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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Differentialgetriebemechanismus gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1. Solch ein Differentialgetriebemechanismus ist aus US 4 389 909
bekannt.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Differentialgetriebemechanismen, und insbesondere
bezieht sie sich auf solche Mechanismen, die gewöhnlich als "Sperrdifferentiale" bezeichnet
werden.
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Differentialgetriebemechanismen der Art, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht,
werden allgemein als "Differentiale mit begrenztem Schlupf" bezeichnet und weisen
typischerweise eine Kupplungsscheibengruppe auf, welche betätigbar ist, um die Differentialwirkung
zwischen den Abtriebsrädem (Seitenrädem) zu begrenzen oder zu verzögern. Insbesondere ist
die vorliegende Erfindung jedoch zur Verwendung bei Vorrichtungen mit begrenztem Schlupf
vorgesehen, welche als "Sperrdifferentiale" bezeichnet werden, und sie wird in Verbindung
damit beschrieben. Bei einem Sperrdifferential ist eine Anordnung vorgesehen, um mit dem
Kupplungssatz in Eingriff zu treten oder diesen zu verriegeln, statt ihm ein Rutschen zu
erlauben (d.h. der Schlupf wird so "beschränkt", daß er nicht mehr existiert), wodurch die
Differentialwirkung zwischen den Abtriebsrädem im wesentlichen eliminiert wird.
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Sperrdifferentiale werden von dem Inhaber der vorliegenden Erfindung kommerziell hergestellt
und verkauft, wobei der Aufbau und die Funktionsweise solcher Sperrdifferentiale in
US 4 389 909 sehr detailliert veranschaulicht und beschrieben ist. Bei der bekannten
Vorrichtung ist ein Fliehgewichtsbolzenmechanismus vorgesehen, welcher um seine Drehachse mit
einer Drehzahl rotiert, welche ein Maß für den Drehzahlunterschied zwischen den beiden
Abtriebsrädem ist. Oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl (Differentialdrehzahl) wird der
Fliehgewichtsbolzenmechanismus betätigt, um ein Abgleiten eines Nockenbauteils relativ zu einem
anderen Nockenbauteil zu bewirken. Diese Abgleitwirkung der Nockenbauteile führt zu einer
Axialbewegung des einen Nockenbauteils, welches einen Eingriff einer benachbarten
Kupplungsscheibengruppe initiiert. Typischerweise ist die Kupplungsscheibengruppe als
"selbstbetätigende" Kupplungsscheibengruppe ausgebildet, d.h. ein kleiner Betrag an
Reibungseingriff innerhalb der Kupplungsscheibengruppe verzögert die Drehbewegung des
benachbarten Nockenbauteils weiter, was zu einer weiteren Abgleitwirkung führt, was wiederum
zu einer weiteren Axialbewegung des Nockenbauteils und einem weiteren Eingriff der
Kupplungsscheibengruppe führt.
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Bei der Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten Patent weist die direkt zu der
Nockenanordnung benachbarte Kupplungsscheibengruppe zwei Arten von Kupplungsscheiben auf
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1. "Aktive" Scheiben sind diejenigen Scheiben, welche direkt benachbart zu, und in
Wirkverbindung mit, dem axial beweglichen Nockenbauteil angeordnet sind und
welche den Eingriffsgrad der gesamten Kupplungsscheibengruppe bestimmen.
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2. "Inaktive" Scheiben sind diejenigen Scheiben, welche nicht in Wirkverbindung mit
dem Nockenbauteil stehen, jedoch mindestens für einen Großteil des
Drehmomentvermögens der Kupplungsscheibengruppe sorgen.
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Eines der entscheidenden Leistungsvermögenskriterien eines Sperrdifferentials ist die
"Eingriffszeit" des Mechanismus, was der Zeitraum (AT) ist, der erforderlich ist, damit die
Kupplungsscheibengruppe von einem vorbestimmten niedrigen
Drehmomentübertragungsvermögen zu einem vorbestimmten höheren Drehmomentübertragungsvermögen übergeht. In
beispielhafter Weise ging man in Verbindung mit der Entwicklung der vorliegenden Erfindung
von einer Eingriffszeit aus, die auf dem ΔT beim Übergang von einem Drehmomentvermögen
von 100 Fuß-Pfund auf 1000 Fuß-Pfund basierte. Wie es sich für den Fachmann versteht, ist
einer der Faktoren, welche die Eingriffszeit bestimmen, der Nockenwinkel (d.h. der zwischen
der Nockenfläche und der Querebene ausgebildete Winkel). Allgemein muß für einen steileren
Nockenwinkel eine höhere Kraft aufgewendet werden, um das Nockenbauteil axial zu
bewegen, jedoch ist es relativ einfacher, den Nocken zu entriegeln (was als Ergebnis einer
Drehmomentumkehr, oder dem Übergang von einer Rechtskurve zu einer Linkskurve, und
umgekehrt auftritt). Andererseits wird bei einem flacheren Winkel relativ mehr Kraft von dem
Nockenbauteil auf die Kupplung übertragen, was für einen festeren Eingriff der Kupplung
sorgt und wodurch es relativ schwieriger ist, die Nockenbauteile zu entriegeln.
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Bei bekannten Sperrdifferentialen bestanden die Kupplungsscheibengruppen typischerweise aus
einer Mehrzahl von gepreßten Stahlkupplungsscheiben, wobei die Scheiben typischerweise eine
Art von in die Scheibenfläche geprägtes Muster aufwiesen, um den Reibeeingriff zwischen
benachbarten Scheibenflächen zu verbessern. Obschon diese oben beschriebenen bekannten
Sperrdifferentiale, welche herkömmliche Stahlscheiben verwenden, im Betrieb allgemein
zufriedenstellend waren, führte eine bestimmte Betriebssituation zu einem
Leistungsfähigkeitsproblem.
Falls ein mit einem Sperrdifferential versehenes Fahrzeug in Schlamm oder Schnee
"steckengeblieben" ist, wird der Fahrer typischerweise versuchen, das Fahrzeug zu
"schaukeln", indem er den Antrieb abwechselnd nach vorne und nach hinten betätigt. Jedesmal
wenn dies gemacht wird, tritt, falls die Traktion an den beiden Antriebsrädem unterschiedlich
ist, ein Durchdrehen auf, was zu einem Eingriff des Sperrdifferentials führt. Wenn eine große
Anzahl von Eingriffsvorgängen innerhalb eines ziemlich kurzen Zeitraums auftritt, erhöht sich
die Temperatur der Vorrichtung, und insbesondere des Drehmoment übertragenden Bereichs
des Differentials (d.h. die Kupplungsscheibengruppen), wesentlich.
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Wie es dem Fachmann bekannt ist, führt bei Stahlkupplungsscheiben ein Temperaturanstieg zu
einer verlängerten Eingriffszeit (d.h. einem längeren ΔT, ehe ein Eingriff geschieht). Diese
verlängerte Eingriffszeit tritt auf, da der Reibungskoeffizient von Stahlscheiben mit steigender
Temperatur abnimmt. Der abnehmende Reibungskoeffizient führt zu einem verringerten
Gesamtdrehmomentvermögen des Differentials. Mit anderen Worten, bei häufigerer
Verwendung innerhalb eines kurzen Zeitraums kann sich das Leistungsvermögen des Sperrdifferentials
verschlechtern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Differentialgetriebemechanismus zu schaffen, bei welchem eine erhöhte Temperatur nicht zu einer verlängerten Eingriffszeit
und einem verringerten Drehmomentvermögen führt.
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Es ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Differentialgetriebemecha
nismus zu schaffen, welcher die obige Aufgabe ohne zusätzlichen Raumbedarf für die
Kupplungsscheibengruppe löst, während er gleichzeitig bei jeder vorgegebenen
Sperrdifferentialauslegung ein mindestens so hohes Gesamtdrehmomentübertragungsvermögen aufweist.
Eine damit verbundene Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Differentialgetriebemechanismus zu schaffen, welcher beide oben erwähnten Aufgaben löst, während er
gleichzeitig eine langsamere Eingriffszeit beim Betrieb bei normalen Temperaturen aufweist,
wodurch die Wahrscheinlichkeit von harten Eingriffen verringert wird.
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Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Differentialgetriebemechanismus durch die in dem
Kennzeichen von Anspruch 1 genannten Merkmale charakterisiert.
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Das nicht-pyrolytische Reibungsmaterial umfaßt vorzugsweise eine gepreßte
Stahlkupplungsscheibe.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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FIG. 1 ist ein Längsschnitt eines Sperrdifferentialmechanismus des Typs, mit welchem die
vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
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FIG. 2 ist ein vergrößerter ftagmentarischer Längsschnitt ähnlich zu FIG. 1, worin die
Kupplungsscheibengruppe veranschaulicht ist, auf welche sich die vorliegende
Erfindung bezieht.
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FIG. 3 ist ein weiter vergrößerter Längsschnitt ähnlich zu FIG. 2, wobei jedoch nur die die
Kupplungsscheibengruppe bildenden Scheiben gezeigt sind.
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FIG. 4 ist ein weiter vergrößerter fragmentarischer Längsschnitt nur eines Paars von aktiven
Kupplungsscheiben, welche die vorliegende Erfindung veranschaulichen.
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FIG. 5 ist eine graphische Darstellung der Eingriffszeit über der Kupplungstemperatur, wobei
die vorliegende Erfindung mit dem Stand der Technik verglichen wird.
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FIG. 6 ist eine Aufsicht auf eines der Nockenbauteile, welche bei dem erfindungsgemäßen
Sperrdifferentialmechanismus verwendet werden.
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FIG. 7 ist eine fragmentarische Seitenansicht des in FIG. 6 gezeigten Nockenbauteils, jedoch
in zweimal so großem Maßstab wie in FIG. 6.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, welche die vorliegende Erfindung nicht beschränken
sollen, stellt FIG. 1 einen Längsschnitt eines Sperrdifferentialgetriebemechanismus der Art dar,
welche die vorliegende Erfindung vorteilhafierweise verwenden kann. Der Gesamtaufbau und
die Funktionsweise des in FIG. 1 gezeigten Sperrdifferentials ist dem Fachmann bereits
bekannt, und sie sind in der oben erwähnten US 4 389 909 detaillierter veranschaulicht und
beschrieben.
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Der Differentialgetriebemechanismus umfaßt ein Getriebegehäuse 11, welches innen eine
allgemein mit 13 bezeichnete Getriebekammer bestimmt. Die Drehmomenteinleitung in das
Sperrdifferential geschieht typischerweise mittels eines Antriebsrads 15 (welches in FIG. 1 nur
in fragmentarischer Ansicht gezeigt ist). Das Antriebsrad 15 (auch als "Ringrad" bezeichnet)
soll in verzahntem Eingriff mit einem Antriebsritzel (in FIG. 1 nicht gezeigt) stehen. Das
Antriebsrad 15 kann an dem Getriebegehäuse 11 mittels einer Mehrzahl von Bolzen 17 befestigt
sein.
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Innerhalb der Getriebekammer 13 ist ein Differentialgetriebesatz angeordnet, der eine
Mehrzahl von Ritzeln 19 (von denen nur eines in FIG. 1 gezeigt ist) umfaßt, welche drehbar auf
einer Ritzelwelle 21 (von der nur ein Teil in FIG. 1 gezeigt ist) montiert sind. Die Ritzelwelle
21 ist mittels geeigneter Mittel an dem Getriebegehäuse 11 befestigt. Die Ritzel 19 bilden die
Antriebsräder des Differentialgetriebesatzes, und sie stehen in kämmendem Eingriff mit einem
Paar Seitenräder 23 und 25, welche die Abtriebsräder des Differentialgetriebesatzes bilden. Die
Seitenräder 23 und 25 sind mit zwei Differentialseitenwellen 27 bzw. 29 kerbverzahnt. Das
Getriebegehäuse 11 umfaßt n.ngfbrmige Nabenbereiche 31 und 33, welche die
Differentialseitenwellen 27 bzw. 29 umgeben. Typischerweise sind Lagersätze (nicht gezeigt) auf den
Nabenbereichen 31 und 33 angebracht, um für eine Drehabstützung für den
Differentialgetriebemechanismus relativ zu dem äußeren Hauptgehäuse (in FIG. 1 ebenfalls nicht gezeigt) zu
sorgen.
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Während dem normalen Geradeaus-Betrieb des Fahrzeugs tritt keine Differentialwirkung
zwischen der linken und der rechten Differentialseitenwelle 27 und 29 auf, und die Ritzel 19
drehen sich nicht relativ zu der Ritzelwelle 21. Deshalb drehen sich das Getriebegehäuse 11, die
Ritzel 19, die Seitenräder 23 und 25 und die Differentialseitenwellen 27 und 29 alle um die
Achse der Differentialseitenwellen 27 und 29 als eine feste Einheit.
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Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise, wenn das Fahrzeug eine Kurve
fährt, oder ein leichter Unterschied in der Reifengröße besteht, ist ein gewisser Grad an
Differentialwirkung zwischen den Seitenrädem 23 und 25 bis zu einem vorbestimmten
Drehzahlunterschied erlaubt. Oberhalb dieses vorbestimmten Wertes (beispielsweise oberhalb eines
Drehzahlunterschieds von 100 U/min zwischen den Seitenrädem), welcher anzeigt, daß ein
Durchdrehen eines Rades droht, ist es wünschenswert, die relative Drehung zwischen dem
Getriebegehäuse 11 und den Seiten rädem 23 und 25 zu verzögern, um eine übermäßige
Differentialwirkung zu verhindern.
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Um die Differentialwirkung zu verzögern, ist der Differentialgetriebemechanismus mit einer
Verriegelungsanordnung zum Verriegeln des Differentialgetriebesatzes und mit einer
Betätigungsanordnung zum Betätigen der Verriegelungsanordnung versehen. Der allgemeine Aufbau
und die Funktionsweise der Verriegelungsanordnung und der Betätigungsanordnung sind dem
Fachmann bekannt und werden hier nur kurz beschrieben. Für eine detailliertere Beschreibung
der Verriegelungsanordnung und der Betätigungsanordnung sei auf US-Reissue 28 004 und
US 3 831 462 verwiesen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform umfaßt die Verriegelungsanordnung eine in FIG. 1
allgemein mit 35 bezeichnete Kupplungsscheibengruppe. Unter Bezugnahme auf FIG. 2 umfaßt
die Kupplungsscheibengruppe 35 eine Mehrzahl von Kupplungsscheiben 37, die mit dem
Getriebegehäuse 11 keilverzahnt sind, sowie eine Mehrzahl von Kupplungsscheiben 39, die mit
dem Seitenrad 23 keilverzahnt sind. Unter erneuter Bezugnahme auf FIG. 1 umfaßt die
Verriegelungsanordnung ferner einen allgemein mit 41 bezeichneten Nockenmechanismus. Wie es
sich für den Fachmann auf dem Gebiet der Sperrdifferentiale versteht, besteht die
Hauptfünktion des Nockenmechanismus 41 darin, eine Bewegung der Kupplungsscheibengruppe 35 aus
dem in FIG. 2 gezeigten Außereingriffs-Zustand in einen Eingriffs-Zustand (hier nicht gezeigt)
zu bewirken. In dem Eingriffs-Zustand bewirkt die Kupplungsscheibengruppe 35 eine
Verzögerung der relativen Drehung zwischen dem Getriebegehäuse 11 und dem Seitenrad 23,
wodurch die Differentialwirkung zwischen den Seitenrädem 23 und 25 verzögert und minimiert
wird.
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Der Nockenmechanismus 41 umfaßt das Seitenrad 23 und ein Rauptnockenbauteil 43. Das
Seitenrad 23 weist eine Nockenfläche 45 auf, und das Nockenbauteil 43 weist eine
Nockenfläche 47 auf (siehe FIGN. 2, 6 und 7). Das Nockenbauteil 43 weist auch einen Satz von
Außenzähnen 49 auf, deren Funktion nachfolgend beschrieben wird. Während des normalen
Geradeaus-Betriebs des Fahrzeugs, in welchem nur eine geringe oder gar keine Differentialwirkung
auftritt, verbleiben die Nockenflächen 45 und 47 in der in FIG. 1 dargestellten Neutralstellung,
wobei sich das Nockenbauteil 43 und das Seitenrad 23 mit der gleichen Drehzahl drehen. Eine
Bewegung der Kupplungsscheibengruppe 35 in die Eingriffsstellung wird erzielt, indem die
Drehung des Nockenbauteils 43 relativ zu dem Seitenrad 23 verzögert wird, was ein
"Abgleiten" der Nockenflächen 45 und 47 bewirkt, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Dieses
Abgleiten führt zu einer Axialbewegung des Nockenbauteils 43 in FIG. 1 nach links, wodurch
der Eingriff der Kupplungsscheibengruppe 35 beginnt.
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Unter hauptsächlicher Bezugnahme auf die FIGN. 6 und 7 umfaßt die Nockenfläche 47 eine
Mehrzahl von abwechselnden ansteigenden Flächenbereichen 47a und abfallenden
Flächenbereichen 47b. Es sollte sich verstehen, daß die Begriffe "ansteigend" und "abfallend" sich auf
eine angenommene Bewegung im Gegenuhrzeigersinn um das Nockenbauteil 43 herum
beziehen. Jeder der ansteigenden Flächenbereiche 47a trifft sich mit dem nächsten (in einer Richtung
entgegen dem Uhrzeigersinn) abfallenden Flächenbereich 47b an einer Spitze 47c, während er
von dem vorhergehenden abfallenden Flächenbereich 47b durch eine flache Talfläche 47d
getrennt ist. Jeder der ansteigenden Flächenbereiche 47a ist mit einem Plateaubereich 47e
versehen, während jeder der abfallenden Flächenbereiche 47b mit einbem Plateaubereich 47f
versehen ist, wobei die Plateaubereiche in axialer Richtung leicht von dem benachbarten
Flächenbereich hervorstehen. Die Anordnung der Nocken und Plateaus, wie sie in den FIGN. 6 und 7
veranschaulicht und hier beschrieben ist, wird in Sperrdifferentialen, die von dem Inhaber der
vorliegenden Erfindung hergestellt werden, kommerziell verwendet und ist in US 4 389 909
detaillierter veranschaulicht und beschrieben. Wie aus FIG. 7 ersichtlich ist, bestimmt jeder der
ansteigenden Flächenbereiche 47e und 47f einen Nockenwinkel A relativ zu einer Querfläche.
Um die Drehung des Nockenbauteil 43 relativ zu dem Seitenrad 23 zuverzögern, umfaßt der
Mechanismus einen allgemein mit 51 bezeichneten Verzögerungsmechanismus, welcher die
Betätigungsanordnung zum Betätigen der Verriegelungsanordnung bildet. Es sollte für den
Fachmann ersichtlich werden, daß innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung viele
unterschiedliche Konfigurationen und Typen von Verzögerungsmechanismen verwendet
werden können. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Verzögerungsmechanismus 51 als
Fliehgewichtsbolzen-Verzögerungsmechanismus ausgebildet, wie er detaillierter in US-
Reissue 28 004 veranschaulicht und beschrieben ist. Der Verzögerungsmechanismus 51 ist
innerhalb des Getriebegehäuses 11 montiert, um sich um seine eigene Achse zu drehen, und er
umfaßt einen zylindrischen Fliehgewichtsbolzenabschnitt 53. Der Verzögerungsmechanismus
51 weist ferner einen außenverzahnten Bereich 55 auf, welcher in Eingriff mit den
Außenzähnen 49 des Nockenbauteils 43 steht. Falls eine Differentialwirkung zwischen den
Differentialseitenwellen 27 und 29 aufzutreten beginnt, beginnen im Betrieb sich das Seitenrad 23 und das
Nockenbauteil 43 übereinstimmend mit einer Drehzahl zu drehen, die sich von derjenigen des
Getriebegehäuses 11 unterscheidet, was dazu führt, daß sich der Verzögerungsmechanismus
51 mit einer Drehzahl, welche eine Funktion des Ausmaßes der Differentialwirkung ist, um
seine eigene Achse zu drehen beginnt. Wenn die Drehzahl des Mechanismus 51 zunimmt,
bewirkt die Zentriftigalkraft, daß sich die Fliehgewichtsbolzen 53 nach außen bewegen, bis einer
der Fliehgewichtsbolzen in Eingriff mit einem Stopmechanismus (hier nicht gezeigt) tritt, was
eine weitere Drehung des Mechanismus 51 verhindert. Wenn der Verzögerungsmechanismus
51 seine Drehbewegung beendet, bewirkt der Eingriff des verzahnten Bereichs 55 mit den
Zähnen 49, daß sich das Nockenbauteil 43 mit der gleichen Drehzahl wie das Getriebegehäuse
11 dreht (welche sich von der Drehgeschwindigkeit des Seitenrades 23 unterscheidet), was zu
einem Abgleiten und einem beginnenden Eingriff der Kupplungsscheibengruppe 35 führt.
Aktive und inaktive Kupplungsscheiben
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Unter weiterer Bezugnahme auf FIG. 1 ist eine allgemein mit 57 bezeichnete
Kupplungsscheibengruppe vorgesehen, welche eine Mehrzahl von mit dem Getriebegehäuse 11 keilverzahnten
Kupplungsscheiben und eine Mehrzahl von mit dem Seitenrad 25 keilverzahnten
Kupplungsscheiben umfaßt. In FIG. 1 tragen die einzelnen Kupplungsscheiben keine Bezugszeichen. Das
Kupplungspaket 57 sollte als aus inaktiven Scheiben bestehend verstanden werden, wobei
dieser Begriff im Abschnitt HINTERGRUND DER OFFENBARUNG definiert wurde. Unter
hauptsächlicher Bezugnahme auf die FIGN. 2 und 3 sind zusätzlich auch alle
Kupplungsscheiben
37 und 39 inaktive Scheiben. Bei der vorliegenden Ausführungsform übertragen die
inaktiven Scheiben in der Kupplungsscheibengruppe 57 zusammen mit den inaktiven Scheiben 37
und 39 in der Kupplungsscheibengruppe 35 einen Großteil des Gesamtdrehmoments, welches
von dem Getriebegehäuse 11 auf die Seitenräder 23 und 25 übertragen wird. Wie es sich für
den Fachmann versteht, ist das Drehzahlübertragungsvermögen von Kupplungsscheiben
allgemein proportional zu der Fläche des Reibeeingriffs. Bei der vorliegenden Ausführungsform
sind fünf inaktive Scheiben in der Kupplungsscheibengruppe 57 und fünf inaktive Scheiben in
der Kupplungsscheibengruppe 35 vorgesehen, was insgesamt zehn inaktive Scheiben ausmacht.
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Unter hauptsächlicher Bezugnahme auf die FIGN. 2 und 3 ist eine allgemein mit 61
bezeichnete aktive Scheibengruppe in Wirkverbindung mit dem Nockenmechanismus 41 und
insbesondere in Wirkverbindung mit dem Hauptnockenbauteil 43 vorgesehen. Die aktive
Scheibengruppe 61 umfaßt eine Scheibe 63, welche in keilverzahntem Eingriff mit einem von dem
Hauptnockenbauteil 43 gebildeten Satz Außenkeilzähne 65 zwecks Drehung damit steht. Axial
zwischen der Scheibe 63 und dem Hauptnockenteil 43 ist eine Scheibe 67 angeordnet. Deshalb
bilden die Scheiben 63 und 67 (und manchmal die benachbarte Scheibe 37) die aktiven
Scheiben. Die bisher veranschaulichte und beschriebene Struktur stellt das herkömmliche
Sperrdifferential und die typischerweise darin verwendeten aktiven und inaktiven Scheiben dar. Ebenso
ist typisch, daß alle Scheiben in den inaktiven Kupplungsscheibengruppen 35 und 57 und in der
aktiven Kupplungsscheibengruppen 61 blanke gepreßte Stahlscheiben sind, wobei sie vielleicht
ein in die Scheibenfläche geprägtes Muster aufweisen, um den Reibeeingriff zwischen
benachbarten Scheibenflächen zu verbessern.
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Unter hauptsächlicher Bezugnahme auf FIG. 4 ist ein entscheidender Aspekt der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. In FIG. 4 umfaßt die aktive Scheibengruppe 61 die Scheibe 63,
welche mit dem Nockenbauteil 43 keilverzahnt ist. Jedoch wurde in FIG. 4 die blanke
Stahlscheibe 67 durch eine allgemein mit 71 bezeichnete Scheibenanordnung ersetzt. Die
Scheibenanordnung 71 umfaßt ein Scheibenbauteil 73, welches im wesentlichen identisch zu der in FIG.
3 gezeigten Scheibe 67 sein kann, außer daß bei dem Scheibenbauteil 73 kein Muster in eine
der beiden Scheibenflächen (d.h. entweder in die linke oder in die rechte Fläche) eingepragt ist.
Statt dessen ist das Scheibenbauteil 73 auf beiden Seiten mit einer Lage aus pyrolytischem
Kohlenstoff-Reibungsmaterial 75 versehen. Beispielhaft und nicht beschränkend soll das
"pyrolytische Kohlenstoff"-Reibungsmatenal ein aus Kohlenstoffasern gebildetes Substrat sein,
wobei die Fasern mit einem mittels CVD-Abscheidung aufgebrachten Uberzug aus Kohlenstoff
versehen sind, so daß das sich ergebende Reibungsmaterial eine relativ offene Maschenstruktur
aufweist, so daß die Oberflächentextur des Substrats immer noch erkennbar ist, nachdem der
Kohlenstoffiiberzug aufgebracht wurde. Solch ein pyrolytisches Kohlenstoff-Reibungsmaterial
ist in US 4 700 823 detaillierter beschrieben und veranschaulicht. Es sollte sich verstehen, daß
der Begriff "pyrolytischer Kohlenstoff", wie er im folgenden und in den anhängenden
Ansprüchen verwendet wird, jegliches Reibungsmaterial umfassen soll, welches von der Art ist, wie es
in US 4 700 823 veranschaulicht und beschrieben ist oder im Rahmen der Ansprüche dieses
genannten Patents liegt, oder welches die Eigenschaft aufweist, daß der Reibungskoeffizient
mit ansteigender Temperatur nicht wesentlich abnimmt. Es wird bevorzugt, jedoch ist es nicht
für die vorliegende Erfindung wesentlich, daß das Material, welches "pyrolytischen
Kohlenstoff" zu Zwecken der vorliegenden Erfindung umfaßt, einen Reibungskoeffizient aufweist,
welcher mit steigender Temperatur tatsächlich ansteigt.
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Im Gegensatz dazu soll der Begriff "nicht-pyrolytischer Kohlenstoff", wie er hier und in den
anhängenden Ansprüchen bezüglich eines Reibungsmaterials, einer Kupplungsscheibe oder
einer Kupplungsfläche verwendet wird, jedes solche Material, Scheibe oder Fläche umfassen,
welches bzw. welche nicht "pyrolytischen Kohlenstoff", wie er oben definiert wurde, umfaßt.
Demzufolge ist bei der in FIG. 4 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die
Kupplungsscheibe 63, welche beispielshalber nur als blanke Stahlscheibe beschrieben wurde,
eine "nicht-pyrolytische Kohlenstoff"-Scheibe oder eine Scheibe mit "nicht-pyrolytischen
Kohlenstoff"-Reibungsflächen. Im Falle einer blanken Stahlscheibe bezeichnet natürlich der Begriff
"nicht-pyrolytisches Kohlenstoff"-Reibungsmaterial in der Realität die Abwesenheit eines
jeglichen der blanken Stahlscheibe hinzugefügten Reibungsmaterials, d.h. die blanke Oberfläche der
Scheibe ist das "Reibungsmaterial".
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Während der Entwicklung des Sperrdifferentials gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die
aktive Kupplungsscheibengruppen gemäß FIG. 4 ausgeführt wurde, stellte sich heraus, daß
eine ansteigende Temperatur nicht zu einer verlängerten Eingriffszeit und einem verringerten
Drehmomentübertragungsvermögen führt, wie dies bei bekannten Sperrdifferentialen der Fall
war. Ferner ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, den Anstieg der Eingriffszeit mit
dem Drehmomentübertragungsvermögen zu vermeiden, ohne daß das
Gesamtdrehmomentübertragungsvermögen des Sperrdifferentials abnimmt. Dieser Aspekt der Erfindung
wird nachfolgend beschrieben.
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Es ist aus der oben erwähnten US 4 700 823 bekannt, pyrolytisches
Kohlenstoff-Reibungsmaterial auf einer wesentlichen Anzahl von Reibungsflächen innerhalb der
Kupplungsscheibengruppen eines schlupfbegrenzenden Differentials zu verwenden. Wie aus FIG. 4 ersichtlich ist,
erhöht jedoch das Hinzufügen von pyrolytischem Kohlenstoff-Reibungsmaterial auf beiden
Reibungsflächen des Scheibenbauteils 73 die axiale Gesamtdicke der Scheibenbaugruppe 71
wesentlich (obschon FIG. 4 nicht "maßstabsgerecht" sein soll). Folglich würde, ausgehend
davon, daß der gesamte axiale Raum zwischen dem Hauptnockenbauteil 43 und dem
Getriebegehäuse
11 in der Art beschränkt ist, wie dies in FIG. 2 veranschaulicht ist, das Hinzufügen einer
Lage aus pyrolytischem Kohlenstoff-Reibungsmaterial an beiden Seiten einer jeden Scheibe
oder selbst jeder zweiten Scheibe dazu führen, daß die gewünschte Gesamtanzahl von
Scheiben nicht mehr in dem vorgegebenen Raum untergebracht werden könnte. Beispielsweise sind
in FIG. 2 fünf inaktive Scheiben in der Kupplungsscheibengruppe 35 und drei aktive Scheiben
in der aktiven Gruppe 61 vorgesehen, was insgesamt acht Scheiben sind. Bei der vorliegenden
Ausführungsform würde das Hinzufügen von pyrolytischem Kohlenstoff zumindest jeder
zweiten Scheibe, wie dies in US 4 700 823 vorgeschlagen wurde, zumindest zu einem
"Verlust" von mindestens einer der inaktiven Scheiben 37 oder 39 führen. Dies würde zu einem
Verlust von zwei Paaren von zusammenwirkenden Reibeflächen aus insgesamt vier Paaren von
Reibeflächen in der Drehmoment übertragenden inaktiven Gruppe 35 führen, was zu einem
Verlust von etwa 50% des Drehmomentübertragungsvermögens der inaktiven Scheiben in der
Kupplungsscheibengruppe 35 führen würde.
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Nachdem im Betrieb das Sperrdifferential gemäß der vorliegenden Erfindung einige
Eingriffsvorgänge durchlaufen hat, wodurch sich die Temperatur der Kupplung erhöht, erhöht sich der
Reibungskoeffizient der pyrolytischen Kohlenstoffiagen 75 tatsächlich mit ansteigender
Temperatur (siehe FIG. 5). Wenn sich der Reibungskoeffizient erhöht, verkürzt sich tatsächlich die
Eingriffszeit der Kupplungsscheibengruppe 35 (d.h. es ergibt sich ein kürzeres ΔT, bis der
Eingriff auftritt). Als ein Ergebnis dieser Veränderungen mit der Temperatur erhöht sich
tatsächlich das Gesamtdrehmomentübertragungsvermögen des Differentials (d.h. das maximale
Drehmoment, bis ein Schlupf auftritt) bei wiederholter Benutzung. Deshalb erfolgt hier die
Bezugnahme auf ein "einstellbares" Sperrdifferential, was nur bedeutet, daß bei wiederholter
Benutzung und ansteigender Temperatur sich die Eingriffszeit verkürzt und das
Gesamtdrehmomentübertragungsvermögen ansteigt.
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Während der Entwicklung der vorliegenden Erfindung und gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß im Falle, daß die aktive
Kupplungsscheibengruppe erfindungsgemäß wie in FIG. 4 dargestellt ausgeführt wird, es zu bevorzugen ist, den
Nockenmechanismus 41 abzuändern. Insbesondere wurde beobachtet, daß sich aufgrund der
Verwendung des pyrolytischen Kohlenstoff-Reibungsmaterials 75 eine schnellere Eingriffsrate
ergibt.
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Deshalb stellte sich heraus, daß es zu bevorzugen ist, den Nockenwinkel A zu vergrößern, um
die erhöhte Aggressivität auszugleichen, die mit der Verwendung des pyrolytischen
Kohlenstoff-Reibungsmaterials in den aktiven Scheiben verbunden ist. Insbesondere wurde bei der
vorliegenden Ausführungsform der Nockenwinkel A um etwa ein Grad für jedes
Scheibenbauteil mit pyrolytischem Kohlenstoff auf seinen Kupplungsflächen erhöht. Deshalb wurde, wie in
FIG. 4 gezeigt, bei nur einer einzelnen Scheibe 73, die mit pyrolytischem Kohlenstoff versehen
ist, der Nockenwinkel A des Nockenbauteils 43 von etwa 12,5 Grad auf etwa 13,5 Grad
vergrößert. Wie es dem Fachmann nun bekannt ist, kann, falls der Eingriff der
Kupplungsscheibengruppe in einem Sperrdifferential zu schnell auftritt, beispielsweise in
weniger als 0,1 Sekunden, das Differential zwischen dem verriegelten und dem unverriegelten
Zustand oszilieren. Falls andererseits der Eingriff der Kupplungsscheibengruppe mehr als etwa
eine Sekunde erfordert, kann das über die sich während dieser Zeitdauer relativ bewegenden
Kupplungsscheiben übertragene Drehmoment hinreichend sein, um die Kupplung zu
verbrennen, wodurch sie für nachfolgende Eingriffsvorgänge unbrauchbar wird. Folglich ist das
Einstellen des Nockenwinkeis A zwecks Kompensation der Verwendung des pyrolytischen
Kohlenstoff-Reibungsmaterials in der aktiven Kupplungsscheibengruppe 61 ein wesentlicher
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Die Erfindung wurde in der vorhergehenden Beschreibung sehr detailliert beschrieben, und es
wird angenommen, daß sich für den Fachmann aus dieser Beschreibung verschiedene
Abänderungen und Modifikationen der Erfindung ergeben. Alle solchen Abänderungen und
Modifikationen sollen in der Erfindung eingeschlossen sein, insofern sie im Rahmen der anhängenden
Ansprüche liegen.