DE69909350T2

DE69909350T2 - Differential mit elektronisch steuerbarer Schlupfbegrenzung

Info

Publication number: DE69909350T2
Application number: DE69909350T
Authority: DE
Inventors: James L. Ashley Forrest; Robert Fort Wayne Leeper
Original assignee: Auburn Gear Inc
Current assignee: Auburn Gear Inc
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: US5989147A; AU712388B2; EP0939247A3; AU1837499A; EP0939247A2; CA2262220A1; CA2262220C; DE69909350D1; EP0939247B1; US6019694A

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Differentiale und insbesondere die Traktion verbessernde Differentiale.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Differentiale sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und gestatten einem Paar von mit einer Eingangswelle betrieblich gekoppelten Ausgangswellen, sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu drehen, so dass es dem betreffenden, mit einer zugehörigen Ausgangswelle gekoppelten Rad ermöglicht ist, mit der Straße in Traktion zu bleiben, während sich das Fahrzeug eine Kurve fährt. Eine derartige Vorrichtung verteilt im wesentlichen das durch die Eingangswelle bereitgestellte Drehmoment auf die Ausgangswellen. Allerdings ist der Bedarf für ein Differential allgemein anerkannt, das die differentielle Drehung zwischen den Ausgangswellen begrenzt, um auch auf rutschigen Oberflächen Traktion bereitzustellen.
Das vollständig offene Differential, das heißt ein Differential ohne Kupplungen oder Federn, ist unter rutschigen Einsatzbedingungen, bei denen ein Rad einen erheblich niedrigeren Reibungskoeffizienten hat als das andere Rad, beispielsweise wenn ein Rad des Fahrzeuges auf einer Eisfläche und das andere Rad auf einem trockenen Untergrund angeordnet ist. Bei einer solchen Einsatzbedingung verliert das den geringeren Reibungskoeffizienten aufweisende Rad die Traktion, und ein kleiner, diesem Rad zugeführte Anteil des Drehmoments verursacht ein „Durchdrehen" dieses Rades. Da der maximale Anteil an Drehmoment, der an dem Rad mit Traktion aufgebracht werden kann, gleich dem Drehmoment an dem Rad ohne Traktion, das heißt dem durchrutschenden Rad, ist, ist es dem Antrieb unmöglich, überhaupt ein Drehmoment zu entwickeln, und dem Rad ohne Traktion ist es nicht möglich, sich zu drehen. Es wurden eine Anzahl von Verfahren entwickelt, den Schlupf von Rädern unter derartigen Bedingungen zu begrenzen.
Frühere Verfahren zur Schlupfbegrenzung zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Differentialgehäuse verwenden einen Reibungskupplungmechanismus, entweder Kupplungsscheiben oder eine kegelstumpfartige Eingreifstruktur, und einen Vorspannmechanismus, üblicherweise eine Feder, um eine anfängliche Vorspannung zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Differentialgehäuse zu erzeugen. Bei Verwendung einer Reibungskupplung mit einer anfänglichen Vorspannung, beispielsweise einer Feder, kann ein minimaler Anteil an Drehmoment immer auf das traktionsbehaftete Rad geleitet werden, das heißt auf das auf einem trockenen Untergrund angeordnete Rad. Das anfängliche Drehmoment erzeugt getrieberadtrennende Kräfte, die weiterhin mit der Reibungskupplung in Eingriff kommen und zusätzliches Drehmoment entwickeln. Beispiele von derartigen schlupfbegrenzten Differentialen sind in den US-Patenten Nr. 4,612,825 (Engel), 5,226,861 (Engel) und 5,556,344 (Fox) offenbart, die auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen worden und hierin ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
Die anfängliche Vorspannung führt zum Entstehen von getrieberadtrennenden Kräften, die weiterhin eine Bremswirkung zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Differentialgehäuse hervorrufen. Im allgemeinen sind getrieberadtrennende Kräfte Kräfte, die bei einem beliebigen Satz von ineinandergreifenden Getrieberädern durch das Beaufschlagen mit Drehmoment auf die Getrieberäder hervorgerufen werden und dazu neigen, die Getrieberäder zu trennen. Bei einem Differential führt die Entwicklung von Drehmoment zu getrieberadtrennenden Kräften, die dazu neigen, die seitlichen Kegelräder von den Antriebskegelrädern zu trennen. Falls ein Rad auf einer Oberfläche mit einem geringen Reibungskoeffizienten ist, erzeugt die anfängliche Vorbelastung einen gewissen Kontakt und reibungsmäßigen Eingriff zwischen dem Differentialgehäuse und dem zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Differentialgehäuse angeordneten Kupplungsmechanismus, um dem Antrieb zu gestatten, dem Traktion aufweisenden Rad Drehmoment zuzuführen. Dieser anfängliche Drehmomentsübertrag ruft bei den seitlichen Kegelrädern getrieberadtrennende Kräfte hervor, die dazu neigen, die seitlichen Kegelräder voneinander zu trennen, um den Kupplungsmechanismus mit dem Gehäuse weiter kraftschlüssig in Eingriff zu bringen. Der erhöhte kraftschlüssige Eingriff der Kupplung gestattet die Entwicklung von mehr Drehmoment, so dass die getrieberadtrennenden Kräfte weiter erhöht werden und den Schlupf zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Differentialgehäuse begrenzen.
Allerdings befinden sich derartige vorgespannte Kupplungen üblicherweise immer im Eingriff und sind daher verschleißanfällig, was unerwünschte Reparatur- und Austauschkosten verursacht. Zusätzlich setzen derartige Kupplungsanordnungen üblicherweise Federmechanismen ein, die zu den Kosten und der Schwierigkeit der Herstellung hinzuzuzählen sind.
Weiterhin kann eine vorgespannte Kupplungsanordnung die Ausgangswellen in Situationen miteinander koppeln, bei denen eine differentielle Drehung notwendig ist. Falls beispielsweise das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, wenn die Räder ausrei chend mit der Straßenoberfläche in Eingriff sind und ein ausreichender Anteil an Drehmoment entwickelt wird, neigt das Differential dazu, aufgrund der Wirkung der durch das aufgewendete Drehmoment erzeugten getrieberadtrennenden Kräfte die Ausgangswellen miteinander zu koppeln. Dies kann beispielsweise bei Kurvenfahrten auf Oberflächen mit einem großen Reibungskoeffizienten während der Beschleunigung auftreten. Auch wenn differentielle Drehung erforderlich ist, koppeln bei einem derartigen Fall das Drehmoment und die getrieberadtrennenden Kräfte die beiden Ausgangswellen miteinander und führen dazu, dass ein Rad verzögert und über die Straßenoberfläche rutscht. Dieses Problem des besonders bei hinterradangetriebenen Fahrzeugen während Kurvenfahrten unter Beschleunigung von Bedeutung, da der nahe des verzögernden Rades liegende Teil des Fahrzeugs dazu neigt, sich unkontrolliert zu bewegen.
Ein anderes Verfahren zum Begrenzen des Schlupfes umfasst den Eingriff eines Reibungskupplungmechanismus zwischen den seitlichen Kegelrädern und dem Differentialgehäuse auf der Grundlage des Unterschiedes bei den Drehgeschwindigkeiten zwischen den beiden Ausgangswellen. Diese Vorgehensweise einsetzende schlupfbegrenzte Differentiale werden als geschwindigkeitsabhängige Differentiale eingruppiert. Die Reibungskupplung kann durch verschiedene hydraulische Pumpenanordnungen betätigt werden, die außerhalb des Differentialgehäuses angeordnet oder aus Elementen aufgebaut sein können, die innerhalb des Differentialgehäuses angeordnet sind. Allerdings sind derartige Mechanismen üblicherweise kompliziert und zu den Kosten und der Schwierigkeit der Herstellung hinzuzuzählen. Weiterhin sind geschwindigkeitsabhängige Differentiale „reaktiv", das heißt, sie reagieren erst, nachdem ein Rad bereits die Traktion verloren hat.
Ein Verfahren zur Schlupfbegrenzung gemäß dem Stand der Technik verwendet einen Fliehkraftregler in Verbindung mit einer Kupplungsanordnung, wobei der Regler die Kupplungsanordnung betätigt, wenn eine vorbestimmte differentielle Rotationsrate detektiert wird. Allerdings sind derartige Anordnungen benutzende Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik so ausgelegt, dass der Regler nahezu verzögerungsfrei extrem hohe Kopplungsdrehmomente auf die Ausgangswellen leitet, so dass die beiden Ausgangswellen häufig miteinander gekoppelt werden. Ein Auftreten von koppelnden Drehmomenten auf diese Art und Weise führt zu sehr hohen Belastungen an den Ausgangswellen und kann zum Bruch der Ausgangswellen führen.
Die oben genannten Verfahren betätigen unter Benutzung von mechanischen oder hydraulischen Einrichtungen eine Kupplungsanordnung. Es ist erwünscht, das Betätigen einer Schlupfbegrenzungseinheit unter Verwendung von elektronischen Steuerungsverfahren zu steuern. Elektronische Steuerungsverfahren führen zu den Vorteilen einer genauen, zuverlässigen Steuerung innerhalb eines engen Steuerbereichs. Elektronische Steuerungsverfahren gestatten es auch, in einfacher Art und Weise Betriebsparameter zur ändern, beispielsweise durch Programmieren des elektronischen Steuerungssystems zur Reaktion auf einem bestimmten Bereich von differentiellen Geschwindigkeiten oder anderen Fahrzeugparametern wie die Stellung des Gaspedals.
Das US-Patent Nr. 5,156,578 (Hirota) offenbart eine verhältnismäßig komplexe Differentialanordnung mit Schlupfbegrenzung für ein vierradangetriebenes Fahrzeug, die drei verschiedene Differentialgetriebevorrichtungen aufweist: vorderseitige und rückseitige offene Differentialgetriebevorrichtungen und eine mittige schlupfbegrenzte Differentialgetriebevorrichtung mit einer Anzahl von Scheibenkupplungen, die durch Betätigen eines Elektromagneten miteinander in Eingriff gebracht werden. Die mittige Differentialgetriebevorrichtung verfügt über ein zylindrisches Gehäuse, das mit einem Tellerrad verbunden ist, welches mit einem Antriebsrad eines Antriebs in Eingriff steht. Um den inneren Umfang des zylindrischen Gehäuses herum ist ein Tellerrad ausgebildet, das mit einem äußeren Planetenrad in Eingriff steht, welches drehbar von einer Welle gehalten wird, die mit einem Planetenträger verbunden ist. Der Planetenträger hat ebenfalls eine daran angebrachte Welle, an der drehbar ein inneres Planetenrad angebracht ist, das als mit einem äußeren Planetenrad und einem Sonnenrad in Eingriff stehend offenbart ist. Als Reaktion auf die Betätigung durch einen Elektromagnet ist der Planetenträger selektiv kupplungsmäßig mit über eine Mehrscheibenkupplung mit dem zylindrischen Gehäuse in Eingriff. Als Reaktion auf diesen kupplungsmäßigen Eingriff wird eine Nockenstruktur aktiviert, die den Planetenträger unter Zusammendrücken der Mehrscheibenkupplung axial nach rechts zwingt, was direkten Einfluß zwischen dem Sonnenrad und dem zylindrischen Gehäuse hat, wodurch eine relative Drehung zwischen dem zylindrischen Gehäuse vermieden wird. An dem Planetenträger ist drehbar eine innere Hohlwelle angebracht, und eine äußere Hohlwelle, durch die sich die innere Hohlwelle erstreckt, ist drehbar mit dem Sonnenrad verbunden.
Die schlupfbegrenzte Differentialgetriebevorrichtung dieses Patents treibt die getrennte vorderseitige Differentialgetriebevorrichtung und rückseitige Differentialgetriebevorrichtung an. Das drehbare Gehäuse der vorderseitigen Differentialgetriebevorrichtung ist drehbar mit der inneren Hohlwelle verbunden, die sie antreibt. Die beiden vorderseitigen Antriebsachsen sind jeweils drehbar mit den innerhalb des Gehäuses angeordneten seitlichen Kegelrädern verbunden, wobei diese seitlichen Kegelräder mit um einen Kreuzzapfen angeordneten Antriebskegelrädern in Eingriff stehen, dessen Enden zur Drehung innerhalb des Gehäuses in der üblichen Art und Weise fixiert sind. Die Achse erstreckt sich durch die Hohlwellen und das Gehäuse. In ähnli cher Art und Weise sind die beiden rückseitigen Antriebsachsen innerhalb des drehbaren Gehäuses der rückseitigen Differentialgetriebevorrichtung drehbar mit den seitlichen Kegelrädern verbunden, die ebenfalls um einen Kreuzzapfen angeordnete Antriebskegelräder aufweist, dessen Enden zur Drehung mit einem drehbaren Differentialgehäuse fixiert sind. Das drehbare Gehäuse der rückseitigen Differentialgetriebevorrichtung ist über eine Antriebswelle angetrieben, die über ein Getriebe und eine Getriebevorrichtung zum Richtungswechsel mit der äußeren Hohlwelle verbunden ist.
Die in dem US-Patent Nr. 5,156,578 offenbarte Anordnung weicht von dem Gegenstand des Patentanspruches 1 darin ab, dass anstelle des Antriebskegelrades und der seitlichen Kegelräder wie beansprucht ein planetenähnliches Getriebe eingesetzt wird. Eine einzige, integrierte, elektrische steuerbare Differentialanordnung, die vergleichsweise wenig Bauraum erfordert, ist im Aufbau einfacher und treibt, falls gewünscht, direkt ihre jeweiligen Achsen an.
GB-A-2188382 offenbart ein steuerbares Differential gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Daher besteht Bedarf nach einem einfachen, langlebigen und zuverlässig steuerbaren Differential, das dem Traktion aufweisenden Rad effektiv Drehmoment zuführen kann.
Weiterhin wird ein steuerbares Differential benötigt, das dem Differential in Abhängigkeit einer vorbestimmten Differentationsbedingung einen vorbestimmten Betrag an Kopplungsdrehmoment zuführt.
Weiterhin wird ein steuerbares Differential benötigt, das elektronisch betätigbar ist, um eine präzise und zuverlässige Steuerung beim Zuführen von Drehmoment auf das Traktion aufweisende Rad bereitzustellen.
Weiterhin wird ein steuerbares Differential benötigt, das bei jedem elektronischen Betätigen eines Kupplungsmechanismus einen vorbestimmten Betrag an Kopplungsdrehmoment bereitstellt.
Weiterhin wird ein steuerbares Differential benötigt, das einen Betrag an Kopplungsdrehmoment bereitstellt, der von über elektronische Sensoren, beispielsweise Radgeschwindigkeitssensoren, erfassten Bedingungen abhängt.
Weiterhin wird ein steuerbares Differential benötigt, das für einen Geschwindigkeitsunterschied sensitiv ist, um die Schlupfbegrenzung oder die Koppelfunktion nur im Bedarfsfall bereitzustellen, das heißt Schlupfbegrenzung oder Kopplung, falls ein Rad die Traktion verloren hat, aber unter normalen Traktionsbedingungen als ein offenes Differential arbeitet.
Schließlich wird ein steuerbares Differential benötigt, das einen vorbestimmten Betrag an Kopplungsdrehmoment über eine vorbestimmte Zeitdauer als Reaktion auf einen Traktionsverlust bereitstellt.
Die Erfindung schafft in einer Ausbildung ein steuerbares Differential gemäß Patentanspruch 1.
Die oben genannten und weiteren Merkmale und Ziele der Erfindung sowie die Art und Weise, sie zu erzielen, werden offensichtlicher und die Erfindung selbst wird besser verständlich mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, bei denen
1 eine Schnittdarstellung eines steuerbaren Differentials ist, das durch die Patentansprüche nicht erfasst ist,
2 eine vergrößerte teilgeschnittene Schnittdarstellung von 1 ist, die das Differential in der ausgekuppelten Phase zeigt,
3 eine vergrößerte teilgeschnittene Schnittdarstellung von 1 ist, die das Differential in der Übergangsphase zeigt,
4 eine vergrößerte teilgeschnittene Schnittdarstellung von 1 ist, die das Differential in der Eingriffsphase zeigt,
5 eine perspektivische Darstellung des Kegelkupplungselementes ist, die den Nockenbereich und seine Rampenflächen zeigt,
6 eine perspektivische Darstellung des seitlichen Kegelrads ist, das den Nockenbereich und seine Rampenflächen zeigt,
7 eine Veranschaulichung der in Zusammenhang mit der Gestaltung der Nockenabschnitte zusammenhängenden Auslegungsfaktoren ist,
8 eine Schnittdarstellung eines zweiten steuerbaren Differentials ist, die Details des elektronischen Initialisierungsmechanismus zeigt,
9 eine Schnittdarstellung eines dritten Differentials ist, die einen variabel steuerbaren elektronischen Initialisierungsmechanismus zeigt,
10 eine Schnittdarstellung eines vierten steuerbaren Differentials mit einem alternativen Betätigungsverfahren, einem Rampenflächenmechanismus und einer zusätzlichen kegelstumpfartigen Eingriffstruktur ist,
11 eine schematische Darstellung der in 10 gezeigten Kugelrampe ist,
12 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der steuerbaren Differentials der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Gehäusekonstruktion zur Steuerung eines geschlossenen magnetischen Flusses, eines rampenartigen Mechanismus und einer Luftspaltanordnung ist,
13 eine teilgeschnittene Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 12 ist, die eine alternative Luftspaltanordnung zeigt,
14 eine vergrößerte Ansicht der Kugel- und Rampenanordnung des Differentials gemäß 12 im ausgekuppelten Zustand mit Schwerpunkt auf die nicht maßstäblich dargestellten spiralförmigen Schlitzprofile ist,
15 eine vergrößerte Ansicht der Kugel- und Rampenanordnung des Differentials gemäß 12 in einem teilweise im Eingriff befindlichen Zustand mit Schwerpunkt auf die nicht maßstäblich dargestellten spiralförmigen Schlitzprofile ist,
16 eine vergrößerte Ansicht der Kugel- und Rampenanordnung gemäß 12 im vollständig im Eingriff befindlichen Zustand mit Schwerpunkt auf die nicht maßstäblich dargestellten spiralförmigen Schlitzprofile ist,
17 eine tabellenmäßige Zusammenstellung von Kraft- und Drehmomentswerten für ein beispielhaftes Differential mit Eigenschaften ist, die zu einem Koppeln der Nockenabschnitte mit dem einer momentanen auslösenden Initialisierungskraft von 10 pound unterworfenen Kupplungselement führt,
18 ein Schaubild ist, das zeigt, wie der Wert der in 17 aufgelisteten Axialkraft des Kegelkupplungselementes mit qualitativ dargestellter Zeit zeitlich variiert,
19 eine tabellenmäßige Zusammenstellung von Kraft- und Drehmomentswerten für ein beispielhaftes Differential mit Eigenschaften ist, die zu einem Koppeln der Nockenabschnitte mit dem einer aufrechterhaltenen Initialisierungskraft von 10 pound ist,
20 ein Schaubild ist, das zeigt, wie der Wert der in 19 aufgelisteten Axialkraft des Kegelkupplungselementes mit qualitativ dargestellter Zeit zeitlich variiert,
21 eine tabellenmäßige Zusammenstellung von Kraft- und Drehmomentswerten für ein beispielhaftes Differential mit Eigenschaften ist, die zu einer Verhinderung des Koppelns der Nockenabschnitte mit dem einer momentanen auslösenden Initialisierungskraft von 10 pound unterworfenen Kupplungselement führt,
22 ein Schaubild ist, das zeigt, wie der Wert der in 21 aufgelisteten Axialkraft des Kegelkupplungselementes mit qualitativ dargestellter Zeit zeitlich variiert,
23 eine tabellenmäßige Zusammenstellung von Kraft- und Drehmomentswerten für ein beispielhaftes Differential mit Eigenschaften ist, die zu einer Verhinderung des Koppelns der Nockenabschnitte mit dem einer aufrechterhaltenen Initialisierungskraft von 10 pound ist,
24 ein Schaubild ist, das zeigt, wie der Wert der in 23 aufgelisteten Axialkraft des Kegelkupplungselementes mit qualitativ dargestellter Zeit zeitlich variiert, und
25 ein Schaubild ist, das den Multiplikationsfaktor darstellt, mit dem die Initialisierungskraft verstärkt wird, um die Axialkraft auf die Kupplung für gegebene Werte von CF × RF < 1 zu erhalten.
Unter Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1-4 umfasst ein schlupfbegrenztes Differential 10 ein Differentialgehäuse 12, das sich durch Zusammenbau von Gehäuseteilen 12a und 12b ergibt, um eine im wesentlichen zylindrische Struktur mit einem inneren Hohlraum 13 auszubilden. Der innere Hohlraum 13 ist so ausgebildet, dass er eine Differentialgetriebeanordnung aufnimmt und Abschlusswände umfasst, die an den innenseitigen Oberflächen der Gehäuseteile 12a, 12b ausgebildet sind. Die äußere Oberfläche des Gehäuses 12 umfasst einen Flansch 14, der an einer Seite desselben zum Verbinden des Differentials 10 mit einem antreibenden Tellerrad (nicht dargestellt) unter Benutzung herkömmlicher Mittel wie beispielsweise mit Gewinde versehener Befestigungen (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Das Gehäuse 12 umfasst weiterhin ein jedem Ende hohle Aufnahmenaben 16, 18, wobei an den Naben Ausnehmungen 20, 22 zur Aufnahme von Ausgangswellen 21, 23 ausgebildet sind.
Innerhalb des inneren Hohlraums 13 sind miteinander gekoppelt in Eingriff stehende Antriebskegelräder 28, 30 und seitliche Kegelräder 24, 26 angeordnet. Die Antriebskegelräder 28, 30 sind in einem rechten Winkel zu den seitlichen Kegelrädern 24, 26 angeordnet und drehbar um einen Kreuzzapfen 32 befestigt. Der Kreuzzapfen 32 ist in dem inneren Hohlraum 13 fixiert angeordnet, und zwar im wesentlichen in der Mitte des inneren Hohlraums 13. Der Kreuzzapfen 32 ist innerhalb des Gehäuses 12 feststehend so positioniert, dass sich die Antriebskegelräder 28, 30 mit dem Gehäuse 12 um die durch die Wellen 16, 18 definierte Achse 9 drehen. Die Antriebskegelräder 28, 30 können sich auch um die Achse 8 des Kreuzzapfens 32 drehen.
Die seitlichen Kegelräder 24, 26 sind axial ausgerichtet und innerhalb des Differentialgehäuses 12 zur Drehung um die horizontale Achse 9 drehbar angeordnet. Die seitlichen Kegelräder 24, 26 umfassen Zahnnabenprofile 25, 27, die in zugeordnete Zahnprofile der Ausgangswellen 21, 23 eingreifen. Die Grundbereiche und Erhebungsbereiche der seitlichen Kegelräder 24, 26 greifen verzahnend in die Grundbereiche und Erhebungsbereiche der Antriebskegelräder 28, 30 ein, so dass eine Differentiation zwischen dem Gehäuse 12 und den Ausgangswellen 21, 23 erfolgen kann. Weiterhin ist ein Hohlraum 31 zwischen den seitlichen Kegelrädern 24, 26 angeordnet.
Das seitliche Kegelrad 24 umfasst weiterhin einen länglichen Abschnitt 33. Der längliche Abschnitt 33 umfasst einen Endabschnitt 35, der eine Druckscheibe 37 berührt, die wiederum mit einer Fläche 38 des Gehäusesteiles 12a in Kontakt ist. Die äußere Oberfläche des länglichen Abschnittes 33 umfasst weiterhin eine Nut 34, die passgenau einen Sprengring 39 aufnimmt. Wie in 1-4 dargestellt, ist der Sprengring 39 benachbart einer Gehäusefläche 46 angeordnet und berührt auf der anderen Seite eine Tellerfeder (Belleville-Feder) 49.
Wie insbesondere in 6 dargestellt verfügt das seitliche Kegelrad 24 über einen Nockenbereich 36, der Rampenflächen 36a aufweist, die um die Achse des seitlichen Kegelrads 24 angeordnet sind. Wie weiter unten näher beschrieben berühren und wechselwirken der Nockenbereich 36 und die Rampenflächen 36a mit einem Nockenbereich 56 und Rampenflächen 56a eines Kegelkupplungselementes 50, um, wie in 1 zu erkennen ist, das Kegelkupplungselement 50 in Bezug auf das seitliche Kegelrad 24 axial nach links zu bewegen, wenn der Kupplungsmechanismus des vorliegenden schlupfbegrenzten Differentials elektronisch betätigt wird. Das seitliche Kegelrads 24 bewegt sich axial auch in die gegenüberliegende Richtung. Allerdings ist das Ausmaß des Weges durch die Antriebskegelräder 28 und 30 begrenzt.
Der Nockenbereich 36 wirkt mit einem ähnlich eingerichteten Nockenbereich des Kupplungsmechanismus, der das Kegelkupplungselement 50 und ein Einsatzstück 40 umfasst, zusammen. Das Kegelkupplungselement 50 ist zwischen dem seitlichen Kegelrad 24 und dem Einsatzstück 40 angeordnet und dazu eingerichtet, unter Kraftschluss Drehmoment von dem Differentialgehäuse 12 auf das seitliche Kegelrad 24 zu übertragen. Wie in 1-5 dargestellt weist das Kegelkupplungselement 50 ein ringförmiges Element mit einem im wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf. Das Kegelkupplungselement 50 verfügt über eine kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 55, die dazu eingerichtet ist, kraftschlüssig mit einer kegelstumpfartig ausgebildeten Eingrifffläche 43 des Einsatzstückes 40 in Kontakt zu kommen. Das Kegelkupplungselement 50 ist weiterhin mit einem Abschnitt 52 ausgebildet, der benachbart des länglichen Abschnittes 33 des seitlichen Kegelrades 24 angeordnet ist. Der Abschnitt 52 weist Flächen 53 auf, die an der Tellerfeder 49 anliegen. In der in 2 dargestellten ausgekoppelten Stellung drängt die Tellerfeder 49 das Kegelkupplungselement 50 nach rechts, so dass die kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 55, wie durch den Spalt 45 dargestellt, gerade nicht in Kontakt mit der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 43 ist.
Wie in 5 dargestellt weist das Kegelkupplungselement 50 auch einen Nockenbereich 56 mit Rampenflächen 56a auf, die um die Achse des Kegelkupplungselementes 50 angeordnet sind. Die Rampenflächen 56a sind komplementär zu den Rampenflächen 36a ausgebildet, so dass in dem ausgekoppelten Zustand die Rampenflächen 36a und 56a ineinandergreifend im Eingriff und vollständig ineinander passend angeordnet sind und so verbleiben, solange sich das Kegelkupplungselement 50 und das seitliche Kegelrad 24 mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Wenn sich jedoch das Kegelkupplungselement 50 und das seitliche Kegelrad 24 mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen, reiten die Rampenflächen 36a und 56a aufeinander auf, um dadurch dem Kegelkupplungselement 50 und dem seitlichen Kegelrad 24 axiale Trennungskräfte zuzuführen. Wie weiter unten näher erläutert, wird diese Eigenschaft in Verbindung mit der Initialisierungskraft verwendet, um das Kegelkupplungselement 50 vollständig in Eingriff zu bringen und einen vorbestimmten Betrag an Drehmoment immer dann zu übertragen, wenn die Initialisierungskraft aufgewendet wird.
Das Kegelkupplungselement 50 verfügt weiterhin über einen Abschnitt 51, der nahe des Gehäusesteiles 12a und des inneren Abschlusses 62 des Elektromagneten 60 angeordnet ist. In der in 2 dargestellten ausgekoppelten Stellung, bei der das Kegelkupplungselement durch die Tellerfeder 49 nach rechts gezwungen wird, gibt es zwischen dem Kupplungselementabschnitt 51 und dem inneren Abschluss 62 einen Spalt 63 ( 2). Wenn das Kegelkupplungselement 50 durch den Elektromagneten 60 mit einer Initialisierungskraft beaufschlagt wird, bewegt sich das Kegelkupplungselement 50 nach links und verringert die Größe des Spaltes 63.
Das Einsatzstück 40 ist zwischen dem Kegelkupplungselement 50 und dem Gehäuseteil 12b angeordnet und bezüglich Drehung fixiert, so dass er sich nicht drehen kann, axial jedoch in Bezug auf das Gehäuse 12 bewegbar ist. Das Einsatzstück 40 verfügt über einen Abschlussbereich 41, der in Richtung des Gehäuseteiles 12a und des von dem Gehäuseteil 12a wegweisend ausgerichteten Abschlussbereiches 42 angeordnet ist. Die Tellerfeder 48 ist zwischen dem Gehäuseteil 12a und dem Abschlussbereich 41 des Einsatzstückes 40 angeordnet, um dadurch das Einsatzstück 40 in 1-4 nach rechts zu bewegen. Das Einsatzstück 40 verfügt weiterhin über eine kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 43, die dazu eingerichtet ist, unter Kraftschluss mit der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 des Kegelkupplungselementes 50 in Eingriff zu kommen, um kraftschlüssig zwischen den Flächen 43 und 55 Drehmoment zu übertragen.
Gemäß dem oben Gesagten ist ersichtlich, dass, wenn die Schlupfbegrenzung nicht aktiviert ist, die Tellerfeder 49 das Kegelkupplungselement 50 nach rechts drängt, so dass die kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55 ausgekuppelt bleiben und das Differential 10 als ein offenes Differential arbeitet. Wenn jedoch die Schlupfbegrenzung gewünscht wird, beaufschlagt der Elektromagnet 60 das Kegelkupplungselement 50 mit einer Initialisierungskraft, die, wie aus 1-4 ersichtlich, das Kegelkupplungselement 50 zu einer Bewegung nach links zwingt und zu einer Wechselwirkung zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 53 und 55 führt, um einen momentanen Unterschied in der Drehgeschwindigkeit des seitlichen Kegelrades 24 und des Kegelkupplungselementes 50 zu verursachen. Die Nockenabschnitte 36 und 56 kommen dann in Wechselwirkung, um den Kupplungsmechanismus in Eingriff zu bringen und einen vorbestimmten Betrag an Drehmoment von dem Gehäuse 12 auf das seitliche Kegelrad 24 zu übertragen.
Die Initialisierungskraft drängt in 1-4 das Kegelkupplungselement 50 zu Beginn nach links, um kraftschlüssig mit den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55 in Eingriff zu kommen. Der kraftschlüssige Eingriff verlangsamt momentan das Kegelkupplungselement 50 in Bezug auf das seitliche Kegelrad 24. Diese momentane Verlangsamung verursacht, dass die Rampenflächen 36a und 56a aufeinander aufreiten und daher weitere axiale Trennungskräfte zwischen dem Kegelkupplungselement 50 und dem seitlichen Kegelrad 24 aufgebracht werden. Die Trennungskräfte zwingen das Kegelkupplungselement 50 axial zu einer weiteren Bewegung nach links, so dass dadurch ein fester Sitz der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55 sichergestellt ist und weiterhin axial eine Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 und des Einsatzstückes 40 gegen die Tellerfedern 48 und 49 herbeigeführt wird. Das Ende der axialen Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 und des Einsatzstückes 40 als auch das maximale Aufreiten der Rampenflächen 36a und 56a ist erreicht, wenn, wie in 4 dargestellt, die Tellerfeder 49 vollständig zusammengedrückt ist. An diesem Punkt überträgt das Kegelkupplungselement 50 einen vorbestimmten Betrag an Drehmoment zwischen dem Gehäuse 12 und dem seitlichen Kegelrad 24. Es ist ersichtlich, dass nach Aufwenden der Initialisierungskraft die oben erläuterte Abfolge automatisch abläuft, bis der Kupplungsmechanismus vollständig im Eingriff ist, um einen vorbestimmten Betrag an kraftschlüssigem Drehmoment zwischen dem Gehäuse 12 und dem seitlichen Kegelrad 24 zu übertragen. Wie weiter unten näher erläutert ist, kann das Differential so ausgelegt sein, dass bei Abbau der Initialisierungskraft die Kupplung ausgekuppelt wird.
Benachbart zu dem Gehäuseteil 12a ist eine elektronische Betätigungsanordnung 49 angeordnet und mit diesem verbunden, um zur anfänglichen Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 die Initialisierungskraft bereitzustellen. Die elektro nische Betätigungsanordnung 59 umfasst einen im Querschnitt ringförmigen und im wesentlichen T-artig ausgebildeten Elektromagneten 60 mit einem Fußabschnitt 61, der sich durch eine Öffnung 15 in dem Gehäuseteil 12a erstreckt, und mit einem Innenabschnitt 62, der nahe des Kupplungselementenabschnitts 51 angeordnet ist. Der Elektromagnet 60 ist über eine Schleifringanordnung 65 und Verbindungsdrähte 66 mit Sensoren 64 und einem elektronischen Steuersystem 67 verbunden. Die Sensoren 64 erfassen eine Differentationsbedingung zwischen dem seitlichen Kegelrad 24 und den Antriebskegelrädern 28 und 30. Die Sensoren können Sensoren aufweisen, um die Achsgeschwindigkeiten zu messen, oder können weitere Fahrzeugparameter wie einen mit dem Fahrzeug verbundenen Beschleunigungsmesser oder dergleichen umfassen. Falls es gewünscht wird, die Schlupfbegrenzung zu betätigen, beaufschlagt das elektronische Steuersystem 67 den Elektromagneten 60 mit Energie, um dadurch das Kegelkupplungselement 50 nach links zu bewegen. Das elektronische Steuersystem kann jedes herkömmliche bekannte System oder Gruppen von Elementen aufweisen, das beziehungsweise die dazu eingerichtet ist beziehungsweise sind, eine vorbestimmte Drehbedingung der Differentialkomponenten wie beispielsweise die Rate der Differentialdrehung zwischen den Ausgangswellen 21 und 23 oder die Drehung zwischen den Antriebskegelrädern 28, 30 und den seitlichen Kegelrädern 24, 26 zu detektieren und den Elektromagneten 60 mit Energie zu beaufschlagen, wenn eine vorbestimmte Drehbedingung detektiert worden ist.
Nun wird der Betrieb des elektronisch ausgelösten schlupfbegrenzten Differentials gemäß 1-4 beschrieben. Wenn das Differential zu Beginn in der Ruhestellung ist, in der die Komponenten des Differentials 10 wie oben beschrieben miteinander verbunden und verbaut sind, ist das Differential 10 mit den Ausgangswellen 21, 23 verbunden, die jeweils an ortsfeste Räder (nicht dargestellt) gekoppelt sind, die in Kontakt mit einer Bodenfläche sind, wobei dem Differential 10 durch einen Fahrzeugantrieb (nicht dargestellt) über ein über einen Flansch 14 gekoppeltes Antriebshohlrad (nicht dargestellt) keine Kraft zugeführt wird, so dass das Differentialgehäuse 10 stationär ist. In einer derartigen Ruheumgebung drängt die Tellerfeder 48 das Einsatzstück 40 nach rechts, so dass der Abschlussabschnitt 42 an der benachbarten Oberfläche des Gehäuseteiles 12b anliegt, die Tellerfeder 49 das Kegelkupplungselement 50 nach rechts drängt, so dass die kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 55 gerade von der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 43 beabstandet ist, und die Nockenbereiche 36 und 56 passgenau ineinandergreifen. Der Antrieb führt den Rädern in herkömmlicher Art und Weise Drehmoment zu, nämlich über das Hohlrad, das Differentialgehäuse 12, den Kreuzzapfen 32, die Antriebskegelräder 28, 30, die seitlichen Kegelräder 24, 26, die Zahnprofile 25, 27 und über die Ausgangswellen 21, 23 auf die Räder.
In dem Fall, in dem beide Räder Traktion haben und der Antrieb in der Lage ist, beiden Rädern Drehmoment zuzuführen, arbeitet das schlupfbegrenzte Differential 10 als ein offenes Differential. Die getrieberadtrennenden Kräfte werden direkt auf das Gehäuse 12 über den Endabschnitt 35 des länglichen Abschnittes 33 über die Druckscheibe 37 in die Gehäuseoberfläche 38 übertragen. Somit haben die getrieberadtrennenden Kräfte keinen Einfluß auf den Betrieb des schlupfbegrenzten Differentials 10. Die kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55 verbleiben ausgekuppelt, die seitlichen Kegelräder 24, 26 drehen sich in Bezug auf das Gehäuse 12 frei, und das Kegelkupplungselement 50 dreht sich mit der gleichen Rate wie das seitliche Kegelrad 24. 2 stellt das schlupfbegrenzte Differential 10 in dem Zustand als offenes Differential dar.
In Situationen, bei denen ein Rad durchrutscht, das heißt ein Rad ist auf einer Oberfläche mit einem niedrigen Reibungs koeffizienten und der Fahrzeugantrieb ist nicht in der Lage, für das Rad mit Traktion Drehmoment zu erzeugen, tritt eine Differentiation zwischen den beiden Rädern auf und es ist wünschenswert, den Kupplungsmechanismus zu betätigen, um ein Ausbrechen zu vermeiden. Bei einem derartigen Fall wendet das elektronische Steuersystem durch Beaufschlagen des Elektromagneten 60 mit Energie eine Initialisierungskraft auf, wenn eine vorbestimmte Drehbedingung detektiert wird, um dadurch das Kegelkupplungselement 50 zu bewegen. Das Beaufschlagen des Elektromagneten 60 mit Energie führt zu einem Beaufschlagen des Kupplungselementenabschnitts 51 mit einer Anziehungskraft, so dass das Kegelkupplungselement 50 in 3 anfänglich nach links bewegt und die Größe des Spaltes 63 (2) verringert wird.
Die anfängliche axiale Linksbewegung des Kegelkupplungselementes 50 nach links zwingt die kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 55 dazu, kraftschlüssig mit der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 43 des Einsatzstückes 40 in Eingriff zu kommen. Aufgrund des kraftschlüssigen Eingriffs bremst das Kegelkupplungselement 50 in Bezug auf das seitliche Kegelrad 24 momentan ab. Der momentane Unterschied in der Drehrate zwischen dem Kegelkupplungselement 50 und dem seitlichen Kegelrad 24 hat zur Folge, dass die Rampenflächen 36a und 56a aufeinander aufreiten. Das Aufreiten zwischen den Rampenflächen 36a und 56a erzeugt weitere axial wirkende Trennungskräfte, die das Kegelkupplungselement 50 weiter nach links bewegen. Die weitere axiale Bewegung verursacht, dass die kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55 vollständig miteinander in Eingriff kommen und das Kegelkupplungselement 50 und das Einsatzstück 40 dazu bringen, sich gemeinsam axial zu bewegen, so dass die Tellerfedern 48 und 49 zusammengedrückt werden. Der innige Eingriff und die weitere axiale Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 und des Einsatzstückes 40 übertragen einen vorbestimmten Betrag an Drehmoment zwischen dem Differentialgehäuse 12 und dem seitlichen Kegelrad 24. Diese Übergangsphase ist in 3 dargestellt.
Die maximale axiale Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 und des Einsatzstückes 40 sowie das maximale Aufreiten der Rampenflächen 36a und 56a ist erreicht, wenn die Tellerfeder 49 vollständig zusammengedrückt ist. 4 zeigt die Anordnung des schlupfbegrenzten Differentials 10, wenn der Kupplungsmechanismus vollständig in Eingriff ist. An diesem Punkt wird ein vorbestimmter Betrag an Kupplungsdrehmoment über das Kegelkupplungselement 50 übertragen, und das Kegelkupplungselement 50 dreht sich wieder mit der gleichen Geschwindigkeit wie das seitliche Kegelrad 24. Wenn die Schlupfbegrenzung nicht weiter erforderlich ist, das heißt dass die beiden Räder Traktion haben, wird der Elektromagnet 60 von der Energieversorgung getrennt, die Tellerfedern zwingen das Kegelkupplungselement 50 und das Einsatzstück 40 zurück in ihre ursprünglichen Positionen und das schlupfbegrenzte Differential kehrt in seinen offenen Zustand zurück.
Es sei angemerkt, dass nach Herbeiführen der anfänglichen axialen Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 durch das elektronische Betätigungsmittel 59 die Wechselwirkung zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55 und zwischen den Rampenflächen 36a und 56a sicherstellt, dass das Kegelkupplungselement 50 vollständig in Eingriff kommt und ein vorbestimmter Betrag an Drehmoment übertragen wird. Mit anderen Worten, jedesmal, wenn das elektronische Betätigungsmittel 59 die Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 durch Beaufschlagen des Elektromagneten 60 mit Energie auslöst, um eine Anziehungskraft auf den Kupplungselementenabschnitt 51 auszuüben, werden die Bauteile Kegelkupplungselement 50, seitliches Kegelrad 24 und Einsatzstück 40 in Bewegung gesetzt, um den vorbestimmten Betrag an axialer Bewegung bereitzustellen und einen vorbestimmten Betrag an kraftschlüssigem Drehmoment zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kegelkupplungselement 50 zu übertragen. Die Ausgestaltungsmerkmale der Tellerfedern 48 und 49 und die Anordnung der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen kann geändert werden, um den Betrag an Kupplungsdrehmoment zu verändern, der übertragen werden soll.
Ein zweites steuerbares Differential ist in 8 dargestellt. Ein Unterschied zwischen dem zweiten steuerbaren Differential und dem in 1-4 dargestellten liegt in der Anordnung des elektronischen Betätigungsmittels 59. Wie in 8 bei dem steuerbaren Differential 10a dargestellt ist der Elektromagnet 60a außerhalb des drehbaren Gehäuses 12 angeordnet und dreht sich nicht. Die Betätigungsanordnung zum Auslösen der Bewegung des Kegelkupplungselementes 50a umfasst eine Platte 70, die über eine Schraube 72 mit einem Betätigungselement 73 verbunden ist. Die Schraube 72 ist innerhalb eines Abstandhalters 71 angeordnet, der innerhalb der Öffnung 15a des Gehäuseteiles 12a angeordnet ist. Das Betätigungselement 73 ist im Querschnitt im wesentlichen L-förmig und weist Fußabschnitte 73a und 73b auf. In dem Fußabschnitt 73b ist eine Nut 75 eingebracht, die dazu eingerichtet ist, einen Sprengring 74 aufzunehmen, der an einem Axiallager 78 anliegt. Das Axiallager 78 liegt ebenfalls an einem Sprengring 76 an, der in einer Nut 77 des Kegelkupplungselementes 50a angeordnet ist. Das Kegelkupplungselement 50a entspricht im wesentlichen dem Kegelkupplungselement 50 des in 1-4 dargestellten steuerbaren Differentials mit der Abweichung, dass das Kegelkupplungselement 50a über einen Kupplungselementenabschnitt 51a verfügt, der dazu eingerichtet ist, den Sprengring 76 aufzunehmen und über den Sprengring 76 mit dem Axiallager 78 in Wechselwirkung zu kommen.
Der sich nicht drehende Elektromagnet 60a ist über ein Axiallager 79 an dem drehbaren Gehäuseteil 12a gehalten, so dass die Notwendigkeit für eine Schleifringanordnung vermieden ist. Bei diesem steuerbaren Differential dreht sich die die Platte 70, den Abstandhalter 71 und das Betätigungselement 73 aufweisende Betätigungsanordnung mit dem Gehäuse 12 und relativ zu dem stationären Elektromagneten 60a.
Der Betrieb des steuerbaren Differentials 10a bezüglich des Kupplungsmechanismus ist ähnlich dem des ersten steuerbaren Differentials. Wenn das elektronische Steuersystem eine auf ein Durchrutschen hinweisende vorbestimmte Drehbedingung detektiert, wird der Elektromagnet 60a mit Energie beaufschlagt, so dass eine Anziehungskraft auf die Platte 70 bereitgestellt wird und die Platte 70, wie aus 8 ersichtlich, nach links gedrängt wird. Die axiale Bewegung der Platte 70 nach links wird über den Abstandhalter 71, das Betätigungselement 73, den Sprengring 74, das Axiallager 78 und den Sprengring 76 auf das Kegelkupplungselement 50a übertragen. Auch hier führt die anfängliche Bewegung des Kegelkupplungselementes 50 zu einem kraftschlüssigen Eingriff der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55, so dass ein momentaner Unterschied in der Drehrate zwischen dem Kegelkupplungselement 50a und dem seitlichen Kegelrad 24 hervorgerufen wird. Dieser momentane Unterschied führt dazu, dass die Rampenflächen 36a und 56a der Nockenbereiche 36 und 56 jeweils aufeinander aufreiten, so dass hierdurch eine weitere axiale Bewegung des Kegelkupplungselementes 50a nach links weg von dem seitlichen Kegelrad 24 erzeugt wird. Diese axiale Bewegung setzt sich fort, bis der Kupplungsmechanismus vollständig im Eingriff ist, das heißt, dass die Tellerfeder 49 vollständig zusammengedrückt ist und zwischen dem Gehäuse 12 und dem seitlichen Kegelrad 24 einen vorbestimmten Betrag an kraftschlüssigem Drehmoment übertragen wird.
Ein drittes steuerbares Differential ist in 9 dargestellt. Ein Unterschied zwischen dem dritten und dem zweiten steuerbaren Differential liegt darin, dass das dritte weder ein Einsatzstück 40 noch eine Tellerfeder 48 aufweist. Hier kommt eine kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 55 des Kegelkupplungselementes 50a mit dem Gehäuseteil 12c unter Kraftschluss in Kontakt. Das Fehlen des Einsatzstückes 40 und der Tellerfeder 48 gestattet dem schlupfbegrenzten Differential 10b des dritten steuerbaren Differentials, einen variablen Betrag an kraftschlüssigem Drehmoment zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kegelkupplungselement 50a auf der Grundlage einer durch den Elektromagneten 60a bereitgestellten Betätigungskraft zu übertragen. Die Bewegung des Kegelkupplungselementes 50a wird in einer ähnlichen Art und Weise wie bei dem zweiten steuerbaren Differential ausgelöst, nämlich durch Beaufschlagen des sich nicht drehenden Elektromagneten 60a mit Energie zum Bewegen der Platte 70, des Abstandhalters 71 und des Betätigungselementes 73 wie aus 9 ersichtlich nach links, so dass das Kegelkupplungselement 50a in einer ähnlichen Art und Weise wie bei dem in 8 dargestellten zweiten steuerbaren Differential zu einer Bewegung nach links gebracht wird. Allerdings führt bei dem dritten steuerbaren Differential die Bewegung des Kegelkupplungselementes 50a nicht dazu, dass die Rampenflächen 36a und 56a automatisch ihre maximale Aufreitstellung erreichen, die Tellerfeder 49 vollständig zusammengedrückt wird und sich das Kegelkupplungselement 50a um einen vorbestimmten axialen Weg bewegt. Statt dessen hängt der Betrag der axialen Bewegung und der Betrag an kraftschlüssig übertragenem Drehmoment von der durch den Elektromagneten 60a entsprechend der Ansteuerung durch das Steuersystem 67a ausgeübten Betätigungskraft ab. Auf der Grundlage der Analyse der weiter unten näher erläuterten Geometrien der Rampenfläche und der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche ist das dritte steuerbare Differential so eingerichtet, dass eine Betätigungskraft nicht automatisch zu einem vollständigen Eingriff des Kupplungsmechanismus führt. Statt dessen hängt der Betrag an kraftschlüssig übertragenem Drehmoment von dem Betrag der durch den Elektromagneten 60a ausgeübten Kraft ab, die mit der ihn beaufschlagenden, von dem Steuersystem 67a gesteuerten Stromstärke variiert. Dies kann entweder durch Stromsteuerung oder Pulsbreitenmodulation erzielt werden. Die Stromstärke wird durch die Parameter bei der Programmierung des Steuersystems auf der Grundlage der von den Fahrzeugsensoren 64 aufgenommenen Eingangssignale bestimmt. Ein höherer Strom erzeugt eine größere magnetische Anziehungskraft zwischen den Elektromagneten 60a und der Platte 70. Wenn die magnetische Kraft nicht mehr wirkt, drängt die Tellerfeder 49 das Kegelkupplungselement 50 wie aus 9 ersichtlich zu einer Bewegung nach rechts, so dass sich die kegelstumpfartig ausgebildete Eingriffsfläche 55 von dem Eingriff mit dem Gehäuseteil 12c löst und das steuerbare Differential 10b wieder in den Zustand eines offenen Differentials zurückkehrt.
Mit Bezug auf 5-7 sind in den Geometrien der Rampenflächen 36a, 56a und der Kegelkupplungselemente 50, 50a der Differentiale 10, 10a, 10b einige der Faktoren gegeben, die festlegen, ob die auf die Rampenflächen 36a, 56a wirkenden Trennungskräfte weiterhin zunehmen und dem Kegelkupplungselement 50, 50a Kraft hinzufügen, um den Kupplungsmechanismus vollständigen Eingriff zu bringen, oder ob sie auf Null verringert werden und nichts zu der Befähigung des Kegelkupplungselementes 50, 50a beitragen, mit dem Gehäuse 12 in Eingriff zu kommen. Mit anderen Worten, diese Geometrien legen fest, ob das Kegelkupplungselement 50, 50a in einer sich selbst verstärkenden Art und Weise in Eingriff kommt, wenn eine Initialisierungskraft eingesetzt wird, oder ob sich das Kegelkupplungselement bei Ende der Initialisierungskraft aus dem Eingriff löst. Wie ersichtlich sein wird, führt bei einer Selbstverstärkung der volle Kupplungseingriff zu höheren Drehmomentübertra gungsfähigkeiten zwischen dem Gehäuse und den Achsen über die Kupplung, wobei eine vollständige Kontrolle über das Lösen der Kupplung geopfert wird. Umgekehrt begrenzt das Aufrechterhalten einer vollständigen Kontrolle über das Lösen der Kupplung die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Kupplung auf einen maximalen, obgleich definierten geringeren Grenzwert als auf einem Niveau mit vollständigem Eingriff. Die Beziehungen zwischen den Gestaltungselementen des Kegelkupplungselementes 50, 50a und der Rampenflächen 36a, 56a werden nun mit Bezug auf 7 beschrieben, die Nockenbereiche 36 und 56 zeigen, die auf einer Achse liegen, die rechtwinklig zu der Achse 9 ist.
Die Faktoren, die erforderlich sind, um die Eigenschaften des Kegelkupplungselementes 50, 50a zu beschreiben, umfassen
μ_c = Reibungskoeffizient zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55,
α = Winkel der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 von der Achse 9 und
R_c= mittlerer Radius der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 von der Achse 9.
Diese Variablen legen den „Konizitätsfaktor" CF fest, der definiert ist als CF = (Rc × μc)/sinα.
Die Faktoren, die erforderlich sind, um die Eigenschaften der Rampenflächen 36a, 56a zu beschreiben, umfassen
μ_r = Reibungskoeffizient zwischen den Rampenflächen 36a, 56a,
Φ = Winkel der Rampenflächen 36a, 56a und
R_r= mittlerer Radius der Rampenflächen 36a, 56a von der Drehachse 9.
In diesem Fall ist der Winkel Φ von einer rechtwinklig zu der Drehachse 9 stehenden Ebene gemessen und steht für den Grad des Anstiegs der Rampenflächen. Beispielsweise steht ein Winkel Φ von Null für flache Rampenflächen. Mit zunehmendem Winkel Φ wird der Grad des Anstiegs der Rampenflächen steiler. Somit ist ersichtlich, dass bei zunehmendem Winkel Φ die Fähigkeit abnimmt, zwischen den Flächen 36a und 56a Belastungen zu übertragen. Der mittlere Radius R_r ist weiterhin ein Maß für den Abstand von der Drehachse 9 zu dem Zentrum der Rampe und ist durch die inneren und äußeren Radien der Rampenflächen bestimmt. Diese Variablen werden verknüpft, um den „Rampenfaktor" RF gemäß
zu bestimmen.
Die der relativen Drehung der verschiebbar in Eingriff befindlichen Nockenbereiche 36a, 56a zugeordnete „Trennungskraft" F_S ist definiert als FS = Tr × RF,wobei Tr das Drehmoment auf die Nockenbereiche ist.
Die CF und RF bestimmenden Faktoren können entsprechend der Auslegungs- und Eigenschaftsanforderungen variiert werden. Wenn CF × RF > 1 oder erwartungsgemäß CF × RF = 1 ist, werden die Differentiale 10, 10a, 10b auf eine äußere Initialisierungskraft F_e, die durch den Elektromagneten 60 oder 60a in das Kegelkupplungsteil 50 oder 50a eingeleitet wird, anders reagieren als wenn CF × RF < 1 ist. Insbesondere muß F_e größer sein als die durch die Tellerfeder 49 auf das Kegelkupplungsteil ausgeübte entgegengerichtete Kraft, damit die Kupplung überhaupt in Eingriff kommt. Ob das Produkt aus CF und RF größer oder kleiner als Eins ist, legt fest, ob das Drehmoment auf die Rampenfläche 56a eine ausreichende Trennungskraft für eine sich selbst steigernde Zunahme des „Kegeldrehmoments" T_c ist, das definiert ist als Tc = CF × Fc,wobei F_c die an dem Kegel anliegende axiale Kraft ist.
Wenn CF × RF > 1 und momentan die auslösende Initialisierungskraft F_e aufgewendet wird, sobald der Elektromagnet 60 oder 60a mit Energie beaufschlagt und dann sofort abgeschaltet wird, legt das Kegelkupplungselement 50 oder 50a über eine sehr kurze Zeitdauer den vollen Wege der vorbestimmten axialen Bewegung unter kraftschlüssiger Berührung der Kupplungsflächen 43 und 55 zurück und setzt die sich selbst verstärkende Zunahme des Grades des Kupplungseingriffes automatisch bis zu dem Punkt des vollständigen Eingriffs fort. Wenn die äußere Initialisierungskraft F_e durch zeitweises Aufrechterhalten des Stromes zu dem Elektromagneten 60 oder 60a aufrechterhalten bleibt, legt das Kegelkupplungselement 50 oder 50a den vollen Weg seiner axialen Bewegung zurück, wobei in in etwa der gleichen kurzen Zeit sich die Kupplungsflächen kraftschlüssig berühren. Allerdings nimmt bei aufrechterhaltener Initialisierungskraft F_e das sich ergebende Kegeldrehmoment T_c gegenüber einer auslösenden Initialisierungskraft F_e mit einer wesentlich schnelleren Rate bis zu dem vollständig in Eingriff befindli chen Punkt zu. In beiden Fällen, nämlich einer auslösenden oder aufrechterhaltenen äußeren Kraft, nimmt bei CF × RF > 1 der Kupplungseingriff bei axialer Trennung des Kegelkupplungselementes 50, 50a und des seitlichen Kegelrades 24 selbsttätig zu und löst sich nicht, bis das relative Drehmoment auf den Rampenflächen 36a, 56a vollständig abgebaut ist, was normalerweise dann der Fall ist, wenn die Achsen oder das Differentialgehäuse bezüglich Torsion nicht belastet sind.
Unter Bezug auf 17-20 werden beispielhaft Kupplungseigenschaftendaten für ein Differential wie das Differential 10, 10a oder 10b mit CF × RF > 1 angegeben. 17 umfasst eine Tabelle, die den Fall einer auslösenden Initialisierungskraft F_e von 10 pound darstellt. Bei diesem Beispiel ist μ_c 0,1, α ist 9 Grad und R_c ist 1,654 inches, was zu einem CF von 1,0573 führt, μ_r ist 0,05, Φ ist 32 Grad und R_r ist 1,321 inches, was zu einem RF von 1,0867 führt. Daher ist CF × RF 1,1489. Mit Bezug auf 17 gelten für jeden Zeitpunkt t zwischen den aufgeführten Variablen die folgenden Beziehungen, wobei der Zeitpunkt t-1 der dem Zeitpunkt t unmittelbar vorangehende Zeitpunkt ist: Fct = Fet + Fst–1 Fst = Trt × RF, Fct = Fet + (Trt–1 × RF), Tct = Fct × CF, Trt = Tct und Fct = Fet + (Tct–1 × RF).
Es ist ersichtlich, dass lediglich eine momentane auslösende äußere Kraft F_e erforderlich ist, um den sich selbst verstärkenden Eingriff der Kupplung auszulösen. 18 ist ein Schaubild, das zeigt, wie F_c von 17 mit der Zeit zunimmt, wobei die Zeit qualitativ anstatt quantitativ dargestellt ist.
19 beinhaltet eine Tabelle, die den Fall einer aufrechterhaltenen Initialisierungskraft F_e von 10 pound darstellt, wobei alle anderen Eigenschaften des Differentials und seines Betriebs sowie die mathematischen Beziehungen zwischen den aufgeführten Variablen äquivalent zu dem vorangehenden Beispiel sind. 20 ist ein Schaubild, das zeigt, wie F_c von 19 mit der Zeit zunimmt, wobei die Zeit qualitativ anstatt quantitativ dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass mit einer aufrechterhaltenen Initialisierungskraft F_e die Kupplung selbstverstärkend mit einer wesentlich höheren Rate als der bei mit einer lediglich momentanen auslösenden Kraft gemessenen in Eingriff kommt. Wie vorangehend erwähnt wird sich die Kupplung in beiden Fällen, nämlich einer einer auslösenden oder aufrechterhaltenen Initialisierungskraft F_e, bei CF × RF > 1 nicht lösen, bis das Gehäuse oder die Achsen torsionsmäßig unbelastet sind. Wie in den Beispielen von 17 und 18 bei der auslösenden F_e zu sehen ist, führt ein Abschalten des die Initialisierungskraft bereitstellenden Elektromagneten nicht zu einem Lösen der Kupplung.
Bei CF × RF < 1 nimmt der Kupplungseingriff nicht selbstverstärkend zu. Vielmehr kommt die Kupplung zu einem maximalen definierbaren Grad in Eingriff. Weiterhin variiert der Betrag an kraftschlüssig von dem Gehäuse auf das Kegelkupplungselement 50, 50a übertragene Drehmoment mit der aufgewendeten Betätigungskraft Fe, und wenn F_c nicht mehr vorhanden ist, wird die axiale Trennungskraft zwischen dem Kegelkupplungselement 50, 50a und dem seitlichen Kegelrad 24 durch die entgegengerichtete, durch die Tellerfeder 49 erzeugte Axialkraft überwunden und verschwindet, wobei das Differential in den Zustand eines offenen Differentials zurückkehrt. Somit ist durch Setzen der CF und RF bestimmenden Variablen in einer Art und Weise, dass CF × RF < 1, ist eine größere Kupplungssteuerung gegenüber dem Fall erzielbar, bei dem CF × RF > 1 ist, auch wenn die erreichbare Kupplungseingriffskraft F_c und das Dreh moment T_c im Vergleich deutlich kleiner sind. Bei Differentialen 10 oder 10a mit CF × RF < 1, bei denen durch das Steuersystem 67 dem Elektromagneten 60 oder 60a gleichbleibende Stromstärken eingespeist werden, kann die Kupplung durch Beaufschlagen des Elektromagneten mit Energie die Kupplung vollständig in Eingriff gebracht und durch einfaches Abschalten von der Energiezufuhr ausgekuppelt werden. In ähnlicher Weise kann bei dem Differential 10b, bei dem dem Elektromagneten 10a über das Steuersystem 67a variable Stromstärken zugeführt werden, die Kupplung durch entsprechendes Variieren des Stromes durch den Elektromagneten 60a zunehmend oder abnehmend in Eingriff gebracht und durch einfaches Abtrennen von der Energiezufuhr desselben gelöst werden.
Falls CF × RF < 1 ist und eine momentane auslösende externe Kraft F_e aufgewendet wird, beispielsweise wenn der Elektromagnet 60 oder 60a mit Energie beaufschlagt und dann sofort abgeschaltet wird, legt das Kegelkupplungselement 50 oder 50a während einer sehr kurzen Zeitperiode den vollen Wege der vorbestimmten axialen Bewegung zurück, wobei die Kupplungsflächen 43 und 55 kraftschlüssig in Eingriff kommen, aber der Kupplungsmechanismus erreicht nicht seine maximale Eingriffsgrenze, da die einzige axial auf das Kegelkupplungselement ausgeübten Kraft F_e ist. Der Kupplungseingriff ist nicht selbsteingreifend wie in dem Fall mit CF × RF > 1. Bei CF × RF < 1 und aufrechterhaltener äußerer Kraft F_e durch Aufrechterhalten des Stromes zu dem Elektromagneten 60 oder 60a erfährt das Kegelkupplungselement 50 oder 50a den vollen Betrag seines axialen Weges in dem gleichen kurzen Zeitraum. Allerdings steigt das sich ergebende Kegeldrehmoment T_c schnell auf einen maximalen Wert an. In beiden Fällen, nämlich einer auslösenden oder aufrechterhaltenen F_e mit CF × RF < 1, löst sich die Kupplung unter der Kraft der Tellerfeder 49 unmittelbar bei Abschalten des Elektromagneten.
Unter Bezug auf 21-24 werden beispielhaft Kupplungseigenschaftendaten für ein Differential wie das Differential 10, 10a oder 10b mit CF × RF < 1 angegeben. 21 beinhaltet eine Tabelle, die den Fall für eine momentane auslösende äußere Kraft F_e von 10 pound darstellt. Bei diesem Beispiel sind die kupplungsdefinierenden Variablen äquivalent zu denen des vorangehenden Falles mit CF × RF > 1, nämlich μ_c ist 0,1, α ist 9 Grad und R_c ist 1,654 inches, was zu einem CF von 1,0573 führt. Entsprechend bleiben die rampendefinierenden Variablen μ_r und R_r bei 0,05 beziehungsweise 1,321 inches. Der Nockenwinkel Φ ist jedoch auf 46 Grad erhöht, was zu einem RF von 0,6613 führt. Daher ist CF × RF 0,6991. Wie in dem vorangehenden Fall gelten die folgenden Beziehungen zwischen den in 21 aufgelisteten Variablen zu jedem Zeitpunkt t, wobei der Zeitpunkt t-1 der dem Zeitpunkt t unmittelbar vorangehende Zeitpunkt ist: Fct = Fet + Fst–1 Fst = Trt × RF, Fct = Fet + (Trt–1 × RF), Tct = Fct × CF, Trt = Tct und Fct = Fet + (Tct–1 × RF).
Es ist ersichtlich, dass eine momentane auslösende externe Kraft F_e zu einem nur sehr kurzen Zeitraum eines schnell abnehmenden Kupplungseingriffs führt, bei dem F_c lediglich die Stärke von F_e erreicht. 22 ist ein Schaubild, das darstellt, wie F_c aus 21 mit der Zeit abnimmt, wobei die Zeit qualitativ anstatt quantitativ dargestellt ist.
23 beinhaltet eine Tabelle, die das Beispiel einer aufrechterhaltenen externen Kraft F_e von 10 pound darstellt, wobei alle anderen Eigenschaften des Differentials und seines Betriebs und die Beziehungen zwischen den aufgelisteten Variablen äquivalent zu dem vorangehenden Beispiel mit einer auslösenden Kraft sind. 24 ist ein Schaubild, das darstellt, wie F_c von 23 mit der Zeit auf eine maximale Stärke zunimmt, wobei die Zeit qualitativ anstatt quantitativ dargestellt ist. Wie ersichtlich kommt mit einer aufrechterhaltenen äußeren Kraft F_e die Kupplung ausgehend von dem Punkt, an dem F_e auf einem Plateau ist, zu einem wesentlich höheren Grad in Eingriff, hier etwa 3,5 mal F_e. Daher können bei CF × RF < 1 und einer aufrechterhaltenen äußeren Kraft F_e die Eigenschaften der Kupplung und ihre Nockenanordnung so eingerichtet werden, dass ein gleichbleibender Multiplikationseffekt zwischen der externen äußeren Kraft F_e und der axialen Kraft auf den Kegel F_c erzielt ist. 25 veranschaulicht grafisch den berechneten gleichbleibenden Multiplikator, der F_e und F_c für gegebene Werte von CF × RF < 1 miteinander verknüpft. Es ist ersichtlich, dass bei Veränderung der Kegelkupplungs- und Nockenrampenfaktoren derart, dass sich das Produkt von CF × RF dem Wert 1 nähert, F_e erheblich verstärkt werden kann, um einen deutlich größeren F_c-Wert zu erzeugen. Bei Verwendung eines variablen Ausgangssteuersystems wie 67a kann Fe und damit F_c und T_c eingriffsmäßig variabel sein und, da der Kupplungseingriff nicht selbstverstärkend ist, kann der Grad des Eingriffs variabel gestaltet oder insgesamt als Reaktion auf von den Sensoren 64 erfassten verbesserten Traktionsbedingungen verringert werden.
Ein viertes Differential 10c ist in 10 dargestellt. Das vierte steuerbare Differential weist mehrere Unterschiede zu den vorangehenden auf. Als erstes beaufschlagt der sich nicht drehende Elektromagnet 60b, relativ zu dem sich das drehende Gehäuse 12 bewegt, das Kegelkupplungselement 50b direkt mit einer Initialisierungskraft über einen geschlossenen magnetischen Fluss, anstatt die Kraft über einen Abstandhalter 71, eine Platte 70 und ein Betätigungselementes 73 zu leiten. Als zweites rufen eine Kugel- und Rampenanordnung 36b, 58, 56b, die an dem seitlichen Kegelrad 24a und dem Kegelkupplungselement 50b angeordnet ist, eine zusätzliche axiale Bewegung zwischen dem seitlichen Kegelrad 24a und dem Kegelkupplungselement 50b nach Beaufschlagen mit einer Initialisierungskraft hervor. Als drittes schafft eine zweites Kegelkupplungselement 101, das zwischen einem zweiten seitlichen Kegelrad 100 und dem drehbaren Gehäuse 12 hinzugefügt ist, zusätzliches unterstützendes Drehmoment.
Wie in 10 dargestellt ist ein sich nicht drehender Elektromagnet 60b benachbart einer Abschlusskappe 12e angeordnet. Die Abschlusskappe 12e ist aus einem geeigneten nichtmagnetischen oder paramagnetischen Material konstruiert, um den weiter unten näher beschriebenen geschlossenen magnetischen Fluss zu erzeugen. Derartige nichtmagnetische Materialien können rostfreien austenitischen Stahl der Serie AISI 300 und Mangan-Nickel-Stahl umfassen, die paramagnetische Materialien mit einer relativen magnetischen Permeabilität sehr nahe bei 1 (äquivalent zur Luft) sind, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Der Elektromagnet 60b wird durch ein Lager 79a gehalten, das einen Luftspalt 120 aufrechterhält, der axial und radial den sich nicht drehenden Elektromagneten von den sich drehenden Gehäuseteilen 12d, 12e und einem Feldring 96 trennt.
An der axialen Innenfläche 122 der Abschlussplatte 12e ist unter Verwendung von mit einem Gewinde versehenen Verbindungselementen 72b ein ringförmiger Anziehring 98 angebracht, so dass sich der Anziehring 98 mit dem Gehäuse 12 um die Achse 9 dreht. In der Abschlussplatte 12e sind eine Anzahl von Öffnungen 124 vorhanden, die regelmäßig um die Achse 9 verteilt sind. Hohle zylindrische Abstandhalter 97 erstrecken sich durch Öffnungen 124, wobei eines der axialen Enden jedes Abstandhalters 97 an dem Anziehring 98 anliegt. Der ringförmige Feldring 96 liegt an der ringförmigen axialen Außenfläche 128 der Abschlussplatte 12e und dem anderen axialen Ende jedes Abstandhalters 97 an. Verbindungselemente 72a erstrecken sich durch und verbinden den Anziehring 98, die Abstandhalter 97 und den Feldring 96. Der Anziehring 98 und die Abschlussfläche 93 eines mit einem Gewinde versehenen Verbindungselementes 72a sind benachbart einer Fläche 94 des Kegelkupplungselementes 50b angeordnet. Zwischen der Fläche 94 und dem Anziehring 98 und dem mit einem Gewinde versehenen Verbindungselement 72a gibt es einen Luftspalt 95. Der Feldring 96, der Abstandhalter 97, der Anziehring 98, das Befestigungselement 72a, das Kegelkupplungselement 50b und das Gehäuseteil 12d sind aus geeigneten ferromagnetischen Materialien zum Leiten des von dem Elektromagneten 60b erzeugten magnetischen Flusses, wobei die Verbindungselemente 72a und Abstandhalter 97 eine Anzahl von magnetischen Flusspfaden durch die Öffnungen 124 der nichtmagnetischen Abschlusskappe 12e schaffen.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Anordnung einen geschlossenen magnetischen Fluss 80 hervorruft, der, wie in 10 dargestellt, das Kegelkupplungselement 50b geringfügig nach links bewegt und die Größe des Luftspaltes 95 verringert, wenn der Elektromagnet 50b mit Energie beaufschlagt wird. Die Fläche 55 des Kegelkupplungselementes 50b bewegt sich unter dem Einfluß des magnetischen Feldes lediglich im Bereich von etwa 0,001–0,002 inch in Richtung der Fläche 43 des Gehäuseteiles 12d, was einer Verkleinerung des Luftspaltes 95 von etwa 0,010 inch entspricht, wenn sich das erste Kegelkupplungselement 50b axial in Richtung der Abschlusskappe 12e bewegt. Die Kraft auf das Element 50b ändert sich mit dem Betrag an durch den Elektromagneten 60b erzeugten Fluss. Wenn der Elektromagnet 60b durch das Steuersystem 67a, das Spulenwicklungen 106 variable Stromstärken zuführt, mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, wird entlang des Pfades 80 eine entsprechende variable Intensität an magnetischem Fluss erzeugt. Der magnetischen Fluss läuft von dem Elektromagne ten 60b über den Luftspalt 120, durch das Gehäuseteil 12d und das Kegelkupplungselement 50b, durch den Luftspalt 95, durch den Anziehring 98, das Verbindungselement 72a, den Abstandhalter 97, den Feldring 96 und zurück über den Luftspalt 120 zu dem Elektromagneten 60b. Da die Abschlusskappe 12e aus einem nichtmagnetischen oder paramagnetischen Material konstruiert ist, läuft der magnetische Fluss in den Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität um die Abschlusskappe 12e herum. Aufgrund des geschlossenen magnetischen Flusses wird, wie in 10 gezeigt, das Kegelkupplungselement 50b durch die Anziehungskräfte zwischen den Paaren von Flächen, nämlich den axialen Flächen 93 und 94 und den kegelstumpfartig ausgebildeten Flächen 43 und 55, nach links bewegt.
Die Kraft, mit der das Kegelkupplungselement 50b nach links gezogen wird, hängt von der Stärke des durch die Spulenwicklungen 106 des Elektromagneten 60b erzeugten magnetischen Flussfeldes ab. Die Stärke des durch die Wicklungen 106 erzeugten magnetischen Flusses ist variabel und durch die Anzahl von Drahtwindungen in der Spule und dem durch den Draht fließenden Strom abhängig. Dies wird üblicherweise als „NI" bezeichnet, wobei N die Anzahl der Wicklungen in der Spule und I der Strom ist. Die Stromstärke variiert und wird, wie in Zusammenhang mit dem dritten steuerbaren Differential beschrieben, durch das Steuersystem 67a gesteuert.
Die durch den momentanen Unterschied in der Drehgeschwindigkeit zwischen dem Kegelkupplungselement 50b und dem seitlichen Kegelrad 24a bei Aneinanderliegen der kegelstumpfartig ausgebildeten Flächen 43 und 55 hervorgerufene Betätigungsabfolge ist ähnlich der bei dem dritten steuerbaren Differential. Der variable Spulenstrom ruft eine variable Größe einer magnetischer Haltekraft zwischen dem Gehäuseteil 12d und dem Kegelkupplungselement 50b hervor, was einen variablen Betrag an durch das Gehäuseteil 12d auf das Kegelkupp lungselement 50b auszuübenden Drehmoment induziert. Anders als bei dem dritten steuerbaren Differential (9) schafft das vierte (10) jedoch die zusätzliche axiale Kraft zwischen dem Kegelkupplungselement 50b und dem seitlichen Kegelrad 24a durch den Einsatz einer Kugel- und Rampenanordnung anstatt durch eine Nockenanordnung zwischen dem seitlichen Kegelrad und dem Kegelkupplungselement.
Mit Bezug auf 11A–11D verfügt die Kugel- und Rampenanordnung 36b, 58, 56b über eine Anzahl von gepaarten, jeweils in dem seitlichen Kegelrad 24a und dem Kegelkupplungselement 50b angeordneten Spiralschlitzen 36b, 56b, die einen spiralförmigen Rampenweg bilden, der von einer Kugel 58, die aus Stahl sein kann und in jedem Schlitzpaar angeordnet ist, befolgt wird, wobei der Rampenwinkel als Winkel Φ_a (11D) definiert ist. Bei dem dargestellten steuerbaren Differential werden sechs gepaarte Spiralschlitze 36b, 56b und sechs Kugeln 58 eingesetzt, auch wenn zu erwarten ist, dass auch drei Schlitzpaare und drei Kugeln ausreichend sein sollten. 11B– D stellt die Wirkungsweise eines einzelnen Paares von Spiralschlitzen 36b, 56b und ihrer zugehörigen Kugel 58 dar.
Während des Normalbetriebes mit einem deaktivierten Elektromagneten 60b sind die Flächen 114 und 116 des seitlichen Kegelrades 24a beziehungsweise des Kegelkupplungselementes 50b nahe benachbart und durch eine Ebene 118 (11B) getrennt, die in Bezug auf das Differential stationär ist, parallel zu den Flächen 114, 116 liegt und rechtwinklig zu der Achse 9 steht. Die Flächen 114 und 116 können sich an der Ebene 118 gerade berühren, sind vorzugsweise jedoch um etwa 0,0001 bis 0,0003 inch durch die Kugeln 58, die in den Schlitzen 36b, 56b liegen, geringfügig voneinander beabstandet. Die Kugeln 58 werden durch die Tellerfeder 49 und durch Kegelradtrennungskräfte zwischen dem seitlichen Kegelrad 24a und den Antriebskegelrädern 28, die wie in 10 dargestellt das seitliche Ke gelrad 24a nach links drängen, in den tiefsten Bereich der Schlitze 36b, 56b gedrängt. Die Tellerfeder 49 liegt an einem Sprengring 39 an, der in einer ringförmigen Nut 34a in dem seitlichen Kegelrad 24a angeordnet ist, und drängt das Kegelkupplungselement 50b axial von dem Sprengring 39 weg nach rechts.
Im Betrieb wird bei Aktivieren des Elektromagneten 60b eine axiale Trennung des Kegelkupplungselementes 50b und des seitlichen Kegelrades 24a hervorgerufen, wenn das Kegelkupplungselement 50b gegen die Kraft der Tellerfeder 49 in kupplungsmäßigen Eingriff mit dem Gehäuseteil 12d über die kegelstumpfartig ausgebildeten Flächen 43 und 55 magnetisch nach links gezogen wird. Wie in 11C dargestellt wird das Kegelkupplungselement 50 in Reaktion auf den anfänglichen magnetischen Fluss relativ zu der stationären Ebene 118 nach links gezogen, während das seitliche Kegelrad 24a zeitweilig seine relative Position hierzu beibehält. Bei axialer Trennung des Kegelkupplungselementes 50b und des seitlichen Kegelrades 24a wird, wie in 11C dargestellt, die Kugel 58 gezwungen, aufgrund der relativen Drehung zwischen dem Kegelkupplungselement 50b und dem seitlichen Kegelrad 24a sich entlang der rampenförmigen Spiralwege der Schlitze 56b, 36b zu drehen. Bei weiterer Drehung der Kugel 58 entlang der spiralförmigen Rampenwege wird eine weitere axiale Trennung des Kegelkupplungselementes 50b und des seitlichen Kegelrades 24 hervorgerufen. Unter Bezug nunmehr auf 10 und 11D erhöht der kraftschlüssige Eingriff der kegelstumpfartig ausgebildeten Oberfläche 55 des Kegelkupplungselementes 50b mit der kegelstumpfartig ausgebildeten Oberfläche 43 des Gehäuses momentan die relative Drehung zwischen dem Kupplungselement 50b und dem seitlichen Kegelrad 24a, so dass die Kugel 58 weiter entlang der spiralförmigen Wege der Schlitze 56b, 36b läuft. Da der Eingriff der Oberflächen 55 und 43 die weitere Bewegung des Kegelkupplungselementes 50b nach links begrenzt, wird das seitliche Kegelrad 24a nach rechts weg von der stationären Ebene 118 als Reaktion darauf gezwungen, dass die Kugel 58 weiter entlang der spiralförmigen Rampenwege der Schlitze 56b, 36b läuft, wobei die Tellerfeder 49 weiter zusammengedrückt wird und die Bewegung gegen die entgegengerichteten, die Antriebskegelräder trennenden Kräfte erfolgt. Die Kugel- und Rampenanordnung des vierten steuerbaren Differentials beseitigt die Reibung zwischen den Nockenrampenflächen des in 1-9 dargestellten steuerbaren Differentials, so dass μ_r für Kugel- und Rampenanordnungen effektiv Null ist. Es versteht sich jedoch, das die vorangehend beschriebene Nockenanordnung mit der bei dem steuerbaren Differential enthaltenen Kupplungsbetätigunganordnung verwendet werden kann und umgekehrt Kugel- und Rampenanordnungen die Nockenanordnungen ersetzen können.
Das vierte steuerbare Differential umfasst ebenfalls ein zweites Kegelkupplungselement 101, dass zwischen einem seitlichen Kegelrad 100 und einem Gehäuseteil 12d (10) angeordnet ist. Das Kegelkupplungselement 101 ist betrieblich mit dem seitlichen Kegelrad 100 unter Verwendung herkömmlicher bekannter Verfahren wie Ausbilden von Nuten gekoppelt, so dass sich das Kegelkupplungselement 101 und das seitliche Kegelrad 100 miteinander drehen. Das Verwenden eines zweiten Kegelkupplungselementes 101 schafft die Fähigkeit für einen zusätzlichen Drehmomentsübertrag. Wenn, wie in 10 dargestellt, sich das Kegelkupplungselement 50b aufgrund der Anwendung einer Betätigungskraft nach links bewegt und eine weitere relative axiale Bewegung zwischen dem Kegelkupplungselement 50b und dem seitlichen Kegelrad 24a über die Kugel- und Rampenanordnung erzeugt wird, wird durch das seitliche Kegelrad 24a über den Übertragungsblock 82, das seitliche Kegelrad 100 und das Kegelkupplungselement 101 entlang der Wege 108 eine axiale Kraft übertragen. Der Übertragungsblock 82 ist um den Kreuzzapfen 32 angeordnet und dazu eingerichtet, sich lateral relativ hierzu entlang der Achse 9 zu bewegen. Wie nämlich aus 10 ersichtlich zwingt die Kegelradfläche 130, die in verschieblichem Eingriff mit oder nur geringfügig getrennt von der Fläche 132 des Übertragungsblockes 82 ist, bei axialer Trennung des seitlichen Kegelrades 24a von dem sich zu der rechten Seite der Ebene 118 (11D) bewegenden Kegelkupplungselement 50b den Übertragungsblock 82 nach rechts. Die Fläche 134 des sich nach rechts bewegenden Übertragungsblockes, die in verschieblichem Eingriff mit oder nur geringfügig von der Fläche 136 des seitlichen Kegelrades 100 getrennt ist, zwingt das seitliche Kegelrad 100 nach rechts. Eine ringförmige Fläche 138 des seitlichen Kegelrades 100 liegt an einer Fläche 140 des Kegelkupplungselementes 101 an, das sich mit dem seitlichen Kegelrad 100 dreht. Das Kegelkupplungselement 101 wird somit nach rechts getrieben, so dass seine Fläche 105 in kraftschlüssigen Eingriff mit der Fläche 104 des Gehäuseteiles 12d kommt.
Somit drängt die Kraft entlang der Wege 108 wie in 10 dargestellt das Kegelkupplungselement 101 nach rechts, wobei hierdurch die kegelstumpfartig ausgebildeten Flächen 105 und 104 in Eingriff kommen, um kraftschlüssig zusätzliches Drehmoment von dem Gehäuse 12 auf die über Nuten jeweils mit den seitlichen Kegelrädern 24a, 100 verbundenen Achsen 21a, 23a zu übertragen. Somit erhöht die Kraft entlang der Wege 108 in Verbindung mit dem Kegelkupplungselement 101 und dem Gehäuseteil 12d die Fähigkeit des Differentials 10c zum Drehmomentsübertrag. Weiterhin werden die Trennungskräfte zwischen den Antriebskegelrädern 28 und dem seitlichen Kegelrad 100 nicht direkt in das Gehäuseteil 12d abgeleitet, sondern beaufschlagen das Kegelkupplungselement 101. Somit ist das Differential 10c drehmomentssensitiv.
10 zeigt weiterhin zwei alternative Flanschanordnungen 112 und 113 an dem Gehäuseteil, die zur Anpassung an verschiede ne Tellerradabstände benutzt werden können. Es versteht sich, dass jede der beiden Flanschanordnungen mit jedem der beschriebenen steuerbaren Differentiale eingesetzt werden kann und dass die dargestellten Positionen der Flanschanordnungen lediglich beispielhaft sind.
Wie in dem Fall bei den ersten drei steuerbaren Differentialen, die Nockenanordnungen einsetzen, sind die Geometrien der Rampenflächen 36b, 56b und des Kegelkupplungselementes 50b einige der Faktoren, die festlegen, ob die Trennungskräfte auf die Kugel- und Rampenanordnung des vierten steuerbaren Differentials weiter zunehmen und dem Kegelkupplungselement 50b zusätzliche Kraft liefern, um den Kupplungsmechanismus vollständig in Eingriff zu bringen, oder ob sie auf Null zurückgehen und nichts zu Fähigkeit des Kegelkupplungselementes 50b beitragen, mit dem Gehäuse 12 in Eingriff zukommen. Mit anderen Worten bestimmen diese Geometrien, ob das Kegelkupplungselement 50b automatisch vollständigen Eingriff erreicht, wenn eine Initialisierungskraft aufgewendet wird, oder ob der Grad des Eingriffs des Kegelkupplungselementes 50b in Abhängigkeit der Größe der Betätigungskraft variiert. Für den Kupplungsmechanismus des Differentials 10c müssen für einen vollständigen Eingriff bei jedem Aufwenden einer Betätigungskraft die Trennungskräfte kontinuierlich zunehmen, so dass das Kegelkupplungselement 50b den vollen Umfang der gewünschten Bewegung erfährt.
Die notwendigen Beziehungen zwischen den Gestaltungselementen des Kegelkupplungselementes 50b und den Rampenflächen 36b, 56b werden nun mit Bezug auf 11B–D beschrieben, die in Bezug auf die stationäre Ebene 118, die rechtwinklig zu der Achse 9 ist, spiralförmige Schlitze 36b und 56b aufweisen. Wie in dem Falle der Differentiale 10, 10a und 10b können die Eigenschaften des Kegelkupplungselementes 50b und der Kugel- und Rampenanordnung 36b, 58, 56b bei dem Differential 10c so eingerichtet werden, dass ein geeigneter Wert für das Produkt CF × RF erreicht wird. Die zum Beschreiben des Kegelfaktors CF, des Kegelkupplungselementes 50b erforderlichen Faktoren umfassen:
μ_c1 = Reibungskoeffizient zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55,
α₁ = Winkel der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 von der Achse 9 und
R_c1 = mittlerer Radius der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 von der Achse 9.
Diese Variablen legen den „Konizitätsfaktor" CF₁ fest, der definiert ist als CF1 = (Rc1 × μc1)/sinα1.
Die Faktoren, die erforderlich sind, um die Eigenschaften der spiralförmigen Rampenflächen 36b, 56b zu beschreiben, umfassen
μ_r = Reibungskoeffizient zwischen den Rampenflächen 36a, 56a (im wesentlichen Null),
Φ_a = Winkel der Rampenflächen 36a, 56a und
R_r = mittlerer Radius der Rampenflächen 36a, 56a.
Wie bei dem Winkel Φ bei den vorangehend beschriebenen steuerbaren Differentialen wird der Winkel Φ_a von einer rechtwinklig zu der Drehachse 9 stehenden Ebene gemessen und steht für den Anstiegsgrad der Rampenflächen. Diese Variablen werden verknüpft, um den „Rampenfaktor" RF zu definieren, der als
definiert ist.
Die den relativen Drehungen der Schlitze 36b, 56b um die Kugeln 58 zugeordnete „Trennungskraft" F_S ist definiert als FS = Tr × RF, wobei Tr das Drehmoment auf die Schlitze 36b und 56b ist.
Das Drehmoment auf die Rampenfläche 56b gleicht das Kegeldrehmoment auf das erste Kegelkupplungselement 50b aus. Daher gilt T_r = T_c1. Schließlich gleicht die axiale Kraft auf das Kegelkupplungselement 50b die Trennungskraft auf die Rampenfläche 56b aus. Diese Kraft entspricht in ihrer Stärke der Kraft auf die Rampenfläche 36b, die über das seitliche Kegelrad 24a auf den Übertragungsblock 82, das seitliche Kegelrad 100 und das zweite Kegelkupplungselement 101, dessen einwirkende axiale Kraft mit F_c2 bezeichnet wird, übertragen wird. Daher ist F_S = F_c1 = F_c2.
Die zum Beschreiben des Kegelfaktors CF₂ des zweiten Kegelkupplungselementes 101 erforderlichen Faktoren umfassen:
μ_c2 = Reibungskoeffizient zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 104 und 105,
α₂ = Winkel der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 105 von der Achse 9 und
R_c2 = mittlerer Radius der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 105 von der Achse 9.
Diese Variablen legen den „Konizitätsfaktor" CF₂ fest, der definiert ist als CF2 = (Rc2 × μc2)/sinα2.
Es ist vorgesehen, dass CF1 und CF2 normalerweise gleich sind, auch wenn sie voneinander abweichen können. Das „zweite Kegeldrehmoment" T_c2 ist definiert als Tc2 = CF2 × Fc2,wobei F_c2 axiale Kraft auf das Kegelkupplungselement 101 ist, die in ihrer Stärke gleich F_c1. Die in Zusammenhang mit dem dritten steuerbaren Differentialen 10b diskutierten, mit CF × RF > 1 und CF × RF < 1 zusammenhängenden Kupplungseingriff- und -löseeigenschaften zum Auslösen und Aufrechterhalten von externen Kräften F_e gelten auch für das vierte steuerbare Differential 10c. Auch wenn das Steuersystem 67a in Verbindung mit dem Differential 10c verwendet wird, kann weiterhin statt dessen das Steuersystem 67 verwendet werden, um das Differential 10c zu steuern.
12 zeigt ein Differential 10d als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel weist zwei wesentliche Unterschiede zu dem vierten Differential 10c (10) auf. Als erstes verfügt das Differential 10d über eine erste Kugel- und Rampenanordnung 36c, 58a, 56c, die dem Eingriff eines ersten Kegelkupplungselementes 50c mit einer Innenfläche 43a eines Gehäuseteiles 12f zugeordnet ist, und über eine zweite Kugel- und Rampenanordnung 152, 154, 156, die dem Eingriff eines zweiten Kegelkupplungselementes 101 mit einer Innenfläche 104a zugeordnet ist. Als zweites verfügt das Differential 10d über eine Abschlusskappe 12g, die einen Nabenabschnitt 158, der aus einem geeigneten ferromagnetischen Material ist, und einen ringförmigen äußeren Abschnitt 160 aufweist, der aus einem nichtmagnetischen Material ist. Die Abschlusskappenabschnitte 158 und 160 können getrennte, auf Pulverbasis aus magnetischen beziehungsweise nichtmagnetischen Materialien hergestellte Metallelemente aufweisen, wobei die Elemente vor dem Sintern durch Anliegen an den angepaßten kegelstumpfartig ausgebildeten Oberflächen 162, 164, die die Abschlusskappenabschnitte zusammenhalten, aneinander angepaßt sind.
Alternativ können die nicht gesinterten pulverförmigen Metallelemente des Abschlusskappenabschnittes 158 verwendet werden, um einen Teil der Form für den nichtmagnetischen Abschlusskappenabschnitt 160 zu bilden. Somit kann der magnetische Abschnitt 158 zum Teil die Konfiguration des nichtmagnetischen Abschnittes 160 bestimmen, wobei dieses Teil die Oberfläche des nichtmagnetischen Abschnittes 160 ist, die an den magnetischen Abschnitt 158 grenzt. In ähnlicher Art und Weise kann das nicht gesinterte pulverförmige Metallelement des nichtmagnetischen Abschlusskappenabschnittes 160 verwendet werden, um einen Teil der Form für den magnetischen Abschlusskappenabschnitt 158 zu bilden, um hierzu die Oberfläche zu bilden, die an den magnetischen Abschnitt 160 grenzt. Bei beiden Alternativen werden die beiden Abschnitte 158, 160 zum Ausbilden der Abschlusskappe 12g zusammengesintert, und die aneinandergrenzenden Oberflächen müssen nicht kegelstumpfartig ausgebildet sein.
Weiterhin können alternative Ausgestaltungen der Abschlusskappe 12g maschinell bearbeitete Stangenmaterialabschnitte 158, 160 oder separat ausgebildete und gesinterte pulverförmige Metallabschnitte 158, 160 aufweisen, die über Gewinde miteinander verbunden sind, oder können über maschinell bearbeitete Stangenmaterialabschnitte 158, 160 verfügen, die reibungsmäßig oder druckmäßig zusammengeschweißt sind.
Bei dem in 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abschlusskappe 12g eine auf Pulverbasis hergestellte Metallanordnung mit einem zentralen Nabenabschnitt 158, durch den sich eine Ausgangswelle 21a erstreckt, und mit einem ringförmigen äußeren Abschnitt 160, der einen mit einem Gewinde versehenen äußeren Umfang 166 aufweist, welcher mit einer angepassten, mit einem Gewinde versehenen Oberfläche 168 in Eingriff steht. Der Nabenabschnitt 158 der Abschlusskappe ist aus einem geeigneten ferromagnetischen Material hergestellt, und der ringförmige äußere Abschnitt 160 ist aus einem geeigneten nichtmagnetischen oder paramagnetischen Material gefertigt, um den weiter unten näher erläuterten geschlossenen magnetischen Fluss hervorzurufen. Die Abschlusskappenabschnitte 158, 160 werden entlang aufeinander angepasster kegelstumpfartig ausgebildeter Oberflächen 162, 164 aneinandergebracht, bevor die Abschlusskappe gesintert wird. Der zentrale Nabenabschnitt 158 kommt mit dem ringförmigen äußeren Abschnitt 160 wie in 12 dargestellt von rechts in Eingriff, wobei der am meisten links liegende innere Durchmesser des äußeren Bereiches der kegelstumpfartig ausgebildeten Oberfläche 164 kleiner ist als der am meisten rechts liegende innere Durchmesser. Alternativ kommt, wie in 13 dargestellt, der zentrale Nabenabschnitt 158a von links mit dem ringförmigen äußeren Abschnitt 160a in Eingriff, wobei der am meisten links liegende innere Durchmesser des äußeren Abschnittes der kegelstumpfartig ausgebildeten Oberfläche 164a größer als der am meisten rechts liegende Durchmesser ist. Jede von diesen Anordnungen schafft nach Sinterung eine strukturell stabile Abschlusskappe. Weiterhin kann, falls erforderlich, die innere axiale Oberfläche jedes Abschnittes abtragend an die innere axiale Oberfläche des anderen Abschnit tes angepasst sein, um sicherzustellen, dass der Spalt 95a konsistent dimensioniert ist.
Wie in 12 dargestellt ist ein sich nicht drehende Elektromagnet 60c benachbart der Abschlusskappe 12g angeordnet und an diesem durch ein Lager 79b gehalten. Ein Luftspalt 120a trennt axial und radial den sich nicht drehenden Elektromagneten von den sich drehenden Gehäuseteilen 12f und 12g. Insbesondere verfügen die Abschlusskappe 12g und der Elektromagnet 60c aufeinander angepasste, jeweils sägezahnartig profilierte Bereiche 172, 174, zwischen denen ein Bereich des Luftspaltes 120a vorhanden ist. Der sägezahnartig profilierte Bereich 172 verfügt über eine Anzahl von im wesentlichen parallelen, zylindrischen, radial voneinander beabstandeten, aber im wesentlichen axial zueinander ausgerichteten Oberflächen und eine kegelstumpfartig ausgebildete Oberfläche, die sich zwischen den axial gegenüberliegenden Enden jedes benachbarten Paares von zylindrischen Oberflächen erstreckt. In entsprechender Art und Weise schafft der sägezahnartig profilierte Bereich 174 angepasste zylindrische und kegelstumpfartig ausgebildete Oberflächen parallel zu den entsprechenden Oberflächen des sägezahnartig profilierten Bereiches 172. Diese Anordnung gestattet nicht unerhebliche innere axiale Flächentoleranzen oder relative axiale Bewegung zwischen den inneren und äußeren Laufringen des Lagers 79b, da der Abstand zwischen den entsprechenden kegelstumpfartig ausgebildeten Oberflächen erheblich variiert, während der Luftspalt 120a zwischen den aufeinander angepassten zylindrischen Oberflächen des sägezahnartigen Profiles präzise beibehalten wird. Somit kann das Lager 79b von einer geringeren Präzision als ansonsten notwendig sein, ohne die Eigenschaft der Kupplung wesentlich zu beeinträchtigen. Alternativ können, wie in 13 dargestellt, die aneinandergrenzenden Oberflächen des Elektromagneten 60d und der Abschlusskappe 12h ziemlich glatte, parallele Konturen aufweisen, die den Luftspalt 120b bilden.
Mit Bezug wiederum auf 12 ist ersichtlich, dass ein magnetischer Kreis 80a erzeugt wird, der das erste Kegelkupplungselement 50c geringfügig nach links bewegt und die Größe des Luftspaltes 95a verringert, wenn der Elektromagnet 60c mit Energie beaufschlagt wird. Die Oberfläche 55a des Kegelkupplungselementes 50c bewegt sich unter dem Einfluß des magnetischen Feldes lediglich im Bereich von 0,001–0,002 inch in Richtung der Oberfläche 43a des Gehäuseteiles 12f, was einer Abnahme des Luftspaltes 95a von etwa 0,010 inch entspricht, wenn sich das Kegelkupplungselement 50c axial zu der Abschlusskappe 12g bewegt. Die Kraft auf das Element 50c ändert sich mit dem Betrag des durch den Elektromagneten 60c erzeugten Flusses. Wenn der Elektromagnet 60c durch das Steuersystem 67a unter Zufuhr von verschiedenen Stromstärken in die Spulenwicklungen 106 mit Energie beaufschlagt wird, wird entlang des Weges 80a eine entsprechend variable Größe an magnetischem Fluss erzeugt. Der magnetische Fluss läuft von den Elektromagneten 60c über den Luftspalt 120a, durch das Gehäuseteil 12f und das erste Kegelkupplungselement 50c, über den Luftspalt 95a, durch den eisenhaltigen zentralen Nabenabschnitt 158 der Abschlusskappe 12g und zurück über den Luftspalt 120a zu dem Elektromagneten 60c über in erster Linie die zylindrischen Oberflächen der aufeinander angepassten sägezahnartig profilierten Bereiche 172, 174. Da der ringförmige äußere Bereich 160 der Abschlusskappe 12g aus einem nichtmagnetischen oder paramagnetischen Material gefertigt ist, läuft der magnetische Fluss in den Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität um den Bereich 160 herum. Aufgrund des geschlossenen magnetischen Flusses wird, wie in 12 dargestellt, das Kegelkupplungselement 50c durch die Anziehungskräfte zwischen den zwei Paaren von Oberflächen, nämlich den einander gegenüberliegenden axialen Oberflächen des zentralen Nabenabschnittes 158 der Abschlusskappe und des Elementes 50c, zwischen denen der Luftspalt 95a angeordnet ist, und den kegelstumpfartig ausgebildeten Kupplungsflächen 43a und 55a, nach links bewegt. Wie in Zusammenhang mit dem vierten steuerbaren Differential beschrieben hängt der Grad, bis zu dem das erste Kegelkupplungselement 50c des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach links gezogen wird, von der Stärke des durch die Spulenwicklung 106a erzeugten magnetischen Feldflusses ab.
Zwischen dem ersten Kegelkupplungselement 50c und dem seitlichen Kegelrad 24b ist eine ringförmige Nockenplatte 150 angeordnet, die über einen sich axial erstreckenden Abschnitt 151 verfügt, der an einer benachbart der Abschlusskappe 12g liegenden Druckscheibe 186 anliegt. Die durch den momentanen Unterschied in der Drehgeschwindigkeit zwischen dem ersten Kegelkupplungselement 50c und der Nockenplatte 150 bei Aneinanderliegen der kegelstumpfartig ausgebildeten Oberflächen 43a und 55a hervorgerufene Betätigungsabfolge ist ähnlich der bei dem vierten steuerbaren Differential. Der variable Spulenstrom ruft eine variable Größe an magnetischer Schließkraft zwischen dem Gehäuseteil 12f und dem ersten Kegelkupplungselement 50c hervor, was einen variablen Betrag von durch das Gehäuseteil 12f auf das Element 50c ausgeübten Drehmoment induziert. Eine Kugel- und Rampenanordnung 36c, 48a, 46c verfügt über eine erste Anzahl von gepaarten spiralförmigen Schlitzen 36c, 56c, die jeweils in einer Art und Weise, die ähnlich ist zu der in Zusammenhang mit dem vierten Differential 10c beschriebenen, in aufeinander zu weisenden Flächen 176, 178 (14-16) der Nockenplatte 150 und des ersten Kegelkupplungselementes 150 angeordnet sind. Die Schlitze 36c, 56c bilden einen von einer beispielsweise aus Stahl hergestellten und in jedem Paar von Schlitzen angeordneten Kugel 58a befolgten spiralförmigen Rampenweg, wobei der Rampenwinkel als Winkel Φ_b (15) definiert ist, der dem Rampenwinkel Φ_a des vierten steuerbaren Differentials (11D) entspricht.
Unter Bezug insbesondere auf 14 sind bei abgeschaltetem Elektromagneten 60c die Oberflächen 176, 178 sehr nahe beieinander und bei gegenüberliegenden Seiten von 118a, die in Bezug auf das Differential stationär, rechtwinklig zu der Achse 9 und parallel zu den Flächen 176, 178 ist. Die Flächen 176, 178 sind miteinander so gut wie nicht in Kontakt, sondern vorzugsweise etwa 0,001 bis 0,003 inch über Kugeln 58a, die in dem tiefsten Bereich der Schlitze 36c, 56c angeordnet sind, und die Tellerfeder 49a voneinander getrennt, die auf eine Fläche 180 der Nut 182 in dem seitlichen Kegelrad 24b und einen Sprengring 39a wirkt, der in einer Grundfläche 183 mit großem Durchmesser der kegelstumpfartig ausgebildeten Vertiefung 184 innerhalb des Kegelkupplungselementes 50c angeordnet ist. Die Fläche 176 des Kegelkupplungselementes 50c ist in Bezug auf die Ebene 118a in Stellung gehalten, wenn das Differential 10d durch die auf den Sprengring 39a einwirkende Tellerfeder 49a in einer nicht kuppelnden Stellung in einer Anordnung des Kegelkupplungselementes 50c in Richtung der Nockenplatte 150 ist, wobei jede Kugel 58a eine mittige Stellung zwischen ihren zugehörigen Paaren von Rampenflächen 36c, 56c einnimmt. Die Fläche 178 der Nockenplatte 150 wird in Bezug auf die Ebene 118a durch Trennungskräfte zwischen den Antriebskegelrädern 28 und dem seitlichen Kegelrad 24b in Position gehalten, die der Nockenplatte 150 über Kugeln 154 zugeführt werden, die in aufeinander zu weisenden Flächen 188, 190 angeordnet sind, wobei die Nockenplatte 150 gegen die benachbart der Abschlusskappe 12g angeordnete ringförmige Druckscheibe 186 (12) gedrängt wird.
Die aufeinander zu weisenden Flächen 188, 190 des seitlichen Kegelrads 24b und der Nockenplatte 150 sind nahe einander benachbart und auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene 192 angeordnet, wenn das Differential 10d in seinem nicht kuppelnden Zustand ist. Die Flächen 188, 190 berühren sich in diesem Zustand kaum, sondern sind durch Kugeln 154, die in den Schlitzen 154, 156 angeordnet sind, um etwa 0,0001 bis 0,0003 inch vorzugsweise voneinander beabstandet. In dem nicht kuppelnden Zustand werden die Kugeln 154 durch die Tellerfeder 49a in den tiefsten Bereich der Schlitze 154, 156 gedrängt. Eine Ebene 192 ist parallel zu der Ebene 118a und bewegt sich mit den Kugeln 154 entlang der Achse 9. Eine zweite Kugel- und Rampenanordnung 152, 154, 156 weist eine zweite Anzahl von gepaarten spiralförmigen Schlitzen 152, 156 auf, die in einer in Zusammenhang mit der ersten Kugel- und Rampenanordnung 36c, 58a, 56c beschriebenen ähnlichen Art und Weise an den aufeinander zu weisenden Flächen 188, 190 vorgesehen sind. Jedes Paar von Schlitzen 152, 156 bildet einen spiralförmigen Rampenweg, der von einer beispielsweise aus Stahl gefertigten Kugel 154 befolgt wird, die in dem Schlitzpaar angeordnet ist. Der als Winkel θ (16) definierte Rampenwinkel ist wesentlich kleiner als der Winkel Φb. Dass der Winkel θ „flacher" als der Winkel Φ_b ist heißt, dass die Kugel 154 geeignet ist, größere axial gerichtete Belastungen als die Kugel 58a zu übertragen. Daher ist die Kugel 154 im Durchmesser wesentlich größer als die Kugel 58a, was zu einer größeren Kontaktfläche mit den Schlitzen 152, 156 als bei der Kugel 58a mit den Schlitzen 36c, 56c führt, so dass mit den höheren Belastungen zusammenhängende Beanspruchungen auf akzeptablen Niveaus gehalten werden. Wie weiter unten näher erläutert wird, überträgt die Kugel- und Rampenanordnung 152, 154, 156 axiale Kräfte zwischen der Nockenplatte 150, die an der Druckplatte 186 bei der Abschlusskappe 12g anliegt, und dem seitlichen Kegelrad 24, das mit dem Übertragungsblock 82, dem seitlichen Kegelrad 100, dem zweiten Kegelkupplungselement 101 und der Fläche 104a des Gehäuseteil 12f in Verbindung steht.
Im Betrieb wird bei eingeschaltetem Elektromagneten 60c eine axiale Trennung des ersten Kegelkupplungselementes 50c und der Nockenplatte 150 hervorgerufen, wenn, wie in 12 dar gestellt, das Kegelkupplungselement 50c magnetisch gegen die Kraft der Tellerfeder 49a in kupplungsmäßigen Eingriff mit dem Gehäuseteil 12f über die kegelstumpfartig ausgebildeten Flächen 43a und 55a nach rechts gezogen wird. Wie in 15 dargestellt, wird das Kegelkupplungselement 50c als Reaktion auf den anfänglichen Durchsstz von magnetischem Fluss in Bezug auf die stationäre Ebene 118a nach links gezogen, und die Flächen 43s und 55s liegen unter kraftschlüssigem Eingriff aneinsnder an. Bei axialer Trennung des ersten Kegelkupplungselementes 50c und der Nockenplatte 150 wird die Kugel 58a, wie in 15 dargestellt, aufgrund der relativen Drehung zwischen dem Element 50c und der Nockenplatte 150 zur Drehung entlang der rampenartigen spiralförmigen Wege der Schlitze 56c, 36c gezwungen. Die Nockenplstte 150, die durch die Kraft der Tellerfeder 49a und die getrieberadtrennenden Kräfte zwischen den Antriebskegelrädern 28 und dem seitlichen Kegelrad 24b gegen die Druckplatte 186 gedrängt wird, hält ihre axisle Stellung in Bezug auf die stationäre Ebene 118 bei. Bei weiterer Drehung der Kugel 58s entlang der spiralförmigen Rampenwege werden die kegelstumpfartig ausgebildeten Flächen 43s, 55s in festeren kraftschlüssigen Eingriff gezwungen, und die immer noch an der Druckplatte 186 anliegende Nockenplstte 150 erreicht in Bezug auf das Kegelkupplungselement 50c das Ende ihres Drehweges.
Sobald die Nockenplstte 150 in Bezug auf das erste Kegelkupplungselement 50c das Ende ihres Bewegungsweges erreicht hat, beginnt das seitliche Kegelrad 24b sich relativ zu der Nockenplstte 150 zu drehen. Unter Bezug auf 16 verursacht die relative Drehung des seitlichen Kegelrades 24b und der Nockenplstte 150 eine Drehung der Kugel 154 entlang der rampenartigen spiralförmigen Wege der Schlitze 152, 156, wie durch den zunehmenden Versatz der Ebene 192 dargestellt, der axial der Mittellinie der Kugel 154 von den Flächen 188, 190 folgt. Wie in 12 dargestellt bewegt sich das seitliche Ke gelrad 24b nach rechts, wobei das zweite Kegelkupplungselement 101 über den Übertragungsblock 82 und das seitliche Kegelrad 100 in der weiter oben in Zusammenhang mit dem in 10 dargestellten vierten steuerbaren Differential erläuterten Art und Weise zur Anlage an das Gehäuseteil 12f gezwungen wird. Bei Eingriff der Flächen 104a, 105 erreicht das seitliche Kegelrad 24b bezüglich Drehung und axial in Bezug auf die Nockenplatte 150 das Ende seines Bewegungsweges. Wenn die Kugel 154 zwischen den Schlitzen 152, 154 fester zusammengedrückt wird, wird entlang der Linien 108a zwischen der Abschlusskappe 12g, der Druckplatte 186, der Nockenplatte 150, der Kugel 154, dem seitlichen Kegelrad 24b, dem Übertragungsblock 82, dem seitlichen Kegelrad 100, den Kegelkupplungselement 101 und dem Gehäuseteil 12f Kraft übertragen. Da der Winkel θ der Schlitze 152, 156 (16) kleiner ist als der Winkel Φ_b der Schlitze 36c, 56c (15), wird auf das zweite Kegelkupplungselement 101 eine größere Eingriffskraft als auf das erste Kegelkupplungselemente 50c ausgeübt. Es wird abgeschätzt, dass 80 Prozent des gesamten Drehmomentübertrags zwischen dem Gehäuse 12 und den Achsen 21a, 23a durch den Eingriff der zweiten Kupplungsflächen 104a, 105 und lediglich 20 Prozent durch den Eingriff der ersten Kupplungsflächen 43a, 55a erfolgt. Die Kugel- und Rampennockenanordnung des Ausführungsbeispiels beseitigt die Reibung zwischen den gleitenden Nockenrampenflächen bei den Nockenanordnungen der in 1–9 dargestellten steuerbaren Differentiale. Es versteht sich jedoch, dass die Nockenanordnung des Ausführungsbeispiels anstelle der ersten und/oder zweiten Kugel- und Nockenanordnung auch verschiebbar in Eingriff bringbare Rampenflächen aufweisen kann.
Wie in dem Fall des vierten Differentials 10c, das eine einzige Kugel- und Rampenanordnung aufweist, bestimmen die Geometrien und Kraftschlusseigenschaften der ersten Kugel- und Rampenanordnung 36c, 58a, 56c und der zweiten Kugel- und Rampenanordnung 152, 154, 156 des Differentials 10d, ob die Trennungskräfte auf die Kugel- und Rampenanordnungen fortfahren sich zu verstärken und dem ersten und zweiten Kegelkupplungselement 50c und 101 jeweils Kraft hinzufügen oder ob sie bei Abschalten des Elektromagneten auf Null zurückgehen. Mit anderen Worten, diese Geometrien bestimmen, ob die Kegelkupplungselemente 50c und 101 automatisch ihren vollen Eingriff erreichen, wenn eine äußere Kraft F_e aufgewendet wird, oder ob der Grad des Eingriffs der Kegelkupplungselemente in Abhängigkeit der Stärke der äußeren Kraft variiert.
Die notwendigen Beziehungen zwischen den Gestaltungselementen des ersten Kegelkupplungselementes 50c und der ersten Kugel- und Rampenanordnung 36c, 58a, 56c werden nun mit Bezug auf 14 beschrieben, die die Kugel- und Rampenanordnung 36c, 58a, 56c von der stationären Ebene 118a, die rechtwinklig zu der Achse 9 ist, versetzt zeigt. Wie bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen können die Eigenschaften des ersten Kegelkupplungselementes 50c und der ersten Kugel- und Rampenanordnung 36c, 58a, 56c und des zweiten Kegelkupplungselementes 101 und der zweiten Kugel- und Rampenanordnung 152, 154, 156 bei dem Differential 10d so eingerichtet sein, dass für jede Kugel- und Rampenanordnung geeignete Werte des Produktes CF × RF erhalten werden. Die zum Beschreiben des Konizitätsfaktors CF₁ des ersten Kegelkupplungselementes 50c umfassen:
μ_c1 = Reibungskoeffizient zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 43 und 55,
α₁ = Winkel der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 von der Achse 9 und
R_c1 = mittlerer Radius der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 55 von der Achse 9.
Der Konizitätsfaktor CF₁ des ersten Kegelkupplungselementes 50c ist definiert als CF1 = (Rc1 × μc1)/sinα1.
Die Faktoren, die erforderlich sind, um die Eigenschaften der spiralförmigen Rampenflächen 36c, 56c der ersten Kugel- und Rampenanordnung zu beschreiben, umfassen
μ_r1 = Reibungskoeffizient zwischen der Kugel 58a und den Rampenflächen 36c, 56c (im wesentlichen Null),
Φ_b = Winkel der Rampenflächen 36c, 56c und
R_r1 = mittlerer Radius der Rampenflächen 36c, 56c von der Drehachse 9.
Wie bei den Winkeln Φ und Φ_a bei den voranstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird der Winkel Φ_b von einer Ebene rechtwinklig zu der Drehachse 9 gemessen und zeigt den Grad des Anstiegs der Rampenflächen an. Diese Variablen werden verknüpft, um den ersten Rampenfaktor RF₁ als
zu definieren.
Die der relativen Drehung der Schlitze 36c, 56c um die Kugel 58a (14-16) zugeordnete erste Trennungskraft F_s1 ist definiert als Fs1 = Tr1 × RF1, wobei T_r1 die Stärke des Drehmoments auf die Schlitze 36c und 56c und damit auf die Nockenplatte 150 beziehungsweise das erste Kegelkupplungselement 50c ist.
Die zum Beschreiben der Eigenschaften der spiralförmigen Rampenflächen 152, 156 der zweiten Kugel- und Rampenanordnung erforderlichen Faktoren weisen auf
μ_r2 = Reibungskoeffizient zwischen der Kugel 154 und den Rampenflächen 152, 156 (im wesentlichen Null),
θ = Winkel der Rampenflächen 152, 156 und
R_r2 = mittlerer Radius der Rampenflächen 152, 156 von der Drehachse 9.
Wie bei dem Winkel Φ_b wird der Winkel θ von einer Ebene rechtwinklig zu der Drehachse 9 gemessen und gibt den Grad des Anstiegs der Rampenflächen an. Diese Variablen werden miteinander verknüpft, um den zweiten Rampenfaktor RF₂ zu definieren:
Die der relativen Drehung der Schlitze 152 und 156 um die Kugel 154 (14-16) zugeordnete zweite Trennungskraft F_S2 ist definiert als FS2 = Tr2 × RF2,wobei T_r2 die Stärke des Drehmoments auf die Schlitze 152, 156 und damit auf die Nockenplatte 150 beziehungsweise das seitliche Kegelrad 24b ist. Da der zweite Rampenfaktor RF₂ größer als der erste Rampenfaktor RF₁ ist, ist die zweite Trennungskraft F_s2 größer als die erste Trennungskraft F_S1, so dass sichergestellt ist, dass der Nockenplattenabschnitt 151 in einer anliegenden Stellung zu der Druckplatte 186 gehalten wird, und dass sie über das seitliche Kegelrad 24b zu dem Übertragungsblock 82, dem seitlichen Kegelrad 100 und dem zweiten Kegelkupplungsteil 101, bei dem die einwirkende axiale Kraft mit F_c2 bezeichnet wird, übertragen wird. Somit ist F_S2 = F_c2.
Die zum Beschreiben des Konizitätsfaktors CF₂ des zweiten Kegelkupplungselementes 101 erforderlichen Faktoren umfassen:
μ_c2 = Reibungskoeffizient zwischen den kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsflächen 104 und 105,
α₂ = Winkel der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 105 von der Achse 9 und
R_c2 = mittlerer Radius der kegelstumpfartig ausgebildeten Eingriffsfläche 105 von der Achse 9.
Der Konizitätsfaktor CF₂ des zweiten Kegelkupplungselementes 101 ist definiert als CF2 = (Rc2 × μc2)/sinα2.
Es ist vorgesehen, dass CF₁ und CF₂ normalerweise äquivalent sind, wobei sie doch voneinander abweichen können. Das zweite Kegeldrehmoment T_c2 ist definiert als Tc2 = CF2 × Fc2,wobei, wie oben angedeutet, F_c2 äquivalent zu F_s2 ist.
Weiterhin gibt bei Betätigung der Kupplung die Kraft auf die Nockenplatte 150 gegen die Druckplatte 186 ein Drehmoment T_tw auf die Nockenplatte weiter, das als Ttw = Ftw × TWF,wobei F_tw die axiale Kraft auf die Druckplatte 186 und TWF der als TWF = μtw × Rtw,definierte Druckplattenfaktor ist, wobei
μ_tw = der kleinste Reibungskoeffizient zwischen der Druckplatte und einer Anschlagsfläche und
R_tw = der mittlerer Radius der Druckplatte ist.
In dem nicht gekuppelten Zustand des Differentials gleicht F_tw die Kegelradtrennungskraft aus und T_tw dient dazu, die Zeitverzögerung zwischen dem Punkt, an dem die Kupplungsflächen 53a, 55a in Eingriff kommen und die Kugel 58a in den Schlitzen 36c, 56c das Ende ihres Weges erreicht, zu erhöhen, so dass ein insgesamt behutsamerer Kupplungseingriff erzielt wird. Falls für die Druckplatte 186 eine Nadellagerscheibe verwendet wird, sind μ_tw und R_tw, im wesentlichen Null, so dass es dem Differential gestattet ist, schneller in seinen normalen offenen Zustand zurückzukehren, wenn der Elektromagnet abgeschaltet ist.
Für jede der ersten und zweiten Kugel- und Rampenanordnungen bei dem Differential 10d kommen die oben erläuterten Kupplungseingriffs- und -löseeigenschaften in Verbindung mit CF × RF > 1 und CF × RF = 1 für auslösende und aufrechterhaltene äußere Kräfte F_e ebenfalls zur Anwendung.
Während die vorliegende Erfindung als eine beispielhafte Auslegung aufweisend beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung im Rahmen der Aussage und Tragweite der vorliegenden Offenbarung abgewandelt werden. Diese Anmeldung dient daher dazu, alle Abwandlungen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Rückgriff auf die allgemeinen Grundlagen wie in den Ansprüchen festgelegt abzudecken.

Claims

Steuerbares Differential (10) mit einem drehbaren Gehäuse (12), einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten Antriebskegelrad (28), mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mit einem ersten Ausgangsteil (21) gekoppelten ersten seitlichen Kegelrad (24), mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mit einem zweiten Ausgangsteil (23) gekoppelten zweiten seitlichen Kegelrad (100), mit einer mit dem Gehäuse in Eingriff bringbaren ersten Kupplung (50) und mit einem elektrisch betätigbaren Stellorgan (60), dadurch gekennzeichnet, dass das erste seitliche Kegelrad einen Kegelradnockenbereich (156) aufweist, dass die erste Kupplung über einen Kupplungsnockenbereich (56) verfügt und dass ein Nockenelement (150) unter Kopplung zwischen dem ersten seitlichen Kegelrad und der ersten Kupplung angeordnet ist, wobei das Nockenelement einen ersten Nockenbereich (36) und einen zweiten Nockenbereich (152) aufweist, wobei der erste Nockenbereich des Nockenelementes drehbar mit dem Kupplungsnockenbereich gekoppelt ist und wobei der zweite Nockenbereich des Nockenelementes drehbar mit dem Kegelradnockenbereich gekoppelt ist, wobei das Nockenelement über eine Rotationsachse und eine zweite Kupplung (101) verfügt, die mit dem zweiten seitlichen Kegelrad gekoppelt und mit dem Gehäuse in Eingriff bringbar ist, wobei eine Betätigung der ersten Kupplung durch das Stellorgan die erste Kupplung mit dem Gehäuse in Eingriff bringt und wobei das Nocken element die zweite Kupplung über einen Übertragungsblock (82), der zwischen und in anliegender Anordnung zu den ersten und zweiten seitlichen Kegelrädern ist, in Eingriff mit dem sich drehenden Gehäuse zwingt.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die koppelnde Wechselwirkung zwischen dem Kupplungsnockenbereich und dem ersten Nockenbereich des Nockenelementes zwischen der ersten Kupplung und dem Gehäuse eine Kraft hervorruft, wobei die Kraft mit zunehmender Relativdrehung zwischen der ersten Kupplung und dem Nockenelement kontinuierlich zunimmt.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Schaffen des Eingriffs der ersten Kupplung mit dem drehbaren Gehäuse vorhanden sind, bevor die zweite Kupplung auf Betätigung durch das Stellorgan mit dem drehbaren Gehäuse in Eingriff kommt.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement Mittel zum Zuführen von wesentlich größeren axialen Kräften auf die zweite Kupplung als auf die erste Kupplung verfügt.
Differential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigen des Stellorgans die der zweiten Kupplung zugeführte axiale Kraft auf einem gleichbleibenden Niveau gehalten wird, das auf ein Vielfaches der der ersten Kupplung zugeführten axialen Kraft fixiert ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan einen Elektromagneten aufweist, relativ zu dem sich das Gehäuse dreht, wobei der Elektromagnet eine im wesentlichen torische magneti sche Flussstruktur (80) erzeugt, die den Elektromagneten und einen ringförmigen nichtmagnetischen Bereich (160) des Gehäuses umgibt, wobei die Flussstruktur durch die magnetischen Bereiche des Gehäuses und der ersten Kupplung durchdringt.
Differential nach Anspruch 1 oder 6, gekennzeichnet durch einen mit einem Elektromagneten (60) im Betrieb gekoppelten Sensor (64), wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, eine Differentationsbedingung zwischen dem seitlichen Kegelrad und dem Antriebskegelrad zu erfassen, wobei der Elektromagnet betrieblich mit dem Sensor gekoppelt ist und wobei der Elektromagnet dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf das Vorliegen einer Differentationsbedingung zwischen dem seitlichen Kegelrad und dem Antriebskegelrad die Kupplung mit einer Initialisierungskraft zu beaufschlagen.
Differential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf eine erfasste Difterentation zwischen dem Gehäuse und den ersten und zweiten Ausgangsteilen dem Elektromagneten ein variabler Strom einspeisbar ist, wobei die ersten und zweiten Kupplungen variabel mit dem Gehäuse in Eingriff kommen.
Differential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet von dem Gehäuse durch einen Luftspalt (120) beabstandet ist, wobei der Luftspalt teilweise durch parallele beabstandete Radialflächen und parallele beabstandete, im wesentlichen kegelstumpfartig ausgebildete Flächen gebildet ist, wobei die Flächen an dem Gehäuse und dem Elektromagneten ausgebildet sind.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nockenbereich des Nockenelementes und der erste Kupplungsnockenbereich eine Anzahl von im Betrieb koppelbaren Rampenflächen mit einem Winkel Φb aufweisen und der zweite Nockenbereich des Nockenelementes und der erste Kegelradnockenbereich eine Anzahl von im Betrieb in Eingriff bringbaren Rampenflächen mit einem Winkel θ aufweisen, wobei die Winkel Φ_b und θ relativ zu einer rechtwinklig zu der Drehachse des Elementes ausgerichteten Ebene gemessen sind und wobei der Winkel Φ_b größer als der Winkel θ ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nockenbereich des Nockenelementes mittels einer Anzahl von Kugeln (58) drehbar mit dem Kupplungsnockenbereich gekoppelt ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nockenbereich des Nockenelementes mittels in gleitendem Kontakt miteinander stehenden Zwischenflächen mit dem drehbaren Kupplungsnockenbereich gekoppelt ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nockenbereich des Nockenelementes mittels einer Anzahl von Kugeln (154) drehbar mit dem Kegelradnockenbereich gekoppelt ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nockenbereich des Nockenelementes mittels in gleitendem Kontakt miteinander stehenden Zwischenflächen drehbar mit dem Kegelradnockenbereich gekoppelt ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan einen Elektromagneten umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine im wesentlichen torische Magnetflussstruktur (80) zu erzeugen, die den Elektromagneten umschließt und wenigstens eine der ersten und zweiten Kupplungen in Eingriff mit dem drehbaren Gehäuse zwingt, und dass das Gehäuse benachbart des Elektromagneten einen nichtmagnetischen Bereich (160) aufweist, wobei die Flussstruktur den nichtmagnetischen Gehäusebereich umgibt.
Differential nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse über eine Abschlusskappe verfügt, wobei die Abschlusskappe einen nichtmagnetischen Bereich (160) und einen magnetischen Bereich (158) umfasst, wobei die magnetischen und nichtmagnetischen Bereiche miteinander verbunden sind.
Differential nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen und nichtmagnetischen Abschlusskappenbereiche jeweils aufeinander angepasste Sintermetallelemente umfassen, die ineinander passend gemacht und zusammengesintert sind.
Differential nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen und nichtmagnetischen Sintermetallelemente entlang aufeinander angepasster kegelstumpfartigen Flächen ineinander passend gemacht sind.
Differential nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Abschlusskappenbereich teilweise die Gestaltung des nichtmagnetischen Endkappenbereichs bestimmt, wobei der nichtmagnetische Bereich aus Sintermetall ist.
Differential nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtmagnetische Endkappenbereich teilweise die Gestalt des magnetischen Endkappenbereichs bestimmt, wobei der magnetische Endkappenbereich aus Sintermetall ist.
Differential nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen und nichtmagnetischen Endkappenbereiche mit Gewindeverbindungen miteinander verbunden sind.
Differential nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen und nichtmagnetischen Endkappenbereiche miteinander verschweißt sind.