 auf die Antriebshülse 36 und das Antriebskettenrad 38 übertragen, welches hiermit verbunden ist. Das Antriebskettenrad 38 ist mit einer Antriebs­ kette 72 verbunden, um ein zweites Kettenrad 44 anzutreiben. Das Drehmoment wird von dem Antriebskettenrad 44 auf die vordere Ausgangswelle 16 über ein Gleichlaufgelenk übertragen, welches insgesamt mit 46 bezeichnet ist.

Als Teil des hydromechanischen Systems 20 nach der Erfindung ist eine eine differentielle Geschwindigkeit begrenzende Kupplung 48 vorgesehen, um selektiv das Hohlrad 34 und die Hülse 36 hinsicht­ lich der Drehung miteinander zu sperren, um hierdurch die relative Drehung zwischen diesen Teilen zu sperren und somit zwischen der hinteren Ausgangswelle 14 und der vorderen Ausgangs­ welle 16. Das hydromechanische System 20 wird genutzt, um die die differentielle Geschwindigkeit begrenzende Kupplung 48 zu betätigen, wenn die relative Drehgeschwindigkeit zwischen diesen Teilen einen vorbestimmten oder gewünschten Grenzwert über­ schreitet. Das hydromechanische System 20 ist autonom und selbststeuernd mit dem Vermögen, das System auf den gewünschten oder vorgegebenen Grenzwert zu programmieren oder abzustimmen, welcher von den gewünschten Antriebsverhältnissen abhängig ist.

In Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Zwischenplanetenge­ triebedifferentials 18 gezeigt, welches das Drehmoment zwischen den vorderen und hinteren Achsen des Fahrzeugs mit Vierradantrieb aufteilt. Wie zuvor beschrieben worden ist, wird das Eingangs­ drehmoment über die Welle 26 aufgegeben und auf eine hintere Ausgangswelle 14 und ein Sonnenrad 32 zusammen mit der zugeord­ neten Hülse 36 über das Differential 18 aufgeteilt. Die Hülse 36 legt ein Drehmoment an ein Antriebskettenrad 38 und eine Treibkette 42 an, welche mit der vorderen Ausgangswelle 16 (Fig. 4) verbunden ist. Das hydromechanische System 20 ist in dem Übertragungszwischengehäuse angeordnet, und das Gehäuse 70 ist mit der Drehbewegung des Hohlrads 34 gekoppelt, welches seiner­ seits mit der hinteren Ausgangswelle 14 über das Verbindungsrad 40 gekoppelt ist. Die reversible Hydraulikpumpe 72 hat einen äußeren exzentrischen Ring 32 und einen äußeren Rotor 86, welcher mit dem Gehäuse 70 zur Ausführung einer Drehbewegung mit demselben gekoppelt ist, und somit mit der Drehbewegung der Ausgangswelle 14 gekoppelt ist. Der innere Rotor 82 ist mit der Drehbewegung der Hülse 36 gekoppelt und somit mit der vorderen Ausgangswelle 16 (nicht gezeigt). Während den normalen Antriebs­ verhältnissen, wenn keine Relativdrehung zwischen der vorderen Ausgangswelle 16 und der hinteren Ausgangswelle 14 des Drehmo­ mentübertragungsgehäuses 10 vorhanden ist, wenn beispielsweise das Fahrzeug auf einer Fahrbahn geradeaus fährt, arbeitet die Hydraulikpumpe 72 nicht, um Hydraulikfluid zu pumpen, und der Kolben 96 beaufschlagt die differentielle Geschwindigkeits­ begrenzungskupplung 48 nicht, welche einen Teil des Zwischen­ planetengetriebes des Differentials 18 bildet. In ähnlicher Weise wird während der normalen Kurvenfahrt des Fahrzeugs eine relative Geschwindigkeit zwischen den vorderen und hinteren Ausgangswellen 14 und 18 bis zu einem maximalen Lenkwinkel vorgegeben, und das hydromechanische System 20 gestattet, daß diese differentielle Drehung zugelassen wird, ohne die Kupplung 48 zu betätigen. Obgleich während der Kurvenfahrt eine differentielle Drehung dazu führt, daß die Hydraulikpumpe 72 Fluid in Abhängigkeit hiervon pumpt, verhindert die Rückhaltekraft des Federelements 118 eine Betätigung der Kupplung 48. Somit treten während den normalen Antriebsverhältnissen virtuell keine axialen Kräfte auf die Kupplung 48 auf, so daß das Planetengetriebedifferential 18 seine übliche Grundfunktion ausführen kann. Wenn andererseits gepumptes Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 72 einen vorbestimmten Druck erreicht, welcher einer gegebenen oder gewünschten Größe einer differentiellen Drehung zwischen den vorderen und hinteren Ausgangswellen 16 und 14 jeweils entspricht, wird die durch den Hydraulikdruck auf das Betätigungselement 100 des Kolbens 96 aufgebrachte Kraft so beaufschlagt, daß die Rückhaltekraft der Feder 108 überwunden wird, um das Betätigungselement 100 gegen das Kupplungspaket 48 zu drücken. Wenn diese auftritt, werden die Abflußkanäle 106 geschlossen, wie dies voranstehend beschrieben worden ist, und der Hydraulikdruck steigt schneller an, um die Kupplung 48 zu betätigen. Durch die Betätigung der Kupplung 48 wird das Planetendifferential 18 gesperrt und das Hohlrad 34 und das Sonnenrad 32 werden miteinander drehgekoppelt, so daß keine unterschiedliche Drehbewegung zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 vorhanden ist. Wenn es nach der Betätigung der Kupplung 48 erwünscht ist, die Kupplung 48 auszurücken und wiederum eine differentielle Drehbewegung zwischen den Ausgangswellen 14 und 16 zuzulassen, so wird nach einer relativ kurzen Zeitperiode, bei der es sich um einige Sekunden handeln kann, die Kupplung 48 dadurch entlastet, daß das Hydraulikfluid ausströmen kann, welches in der Kolbenkammer 102 enthalten ist, und zwar auf die zuvor beschriebene Weise.

Auf diese Weise koppelt das hydromechanische System 20 nach der Erfindung selektiv die ersten und zweiten rotierenden Teile in dem Übertragungsgehäuse 10 miteinander, um eine unterschiedliche Drehbewegung zwischen denselben zu eliminieren, während aber jegliche Begrenzung der differentiellen Drehbewegung verhindert wird, die während den normalen Fahrverhältnissen des Fahrzeuges erforderlich ist. Das hydromechanische System 20 hat das Vermögen, die relative Drehung zu blockieren, wenn die relative Drehgeschwindigkeit zwischen den beiden rotierenden Elementen am Antriebsstrang des Fahrzeuges einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, so daß man eine autonome mechanische Einrichtung zur Begrenzung der relativen Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Komponenten im Antriebsstrang erhält. Das hydromechanische System 20 ist selbststeuernd und bringt eine vernachlässigende Kraft unterhalb der vorbestimmten differentiellen Drehgeschwindigkeit auf und liefert dann schnell eine Kraft in so ausreichendem Maße, daß die differentielle Drehung zwischen den Teilen gesperrt wird, wenn der vorbestimmte Grenzwert einmal erreicht ist.

Das hydromechanische System 20 nach der Erfindung kann auch in anderem Zusammenhang als bei einem Fahrzeugdifferential zum Einsatz kommen, um die differentielle Drehung der Ausgangswellen zu begrenzen, welche bei einem Differential vorgesehen sind. Wenn das äußere Rad des Fahrzeugs schneller als das innere Rad während der Kurvenfahrt drehen muß, so kann das Differentialgetriebe eine gleichmäßige Verteilung des Drehmoments auf die Räder aufrech­ terhalten, um eine gleichmäßige Kurvenfahrt sicherzustellen. Wenn andererseits ein Fahrzeugrad sich auf einer Oberfläche mit geringer Reibung befindet, ist ein begrenzter Schlupf beim Differential erwünscht, um das Drehmoment von dem durchrut­ schenden Rad auf ein nicht durchrutschendes Rad zu übertragen und hierdurch die Mobilität beim Antrieb zu verbessern. Das hydrome­ chanische System 20 nach der Erfindung gestattet die differen­ tielle Drehung zwischen Ausgangswellen des Differentials bis zu einem Grenzwert nach Maßgabe einer differentiellen Geschwindig­ keit zwischen den Ausgangswellen oder basierend auf einem differentiellen Drehmoment, welches auf die Ausgangswellen übertragen wird.

Während in der voranstehenden Beschreibung bevorzugte Aus­ führungsformen nach der Erfindung erläutert worden sind, sind natürlich zahlreiche Modifikationen und Abänderungen und Ergänzungen möglich, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise kann das hydromechanische System nach der Erfindung auch in zweckmäßiger Weise in Verbindung mit Unterbau­ gruppen im Antriebsstrang eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Die Erfindung ist daher nicht auf die speziellen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, welche voranstehend erläutert worden sind.

Claims (12)

1. Hydromechanisches System zur Begrenzung der differentiellen Geschwindigkeit zwischen ersten und zweiten rotierenden Teilen (50, 52) im Antriebsstrang eines Fahrzeugs, welches folgendes aufweist:
eine Einrichtung (74) zum Zuführen von Hydraulikfluid zu einem Gehäuse (70), welche mit einem der rotierenden Teile (50) zur Ausführung einer Drehbewegung mit demselben verbunden ist, und eine darin angeordnete Hydraulikfluidpum­ pe (72) hat,
wobei die Hydraulikpumpe (72) mit den ersten und zweiten rotierenden Teilen (50, 52) derart verbunden ist, daß das dem Gehäuse (70) zugeführte Hydraulikfluid in Abhängigkeit von der relativen Drehung zwischen den beiden rotierenden Teilen (50, 52) gepumpt wird,
eine Kolbenanordnung (96) in dem Gehäuse (70), welche eine Kammer (102) hat, welcher das Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe (72) zugeführt wird, wobei das Hydraulikfluid ein bewegliches Betätigungselement (100) beaufschlagt,
das Betätigungselement (100) wenigstens einen gedros­ selten Ausströmkanal (106) hat, durch welchen das Hydraulik­ fluid von der Kammer (102) in den Sammelbehälter strömt, wobei das Pumpen des Hydraulikfluids in die Kammer (102) bewirkt, daß ein Druck in der Kammer (102) aufgebaut wird und das Betätigungselement (100) bewegt wird,
eine Feder (108), welche des Betätigungselement (100) beaufschlagt, und eine Rückhaltekraft auf das Betätigungs­ element (100) ausübt, und
eine Kupplung (56), welche erste und zweite Kupp­ lungsscheiben (58, 60) hat, welche mit den ersten und zweiten rotierenden Teilen (50, 52) jeweils verbunden sind, wobei das Betätigungselement (100) derart beweglich ist, daß es mit der Kupplung (56) zusammenarbeitet, wenn die Rückhal­ tekraft der Feder (108) durch den Fluiddruck in der Kammer (102) überwunden wird, wobei beim Zusammenarbeiten mit der Kupplung (56) der wenigstens eine gedrosselte Ausströmkanal (106) im wesentlichen geschlossen ist, um den Strom des Hydraulikfluids hierdurch ausgehend von der Kammer (102) zu begrenzen, wodurch bewirkt wird, daß der Druck in der Kammer (102) ansteigt, um hierdurch die Kupplung (56) zu betätigen und die relative Drehung zwischen den ersten und zweiten rotierenden Teilen (50, 52) zu begrenzen.

2. Hydromechanisches System nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
die Hydraulikpumpe (72) einen Innenrotor (82) umfaßt, welcher drehbeweglich mit dem zweiten rotierenden Teil (52) zur Ausführung einer Drehbewegung mit demselben gekoppelt ist, wobei der innere Rotor (82) eine Mehrzahl von Außen­ zähnen hat;
einen äußeren Rotor (86) umfaßt, welcher eine Mehrzahl von Innenzähnen hat, deren Anzahl um eines größer als die Anzahl der Außenzähne des inneren Rotors (82) ist, wobei die inneren und äußeren Zähne in Kämmeingriff miteinander sind; und
einen exzentrischen Ring (90) umfaßt, welcher den äußeren Rotor (86) umgibt und in Reibschlußeingriff mit dem äußeren Rotor (86) zur Ausführung einer Drehbewegung mit demselben ist, wobei der exzentrische Ring (90) und der äußere Rotor (86) sich mit dem inneren Rotor (82) drehen, bis die relative Drehbewegung zwischen dem Gehäuse (70) und dem zweiten rotierenden Teil (52) bewirkt, daß der exzen­ trische Ring (90) in Kontakt mit einem Anschlagbolzen (94) kommt, welcher am Gehäuse (70) vorgesehen ist, um hierdurch zu bewirken, daß der exzentrische Ring (90) und der äußere Rotor (86) sich exzentrisch bezüglich des inneren Rotors (82) drehen, um das Hydraulikfluid zu pumpen.

3. Hydromechanisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (108) eine nichtlineare Federkonstante hat.

4. Hydromechanisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (108) eine lineare Federkonstante hat.

5. Hydromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (74) zum Zuführen des Hydraulikfluids zu der Pumpe (72) eine Rohrlei­ tung und eine Einlaßsammelleitung (96) aufweist, wobei die Rohrleitung ein erstes Ende hat, welches in Strömungsver­ bindung mit einem Sammelbehälter ist, und ein zweites Ende hat, welches in Strömungsverbindung mit einem vollständig gefüllten Raum (78) ist, welcher in der Sammelleitung (76) enthalten ist, und wobei der vollständig gefüllte Raum (78) in Strömungsverbindung mit der Pumpe (72) ist sowie die Rohrleitung und die Sammelleitung (76) bezüglich des Sammelbehälters stationär bleiben.

6. Hydromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches ferner eine Belastungsübertragungseinrichtung aufweist, welche eine Reaktionsscheibe (110) hat, wobei die Reaktionsscheibe (110) in Anlageberührung mit der Kupplung (56) vorgesehen ist, und wobei die Kupplung (56) axial zwischen dem Betätigungselement (100) und der Reaktions­ scheibe (110) angeordnet ist.

7. Hydromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbaugruppe im Antriebs­ strang ein Planetengetriebedifferential (18) umfaßt, welches einen Planetenträger (28) zur Aufnahme eines Eingangs­ drehmoments, ein abgabeseitiges Hohlrad (34) und ein abgabeseitiges Sonnenrand (32) hat, wobei das Gehäuse (70) drehbeweglich mit dem ersten rotierenden Teil (50) über das Hohlrad (34) gekoppelt ist.

8. Hydromechanisches System nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Rotor (82) der Hydraulikpumpe (72) drehbeweglich mit dem Sonnenrad (32) gekoppelt ist.

9. Hydromechanisches System nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hohlrad (34) und das Sonnenrad (32) drehbeweglich gekoppelt sind, wenn das Betätigungselement (100) die Kupplung (56) beaufschlagt, so daß der Planeten­ getriebesatz (24) gesperrt ist.

10. Hydromechanisches System nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Planetengetriebedifferential (18) ein Zwischenplanetengetriebedifferential ist, welches in einem Drehmomentübertragungsgehäuse (10) angeordnet ist, um das Drehmoment zwischen den vorderen und hinteren Ausgangswellen (14 und 16) des Übertragungsgehäuses (10) aufzuteilen.

11. Hydromechanisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner wenigstens ein Ausströmkanal (120, 122) vorgesehen ist, welcher in Strö­ mungsverbindung mit der Kammer (102) steht, wobei wenigstens ein Ausströmkanal (120, 122) dazu dient, den Hydraulikfluid­ druck in der Kammer (102) abzusenken, nachdem dieser die Kupplung (58) betätigt hat, um die ersten und zweiten Kupplungsscheiben (58, 60) zu entkoppeln.

12. Hydromechanisches System zur Begrenzung der differentiellen Geschwindigkeit zwischen ersten und zweiten rotierenden Teilen (50, 52) einer Unterbaugruppe im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, welches folgendes aufweist:
ein Gehäuse (70), welches in dem Gehäuse (60) angeord­ net ist und drehbeweglich mit dem ersten rotierenden Teil (50) zur Ausführung einer Drehbewegung mit demselben gekoppelt ist;
eine Hydraulikpumpe (72), welche in dem Gehäuse (70) angeordnet ist und eine Einrichtung (74) zum Zuführen des Hydraulikfluids zu der Pumpe (72) aufweist, wobei die Hydraulikpumpe (72) Hydraulikfluid in Abhängigkeit von der relativen Drehung zwischen den ersten und zweiten rotie­ renden Teilen (50, 52) pumpt,
einen Kolben (96), welcher in dem Gehäuse (70) angeordnet ist, wobei der Kolben (96) ein Führungselement (106), ein Betätigungselement (100) und eine Kammer (102) umfaßt, welche zwischen dem Führungselement (106) und dem Betätigungselement (100) angeordnet sind, wobei die Kammer (102) das von der Pumpe (72) gepumpte Hydraulikfluid aufnimmt;
eine Kupplung (56), welche einen ersten Satz von Scheiben (58) hat, welche drehbeweglich mit dem ersten rotierenden Teil (50) gekoppelt sind, und einen zweiten Satz von Scheiben (60) hat, welche drehbeweglich mit dem zweiten rotierenden Teil (52) gekoppelt sind, wobei die einzelnen Scheiben (58, 60) der ersten und zweiten Scheibensätze axial abwechselnd bezüglich einander angeordnet sind;
wenigstens einen Ausströmkanal (106), welcher sich durch das Betätigungselement (100) des Kolbens (96) er­ streckt, um das Hydraulikfluid von der Kammer (102) zu dem Sammelbehälter abzuleiten, wenn der Druck des Hydraulik­ fluids unterhalb eines vorbestimmten Druckwertes liegt; und
ein Federelement (108), welches federnd nachgiebig das Betätigungselement (100) und die Kupplung (56) trennt, bis der Druck des Hydraulikfluids den vorbestimmten Druckwert erreicht, wodurch das Betätigungselement (100) gegen die Kupplung (56) gedrückt wird, welche einen Ausströmkanal (106) schließt, so daß bewirkt wird, daß das Betätigungs­ element (100) die ersten und zweiten Scheibensätze (58, 60) der Kupplung (56) in Reibschlußeingriff miteinander zu­ sammendrückt, wodurch die ersten und zweiten rotierenden Teile (50, 52) miteinander drehgekoppelt werden.