DE19807023B4

DE19807023B4 - Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE19807023B4
Application number: DE1998107023
Authority: DE
Inventors: Masao Teraoka
Original assignee: Tochigi Fuji Sangyo KK
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH10231862A; DE19807023A1

Abstract

Differentialgetriebe mit:
einem Differentialgehäuse (7), das um eine Drehachse mit einem an das Differentialgehäuse (7) abgegebenen Antriebsdrehmoment drehbar ist;
einem Differentialgetriebesatz (15, 17, 21, 23), der in dem Differentialgehäuse (7) untergebracht ist und derart aufgebaut ist, daß er das Antriebsdrehmoment von dem Differentialgehäuse (7) aufnimmt, wobei ein Paar Achsen (25, 27) relativ zueinander um die Drehachse drehbar sind, mittels welchen das aufgenommene Antriebsdrehmoment abgegeben wird;
einer ersten Differentialsperre (45a, 59a, 35a), die das Differentialgehäuse (7) mit der einen Achse (27) in drehmomentübertragbarer Weise verbindet, um die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen (25, 27) zu begrenzen;
einer zweiten Differentialsperre (45b, 59b, 35b), die das Differentialgehäuse (7) mit der einen Achse (27) in drehmomentübertragbarer Weise verbindet, um die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen (25, 27) zu begrenzen; und
einer Steuervorrichtung (100, 37a, 37b) zur Steuerung der ersten und der zweiten Differentialsperre (45a, 59a, 35a, 45b, 59b,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für Fahrzeuge.

Ein herkömmlicher Mechanismus für ein Differentialgetriebe ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 8-35528 offenbart, wie aus 10 ersichtlich ist.

10 zeigt ein hinteres Differential 401 eines vierradgetriebenen Fahrzeuges, wobei das Antriebsmoment eines Motors über ein Antriebsrad 403 auf einen Zahnkranz 407 übertragen wird, der an einem Differentialgehäuse 405 festgelegt ist. Ein linkes und ein rechtes Abtriebsrad 411 bzw. 413 eines Kegelrad-Differentialmechanismus 409 sind mit einer Achse 415 bzw. 417 verbunden. Ein Antriebsrad 421 eines Steuermechanismus 419 ist mit dem Differentialgehäuse 405 verbunden.

Das Antriebsrad 421 steht mit einem Planetenrad 423 in Eingriff. Das Planetenrad 423 ist als einzige Einheit mit einander benachbarten Planetenrädern 425 und 427 ausgebildet, die mit einem ersten bzw. einem zweiten Sonnenrad 429 bzw. 431 in Eingriff stehen. Das erste Sonnenrad 429 an der Beschleunigungsseite und das zweite Sonnenrad 431 an der Verzögerungsseite sind jeweils mit einer drehmomentvariierbaren hydraulischen Mehrscheibenkupplung 433 bzw. 435 verbunden, die eine einzige Einheit bilden.

Von den Kupplungen 433 und 435 wird das Drehmoment des ersten und des zweiten Sonnenrades 429 und 431 auf eine rechte Achse 417 übertragen.

Gleichzeitig wird das aus der Wirkung der Kupplungen 433 und 435 resultierende Reibmoment zurück auf das Differentialgehäuse 405 über das erste Sonnenrad 429, das Planetenrad 425, das Planetenrad 423 und das Antriebsrad 421 bzw. über das zweite Sonnenrad 431, das Planetenrad 427, das Planetenrad 423 und das Antriebsrad 421 übertragen.

Daher wird die Verteilung des Antriebsmoments zwischen der linken und der rechten Achse 415 bzw. 417 gesteuert, wenn eine der beschleunigten und verzögerten Kupplungen 433 und 435 den Zustand der Antriebsmomentübertragung erreicht.

Da jedoch die herkömmliche Vorrichtung eine Ölpumpe, ein Schaltventil, eine Hydraulikleitung und eine hydraulische Betätigungseinrichtung (keine dieser ist in der Zeichnung gezeigt) benötigt, um die hydraulischen Mehrscheibenkupplungen 433 und 435 zu betätigen, werden das Gewicht der Vorrichtung und die Kosten erhöht.

Aus der DE 39 20 861 A1 ist ein Ausgleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit extern veränderlich regelbarer Sperrkupplung bekannt, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten und antreibbaren Differentialkorb, mit diesem koaxial angeordneten und drehbar gekoppelten Antriebswellen, mit diesen gleichzeitig in Eingriff befindlichen im Differentialkorb drehbar gehaltenen Ausgleichsrädern und mit einer Reibeanordnung, die einerseits an einer Stützfläche eines der Teile – Differentialkorb oder eines der Abtriebsräder – axial abgestützt ist und andererseits über eine Betätigungseinrichtung axial beaufschlagbar ist.

Ferner ist aus der US 4 976 347 ein motorgesteuerter Mechanismus zur Nockenbetätigung eines Differentialgetriebes bekannt.

Mit der Erfindung wird ein Differentialgetriebe einfacher Anordnung geschaffen, bei dem das Gewicht und die Kosten verringert werden.

Dies wird mit einem Differentialgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht, wonach das Differentialgetriebe aufweist: ein Differentialgehäuse, das um eine Drehachse mit einem an das Differentialgehäuse abgegebenen Antriebsdrehmoment drehbar ist, ein Differentialgetriebesatz, der in dem Differentialgehäuse untergebracht ist und derart aufgebaut ist, daß er das Antriebsdrehmoment von dem Differentialgehäuse aufnimmt, wobei ein Paar Achsen relativ zueinander um die Drehachse drehbar sind, mittels welchen das aufgenommene Antriebsdrehmoment abgegeben wird, eine erste Differentialsperre, die das Differentialgehäuse mit der einen Achse in drehmomentübertragbarer Weise verbindet, um die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen zu begrenzen, eine zweite Differentialsperre, die das Differentialgehäuse mit der einen Achse in drehmomentübertragbarer Weise verbindet, um die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen zu begrenzen, und eine Steuervorrichtung zur Steuerung der ersten und der zweiten Differentialsperre, wobei die erste Differentialsperre eine Kombination aus einem Drehzahlerhöhungsmechanismus und einer ersten Reibungskupplung aufweist, welche das Differentialgehäuse mit der einen Achse verbinden, und die zweite Differentialsperre eine Kombination aus einem Drehzahlverringerungsmechanismus und einer zweiten Reibungskupplung aufweist, welche das Differentialgehäuse mit der einen Achse verbinden, wobei die Steuervorrichtung aufweist: einen ersten Nockenmechanismus, der derart aufgebaut ist, daß er die erste Reibungskupplung ein- oder auskuppelt, einen zweiten Nockenmechanismus, der derart aufgebaut ist, daß er die zweite Reibungskupplung ein- oder auskuppelt und Betätigungsmittel zum Betätigen des ersten und des zweiten Nockenmechanismus derart, daß entweder die erste oder die zweite Reibungskupplung ausgekuppelt ist, wenn die andere Reibungskupplung eingekuppelt ist.

Demnach ist ein Differentialgetriebe mit einer Differentialsperre zum Verteilen des Antriebsmoments vorgsehen, das von einem Motor an ein Differentialgehäuse des Differentialmechanismus über ein Paar Abtriebselemente zu Fahrzeugrädern hin abgegeben wird, und einem Getriebemechanismus zum Verbinden des Differentialgehäuses mit dem jeweiligen Abtriebselement in drehzahlverändernder Weise vorgesehen, wobei ein Kupplungsmechanismus in einen Verbindungspfad des Getriebemechanismus eingebaut ist, wodurch die Anordnung des Getriebemechanismus vereinfacht wird und das Gewicht und die Kosten der Vorrichtung verringert werden, ohne daß Hydrauliksystemteile für das Einkuppeln der Hydraulikkupplungen wie bei der herkömmlichen Vorrichtung erforderlich sind.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der Motorantrieb ein Paar Motoren auf, die für die Reibungskupplungen vorgesehen sind, und der Nockenmechanismus weist ein Paar Nockenteile auf, die für die Reibungskupplungen vorgesehen sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Motorantrieb einen einzigen Motor auf, der Nockenmechanismus weist ein Paar Nockenteile auf, die für die Reibungskupplungen vorgesehen sind, und das Betätigungsmittel weist einen Getriebemechanismus auf, der mittels des einzigen Motors zum gleichzeitigen Betätigen der Nockenteile steuerbar ist.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung weist der Motorantrieb einen einzigen Motor auf, der Nockenmechanismus weist ein Paar Nockenteile auf, die für die Reibungskupplungen vorgesehen sind, und das Betätigungsmittel weist einen Schneckengetriebemechanismus auf, der mittels des einzigen Motors zum gleichzeitigen Betätigen der Nockenteile steuerbar ist.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung weist der Motorantrieb einen einzigen Motor auf, der Nockenmechanismus weist ein Paar Nockenteile auf, die für die Reibungskupplungen vorgesehen sind, und das Betätigungsmittel weist einen Gelenkmechanismus auf, der mittels des einzigen Motors zum gleichzeitigen Betätigen der Nockenteile steuerbar ist.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockschema eines Differentialgetriebes nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Schema eines Kupplungsmechanismus des Differentialgetriebes aus 1;
3 ein Blockschema eines Differentialgetriebes nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Schema eines Kupplungsmechanismus des Differentialgetriebes aus 3;
5 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A aus 3 gesehen;
6 ein Blockschema eines Differentialgetriebes nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
7A ein Schema eines Kupplungsmechanismus des Differentialgetriebes aus 6;
7B eine Ansicht in Richtung des Pfeils B aus 7A gesehen;
8 ein Blockschema eines Differentialgetriebes nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
9A ein Schema eines Kupplungsmechanismus des Differentialgetriebes aus 8;
9B eine Ansicht in Richtung des Pfeils C aus 9A gesehen; und
10 ein Blockschema eines herkömmlichen Differentialgetriebes.
Mit Bezug auf die Zeichnung werden Ausführungsformen eines Differentialgetriebes gemäß der Erfindung erläutert. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Aus 1 ist ein Differentialgetriebe mit einem Kupplungsmechanismus nach einer ersten Ausführungsform ersichtlich und 2 zeigt Details des Kupplungsmechanismus.
Wie aus 1 ersichtlich, ist das Differentialgetriebe ein hinteres Differential eines Kraftfahrzeuges. Das hintere Differential ist innerhalb eines Differentialträgers 5 untergebracht und weist einen Differentialmechanismus 1 des Kegelradtyps und einen Antriebsmoment-Steuermechanismus 3 auf, der an der rechten Seite benachbart zu dem Differentialmechanismus 1 angeordnet ist. Der Antriebsmoment-Steuermechanismus 3 weist einen später beschriebenen Getriebemechanismus 33 und einen Kupplungsmechanismus 34 des Reibungstyps zum Kuppeln und Entkuppeln des Getriebemechanismus 33 auf.
Der Differentialmechanismus 1 ist wie folgt ausgebildet: Das Antriebsmoment des Motors des Kraftfahrzeuges wird auf ein Antriebsrad 9, das relativ zu dem Differentialträger 5 drehbar ist, übertragen und von dem Antriebsrad 9 an einen Zahnkranz 11 abgegeben, das an einem Differentialgehäuse 7 des Differentialmechanismus 1 festgelegt ist. Das Differentialgehäuse 7 ist an seiner rechten und linken Seite mittels eines Paares Lager 13 an dem Differentialträger 5 abgestützt und mittels des an den Zahnkranz 11 abgegebenen Drehmoments drehbar.
Eine Antriebsachse 15 erstreckt sich senkrecht zur Drehachse des Differentialgehäuses 7. Die Antriebsachse 15 ist an dem Differentialgehäuse 7 festgelegt und zusammen mit diesem drehbar. An der Antriebsachse 15 sind ein Paar Antriebsräder 17 drehbar abgestützt. Die Antriebsräder 17 stehen gleichzeitig mit einem Paar Abtriebsräder 21, 23 in Eingriff, die einander gegenüberliegend innerhalb des Differentialgehäuses 7 angeordnet sind.
Die Abtriebsräder 21, 23 sind mit einer rechten bzw. einer linken Achse 25, 27 verbunden, über die ein Antriebsmoment zum Antrieb eines rechten bzw. eines linken Hinterrrades 29, 31 des Fahrzeuges übertragen wird. Die rechte Achse 27 verläuft durch den Antriebsmoment-Steuermechanismus 3 hindurch und erstreckt sich nach rechts aus dem Differentialträger 5 heraus.
Die rechte Achse 27 ist mit dem Differentialgehäuse 7 des Differentialmechanismus 1 über den Antriebsmoment-Steuermechanismus 3 verbunden, in dem der Getriebemechanismus 33 zur Beschleunigung und Verzögerung dient, die zwischen dem Differentialgehäuse 7 und der Achse 27 wirken, und weist entsprechende Antriebsverbindungspfade dafür auf.
Der Kupplungsmechanismus 34 des Antriebsmoment-Steuermechanismus 3 weist ein Paar aus der Zeichnung gesehen obere und untere (oder einander gegenüberliegende vordere und hintere) Mehrscheibenkupplungen 35a, 35b des benetzten Typs, die jeweils in den Verbindungspfaden zum Beschleunigen und Verzögern des Getriebemechanismus 33 vorgesehen sind, und ein Paar obere und untere (oder vordere und hintere) Betätigungseinrichtungen 37a und 37b zum Betätigen der jeweiligen Kupplung 35a bzw. 35b auf, um diese mit den zugehörigen Verbindungspfaden zu kuppeln und zu entkuppeln. Der Antriebsmoment-Steuermechanismus 3 ist in einen Ölbehälter für die Schmierung eingesetzt.
Sowohl der Getriebemechanismus 33 als auch der Kupplungsmechanismus 34 weisen die Betätigungseinrichtungen 37a und 37b auf, die nachfolgend weiter beschrieben sind.
Eine Hohlwelle 7a, die mit dem Differentialgehäuse 7 verbunden ist, ist um die rechte Achse 27 herum angeordnet und relativ zu dieser drehbar. Ein erstes Zahnrad 41 ist an der rechten Seite der Hohlwelle 7a festgelegt. Ferner ist ein anderes Zahnrad 43 (als "viertes Zahnrad" bezeichnet) an der rechten Achse 27 benachbart zum ersten Zahnrad 41 festgelegt.
Wie aus 1 ersichtlich, steht das erste Zahnrad 41 mit einem Paar parallel zueinander angeordneten oberen und unteren (oder vorderen und hinteren) zweiten Zahnrädern 45a, 45b (nachfolgend als "zweites a-Zahnrad 45a und zweites b-Zahnrad 45b" bezeichnet) in Eingriff, die jeweils einstückig mit einer Kupplungswelle 47 ausgebildet sind, die jeweils an ihrer rechten Seite mit einem Kupplungsgehäuse 49 der Kupplungen 35a bzw. 35b verbunden ist und jeweils an einem Kupplungsgehäuse 51 drehbar abgestützt ist, das jeweils das Kupplungsgehäuse 49 aufnimmt, wodurch insgesamt die Kupplungen 35a und 35b gebildet sind. Das jeweilige Kupplungsgehäuse 51 ist an dem Differentialträger 5 mittels eines Befestigungselements 53 festgelegt.
Das jeweilige Kupplungsgehäuse 49 ist mit einer Axialnabe konzentrisch zu dieser versehen. Das Kupplungsgehäuse 49 weist eine Mehrzahl radial nach innen gerichteter, scheibenförmiger Außenplatten 55 auf, die zusammen mit dem Kupplungsgehäuse 49 drehbar sind. Die Axialnabe weist eine Mehrzahl radial nach außen gerichteter Innenplatten 57 auf, die zusammen mit der Axialnabe drehbar sind. Die Außenplatten 55 und die Innenplatten 57 sind in Axialrichtung wechselweise in Sandwichbauweise angeordnet.
Ferner sind ein Paar dritter Zahnräder 59a, 59b (nachfolgend als "drittes a-Zahnrad 59a und drittes b-Zahnrad 59b" bezeichnet) am Innenumfang der jeweiligen Axialnaben zusammen mit diesen drehbar derart verbunden, daß sie zu den jeweiligen Kupplungswellen 47 konzentrisch sind. Die dritten Zahnräder 59a, 59b stehen mit dem vierten Zahnrad 43 an der rechten Achse 27 in Eingriff.
Wenn die obere Kupplung 35a mittels der oberen Betätigungseinrichtung 37a eingekuppelt ist, ist die linke Achse 25 mit der rechten Achse über das erste Zahnrad 41 (mit insgesamt 30 Zähnen), das mit dem Differentialgehäuse 7 verbunden ist, das zweite a-Zahnrad 45a (17 Zähne), die obere Kupplung 35a, das dritte a-Zahnrad 59a (16 Zähne) und das vierte Zahnrad 43 (30 Zähne), das an der rechten Achse 27 festgelegt ist, verbunden. Das zweite a-Zahnrad 45a (17 Zähne) und das dritte a-Zahnrad 59a (16 Zähne) weisen unterschiedliche Zähnezahl und Zahnflanken oder Zahnprofile auf.
Daher weist, wenn die obere Kupplung 35a eingekuppelt ist, die rechte Achse 27 ein Übersetzungsverhältnis von 17/16 (= 1,063) zur linken Achse 25 auf, wodurch diese beschleunigt wird.
Gleichfalls ist, wenn die untere Kupplung 35b eingekuppelt ist, die linke Achse 25 mit der rechten Achse 27 über das erste Zahnrad 41 (30 Zähne), das mit dem Differentialgehäuse 7 verbunden ist, das zweite b-Zahnrad 45b (17 Zähne), die untere Kupplung 35b, das dritte b-Zahnrad 59b (16 Zähne) und das vierte Zahnrad 43 (30 Zähne), das an der rechten Achse 27 festgelegt ist, verbunden. Das zweite b-Zahnrad 45b (16 Zähne) und das dritte b-Zahnrad 59b (17 Zähne) weisen unterschiedliche Zähnezahl und Zahnflanken oder Zahnprofile auf.
Daher weist, wenn die unter Kupplung 35b eingekuppelt ist, die rechte Achse 27 ein Übersetzungsverhältnis von 16/17 (= 0,941) zur linken Achse 25 auf, wodurch diese verzögert wird.
Die Betätigungseinrichtungen 37a, 37b sind an der rechten Seite der Kupplungen 35a bzw. 35b angeordnet, wobei ein Paar unterer und oberer (oder vorderer und hinterer) Schrittmotoren 61 mittels nicht gezeigter Halter beispielsweise an den Kupplungsgehäusen 51 festgelegt sind und von einer Steuereinrichtung 100 gesteuert werden.
Die Steuereinrichtung 100 ist aus einem Mikrocomputer zusammengesetzt, der Erfassungssignale von einer Vielzahl von Fahrzustandssensoren des Fahrzeuges aufnimmt, wie einem Beschleunigungssensor, einem Lenkwinkelsensor, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einem Raddrehzahlsensor, einem Gierratensensor, und einem Längs- und einem Querbeschleunigungssensor, und verarbeitet diese Signale, um die Schrittmotoren 61 in unterschiedlicher Weise entsprechend den Erfordernissen zu steuern. Eine derartige Steuereinrichtung ist zum Steuern einer motorgetriebenen Kupplungsbetätigungseinrichtung bei anderen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, bei denen diese zur Vereinfachung weggelassen ist.
Die Motoren 61 weisen jeweils eine Antriebswelle 61a auf, an der ein Antriebsrad 63 festgelegt ist. Die Antriebsräder 63 stehen mit angetriebenen Rädern 65 in Eingriff, die als Nockenteile ausgebildet sind, die koaxial zu den Kupplungen 35a, 35b an diesen drehbar abgestützt sind. Die angetriebenen Räder 65 liegen mit ihrer linken Seite den Kupplungen 35a, 35b gegenüber und weisen jeweils einen an ihrer linken Seite ausgebildeten Antriebsnocken 65a auf, wie aus 2 ersichtlich.
Zwischen den angetriebenen Rädern 65 und den Kupplungen 35a, 35b sind Nockenfolger 67 und Schubstangen 69 angeordnet. Die Nockenfolger 67 sind koaxial zu den Kupplungen 35a, 35b angeordnet und zusammen mit den Schubstangen 69 axial verschiebbar an diesen abgestützt. Die Nockenfolger 67 liegen mit ihrer rechten Seite den angetriebenen Rädern 65 gegenüber und weisen jeweils einen an ihrer rechten Seite ausgebildeten angetriebenen Nocken 67a auf.
Wenn der obere Schrittmotor 61 in einer vorbestimmten Richtung (z.B. im Uhrzeigersinn) angetrieben wird, dreht das Antriebsrad 63 das angetriebene Rad 65 um einen dementsprechenden Betrag, wodurch der Nocken den Nockenfolger 67 nach links verschiebt, so daß die Schubstange 69 die Kupplung 35a nach links drückt und die Kupplung 35a eingekuppelt wird.
Gleichzeitig wird der untere Schrittmotor 61 in einer vorbestimmten Richtung (z.B. im Uhrzeigersinn) angetrieben, um das angetriebene Rad 65 in eine Richtung zu drehen, bei der die untere Kupplung 35b nicht angedrückt wird. Dann wird die Schubstange 69 für die untere Kupplung 35b mit einer Vorspannkraft eines nicht gezeigten Federelements betätigt, das normalerweise an der Schubstange 69 wirkt, so daß die Schubstange 69 in eine Richtung (nach rechts) verschoben wird, in der sich diese von der unteren Kupplung 35b wegbewegt, wodurch die untere Kupplung 35b ausgekuppelt wird.
Nachfolgend wird die Funktion des Differentialgetriebes nach der Ausführungsform beschrieben.
Das Antriebsmoment, das vom Motor über den Zahnkranz 11 abgegeben wird, wird gleichmäßig auf die linke und die rechte Achse 25 bzw. 27 über das Differentialgehäuse 7, die Antriebsachse 15, die Antriebsräder 17 und die Abtriebsräder 21, 23 verteilt. In dem Moment, wenn eines der Hinterräder 29, 31 gleitet, ermöglicht der Differentialmechanismus 1 eine Ausgleichsdrehbewegung zwischen der linken und der rechten Achse 25 bzw. 27, wodurch das Antriebsmoment beider Achsen 25, 27 auf das Antriebsmoment beschränkt wird, das für die Achse mit dem gleitenden Hinterrad nötig ist.
Wenn die im Kontakt mit der Straßenoberfläche auftretende Reibung zwischen dem linken und dem rechten Hinterrad 29 bzw. 31 bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges unterschiedlich ist, oder wenn ein Unter- oder Übersteuerungszustand bei Kurvenfahrt erreicht wird, wenn z.B. die obere Kupplung 35a durch einen Kupplungsvorgang der oberen Betätigungseinrichtung 37a eingekuppelt wird, dann werden die linke und die rechte Achse 25 bzw. 27 über das erste Zahnrad 41, das mit dem Differentialgehäuse 7 verbunden ist, das zweite a-Zahnrad 45a, die obere Kupplung 35a, das dritte a-Zahnrad 59a und das vierte Zahnrad 43, das an der rechten Achse 27 festgelegt ist, miteinander verbunden. Die rechte Achse 27 wird dadurch unter Erhöhung des Antriebsmoments beschleunigt. Folglich wird das Antriebsmoment der linken Achse 25 um den gleichen Betrag verringert. In dem Momemt wird durch einen Freigabevorgang der unteren Betätigungseinrichtung 37b die Kupplung 35b ausgekuppelt.
Umgekehrt, wenn die untere Kupplung 35b durch einen Kupplungsvorgang der unteren Betätigungseinrichtung 37b eingekuppelt wird, wird die rechte Achse 27 unter Verringerung des Antriebsmoments verzögert. Folglich wird das Antriebsmoment der linken Achse 25 um den gleichen Betrag erhöht. Ferner ist der Betrag der Erhöhung oder Verringerung des Antriebsmoments durch Steuerung des Drehwinkels des angetriebenen Rades 65 und des Betrages der Verschiebung des Nockenfolgers 67 einstellbar.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen hydraulischen Reibungskupplung ist es durch den erfindungsgemäßen Kupplungsmechanismus nach der Ausführungsform möglich, die Kupplungen 35a und 35b mittels der Betätigungseinrichtungen 37a und 37b ein- und auszukuppeln, die eine einfache Anordnung mit den Schrittmotoren 61, den Antriebsnocken 65a und den Nockenfolgern 67 aufweisen, wodurch das Gewicht und die Kosten der Vorrichtung reduziert werden können.
Ferner können die Komponenten der Kupplungen 35a und 35b infolge des Vorhandenseins der Betätigungseinrichtungen 37a und 37b, die den jeweiligen Kupplungen 35a und 35b zugeordnet sind, freier gestaltet und positioniert werden.
Außerdem kann, um das Gewicht und die Kosten des gesamten Differentialgetriebes zu reduzieren, die axiale Länge der Vorrichtung kompakter gestaltet werden.
Ferner kann das Antriebsmoment der linken und der rechten Achse 25 bzw. 27 entsprechend den Erfordernissen beschleunigt und verzögert werden, um das Giermoment des Fahrzeuges zu steuern, wodurch die Zuverlässigkeit des Fahrzeuges bei Geradeausfahrt und die Steuerbarkeit des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt oder beim Wenden verbessert werden.
Aus den 3 bis 5 ist ein Differentialgetriebe mit einem Kupplungsmechanismus nach einer zweiten Ausführungsform ersichtlich.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Betätigungseinrichtung für den Kupplungsvorgang. Da die Anordnung anderer Komponenten mit der in der bereits beschriebenen Ausführungsform identisch ist, werden nur die Unterschiede erläutert.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, dreht gemäß der Anordnung einer Betätigungseinrichtung 137 ein Antriebsrad 163, das an einer Welle 161a eines einzigen Schrittmotors 161 festgelegt ist, gleichzeitig zwei angetriebene Räder 165 (als Nockenteile) um einen vorbestimmten Betrag. Die abgetriebenen Zahnräder 165 drehen sich in derselben Richtung. Daher dreht sich, wenn die obere Kupplung 35a nach links gedrückt wird und beispielsweise mittels der Nockenwirkung eines Antriebsnockens 165a des oberen angetriebenen Rades 165 und eines angetriebenen Nockens 167a eines Nockenfolgers 167 (als Nockenteil) eingekuppelt wird, das untere angetriebene Rad 165 in eine Richtung, in der keine Druckkraft auf die untere Kupplung 35b ausgeübt wird, und die untere Kupplung 35b wird mittels einer Kraft freigegeben, die zu der Freigabeseite hin durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Federelement ausgeübt wird.
Wenn der Schrittmotor 161 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung in dem oben genannten Beispiel gedreht wird, wird die intermittierende Arbeitsweise der Kupplungen 35a und 35b entgegengesetzt zu dem oben genannten Beispiel durchgeführt.
5 zeigt die Position des Schrittmotors 161 in Bezug auf das Antriebsrad 163, das koaxial zu dem Schrittmotor 161 angeordnet ist, und auf die angetriebenen Räder 165. Wie aus 5 ersichtlich, sind diese Komponenten an einer höheren Stelle als das Antriebsrad 9 als Antriebselement des Differentialgetriebes und im Abstand von einer Abtriebsachse vorgesehen.
Bei dieser Ausführungsform wird dieselbe Wirkung erreicht, wie bei der ersten Ausführungsform, wobei nur ein einziger Schrittmotor 161 zum Ein- und Auskuppeln beider Kupplungen 35a und 35b verwendet wird, wodurch die Anordnung der Vorrichtung weiter vereinfacht wird und die Kosten weiter verringert werden.
Aus den 6, 7A und 7B ist ein Differentialgetriebe mit einem Kupplungsmechanismus nach einer dritten Ausführungsform ersichtlich.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Betätigungseinrichtung für den Kupplungsvorgang. Da die Anordnung anderer Komponenten mit der in der bereits beschriebenen Ausführungsform identisch ist, werden nur die Unterschiede erläutert.
Wie aus den 6, 7A und 7B ersichtlich, sind in einer Betätigungseinrichtung 237 zwei Schnecken 263 an einer Welle 261a eines einzigen Schrittmotors 261 vorgesehen. Diese Schnecken 263 stehen mit zwei Schneckenrädern 265 als Nockenteile in Eingriff, die koaxial zu den Kupplungen 35a, 35b vorgesehen sind. An der den Kupplungen 35a, 35b zugewandten Seitenfläche der Schneckenräder 265 sind Antriebsnocken 265a vorgesehen.
Ferner sind Nockenfolger 267 (Nockenteile), die angetriebene Nocken 267a aufweisen, und Schubstangen 69 zwischen den Kupplungen 35a, 35b und den Schneckenrädern 265 koaxial zu den Kupplungen 35a, 35b und in Axialrichtung bewegbar abgestützt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn sich der Schrittmotor 261 um einen vorbestimmten Betrag dreht, durch die Wirkung des Antriebsnockens 265a und des angetriebenen Nockens 267a die obere Kupplung 35a eingekuppelt, wodurch die untere Kupplung 35b durch eine Kraft freigegeben wird, die auf die Freigabeseite von einem nicht gezeigten Federelement ausgeübt wird. Wenn sich der Schrittmotor 261 in entgegengesetzter Richtung dreht, werden die Vorgänge der Kupplungen 35a, 35b in umgekehrter Weise durchgeführt.
Daher werden bei dieser Ausführungsform dieselben Wirkungen erreicht, wie bei der ersten Ausführungsform, wobei auch das Übersetzungsverhältnis infolge des Vorhandenseins der Schnecken 263 und der Schneckenräder 265 erweitert wird, wodurch die Einstellung der Größe des Kupplungsdrucks erleichtert wird.
Aus den 8, 9A und 9B ist ein Differentialgetriebe mit einem Kupplungsmechanismus nach einer vierten Ausführungsform ersichtlich.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Betätigungseinrichtung für den Kupplungsvorgang. Da die Anordnung anderer Komponenten mit der in der bereits beschriebenen Ausführungsform identisch ist, werden nur die Unterschiede erläutert.
Wie aus den 8, 9A und 9B ersichtlich, steht in einer Betätigungseinrichtung 337 ein Antriebsrad 363, das an einer Welle 361a eines einzigen Schrittmotors 361 festgelegt ist, mit einem angetriebenen Rad 365 in Eingriff. Das angetriebene Rad 365 ist mit einer Welle 369 über eine Kugelspindel-Verbindung 367 verbunden. Die Welle 369 ist mit Antriebsnockenteilen 375 über Universalverbindungen 371 und Gelenke 373 verbunden.
Gemäß dieser Anordnung bewegt sich, wie aus den 8, 9A und 9B ersichtlich ist, wenn sich der Schrittmotor 361 um einen vorbestimmten Betrag dreht, die Welle 369 entsprechend der Drehrichtung des Schrittmotors 361 auf und ab. Wie aus 9B ersichtlich, schwenken beispielsweise, wenn die Welle 369 nach unten verschoben wird, die Antriebsnockenteile 375 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um die Welle 369 zusammen mit Armen 376, die durch die Gelenke 373 abgestützt sind. Folglich wird die obere Kupplung 35a als Ergebnis der Nockenwirkung des Antriebsnockens 375a und des angetriebenen Nockens 377a der angetriebenen Nockenteile 377 eingekuppelt, wobei die untere Kupplung 35b durch eine Kraft freigegeben wird, die zur Freigabeseite hin von einem nicht gezeigten Federelement ausgeübt wird.
Daher werden bei dieser Ausführungsform dieselben Wirkungen erreicht, wie bei der ersten Ausführungsform, wobei auch Gelenke 373 verwendet werden, um die Kupplungen voneinander zu trennen, wodurch der Eingriffsvorgang der beiden Kupplungen erleichtert wird.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen weist ein Differentialgetriebe Reibungskupplungen auf, die an zwei drehbaren Wellen angeordnet sind, die parallel zueinander vorgesehen sind. Die Erfindung kann auch bei einem herkömmlichen Differentialgetriebe, wie aus 10 ersichtlich, verwendet werden, bei dem Reibungskupplungen koaxial zueinander vorgesehen sind. Dies ermöglicht sowohl eine größere Freiheit beim Einbau des Differentialgetriebes in das Fahrzeug, als auch ein geringeres Gewicht und geringere Kosten. Außerdem kann die axiale Länge der Vorrichtung kompakter gestaltet werden.

Claims

Differentialgetriebe mit: einem Differentialgehäuse (7), das um eine Drehachse mit einem an das Differentialgehäuse (7) abgegebenen Antriebsdrehmoment drehbar ist; einem Differentialgetriebesatz (15, 17, 21, 23), der in dem Differentialgehäuse (7) untergebracht ist und derart aufgebaut ist, daß er das Antriebsdrehmoment von dem Differentialgehäuse (7) aufnimmt, wobei ein Paar Achsen (25, 27) relativ zueinander um die Drehachse drehbar sind, mittels welchen das aufgenommene Antriebsdrehmoment abgegeben wird; einer ersten Differentialsperre (45a, 59a, 35a), die das Differentialgehäuse (7) mit der einen Achse (27) in drehmomentübertragbarer Weise verbindet, um die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen (25, 27) zu begrenzen; einer zweiten Differentialsperre (45b, 59b, 35b), die das Differentialgehäuse (7) mit der einen Achse (27) in drehmomentübertragbarer Weise verbindet, um die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen (25, 27) zu begrenzen; und einer Steuervorrichtung (100, 37a, 37b) zur Steuerung der ersten und der zweiten Differentialsperre (45a, 59a, 35a, 45b, 59b, 35b), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Differentialsperre eine Kombination aus einem Drehzahlerhöhungsmechanismus (45a, 59a) und einer ersten Reibungskupplung (35a) aufweist, welche das Differentialgehäuse (7) mit der einen Achse (27) verbinden, und die zweite Differentialsperre eine Kombination aus einem Drehzahlverringerungsmechanismus (45b, 59b) und einer zweiten Reibungskupplung (35b) aufweist, welche das Differentialgehäuse (7) mit der einen Achse (27) verbinden, wobei die Steuervorrichtung aufweist: einen ersten Nockenmechanismus (65, 67, 69; 165, 167, 69; 265, 267, 69; 365, 367, 69), der derart aufgebaut ist, daß er die erste Reibungskupplung (35a) ein- oder auskuppelt; einen zweiten Nockenmechanismus (65, 67, 69; 165, 167, 69; 265,267, 69; 365, 367, 69), der derart aufgebaut ist, daß er die zweite Reibungskupplung (35b) ein- oder auskuppelt; und Betätigungsmittel (61, 63; 161, 163; 261, 263; 361, 363, 367, 373) zum Betätigen des ersten und des zweiten Nockenmechanismus derart, daß entweder die erste oder die zweite Reibungskupplung (35a, 35b) ausgekuppelt ist, wenn die andere Reibungskupplung (35a, 35b) eingekuppelt ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlerhöhungsmechanismus aufweist: ein erstes Zahnrad (45a), das mit einem mit dem Differentialgehäuse (7) verbundenen zweiten Zahnrad (41) in Eingriff steht; und ein drittes Zahnrad (59a), das mit einem mit der einen Achse (27) verbundenen vierten Zahnrad (43) in Eingriff steht; wobei das erste und das dritte Zahnrad (45a, 59a) sich in der Zähnezahl voneinander unterscheiden und über die erste Reibungskupplung (35a) wirksam miteinander verbunden sind, und der Drehzahlverringerungsmechanismus aufweist: ein fünftes Zahnrad (45b), das mit dem zweiten Zahnrad (41) in Eingriff steht; und ein sechstes Zahnrad (59b), das mit dem vierten Zahnrad (43) in Eingriff steht; wobei das fünfte und das sechste Zahnrad (45b, 59b) sich in der Zähnezahl voneinander unterscheiden und über die zweite Reibungskupplung (35b) wirksam miteinander verbunden sind.
Differentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reibungskupplung aufweist: eine Mehrzahl von ersten äußeren Reibungsplatten (55), die einstückig mit dem ersten Zahnrad (45a) über eine erste Kupplungswelle (47) im wesentlichen parallel zur Drehachse drehbar sind; und eine Mehrzahl von ersten inneren Reibungsplatten (57), die um die erste Kupplungswelle (47) und einstückig mit dem dritten Zahnrad (59a) drehbar sind, wobei die ersten inneren Reibungsplatten (57) zwischen die ersten äußeren Reibungsplatten (55) eingesetzt sind und entlang der ersten Kupplungswelle verschiebbar sind, um mit den ersten äußeren Reibungsplatten (55) in Reibeingriff zu gelangen, und die zweite Reibungskupplung aufweist: eine Mehrzahl von zweiten äußeren Reibungsplatten, die einstückig mit dem fünften Zahnrad (45b) über eine zweite Kupplungswelle (47) im wesentlichen parallel zur Drehachse drehbar sind; und eine Mehrzahl von zweiten inneren Reibungsplatten, die um die zweite Kupplungswelle (57) und einstückig mit dem sechsten Zahnrad (59b) drehbar sind, wobei die zweiten inneren Reibungsplatten zwischen die zweiten äußeren Reibungsplatten eingesetzt sind und entlang der zweiten Kupplungswelle verschiebbar sind, um mit den zweiten äußeren Reibungsplatten in Reibeingriff zu gelangen.
Differentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenmechanismus aufweist: einen ersten Nockenfolger (67), an dem ein erster angetriebener Nocken (67a) zum Drehen um eine erste Nockenachse antreibbar ausgebildet ist, um die ersten inneren Reibungsplatten (57) entlang der ersten Kupplungswelle (47) zu verschieben; und ein erstes angetriebenes Rad (65), an dem ein erster Antriebsnocken (65a) zum Drehen um die erste Nockenachse von den Betätigungsmitteln betätigbar ausgebildet ist, um den ersten angetriebenen Nocken (67a) drehbar anzutreiben, und der zweite Nockenmechanismus aufweist: einen zweiten Nockenfolger (67), an dem ein zweiter angetriebener Nocken (67a) zum Drehen um eine zweite Nockenachse im wesentlichen parallel zur ersten Nockenachse antreibbar ausgebildet ist, um die zweiten inneren Reibungsplatten (57) entlang der zweiten Kupplungswelle (47) zu verschieben; und ein zweites angetriebenes Rad (65), an dem ein zweiter Antriebsnocken (65a) zum Drehen um die zweite Nockenachse von den Betätigungsmitteln betätigbar ausgebildet ist, um den zweiten angetriebenen Nocken (67a) drehbar anzutreiben.
Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel aufweisen: einen ersten Schrittmotor (61) zum Betätigen des ersten Nockenmechanismus (65, 67, 69); und einen zweiten Schrittmotor (61) zum Betätigen des zweiten Nockenmechanismus (65, 67, 69).
Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel aufweisen: einen gemeinsamen Schrittmotor (161) zum Betätigen des ersten und des zweiten Nockenmechanismus (165, 167, 69).
Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel aufweisen: eine erste Schnecke (263) zum Betätigen des ersten Nockenmechanismus (265, 267, 69); eine zweite Schnecke (263) zum Betätigen des zweiten Nockenmechanismus (265, 267, 69); und einen gemeinsamen Schrittmotor (261) zum Antreiben der ersten und der zweiten Schnecke (263).
Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel aufweisen: ein erstes Gelenk (373) zum Betätigen des ersten Nockenmechanismus (375, 377, 69); ein zweites Gelenk (373) zum Betätigen des zweiten Nockenmechanismus (375, 377, 69); eine Kugelspindel-Verbindung (367), die mit dem ersten und dem zweiten Gelenk (373) wirksam verbunden ist; und einen Schrittmotor (361) zum Antreiben der Kugelspindel-Verbindung (367).