DE19636052A1

DE19636052A1 - Differential mit Vorbelastungssteuerung

Info

Publication number: DE19636052A1
Application number: DE19636052A
Authority: DE
Inventors: Ward E Bowerman; Paolo Sacchettini
Original assignee: Zexel Torsen Inc
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1997-03-06
Also published as: US5647815A

Description

Die Erfindung betrifft Getriebedifferentiale, die in Fahrzeug-Antriebssträngen verwendet werden, um Drehmomente zwischen relativ zueinander drehbaren Ausgangswellen aufzu teilen.

In Automobilen verwendete Getriebedifferentiale kop peln eine Eingangswelle an zwei Ausgangswellen. Die Ein gangswelle ist mit einem Differentialgehäuse verbunden, das um eine gemeinsame Achse der zwei Ausgangswellen drehbar ist. In dem Gehäuse wird ein Planetengetriebe getragen, das die zwei Ausgangswellen für entgegengesetzte Richtungen re lativer Drehung koppelt. Vorderachsen-Differentiale verbin den eine Vorderachsen-(Eingangs-)Antriebswelle mit zwei Vor derachsen- (Ausgangs-)Achsenhälften, Hinterachsen-Differen tiale verbinden eine Hinterachsen-(Eingangs-)Antriebswelle mit zwei Hinterachsen-(Ausgangs-)Achsenhälften, und Zentral differentiale verbinden eine Eingangswelle mit der Vorder achsen- und der Hinterachsen- (Ausgangs-)Antriebswelle.

Gewöhnlich koppelt zumindest das Planetengetriebe von Vorder- und Hinterachsen-Differential die zwei Ausgangs wellen mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von minus eins. Bei einem derartigen Geschwindigkeitsverhältnis erzeugt eine einzige Drehung einer Ausgangswelle relativ zum Gehäuse eine einzige Drehung der anderen Ausgangswelle in die entgegenge setzte Richtung relativ zum Gehäuse. Auf diese Weise können sich die zwei Ausgangswellen mit verschiedenen Geschwindig keiten drehen, die sich zur Drehgeschwindigkeit des Gehäuses mitteln.

Während sich die Ausgangswellen mit derart verschie denen Geschwindigkeiten drehen (d. h. differenzieren) wird das Eingangsdrehmoment zwischen ihnen entsprechend dem Wir kungsgrad der Planetengetriebe-Kopplung aufgeteilt. Auf ein Verhältnis der Drehmomente zwischen zwei sich relativ zuein ander drehenden Ausgangswellen wird als "Vorbelastungsverhältnis" Bezug genommen. Das gleiche Ver hältnis von Drehmomenten (oder ein wenig größer) ist erfor derlich, um die Differenzierung auszulösen. Ein verringerter Wirkungsgrad der Kopplung zwischen den Ausgangswellen ermög licht ungleichmäßige Drehmomentverteilungen zwischen den Ausgangswellen bis zu dem Vorbelastungsverhältnis, bei dem das Differenzieren ausgelöst wird. Vorbelastungsverhältnisse von zwei zu eins oder mehr nutzen eine ungleiche Traktion besser, indem sie verhindern, daß Antriebsräder mit geringe rer Traktion durchdrehen, bis mindestens zweimal mehr Drehmoment auf die Antriebsräder mit größerer Traktion ver teilt ist.

Automobil-Differentiale arbeiten in einer Matrix aus vier Belastungsarten. Jede der Arten ist eine Kombination aus einer Richtung der Drehmomentübertragungen zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen (d. h. Antriebs- oder Schubbela stung) und einer Richtung der Drehmomentübertragungen zwi schen den zwei Ausgangswellen.

Gewöhnlich denkt man, daß Differentiale bei allen vier Belastungsarten das gleiche Vorbelastungsverhältnis zeigen. Jedoch zeigen einige Schneckenrad-Differentiale Vor belastungsverhältnis-Ungleichgewichte in entgegengesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den zwei Aus gangswellen. Derartige Ungleichgewichte können in Zentral differentialen nützlich sein, um entweder Drehmomentvertei lungen zur Vorderantriebswelle oder zur Hinterantriebswelle zu begünstigen, aber im allgemeinen sind sie wegen der ent gegengesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den Achsenhälften von Vorderachsen- und Hinterachsen-Diffe rentialen unerwünscht.

Einige Patente, einschließlich US-A-4 191 071 (Gleasman et al.), US-A-4 805 487 (Pedersen), US-A-4 890 511 (Pedersen) und US-A-5 232 415 (Brewer et al.), be fassen sich mit derartigen Ungleichgewichten.

Im allgemeinen wurden derartige Vorbelastungsver hältnis-Ungleichgewichte entweder durch Regeln der Reibungs merkmale oder der Belastung der Getriebemontage-Oberflächen gesteuert, welche in einer Drehmomentübertragungsrichtung mehr zum Vorbelastungsverhältnis beitragen als in der ande ren. Zunehmende Reibung oder Belastung an derartigen Mon tage-Oberflächen erhöht das Vorbelastungsverhältnis-Un gleichgewicht, während abnehmende Reibung oder Belastung das Vorbelastungsverhältnis-Ungleichgewicht verringert.

Änderungen des Geschwindigkeitsverhältnisses zwi schen den Ausgangswellen wurden ebenfalls benutzt, um Vorbe lastungsverhältnisse in entgegengesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den Ausgangswellen aus dem Gleichgewicht zu bringen. In einem reibungslosen System, wird das Drehmoment zwischen den zwei Ausgangswellen im um gekehrten Verhältnis zum absoluten Geschwindigkeitsverhält nis verteilt. Jedoch sorgt die Reibung für einen viel größe ren Bereich an Drehmomentverteilungen zwischen den Ausgangs wellen, folglich ist das Gesamtergebnis der Änderung des Ge schwindigkeitsverhältnisses ein Vorbelastungsverhältnis -Un gleichgewicht zwischen den entgegengesetzten Richtungen der Ausgangswellen-Drehmomentübertragung. Das Patent US-A-2 859 641 offenbart eine Geschwindigkeitsverhältnis-Änderung in einem Zentraldifferential, um entweder Drehmomentverteilun gen zu einer Vorderachsen- oder einer Hinterachsen-Antriebs welle zu begünstigen. Das deutsche Patent 39 06 650 offen bart ein weiteres Beispiel mit der gleichen Aufgabe.

Das Patent US-A-5 232 415 hat ebenso wie weitere, einschließlich dem deutschen Patent 40 13 202, versucht, die Vorbelastungsverhältnisse zwischen Antriebs- und Schubbela stungsrichtungen zu steuern. Einige Getriebemontage-Oberflä chen werden nur in der Antriebsbelastungsrichtung belastet, und andere der Getriebemontage-Oberflächen werden nur in der Schubbelastungsrichtung belastet. Folglich verändert eine Veränderung der Reibungsmerkmale derartiger Montageoberflä chen das Vorbelastungsverhältnis in einer Belastungsrichtung (Antrieb oder Schub) unabhängig vom Vorbelastungsverhältnis in der anderen Belastungsrichtung.

Wir haben herausgefunden, daß Vorbelastungsverhält nisse zwischen beliebigen der vier Hauptbelastungsarten un abhängig voneinander gesteuert werden können. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, in einem Schubbetrieb Drehmo mentverteilungen auf eine Vorderachsen-Antriebswelle und in einem Antriebsbetrieb auf eine Hinterachsen-Antriebswelle zu begünstigen, so daß sich die maximalen Drehmomentverteilun gen den Fahrzeuggewichtsverteilungen anpassen.

Wenn es wünschenswert ist, eine derartige Vorbela stungssteuerung zu erreichen, müssen Automobil-Differentiale günstig, kompakt und sehr robust sein, um bei verringerten Wirkungsgraden effizient zu arbeiten. Besonders muß man sich darum kümmern, daß die Belastungen über die Differentiale verteilt werden, um zu vermeiden, daß an irgendeinem Teil übermäßiger Verschleiß oder eine Verformung hervorgerufen wird.

Eine Getriebeanordnung, die wir besonders befürwor ten, montiert sowohl die Sonnenradelemente als auch die Pla netenradelemente eines Planetengetriebes auf parallele Ach sen. Die Sonnenradelemente, auf die üblicher als "Seitenräder" Bezug genommen wird, werden an die inneren En den der Ausgangswellen gekoppelt. Die Planetenradelemente der gleichen Anlage werden paarweise montiert. Ein Kämmab schnitt jedes Planetenrads greift in eines der Seitenräder ein, und ein weiterer Kämmabschnitt jedes Planetenrads greift in sein Partner-Planetenrad ein.

Das Patent US-A-5 122 101 offenbart ein Beispiel für ein Getriebedifferential mit parallelen Achsen, bei dem die Planetenräder aus zwei durch einen Schaft getrennten Getrie beradabschnitten gebildet werden. Einer der Getrieberadab schnitte hat einen ersten Kämmabschnitt, der mit einem der Seitenräder ineinandergreift, und einen zweiten Kämmab schnitt, der mit seinem Partner-Planetenrad ineinander greift. Der andere Getrieberadabschnitt hat einen dritten Kämmabschnitt, der ebenfalls mit seinem Partner-Planetenrad ineinandergreift. Die beiden Kämmbereiche zwischen den ge paarten Planetenrädern sitzen rittlings auf den zwei Kämmbe reichen zwischen den Planetenrädern und den Seitenrädern, um ein besseres Belastungsgleichgewicht über das Differential hinweg zu liefern.

Gewöhnlich sind die zwei Seitenräder gemeinsam zwi schen den rittlings sitzenden Planetenradeinspurungen posi tioniert. Jedoch können die Seitenräder ebenso getrennt sein, um Platz für einen befestigten Abstandshalter oder ei nen Antriebsblock zum Verbinden einer koaxialen Eingangs welle mit dem Differentialgehäuse zu liefern. Das Patent US-A-5 292 291 offenbart eine Beispiel, bei dem die Schaftab schnitte der Planetengetriebe verlängert sind, um den Zwi schenraum zwischen den Seitenrädern rittlings zu überspan nen. Jedoch verwendet die gleichzeitig anhängige am 21. Ok tober 1994 von einem der Haupterfinder eingereichte Anmel dung Nr. 08/327 027 die zusätzliche Planetenradlänge dazu, einen weiteren Kämmabschnitt zwischen den Planetenrädern zu unterstützen. Der neue Kämmabschnitt kann entweder als ein dritter Kämmabschnitt zwischen den Planetenrädern oder als ein Ersatz für einen der beiden rittlings sitzenden Plane tenradeinspurteile angeordnet werden.

Die vorliegende Erfindung trachtet danach, eine ver besserte Steuerung der Vorbelastungsverhältnisse bei ver schiedenen Belastungsarten von Differentialen zur Verfügung zu stellen. Ein Differential ist mit reibschlüssigen Grenz flächen angeordnet, die die Vorbelastungsverhältnisse bei verschiedenen Belastungsarten alleine beeinflussen, und ein Reibungsmodifizierer befindet sich an einer oder mehr der Grenzflächen, um die Vorbelastungsverhältnisse zwischen den Betriebsarten zu verändern.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist besonders kompakt, um diese Ziele zu erreichen. Das Diffe rential umfaßt ein Gehäuse, das um eine gemeinsame Achse des Ausgangswellenpaares drehbar ist. Das Gehäuse hat einen Hauptkörper und zwei Enden. Ein Paar von Seitenrädern ist in dem Gehäuse positioniert, um sich mit den Ausgangswellen um die gemeinsame Achse zu drehen. Mindestens ein Paar von Pla netenrädern koppelt die Seitenräder für entgegengesetzte Richtungen relativer Drehung. Die Planetenräder, die sich um zu der gemeinsamen Achse parallele Achsen drehen, kämmen in einem ersten Bereich entlang der gemeinsamen Achse mit den Seitenrädern und kämmen in einem zweiten Bereich entlang der gemeinsamen Achse miteinander. Ein Reibungsmodifizierer be findet sich in dem zweiten Bereich zwischen einem ersten der Seitenräder und einem ersten der Enden des Gehäuses, um die Vorbelastungsverhältnisse in entgegengesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den Ausgangswellen zu verändern.

Bevorzugt umfaßt der Reibungsmodifizierer relativ zueinander drehbare Platten, die abwechselnd mit dem Gehäuse und dem ersten Seitenrad gekoppelt werden. Die Platten ad dieren sich nicht zu der Gehäuselänge, weil die Platten in einem Zwischenraum angeordnet sind, der von den kämmenden Planetenrädern überragt wird. Weitere Arten von Reibungsmo difizierern, einschließlich Reibungsbelägen und konisch ge formten Grenzflächen, könnten auch in dem gleichen Zwischen raum angeordnet werden.

Eine weitere Ausführungsform für ein erfindungsgemä ßes Differential umfaßt ein ähnliches Gehäuse und Seitenrä der. Jedoch hat jedes der Planetenräder drei Kämmabschnitte - einen Kämmabschnitt in Eingriff mit einem der Seitenräder und zwei Kämmabschnitte in Eingriff mit seinem Partner-Pla netenrad. Die zwei Kämmabschnitte des Planetenradpaares sit zen rittlings zumindest über einem der Seitenräder entlang der gemeinsamen Achse. Ein Abstandshalter wird zwischen den Seitenrädern positioniert und gegen eine Bewegung entlang der gemeinsamen Achse fixiert. Ein zwischen dem Abstandshal ter und einem der Seitenräder angeordneter Reibungsmodifi zierer verändert die Vorbelastungsverhältnisse in entgegen gesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den Ausgangswellen in einer der Antriebs- oder Schubbelastungs richtungen unabhängig von der anderen Antriebs- oder Schub belastungsrichtung.

Es kann mehr als ein Reibungsmodifizierer verwendet werden, um die Vorbelastungsverhältnisse in entgegengesetzte Richtungen der Ausgangswellen-Drehmomentübertragungen sowohl in die Antriebs- als auch die Schubbelastungsrichtung zu be einflussen. Erste und zweite Seitenräder werden jeweils mit ersten und zweiten Ausgangswellen gekoppelt. Jedes der Sei tenräder hat innere und äußere Endflächen, die mit dem Ge häuse ineinandergreifen und jeweils innere und äußere Rei bungsgrenzflächen bilden. Die inneren Reibungsgrenzflächen greifen in eine der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen ein, und die äußeren Reibungsgrenzflächen greifen in die an dere der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen ein.

Die inneren und äußeren Reibungsgrenzflächen des er sten Seitenrads tragen einen größeren Widerstand zu Drehmo mentübertragungen von der zweiten Ausgangswelle zur ersten Ausgangswelle als von der ersten Ausgangswelle zur zweiten Ausgangswelle bei. Die inneren und äußeren Reibungsgrenzflä chen des zweiten Seitenrads tragen einen größeren Widerstand zu Drehmomentübertragungen von der ersten Ausgangswelle zur zweiten Ausgangswelle als von der zweiten Ausgangswelle zur ersten Ausgangswelle bei. Ein erster Reibungsmodifizierer befindet sich an einer der inneren Reibungsgrenzflächen, und ein zweiter Reibungsmodifizierer befindet sich an einer der äußeren Reibungsgrenzflächen. Die zwei Reibungsmodifizierer steuern die Vorbelastungsverhältnis-Ungleichgewichte zwi schen den Ausgangswellen-Drehmomentübertragungen sowohl in die Antriebs- als auch die Schubbelastungsrichtung unabhän gig voneinander.

Fig. 1 ist eine axiale Querschnittsansicht eines Differentials, das gemäß unserer Erfindung umgesetzt ist.

Fig. 2 ist eine transversale Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Getriebezeichnung, in der die ge meinsame Achse eines Seitenradpaares geteilt ist, um es den Seitenrädern zu ermöglichen, um jeweilige Elemente eines Planetenradpaares in eine gemeinsame Ansichtsebene gedreht zu werden.

Fig. 4-7 sind schematische Darstellungen eines Ge häuses und zweier Seitenräder, die mit jeweiligen Ausgangs wellen verbunden sind, welche alternative Anordnungen von Reibungsmodifizierern zeigen.

In Fig. 1 und 2 ist ein Getriebedifferential 10 mit einem Gehäuse 12, das um eine gemeinsame Achse 14 eines Aus gangswellenpaares 16 und 18 drehbar ist, abgebildet. Das Ge häuse 12 hat einen Hauptkörper 20 und zwei Endkappen 22 und 24, die mit Bolzen 34 fest an dem Hauptkörper befestigt sind. Jedoch könnte das Gehäuse 12 auf vielfältig verschie dene Arten aufgebaut werden, einschließlich Ausbilden von mindestens einer der Endkappen 22 und 24 an einem Stück mit dem Hauptkörper 20 und Teilen des Hauptkörpers 20 in zwei Hälften.

Eine Eingangswelle 26, die ebenfalls um die gemein same Achse 14 drehbar ist, wird mit einem Abstandshaltersteg 28 in dem Hauptkörper 20 des Gehäuses gekoppelt, um An triebskraft auf das Gehäuse zu übertragen. Obwohl der Ab standshaltersteg 28 bevorzugt ein integraler Teil des Gehäu ses 12 ist, könnte der Abstandshalterblock auch als ein ge trenntes Stück, wie etwa ein Antriebsblock, aufgebaut wer den. Die Eingangswelle 26 tritt in der hohlen Mitte der Aus gangswelle 16 in das Gehäuse 12 ein. Die Antriebskraft könnte durch Montieren eines Tellerrads (nicht gezeigt) auf das Gehäuse und Antreiben des Tellerrads mit einem von der Eingangswelle gehaltenen Ausgleichskegelrad auch auf eine herkömmlichere Weise auf das Gehäuse 12 übertragen werden. Das Gehäuse kann direkt an einen Fahrzeugrahmen (ebenfalls nicht gezeigt) oder indirekt durch die Eingangs- und Aus gangswellen mit einem Achszapfen an dem Rahmen befestigt werden.

In dem Gehäuse 12 ist ein Paar von Seitenrädern 30 und 32, die jeweils mit den Ausgangswellen 16 und 18 gekop pelt sind. Die Seitenräder 30 und 32 haben schrägverzahnte Zähne mit entgegengesetzten Steigungswinkeln, so daß beide Seitenräder 30 und 32 in einer Richtung (z. B. Antriebsrich tung) der Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle 26 und den Ausgangswellen 16 und 18 nach innen in Richtung des Abstandshalterstegs 28 gedrückt werden und in der ande ren Richtung (z. B. Schubrichtung) der Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle 26 und den Ausgangswellen 16 und 18 nach außen in Richtung der Endkappen 22 und 24 gedrückt werden.

Die Seitenräder 30 und 32 sind durch drei Paare von Planetenrädern 38 und 40 miteinander gekoppelt, die zur Dre hung um sich parallel zur gemeinsamen Achse 14 erstreckende Achsen 46 und 48 auf ihren Außendurchmesserflächen in jewei ligen Taschen 42 und 44 auf Achszapfen gelagert sind. Die einsatzfähige Verbindung von einem oder mehr Planetenradpaa ren ist in Fig. 3 schematisch gezeigt, wobei die gemeinsame Achse geteilt wurde, um alle Zahnräder in eine gemeinsame Ansichtsebene zu drehen. Das Planetenrad 38 hat einen ersten Kämmabschnitt 50 in Eingriff mit dem Seitenrad 30 und zweite und dritte Kämmabschnitte 52 und 54 in Eingriff mit seinem Partner-Planetenrad 40. Das Planetenrad 40 hat einen ersten Kämmabschnitt 58 in Eingriff mit dem Seitenrad 32 und zweite und dritte Kämmabschnitte 50 und 60 in Eingriff mit den zweiten und dritten Kämmabschnitten 52 und 54 des Planeten rads 38. Die Kämmabschnitte 52 und 54 des Planetenrads 38 sind durch einen Schaftabschnitt 62 getrennt, um rittlings auf dem Seitenrad 32 zu sitzen. Die vier Kämmbereiche 30/50, 52/56, 58/32 und 54/60 nehmen jeweilige Bereiche entlang der gemeinsamen Achse 14 ein.

Die Planetenräder 38 und 40 könnten auch mit weite ren gegenseitig ineinandergreifenden Kämmabschnitten gefer tigt werden. Zum Beispiel könnten beide Planetenräder 38 und 40 erweitert werden, um über das Seitenrad 30 hinauszuragen. Dies würde das Hinzufügen eines Schaftabschnitts in dem Pla netenrad 40 erfordern, um das Seitenrad 30 rittlings zu überspannen. Detailliertere Beispiele derartiger Getriebe konfigurationen sind in US-A-5 292 291 und in der US-Anmel dung Nr. 08/327 027 offenbart, die beide hier per Referenz aufgenommen sind. Alternativ könnten die Planetenräder mit nur einem Planetenrad-Planetenrad-Kämmabschnitt gefertigt werden, zum Beispiel durch Eliminieren der Kämmabschnitte 52 und 56, die sich entlang der gemeinsamen Achse 14 zwischen den Seitenrädern 30 und 32 befinden.

Zurück zu den Fig. 1 und 2 wird ein erster Rei bungsmodifizierer 66 in einem Bereich der gemeinsamen Achse, der von den Planetenrädern 38 und 40 überragt wird, zwischen dem Seitenrad 32 und der Endkappe 24 angeordnet. Auf diese Weise addiert sich der Reibungsmodifizierer 66 nicht zur Ge samtlänge des Differentials oder dem Zwischenraum zwischen den Endkappen 22 und 24. Zwei Reibungsplatten 68 und 72 (d. h. relativ zueinander bewegliche Elemente) des Reibungs modifizierers 66 werden zur Drehung mit dem Gehäuse 12 an den Hauptkörper 20 gekoppelt, und die restlichen zwei Rei bungsplatten 70 und 74 werden zur Drehung mit dem Seitenrad 32 an ein äußeres Nabenteil 76 des Seitenrads 32 gekoppelt. Alle vier Reibungsplatten sind zwischen dem Seitenrad 32 und der Endkappe 24 zusammendrückbar und bilden eine Reibkupp lung zur Erzeugung von Reibungswiderstand gegen eine rela tive Drehung zwischen dem Seitenrad 32 und dem Gehäuse 12.

Die Reibungsplatten 68 und 72 sind mit Mitnehmern 78, die in komplementär geformte Vertiefungen 80 in dem Hauptkörper 20 eingreifen, an den Hauptkörper 20 gekoppelt. Die Reibungsplatten 70 und 74 sind an die Seitenradnabe 76 formschlüssig gekoppelt. Jede der Reibungsplatten fügt eine Reibungsgrenzfläche hinzu, die auf der Basis der gleichen normalen Belastungsstärke, die von dem Seitenradschub er zeugt wird, einer relativen Drehung zwischen dem Seitenrad 32 und dem Gehäuse 12 entgegenwirkt. Auf diese Weise können die vier Reibungsplatten 68, 70, 72 und 74 ein Reibungs drehmoment erzeugen, das fünf- oder mehrmal größer als das Reibungsdrehmoment ist, das zwischen dem Seitenrad 32 und der Endkappe 24 allein erzeugt werden kann.

Der Reibungsmodifizierer 66 könnte auch durch Rei bungsbeläge ergänzt oder ersetzt werden, die verwendet wer den, um die Reibungskoeffizienten an den Grenzflächen zwi schen dem Seitenrad 32 und der Endkappe 24 besser zu steu ern. Die Gesamtgrenzfläche könnte auch mit einer konischen Form ausgebildet werden, um die Rückkopplungskräfte an der Grenzfläche zu vergrößern, die benötigt werden, um den Sei tenradschubkräften entgegenzuwirken.

Ein zweiter kleinerer Reibungsmodifizierer 86 ist zwischen dem Seitenrad 32 und dem Abstandshaltersteg 86 an geordnet. Eine Reibungsplatte 88 ist ähnlich den Reibungs platten 68 und 72 an das Gehäuse 12 gekoppelt, und eine wei tere Reibungsplatte 90 ist ähnlich den Reibungsplatten 70 und 74 an die innere Nabe 92 des Seitenrads 32 gekoppelt. Der Abstandshaltersteg 28, der ein integraler Teil des Ge häuses 12 ist, wirkt nach innen gerichteten Schubkräften entgegen, die vom Seitenrad 32 erzeugt werden, um die Rei bungsplatten 88 und 90 zusammenzudrücken. Der Reibungsmodi fizierer 86 funktioniert ähnlich wie der Reibungsmodifizie rer 66, aber er wird durch eine entgegengesetzte Richtung der Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle 26 und den Ausgangswellen 16 und 18 betätigt.

Jedoch führen beide Reibungsmodifizierer 66 und 86 zu einem größeren Widerstand gegen Drehmomentübertragungen von der Ausgangswelle 16 auf die Ausgangswelle 18 als von der Ausgangswelle 18 auf die Ausgangswelle 16. Dies liegt daran, daß die Reibungsmodifizierer 66 und 86 die Größe des vom Seitenrad 32 übertragenen Drehmoments während der Drehmomentübertragungen von der Ausgangswelle 18 auf die Ausgangswelle 16 verringern, aber die Größe des von dem Sei tenrad 32 übertragenen Drehmoments während Drehmomentüber tragungen von der Ausgangswelle 16 auf die Ausgangswelle 18 nicht begrenzen. Die Schubkraft, die zum Zusammendrücken der Reibungsmodifizierer 66 und 86 wirksam ist, ist eine Funk tion der Größe des von dem Seitenrad 32 übertragenen Drehmo ments.

Ein vereinfachtes mathematisches Modell erklärt diese Erscheinung. Das Modell nimmt an, daß (a) die Reibung auf eine einzige Grenzfläche an dem einen oder dem anderen Ende des Seitenrads 32 begrenzt ist, (b) das Seitenrad einen 45-Grad-Steigungswinkel und einen Rollradius gleich eins hat und (c) der effektive Reibungsradius der Grenzfläche eben falls eins ist. Für Drehmomentübertragungen von der Aus gangswelle 16 auf die Ausgangswelle 18 ist die Beziehung zwischen den Drehmomenten TL und TR der Ausgangswellen 16 und 18 und dem Drehmoment TS des Seitenrads 32 wie folgt:

TL = TS TR = TS - TS µ

wobei "µ" ein effektiver Reibungskoeffizient der Seitenradgrenzfläche ist.

Drehmomentübertragungen von der Ausgangswelle 18 auf die Ausgangswelle stehen mit dem Seitenrad-Drehmoment TS in folgender Beziehung:

TR = TS + TS µ TL = TS

Vereinfacht vergleichen sich die zwei Vorbelastungs verhältnisse für entgegengesetzte Richtungen der Drehmo mentübertragung zwischen den Ausgangswellen 16 und 18 wie folgt

Die zwei Reibungsmodifizierer 66 und 86 an entgegen gesetzten Enden des Seitenrads 32 liefern während der Drehmomentübertragungen von der Ausgangswelle 16 auf die Ausgangswelle 18 in beide Richtungen der Drehmomentübertra gung zwischen der Eingangswelle 26 und den zwei Ausgangswel len 16 und 18 höhere Vorbelastungsverhältnisse. Zum Beispiel könnte das Differential 10 als ein Zentraldifferential ein gerichtet werden, wobei die Ausgangswelle 16 als eine An triebswelle für die Vorderachse arbeitet und die Ausgangs welle 18 als eine Antriebswelle für die Hinterachse arbei tet. Größere Drehmomentverteilungen auf die Vorderachse wä ren sowohl in Antriebs- als auch in Schubbelastungsrichtung möglich.

Eine derartige Anordnung könnte verwendet werden, um die Leistung aller radgetriebenen Fahrzeuge erheblich zu verbessern. Zum Beispiel kann die Fahrzeugstabilität verbes sert werden, indem sowohl Lastwechsel- bzw. Gasrücknahme übersteuerung als auch Leistungsübersteuerung während Kur venmanövern verhindert werden. Im Fall von Gasrücknahmeüber steuerung wird der Hinterachse bei Gewichtsübertragungen von der Hinterachse auf die Vorderachse wesentlich weniger ver fügbare Traktion übrig gelassen, um den Motorbremskräften standzuhalten und die seitliche Stabilität zu erhalten. Je doch kann ein großes Vorbelastungsverhältnis benutzt werden, um einen weit größeren Prozentsatz der Motorbremskräfte auf die Vorderachse zu verteilen, um ein Rutschen der Hinterrä der zu vermeiden. Im Fall von Leistungsübersteuerung errei chen die sich üblicherweise langsamer drehenden Hinterräder eine Traktionsgrenze und beginnen, sich mindestens so schnell wie die Vorderräder zu drehen, was eine Übersteue rung bewirkt. Ein großes Vorbelastungsverhältnis, das Drehmomentverteilungen auf die Vorderachse begünstigt, be grenzt das Übersteuerungsmoment, indem Drehmoment von der Hinterachse weg verlagert wird.

Die restlichen Fig. 4-7 umfassen Beispiele für weitere mögliche Kombinationen der Reibungsmodifizierer. Alle vier restlichen Figuren bilden ein vereinfachtes Ge häuse 92 ab, das um eine gemeinsame Achse 94 eines Ausgangs wellenpaares 96 und 98 drehbar ist. Die Seitenräder 100 und 102 mit entgegengesetzten Steigungswinkeln sind mit den je weiligen Ausgangswellen 96 und 98 gekoppelt. Ein Abstands haltersteg 104 des Gehäuses 92 trennt die Seitenräder 100 und 102. Die Planetenräder sind nicht gezeigt.

Die zwei Steigungswinkel der Seitenräder 100 und 102 sind so ausgewählt, daß die zwei Seitenräder 100 und 102 in einer Antriebsrichtung der Drehmomentübertragung von dem Ge häuse 92 auf die Ausgangswellen 96 und 98 nach innen ge drückt werden und in einer Schubrichtung der Drehmomentüber tragung von den zwei Ausgangswellen 96 und 98 auf das Ge häuse 92 nach außen gegen entgegengesetzte Enden 106 und 108 des Gehäuses 92 gedrückt werden. Von den Reibungsmodifizie rern wird ebenfalls angenommen, daß sie die Reibung erhöhen.

In Fig. 4 befindet sich ein einziger Reibungsmodifi zierer 106 zwischen einer äußeren Endfläche des Seitenrads 102 und einem Ende des Gehäuses 92. Der Reibungsmodifizierer 106 unterstützt in der Schubbelastungsrichtung eine größere Drehmomentverteilung auf die Ausgangswelle 96. Ein einziger Reibungsmodifizierer 108 in Fig. 5 befindet sich zwischen einer inneren Endfläche des Seitenrads 102 und dem Abstands haltersteg 104. Die Ausgangswelle 96 bietet immer noch die Möglichkeit für eine höhere Belastung als die Ausgangswelle 98, allerdings nur in der Antriebsbelastungsrichtung.

Zwei Reibungsmodifizierer 110 und 112 werden in Fig. 6 benutzt, um die Drehmomentverteilungen sowohl in Antriebs- als auch in Schubbelastungsrichtung zu beeinflussen. Zum Beispiel arbeitet der Reibungsmodifizierer 110 ähnlich dem Reibungsmodifizierer 106 in Fig. 4, indem er in der Schubbe lastungsrichtung eine größere Drehmomentverteilung auf die Ausgangswelle 96 unterstützt. Der Reibungsmodifizierer 112 unterstützt in der Antriebsbelastungsrichtung eine größere Drehmomentverteilung auf die Ausgangswelle 98.

Drei Reibungsmodifizierer 114, 116 und 118 werden in Fig. 7 benutzt, um die Drehmomentverteilungen zu beeinflus sen. Nur einer der Seitenradendflächen fehlt ein Reibungsmo difizierer, und diese Grenzfläche befindet sich zwischen dem Seitenrad 102 und dem Abstandshaltersteg 104. Dementspre chend ist das Vorbelastungsverhältnis für Übertragungen von der Ausgangswelle 96 auf die Ausgangswelle 98 in der An triebsbelastungsrichtung geringer als die Vorbelastungsver hältnisse für alle restlichen Richtungen der Drehmomentüber tragung, einschließlich beider Richtungen der Ausgangswel lenübertragung in der Schubbelastungsrichtung.

Ähnliche Ergebnisse wären, wie nun für Fachleute gut verständlich ist, möglich, wenn angenommen wird, daß die Seitenräder im Antriebsbetrieb nach außen und im Schubbe trieb nach innen gedrückt werden oder daß der Reibungsmodi fizierer die Reibung verringert. Die Ausgangswellen können Drehmomente an Vorder- und Hinterantriebsachsen oder an die Achsenhälften der Vorder- oder Hinterachsen leiten.

Claims

1. Differential zum Verändern von Drehmomentvertei lungen zwischen einem Paar von Ausgangswellen, das zu entge gengesetzten Drehmoment-Übertragungsrichtungen zwischen den Ausgangswellen geeignet ist und aufweist:
ein Gehäuse mit einem Hauptkörper und zwei Enden, das um eine gemeinsame Achse des Ausgangswellenpaares dreh bar ist;
ein Paar von Seitenrädern, die in dem Gehäuse posi tioniert sind, zur Drehung mit den Ausgangswellen um die ge meinsame Achse;
mindestens ein Paar von Planetenrädern, welche in dem Gehäuse positioniert sind, zur Drehung um Achsen, die zu der gemeinsamen Achse parallel sind, und welche die Seiten räder für entgegengesetzte Richtungen relativer Drehung kop peln;
wobei die Planetenräder in einem ersten Bereich ent lang der gemeinsamen Achse mit den Seitenrädern kämmen und die Planetenräder in einem zweiten Bereich entlang der ge meinsamen Achse miteinander kämmen; und
einen ersten Reibungsmodifizierer, der in dem zwei ten Bereich zwischen einem ersten der Seitenräder und einem ersten der Gehäuseenden angeordnet ist, zum Verändern der Drehmomentverteilungen zwischen den Ausgangswellen, die zu den entgegengesetzten Richtungen der Ausgangswellen-Drehmo mentübertragungen geeignet sind.

2. Differential nach Anspruch 1, wobei der erste Reibungsmodifizierer erste und zweite relativ zueinander be wegliche Elemente aufweist, wobei das erste bewegliche Ele ment zur Drehung mit dem ersten Seitenrad gekoppelt ist und das zweite bewegliche Element zur Drehung mit dem Gehäuse gekoppelt ist.

3. Differential nach Anspruch 1 oder 2, das Plane tenradpaare aufweist, die in dem Gehäusekörper in Taschen gehalten werden, welche die Seitenräder umgeben.

4. Differential nach Anspruch 3, wobei das zweite bewegliche Element sich radial in einen Eingriff mit dem Ge häusekörper zwischen den Taschen erstreckt.

5. Differential nach einem der vorangehenden Ansprü che, wobei die Seitenräder durch einen Abstandshalter ge trennt sind, der gegen eine Bewegung entlang der gemeinsamen Achse fixiert ist.

6. Differential nach Anspruch 5, wobei ein zweiter Reibungsmodifizierer zwischen dem Abstandshalter und dem er sten Seitenrad angeordnet ist, um die Drehmomentverteilungen zwischen den Ausgangswellen, die zu den entgegengesetzten Richtungen der Ausgangswellen-Drehmomentübertragungen geeig net sind, zu verändern.

7. Differential nach Anspruch 6, wobei der zweite Reibungsmodifizierer ebenfalls erste und zweite relativ zu einander bewegliche Elemente aufweist, wobei das erste be wegliche Element des zweiten Reibungsmodifizierers zur Dre hung mit dem ersten Seitenrad gekoppelt ist und das zweite bewegliche Element des zweiten Reibungsmodifizierers zur Drehung mit dem Gehäuse gekoppelt ist.

8. Differential nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Planetenräder ebenfalls in einem dritten Bereich entlang der gemeinsamen Achse zwischen den Seitenrädern miteinander käm men.

9. Differential, das Vorbelastungsverhältnisse zeigt, die zu entgegengesetzten Richtungen der Drehmo mentübertragung zwischen einem Paar von Ausgangswellen so wohl in Antriebs- als auch in Schubbelastungsrichtung geeig net sind, das aufweist:
ein um eine gemeinsame Achse des Ausgangswellenpaa res drehbares Gehäuse zur Drehmomentübertragung von dem Ge häuse auf die Ausgangswellen in der Antriebsbelastungsrich tung und zur Drehmomentübertragung von den Ausgangswellen auf das Gehäuse in der Schubbelastungsrichtung;
ein Paar von Seitenrädern, die in dem Gehäuse posi tioniert sind, zur Drehung mit den Ausgangswellen um die ge meinsame Achse;
mindestens ein Paar von Planetenrädern, die in dem Gehäuse positioniert sind, zur Drehung um jeweilige Achsen, die sich parallel zu der gemeinsamen Achse erstrecken;
wobei jedes der Planetenräder einen ersten Kämmab schnitt in Eingriff mit einem der Seitenräder und zweite und dritte Kämmabschnitte in Eingriff mit jeweiligen Kämmab schnitten seines Partner-Planetenrads hat;
wobei die in Eingriff stehenden zweiten und dritten Kämmabschnitte der Planetenräder mindestens eines der Sei tenräder entlang der gemeinsamen Achse rittlings überspan nen;
einen Abstandshalter, der sich zwischen den Seiten rädern befindet und gegen eine Bewegung entlang der gemein samen Achse fixiert ist; und
einen ersten Reibungsmodifizierer, der sich zwischen dem Abstandshalter und einem der Seitenräder entlang der ge meinsamen Achse befindet, zum Verändern von Vorbelastungs verhältnissen zwischen entgegengesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den Ausgangswellen in einer der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen unabhängig von der anderen der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen.

10. Differential nach Anspruch 9, wobei sich die Seitenräder in Reaktion auf Drehmomentübertragungen in einer der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen zusammen ent lang der gemeinsamen Achse bewegen und in Reaktion auf Drehmomentübertragungen in der anderen der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen entlang der gemeinsamen Achse aus einander bewegen.

11. Differential nach Anspruch 10, wobei sich ein zweiter Reibungsmodifizierer zwischen einem der Seitenräder und dem Gehäuse entlang der gemeinsamen Achse befindet, um die Vorbelastungsverhältnisse zwischen entgegengesetzten Richtungen der Ausgangswellen-Drehmomentübertragung in einer der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen unabhängig von der anderen der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen zu verändern.

12. Differential nach Anspruch 11, wobei der erste Reibungsmodifizierer sich zwischen dem Abstandshalter und einem der Seitenräder befindet und der zweite Reibungsmodi fizierer sich zwischen dem anderen der Seitenräder und dem Gehäuse befindet.

13. Differential nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Seitenräder die miteinander in Eingriff stehenden zweiten Käminabschnitte der Planetenräder entlang der gemein samen Achse rittlings überspannen.

14. Differential nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Abstandshalter als ein Antriebsblock zur Drehmo mentübertragung von einem Fahrzeugmotor auf das Gehäuse ar beitet.

15. Kraftfahrzeug-Differential zur Verbindung einer Eingangswelle mit ersten und zweiten relativ zueinander drehbaren Ausgangswellen, das eine Matrix aus vier Bela stungsarten hat, die die Richtungen der Drehmomentübertra gung zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen mit Richtun gen der Drehmomentübertragung zwischen der ersten und zwei ten Ausgangswelle kombiniert, das aufweist:
ein Differentialgehäuse, das um eine gemeinsame Achse der ersten und zweiten Ausgangswelle drehbar ist, zur Drehmomentübertragung von der Eingangswelle auf die Aus gangswellen in einer Antriebsbelastungsrichtung und zur Drehmomentübertragung von den Ausgangswellen auf die Ein gangswelle in einer Schubbelastungsrichtung;
ein Paar von ersten und zweiten Seitenrädern, die in dem Gehäuse positioniert sind, zur Drehung mit den Ausgangs wellen um die gemeinsame Achse;
mindestens eine Paar von Planetenrädern, um die Sei tenräder im Betrieb zu koppeln;
wobei jedes der Seitenräder innere und äußere End flächen hat, die mit dem Gehäuse in Eingriff stehen und je weils innere und äußere Reibungsgrenzflächen bilden;
wobei die inneren Reibungsgrenzflächen in Reaktion auf Drehmomentübertragungen in einer der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen in Eingriff stehen und in der an deren der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen nicht in Eingriff stehen;
wobei die äußeren Reibungsgrenzflächen in Reaktion auf Drehmomentübertragungen in der anderen der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen in Eingriff stehen und in der ersten der Antriebs- oder Schubbelastungsrichtungen nicht in Eingriff stehen;
wobei die inneren und äußeren Reibungsgrenzflächen des ersten Seitenrads einen größeren Widerstand zu Drehmo mentübertragungen von der zweiten Ausgangswelle auf die er ste Ausgangswelle als von der ersten Ausgangswelle auf die zweite Ausgangswelle beitragen;
wobei die inneren und äußeren Reibungsgrenzflächen des zweiten Seitenrads einen größeren Widerstand zu Drehmo mentübertragungen von der ersten Ausgangswelle auf die zweite Ausgangswelle als von der zweiten Ausgangswelle auf die erste Ausgangswelle beitragen;
einen ersten Reibungsmodifizierer, der an einer der inneren Reibungsgrenzflächen angeordnet ist; und
einen zweiten Reibungsmodifizierer, der an einer der äußeren Reibungsgrenzflächen angeordnet ist, zum Verändern des Reibungswiderstands gegen Drehmomentübertragungen zwi schen den Ausgangswellen sowohl in der Antriebs- als auch der Schubbelastungsrichtung.

16. Differential nach Anspruch 15, wobei der erste Reibungsmodifizierer an der inneren Reibungsgrenzfläche des ersten Seitenrads angeordnet ist und der zweite Reibungsmo difizierer sich an der äußeren Reibungsgrenzfläche des zwei ten Seitenrads befindet.

17. Differential nach Anspruch 16, wobei der erste Reibungsmodifizierer die Reibung erhöht, um mehr Widerstand gegen Drehmomentübertragungen von der zweiten Ausgangswelle auf die erste Ausgangswelle in der einen der Antriebs- und Schubbelastungsrichtungen zu leisten, und der zweite Rei bungsmodifizierer die Reibung erhöht, um mehr Widerstand ge gen Drehmomentübertragungen von der ersten Ausgangswelle auf die zweite Ausgangswelle in der anderen der Antriebs- und Schubbelastungsrichtungen zu leisten.

18. Differential nach Anspruch 15, wobei sich der erste Reibungsmodifizierer an der inneren Reibungsgrenzflä che des ersten Seitenrads befindet und der zweite Reibungs modifizierer sich an der äußeren Reibungsgrenzfläche des er sten Seitenrads befindet.

19. Differential nach Anspruch 18, wobei der erste und zweite Reibungsmodifizierer die Reibung an ihren jewei ligen Grenzflächen erhöhen, um mehr Widerstand gegen Drehmo mentübertragungen von der zweiten Ausgangswelle auf die er ste Ausgangswelle sowohl in der Antriebs- als auch in der Schubbelastungsrichtung zu leisten.

20. Differential nach einem der Ansprüche 15 bis 20, das ferner einen Abstandshalter aufweist, der sich zwischen den Seitenrädern befindet und gegen eine Bewegung entlang der gemeinsamen Achse fixiert ist.

21. Differential nach Anspruch 20, wobei der Ab standshalter als ein Antriebsblock zur Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle und dem Gehäuse arbeitet.

22. Differential nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei die erste Ausgangswelle zur Verbindung mit einer Vor derachse eines Fahrzeugs angeordnet ist und die zweite Aus gangswelle zur Verbindung mit einer Hinterachse eines Fahr zeugs angeordnet ist.

23. Differential nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die inneren Reibungsgrenzflächen zwischen gegenüber liegenden Seiten des Abstandshalters und den ersten und zweiten Seitenrädern angeordnet sind.

24. Differential nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei sich die Seitenräder in Reaktion auf Drehmomentüber tragungen von der Eingangswelle auf die Ausgangswellen zu sammen entlang der gemeinsamen Achse bewegen.

25. Differential nach Anspruch 23, wobei sich der erste Reibungsmodifizierer zwischen dem Abstandshalter und dem ersten Seitenrad befindet.

26. Differential nach Anspruch 25, wobei sich der zweite Reibungsmodifizierer an der äußeren Reibungsgrenzflä che des zweiten Seitenrads befindet.