IT9020501A1

IT9020501A1 - Differenziale

Info

Publication number: IT9020501A1
Application number: IT020501A
Authority: IT
Inventors: John R Botterill
Original assignee: Gkn Automotive Ag
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1991-12-01
Also published as: GB2234562B; JPH0348046A; ES2027842A6; SE9002024L; DE3920861C2; US5080640A; FR2648204B1; SE9002024D0; GB2234562A; FR2648204A1; GB9012264D0; DE3920861A1; IT9020501A0; SE501754C2; IT1248929B

Description

Descrizione dell' invenzione industriale avente per titolo: "Differenziale"

Riassunto del trovato

Differenziale con giunto di blocco, regolabile esternamente in modo variabile, specialmente per autoveicoli, comprendente una gabbia del differenziale, supportata girevole in una scatola ed azionabile, e inoltre comprendente alberi di azionamento, disposti coassialmente con questa gabbia ed accoppiati a rotazione, ruote di compensazione, che si trovano contemporaneamente in impegno con questi alberi e sono sostenute girevoli nella gabbia del differenziale, e comprendente una disposizione di frizione, che da un lato è sostenuta assialmente su una superficie di sostegno di una delle parti - gabbie del differenziale oppure di una delle ruote condotte - e dall' altro lato è sollecitabile assialmente tramite un dispositivo di azionamento, laddove il dispositivo di azionamento comprende un anello di sostegno, assialmente fisso rispetto alla scatola, un anello di impostazione scorrevole assialmente, nei quali uno è girevole rispetto all' altro, un dispositivo di azionamento di rotazione che all' occorrenza aziona detto anello di impostazione, laddove fra anello di impostazione e anello di sostegno sono inseriti elementi di corpi di rotolamento su curve o gole di comando di accoppiamento, che sono eseguite in modo tale che non si verifica alcun blocco automatico nel movimento di ritorno fra anello di impostazione e anello di sostegno, (figura 7).

Descrizione del trovato

L·'invenzione riguarda un differenziale con giunto di blocco, comandabile esternamente in modo variabile, specialmente per autoveicoli, comprendente una gabbia del differenziale, supportata girevole in una scatola ed azionabile, elementi condotti, disposti coassialmente con questa, accoppiati in maniera girevole ed accoppiati solidali alla rotazione, rispettivamente con un albero condotto - due ruote condotte oppure una ruota condotta ed un portasatelliti - e inoltre comprendente ruote di compensazione, che si trovano contemporaneamente impegnate con questi elementi e che sono sostenute girevoli nella gabbia del differenziale, e comprendente una disposizione di frizione, che comprende alternativamente lamelle interne, accoppiate solidali alla rotazione con un primo degli elementi condotti situati coassialmente, e lamelle esterne accoppiate solidali alla rotazione con un'altra delle parti situate coassialmente - gabbia del differenziale od elemento condotto -, laddove queste lamelle da un lato sono sostenute assialmente su una superficie di sostegno di una delle parti - gabbia del differenziale oppure di uno degli elementi condotti - e, in secondo luogo, sono sollecitabili assialmente tramite un dispositivo di azionamento, che secondo l'invenzione opera senza blocco automatico, eventuamente con l'ausilio di molle di richiamo e/oppure di un giunto a scatto libero. Dal brevetto giapponese JP 64-3148 è noto un differenziale bloccabile, in modo comandato esternamente, del genere menzionato, in cui la sollecitazione della disposizione di frizione avviene tramite cilindro idraulico. Questo - è integrato nel differenziale. In verità tali sistemi di azionamento per differenziali bloccabili sono relativamente buoni per quanto riguarda il funzionamento ed il comportamento, ma costosi a causa degli elementi costruttivi idraulici.

Ciò vale addirittura anche quando è già presente un impianto idraulico, ad esempio per il servosterzo e le sospensioni elastiche.

Con la domanda di brevetto tedesco DE-OS 3707 115 sono anche già stati proposti sistemi di azionamento elettromagnetici per la sollecitazione della disposizione di frizione di un differenziale bloccabile. Tuttavia in una tale disposizione è svantaggioso il fatto che una trasmissione meccanica tra la bobina e le lamelle di frizione rende possibile un accettabile effetto di blocco in soltanto uno stretto intervallo di usura delle lamelle. Ciò dipende dalla forza di azionamento fortemente decrescente della bobina, quando questa rispetto all'ancora non rimane nella sua posizione ottimale.

Con la domanda di brevetto tedesco DE-OS 3733771 è stato proposto un altro differenziale, in cui una disposizione a dischi di frizione viene azionata elettromagneticamente. Per l'impiego come differenziale assiale in tal caso non è senz' altro sufficiente l'effetto di blocco ottenibile. Fra l'altro la costruzione per un montaggio trasversale è assai ingombrante. Svantaggiosamente si verificano anche fluttuazioni del coefficiente di attrito.

Infine fra le costruzioni, da prendere in considerazione, conformemente al brevetto statunitense US 4805 486 è noto un differenziale bloccabile ad ingranaggi conici, con un aggiuntivo pacco di lamelle, disposto fra un albero condotto e la gabbia del differenziale, il cui meccanismo di blocco è costituito di due piastre divaricabili, situate fra di loro coassialmente, rispettivamente con gole oblique disposte reciprocamente in direzione periferica sui lati frontali, in cui si muovono elementi a corpo di rotolamento in comune (sfere). Una piastra divaricabile è accoppiata saldamente con la scatola del differenziale. La seconda piastra con una demoltiplica dentata è azionabile da un motore elettrico.

Nel movimento di ritorno le piastre divaricabili hanno reciprocamente un' azione autobloccante e senza la corrente del motore elettrico, sotto carico, rimangono divaricate. In questo caso sussistono due inconvenienti. In primo luogo la permanente azione di blocco può portare a conseguenze pericolose in un veicolo marciante, quando il motore elettrico si guasta sotto carico. In secondo luogo le forze combinate periferiche assiali e le condizioni di attrito fra la piastra divaricabile dentata ed il pignone ingranante, sono eventualmente svantaggiose relativamente all'isteresi durante la formazione e l'eliminazione della forza di blocco.

Nella precedente domanda di brevetto tedesco P 3815 225.8 viene descritto un ulteriore differenziale bloccabile, in cui fra la gabbia del differenziale ed una ruota conica condotta agisce una disposizione di frizione, che viene azionata tramite un dispositivo di divaricamento, comprende un anello di sostegno assialmente fisso, girevole, ed un anello di impostazione solidle alla rotazione, spostabile assialmente, e rende possibile una sollecitazione particolarmente scorrevole nel senso del bloccaggio.

L'invenzione si pone il compito di eliminare gli inconvenienti dei differenziali di blocco precedentemente pubblicati e di realizzare in particolare una costruzione sicura per quanto concerne il traffico, ben regolabile ed assai compatta.

Questo problema viene risolto secondo l'invenzione per il fatto che è previsto un dispositivo di azionamento costituito da due piastre divaricabili situate fra di loro coassialmente, rispettivamente con gole oblique, disposte reciprocamente nella direzione periferica, sul lato frontale, sulle quali si muovono elementi a corpi di rotolamento in comune, in modo tale che mediante adeguata geometria dell'angolo di rampa e raggi periferici delle gole non si verifica alcun blocco automatico. Una piastra divaricabile è assialmente fissa rispetto alla scatola del differenziale, mentre la seconda piastra divaricabile è scorrevole assialmente. Una delle due piastre sul proprio contorno esterno è dotata di una dentatura che si trova in ingranamento con un pignone di azionamento. Tramite una demoltiplica il pignone viene azionato da un motore elettrico. Le forze di frizione, eventualmente indesiderate, nella dentatura fra pignone e piastra divaricabile dentata vengono ridotte con una adatta dentatura elicoidale. In questo caso la dentatura elicoidale viene dimensionata in modo tale che la piastra divaricabile dentata tende a muoversi in direzione di formazione delle forze in antagonismo al giunto di blocco. Conseguentemente si contrastano le forze, altrimenti bloccanti, nella dentatura. Per l'eliminazione delle condizioni di frizione indesiderate nella dentatura è molto vantaggiosa una coppia motrice pulsante. Ciò è realizzabile preferibilmente con corrente o tensione pulsante, laddove la frequenza di pulsazione non dovrà essere inferiore a 5 Hertz.

Un' ulteriore caratteristica dell'invenzione sta nelle molle di richiamo, che o agendo come molle di trazione fra le piastre divaricabili, sia assialmente che tangenzialmente, oppure anche come molle di torsione, sono montate a ridosso dell' albero del motore elettrico. Queste molle aggiuntivamente assicurano lo scarico della disposizione di frizione del giunto di blocco, quando, contrariamente alle aspettative, le piastre divaricabili in seguito ad un inceppamento non sono in grado di produrre la necessaria forza di richiamo.

Come alternativa od integrazione alle molle di richiamo è previsto un giunto a scatto libero commutabile, che è montato nello stadio demoltiplicatore associato alla piastra divaricabile girevole, rispettivamente sull' albero di azionamento del motore elettrico e con l'azionamento del motore elettrico chiude nel senso di una sollecitazione a pressione, mentre quando viene eliminato l'azionamento separa la trasmissione demoltiplicatrice dal motore elettrico.

Prevedendo una tale esecuzione, può addirittura essere sufficiente eseguire il motore funzionante solo in un senso di rotazione, ossia non commutarlo ed effettuare il ritorno della piastra divaricabile girevole, a seconda delle occorrenze, tramite una molla di richiamo ad azione rotativa.

Il meccaniso di divaricamento precedentemente menzionato comprende una piastra divaricabile girevole e una piastra divaricabile scorrevole assialmente, laddove le funzioni su entrambe le piastre possono essere distribuite oppure riunite in una piastra.

Un vantaggio dell'invenzione. sta nell'ulteriore ottimizzazione di una lunghezza costruttiva assai corta, adatta specialmente per impieghi in veicoli a trazione anteriore con motori montati trasversalmente.

Fra gli affermati differenziali assiali per veicoli il differenziale a satelliti, con ruote dentate cilindriche disposte fra di loro parallelamente, e corona dentata interna, rispetto al differenziale ad ingranaggi conici per lo stesso dimensionamento di coppia, è di costruzione assiale corta. Questo differenziale a satelliti insieme al meccanismo di divaricamento precedentemente menzionato e ad una disposizione di frizione del giunto di blocco fra gabbie del differenziale ed un albero condotto, può essere realizzato in modo da formare un differenziale bloccabile assai compatto.

Infine da una combinazione del menzionato meccanismo di divaricamento, di un differenziale a satelliti con ruote dentate cilindriche disposte parallelamente e corona dentata interna, e di una disposizione di frizione con giunto di blocco fra i due alberi condotti, è possibile ottenere una lunghezza costruttiva ancora più corta, e precisamente in dipendenza della coppia di blocco nel giunto di blocco per una costante differenza di aderenza stradale fra le ruote motrici rispetto ad una disposizione di frizione a giunto di blocco fra portasatelliti e un albero condotto.

Un dispositivo di azionamento di rotazione, di intervento particolarmente favorevole e regolabile in maniera sensibile, si ottiene per il fatto che curve o profili di comando in corrispondenza delle superfici frontali, fra di loro affacciate, dell' anello di sostegno e dell'anello di impostazione, che fra l'anello di sostegno e l'anello di impostazione si trovano in accoppiamento funzionale di sostegno, spostante l' anello di impostazione in caso di rotazione relativa di quello girevole degli anelli, rispettivamente delle piastre divaricabili, presentano una percentuale di variazione non lineare delle componenti assiali, agenti sull'anello di impostazione in funzione dell'angolo di rotazione relativo. L'effetto secondo l'invenzione sta nel fatto che durante una prima fase dell'azionamento, in seguito ad un ripido aumento delle componenti assiali attive, si può provocare una forte percentuale di divaricamento fra anello di impostazione ed anello di sostegno, fintanto che in seguito al giuoco fra le lamelle non si debbano superare forze di reazione o apprezzabili forze di reazione. L'aumento inizialmente ripido delle componenti assiali attive migliora pertanto l'intervento del giunto di blocco. Successivamente l'aumento delle componenti assiali attive dovrà diminuire di preferenza progressivamente, fino a quando viene raggiunto il desiderato aumento per l'intervallo di lavoro dell'azione di blocco. L'andamento della precedente variazione di pendenza può essere rappresentato matematicamente nella forma

Con y è indicata la variazione di altezza, agente assialmente, della gola delle sfere o della superficie a rampa, mentre con x è indicata la corsa corrispondente in direzione periferica nella gola della sfera o sulla superficie della rampa. Si ottiene ad esempio un profilo secondo

Rimane sta stabilire l'angolo di accostamento iniziale e finale. Per gole delle sfere è adeguato un angolo iniziale di 6 - 9' ed un angolo finale di 1 - 1,5'. Nell'intervallo di lavoro l'angolo finale precedentemente menzionato è costante fino alla fine della traiettoria. In tal modo è assicurato che per tutte le situazioni di usura il blocco viene azionato nell'intervallo di lavoro in base alla stessa caratteristica e libero da qualsiasi blocco automatico.

Con riferimento ad una esecuzione preferita si prevede una gabbia a forma di anello di disco per le sfere, che alloggia le sfere in fori passanti assiali, affinchè tutte le sfere si muovano sincronicamente nelle gole per le sfere realizzate con pendenza variabile.

Conformemente ad una prima vantaggiosa esecuzione come curve o camme di comando sono previste gole per le sfere nelle due superfici frontali, in cui si muovono corpi sferici sostenenti superfici frontali fra di loro opposte. In tal caso per un raggio costante è possibile una variazione della profondità delle gole per le sfere conformemente alla differenti percentuali precedentemente descritte. Una seconda favorevole esecuzione consiste nel mantenere costante la variazione di profondità in funzione dell'andamento delle gole per le sfere e di far tuttavia estendere le gole per le sfere con una componente radiale crescente, cosiche in funzione dell'angolo di rotazione relativa dell'anello di impostazione diminuisce crescentemente la percentuale di spostamento assiale. Naturalmente è possibile anche una combinazione delle due esecuzioni qui indicate. Preferibilmente sul contorno sono previste tre di tali coppie di gole, quindi corpi di rotolamento. Il punto più basso degli incavi in combinazione con la sfera serve da arresto di retrorotazione per limitare il movimento di ritorno dell' anello di impostazione rispetto all' anello di sostegno. Gole per le sfere degli anelli di divaricamento con percentuali di variazioni non lineari nella modalità precedentemente rappresentata presentano un ulteriore vantaggio nel caso di un motore elettrico di azionamento in avaria. Il movimento di ritorno viene assai facilitato nell'ultima fase del disinnesto (angolo di accostamento più ripido), mentre altrimenti in seguito alla diminuita azione elastica i dischi di divaricamento eventualmente potrebbero muoversi solo con reciproco ritardo.

Esempi di realizzazione preferiti e schemi di azionamento relativamente all'impiego di un differenziale bloccabile, sia su un veicolo a trazione anteriore, sia anche su un veicolo a trazione posteriore, sono rappresentati schematicamente nel disegno.

In particolare:

la figura 1 mostra uno schema di azionamento per un autoeicolo a trazione anteriore;

la figura 2 mostra una semisezione attraverso un differenziale secondo l'invenzione, in una prima realizzazione secondo la figura 1 - disposizione di frizione fra gabbia del differenziale ed una ruota motrice, la figura 3 mostra una semisezione attraverso un differenziale secondo l'invenzione in una seconda realizzazione secondo la figura 1 - disposizione di frizione fra portasatelliti e ruota motrice, ossia fra le ruote motrici,

la figura 4 mostra uno schema di azionamento per un autoveicolo a trazione posteriore,

la figura 5 mostra una semisezione attraverso un differenziale secondo l'invenzione in una terza esecuzione secondo la figura 4 - disposizione di frizione fra gabbia del differenziale ed una ruota motrice,

la figura 6 mostra una semisezione attraverso un differenziale secondo l' invenzione, in una quarta esecuzione secondo la figura 4 - disposizione di frizione fra le ruota condotte,

la figura 7 mostra una rappresentazione in esploso del meccanismo di blocco con gole e sfere per convertire la rotazione dell'anello di impostazione in un movimento assiale secondo le figure 2-6,

la figura 8 mostra un dettaglio della forma di realizzazione secondo la figura 7 nello stato di riposo, e la figura 9 mostra un dettaglio della forma di realizzazione secondo la figura 7 nello stato divaricato per sollecitare la disposizione di frizione,

la figura 10 mostra un dettaglio della forma di realizzazione secondo la figura 7, con percentuali di divaricamento non lineari,

la figura 11 mostra una semisezione attraverso un differenziale secondo l'invenzione, in una terza esecuzione secondo la figura 4 - disposizione di frizione fra gabbia del differenziale e una ruota motrice,

la figura 12 mostra una rappresentazione in esploso del meccanismo di blocco con gole e sfere per convertire la rotazione dell' anello di imposizione in un movimento assiale secondo la figura 11,

la figura 13 mostra un anello di sostegno di impostazione in vista in un'ulteriore esecuzione,

la figura 14 mostra un anello di sostegno o di impostazione secondo la figura 11, ma in un'altra esecuzione.

Il veicolo 1 mostrato nella figura 1 del disegno è un veicolo a trazione anteriore. Sono rappresentati soltanto i contorni per illustrarlo. Il veicolo 1 possiede le due ruote anteriori 2 e 3 nonché le ruote posteriori 4 e 5. Le due ruote anteriori 2, 3 vengono azionate dal motore 6 tramite il cambio di velocità 7, il differenziale 8, raccordato ad esso e bloccabile esternamente in modo regolato e gli alberi snodati 9 e 10 collegati ad esso. Il differenziale 8, bloccabile esternamente in modo comandato, è rappresentato in dettaglio nelle figure 2 e 3. Nella scatola 11 tramite supporti 15 e 18 è disposta girevole la gabbia 12 del differenziale. La gabbia 12 del differenziale è eseguita divisa. Come elementi condotti nella gabbia 12 del differenziale sono alloggiati un portasatelliti 16 ed una ruota condotta 17. Su perni di rotazione 18, eseguiti come manicotti disposti nel portasatelliti 16, sono supportate girevoli ruote 29 di compensazione parallele all'asse. Inoltre su una superficie a flangia della gabbia 12 del differenziale è raccordata la ruota planetaria 20, tramite la quale la gabbia 12 del differenziale è azionabile dal motore 6 del veicolo 1. Gli elementi condotti 16 e 17 presentano dentature longitudinali interne, in cui sono innestati alberi di raccordo a innesto 13, 14 serventi all'accoppiamento per gli alberi di azionamento 9, 10 per le ruote anteriori 4, 5. Sono rilevabili costruzioni alternative albero/flangia, sinistra-destra. La seconda parte 12b della gabbia 12 del differenziale è accoppiata solidale alla rotazione con la prima parte 12a. I due elementi condotti 16, 17 sono alloggiati rispettivamente girevoli nella gabbia 12 del differenziale.

Il veicolo 1 mostrato nella figura 4 del disegno è un veicolo a trazione posteriore. Per illustrarlo sono rappresentati soltanto i contorni. Il veicolo 1 possiede le due ruote anteriori 2, 3, nonché le ruote posteriore 4, 5. Le due ruote posteriori 4, 5 vengono azionate dal motore 6 tramite il cambio di velocità 7, un albero longitudinale 52, il differenziale 8 raccordato ad esso e bloccabile esternamente in modo regolato, e gli alberi snodati 9, 10 raccordati ad esso. Il differenziale 8 bloccabile esternamente in modo comandato è rappresentato dettagliatamente nelle figure 5, 6.

Elementi condotti sono una prima ruota condotta 16 ed una seconda ruota condotta 17, laddove quest'ultima secondo la figura 6 è accoppiata solidale alla rotazione con una gabbia 61. Su perni di rotazione radiali 18 che si incrociano e che sono sostenuti nella gabbia 12 in più parti del differenziale, sono supportate girevoli ruote di compensazione coniche 29. Inoltre ad una superficie a flangia della gabbia 12 del differenziale è raccordata la ruota planetaria 20, tramite la quale la gabbia 12 del differenziale è azionabile del motore 6 del veicolo 1. Gli elementi condotti 16, 17 presentano dentature interne in cui sono innestati alberi di accordo ad innesto 13, 14 serventi all' accoppiamento con gli alberi di azionamento 9, 10 per le ruote posteriori 4, 5. La gabbia 12 del differenziale è costituita di una parte 12a a forma di coperchio, di una parte 12b a forma di marmitta e (per la figura 5) di un inserto anulare 12c. I due elementi condotti 16 e 17 sono alloggiati rispettivamente in maniera girevole nella gabbia 12 del differenziale.

Nella figura 2 è prevista una disposizione di frizione 21 costituita di lamelle esterne 22 e lamelle interne 24. Le lamelle interne 24 nel loro foro possiedono dentature, con le quali esse sono alloggiate, solidali alla rotazione e tuttavia scorrevoli, su una corrispondente dentatura esterna 25 di un'appendice della ruota condotta 17. Le lamelle esterne 22, disposte rispettivamente fra due lamelle interne 24, sul loro contorno esterno presentano parimenti denti ingrananti solidali alla rotazione con corrispondenti cavi alle dentature 23 disposte nella gabbia 12 del differenziale. Le lamelle esterne 22 sono parimenti scorrevoli in direzione assiale. La disposizione di frizione 21 in primo luogo appoggia assialmente sulla superficie di sostegno 26 facente parte della gabbia 12 del differenziale, e d'altro canto è sollecitabile a pressione tramite una piastra di pressione 57. Sono previsti puntali 58 che attraversano i perni girevoli 18 e vengono sollecitati da un primo disco di pressione 59. Su questo tramite un primo cuscinetto di spinta 60 poggia una piastra di pressione 27 spostabile tramite ulteriori puntali 41, sui quali poggia un secondo disco di pressione 40 disposto all' esterno della gabbia 12 del differenziale. Tra una superficie radiale dell'anello di impostazione 28 e la piastra di pressione 40 e montato un secondo cuscinetto di spinta 39. In tal modo viene ridotto l'attrito in quanto la piastra di pressione 40 ruota insieme alla gabbia 12 del differenziale. L'esecuzione secondo la figura 2 corrisponde ad un effetto di blocco "gabbia rispetto all'albero".

Nella figura 3 è prevista una disposizione di frizione 21 presentante parimenti l'anello esterno 22 e l' anello interno 24. Le lamelle interne nel loro foro possiedono dentature, con le quali esse sono alloggiate, solidali alla rotazione tuttavia scorrevoli, su una corrispondente dentatura esterna 25 dell'appendice della ruota condotta 17. Le lamelle eterne 22, disposte rispettivamente fra due lamelle interne 24, in corrispondenza del loro contorno esterno presentano parimenti denti che si impegnano solidali alla rotazione con corrispondenti cavi o dentature 23 ricavate in un prolungamento del lato sinistro del portasatelliti 16, prolungamento che è accoppiato rigidamente con il lato sinistro del portasatelliti 16. Le lamelle esterne 22 sono parimenti scorrevoli in direzione assiale. La disposizione di frizione 21 in primo luogo poggia assialmente sulla superficie di sostegno 26, facente parte della gabbia 12 del differenziale, e in secondo luogo è sollecitabile a pressione tramite una piastra di pressione 57. Sono previsti puntali 58 che attraversano il perno girevole 18 e vengono sollecitati da un primo disco di pressione 59. Su questo, tramite un primo cuscinetto di spinta 60, poggia una piastra di pressione 27 spostabile tramite ulteriori puntali 41, sui quali poggia un disco di pressione disposto all'esterno della gabbia 12 del differenziale. Fra una superficie radiale dell'anello di posizione 28 e la piastra di pressione 40 è montato un cuscinetto di spinta 39. In tal modo si riduce 1'attrito in quanto la piastra di pressione 40 ruota insieme alla gabbia 12 del differenziale. L'esecuzione secondo la figura 3 corrisponde ad un'azione di blocco "albero rispetto ad albero". Il numero delle lamelle è soltanto circa il 50% di quello della figura 2 e pertanto la figura 3 è più corta, per la stessa azione di blocco.

In figura 5 è prevista una disposizione di frizione 21 costituita di lamelle esterne 22 e lamelle interne 24. Le lamelle interne 24 nel loro foro possiedono dentature, con le quali esse sono alloggiate, solidali alla rotazione, tuttavia scorrevoli, su una corrispondente dentatura esterna 25 di un manicotto disposto sulla ruota condotta 17. Le lamelle esterne 22, disposte rispettivamente fra due lamelle interne 24, sul loro contorno esterno presentano denti che si impegnano solidali alla rotazione e scorrevoli assialmente in corrispondenti cave o dentature 23 ricavate direttamente nella gabbia 12 del differenziale. La disposizione di frizione 21 in primo luogo poggia assialmente sulla superficie di sostegno 26 ricavata su parti della gabbia 12 del differenziale, ed in secondo luogo è risollecitabile assialmente tramite una piastra di pressione 57. Sono previsti puntali 41 che attraversano la gabbia del differenziale, agiscono sulla piastra di pressione 57 e vengono sollecitati da un disco di pressione 40 all'esterno della gabbia del differenziale. Tra le superfici del disco di pressione 40 e dell'anello di pressione 28 è montato un cuscinetto di spinta 39. L'esecuzione secondo la figura 5 corrisponde ad un'azione di blocco "gabbia rispetto ad albero".

Nella figura 6 è prevista una disposizione di frizione 21 comprendente le lamelle esterne 22 e lamelle interne 24. In tal caso nei fori delle lamelle interne sono previste dentature, con le quali esse sono alloggiate, solidali alla rotazione e scorrevoli assialmente, su una corrispondente dentatura esterna 25 di un manicotto disposto sull'albero condotto 13. Le lamelle esterne 22, disposte rispettivamente fra due lamelle, interne 24, sul loro contorno esterno presentano denti che sono ricavati in una gabbia interna 61 accoppiata solidale alla rotazione con il secondo albero condotto 14. Le lamelle esterne 22 sono parimenti scorrevoli in direzione assiale. La disposizione di frizione 21 poggia in primo luogo assialmente sulla superficie di sostegno 26, ricavata sulla ruota condotta 17, e in secondo luogo è sollecitatile assialmente tramite una piastra di pressione 57. Sono previsti puntali 58 che attraversano assialmente la gabbia interna 61 e vengono sollecitati da un primo disco di pressione 59. Su questo tramite un primo cuscinetto di spinta 60 poggia una piastra di pressione 27, che è spostabile tramite ulteriori puntali 41, che attraversano la gabbia del differenziale e sui quali poggia un secondo disco di pressione 40 disposto all'esterno della gabbia 12 del differenziale.

Tra le superfici dell'anello di impostazione 28 e del disco di pressione 40 è previsto un secondo cuscinetto di spinta 39. L'esecuzione secondo la figura 6 corrisponde ad un'azione di blocco "albero rispetto ad albero". A differenza della figura 3 è qui rilevabile che un effetto di blocco "albero rispetto ad albero" realizzato sul differenziale di ingranaggi conici non offre vantaggi di ingombro ridotto rispetto ad un'esecuzione "gabbia rispetto ad albero" (figura 5). Una sollecitazione della disposizione di frizione 21 per frenare la ruota condotta 17 rispetto alla gabbia 12 del differenziale è descritta nel seguito e precisamente con riferimento alle figure 2, 3 e 7. Nella scatola 11 è disposto, solidale alla rotazione e non scorrevole assialmente, un anello di sostegno 54. Su un'appendice portacuscinetto 31 è inoltre disposto girevole e scorrevole assialmente un anello di impostazione 28. L' anello di impostazione 28, tramite corpi di rotolamento 49, che si muovono in gole 47, 48 per sfere (figura 7), poggia sull' anello di sostegno 54. Anello di impostazione 28 e anello di sostegno 54 presentano zone frontali di andamento radiale che si fronteggiano reciprocamente. Nell'esempio rappresentato nelle figure 2 e 3 l'anello di impostazione 28 sulla propria superficie frontale rivolta verso l'anello di sostegno 54 presenta almeno tre gole 47 per sfere, distribuite sul contorno di andamento ascendente. L'anello di sostegno 54 possiede lo stesso numero di gole 48 per sfere di andamento ascendente in senso contrario. Nello stato di partenza, quando la disposizione di frizionamento 21 non è sollecitata da una forza assiale, ossia quando il differenziale 8 ad ingranaggi conico opera nello stato aperto, l'anello di impostazione 28 e l' anello di sostegno 54 si trovano nella posizione reciprocamente più vicina possibile. Ruotando l'anello di impostazione 28 ruotano reciprocamente le gole 47, 48 per le sfere che spostano l'anello di impostazione 28 in direzione verso la disposizione di frizione 21, che porta ad un blocco prestabilito e quindi ad un accoppiamento del movimento della ruota condotta 17 ed eventualmente della ruota condotta 16 alla rotazione della gabbia 12 del differenziale.

Per l'ottenimento della rotazione, l'anello di impostazione 28 nella sua parte radialmente esterna è dotato di una dentatura 34 in cui ingrana un pignone 35. La dentatura 34 è progettata preferibilmente come una dentatura elicoidale, per muovere l'anello di impostazione 28 contro la disposizione di frizione 21 durante la formazione della forza di bloccaggio. Un giunto 63 a scatto libero, azionato elettromagneticamente, viene montato preferibilmente nell' albero di rinvio 64. Il pignone 35 è azionato mediante il demoltiplicatore 32 dal motore elettrico 33. Preferibilmente il motore elettrico è azionato da corrente o tensione pulsante.

Nelle figure 7 fino a 10 sono rappresentate esecuzioni per disposizioni preferite ed alternative delle gole per le sfere. L'anello di impostazione 28 nella propria superficie frontale 45, distribuite sul contorno presenta più gole 47 per le sfere, che partendo dal punto più basso, eseguito come superficie di arresto 50 di rotazione a ritroso, si estendono ascendendo verso la superficie frontale 45. Le gole 47 per le sfere si estendono in particolare rispettivamente secondo un arco di circonferenza. Di fronte alla gola 47 per sfere nella superficie frontale 46 dell'anello di sostegno 54 è disposta una gola 48 per sfere, che pure partendo da un punto più basso, concepito come arresto 51 della rotazione a ritroso, si estende ascendendo in direzione verso la superficie frontale 46. L'andamento delle due gole 47, 48 tuttavia è di senso reciprocamente contrapposto. Rispettivamente in due gole 47, 48 per le sfere, che sono disposte contrapposte, e alloggiato rispettivamente un corpo di rotolamento avente la forma di una sfera 49. Con la rotazione dell' anello di impostazione 28 rispetto all'anello di sostegno 54 la sfera 49 si muove nelle gole 47 e 48. In tal caso per effetto della sfera 49 si verifica un divaricamento, cosicché l'anello di sostegno 54 si allontana dall' anello di impostazione 28. In tal caso il lato posteriore dell'anello di impostazione 28; tramite un cuscinetto di spinta 39 in appoggio, agisce,su un disco di pressione 40, che ruota insieme alla gabbia del differenziale ed agisce di nuovo sulla disposizione di pressione 21 costituita di lamelle interne e lamelle esterne. L'anello di impostazione 28, che esternamente su un contorno parziale è dotato di una dentatura 34, tramite un pignone 35 ed una disposizione di trasmissione 32 viene azionato da un motore 33, sul cui albero è prevista una molla di richiamo 37 esibita come molla a spirale. Preferibilmente al posto di ciò si può montare nel demoltiplicatore di azionamento un giunto a scatto libero azionato elettromagneticamente. Per effetto della geometria a rampa non autobloccante, come pure anche grazie alle molle di richiamo adattate e al giunto a scatto libero, viene assicurato un perfetto disinserimento del blocco. Alternativamente, come visibile dalle figure 8 e 9, è previsto il fatto di disporre fra anello di impostazione 28 e anello di sostegno 54 molle di pressione 38 fungenti da molle di richiamo. Nella figura 9 è riconoscibile una posizione caricata delle molle di richiamo 38. Sono disposte e distribuite sul contorno preferibilmente più molle di trazione. Parimenti sono previste e distribuite sul contorno più coppie 47 e 48 di gole e sfere 49. Queste presentano un andamento a rampa diritto.

Nella figura 10 utilizzando gli stessi contrassegni è rappresentato sostanzialmente un dettaglio che corrisponde alla rappresentazione secondo la figura 8. Le gole 47 e 48 delle sfere presentano qui tuttavia una pendenza variabile rispetto alla profondità, laddove partendo dallo stato non ruotato rappresentato dell'anello di sostegno 54 e dell'anello di impostazione 28 sono riconoscibili una fase I con pendenza variabile, e precisamente con una ascesa ripida con un' elevata percentuale di divaricamento in funzione dell'angolo di rotazione, e tuttavia con pendenza continuamente decrescente e quindi percentuale di divaricamento decrescente in funzione dell'angolo di rotazione relativa, e successivamente una fase II con percentuale di divaricamento costante, desiderata per il divaricamento sotto carico. Questa pendenza costante è necessaria per coprire differenti stati di carico e di usura. La tendenza costante nella fase II è comunque ripida a sufficienza per l'ottenimento di un perfetto movimento a ritroso dell'anello di impostazione con motore elettrico disinserito. Fra anello di sostegno 54 e anello di impostazione 28 è rappresentata una gabbia 62 delle sfere, che mantiene le sfere ad uguale distanza periferica e le costringe a muoversi sincronicamente, il che è particolarmente importante, specialmente nella fase I.

Nella figura 11 nella scatola 11 e nel portacuscinetto 11a, accoppiato con essa, tramite cuscinetti 15 è disposta girevole la gabbia 12 del differenziale. La gabbia 12 del differenziale è eseguita divisa e comprende una prima parte 12a, in cui sono alloggiate la ruota conica condotta 17 e la seconda ruota conica condotta 16 che ingranano con ruote coniche di compensazione 19 supportate girevoli su un supporto 18, il quale è eseguito come perno ed è disposto nella parte 12a della gabbia 12 del differenziale in modo da ruotare con questa. La seconda parte 12b della gabbia 12 del differenziale è accoppiata solidale alla rotazione con la prima parte 12a. Essa serve ad alloggiare la disposizione di frizione 21. Inoltre ad una superficie a flangia della parte 12b della gabbia del differenziale è collegata la ruota planetaria 20, tramite la quale la gabbia 12 del differenziale è azionabile dal motore 6 del veicolo 1. Le ruote coniche condotte 16 e 17 presentano fori con dentature in cui sono innestati ad esempio alberi di raccordo a innesto 13, 14 serventi all'accoppiamento con gli alberi motori 9, 10 per le ruote posteriori 4, 5. Tuttavia è anche pensabile che gli snodi appartenenti agli alberi motori 9, 10 siano dotati di corrispondenti spinotti, i quali sono innestatili direttamente nei fori delle ruote coniche condotte 16, 17. Le due ruote coniche condotte 16, 17 sono alloggiate rispettivamente girevoli nella gabbia 12 del differenziale.

E' inoltre prevista una disposizione di frizione 21 costituita di lamelle esterne 22 e lamelle interne 24. Le lamelle interne 24 nel loro foro possiedono dentature, con le quali esse sono alloggiate solidali alla rotazione, tuttavia scorrevoli, su una corrispondente dentatura esterna 25 di un'appendice della ruota conica condotta 16. Le lamelle esterne 22, disposte rispettivamente fra due lamelle interne 24, sul loro contorno esterno presentano parimenti denti, che si impegnano solidali alla rotazione in corrispondenti cave o dentature 23 nella gabbia 12 del differenziale, disposte in essa, rispettivamente nella sua seconda parte 12h. Le lamelle esterne 22 sono parimenti spostabili in direzione assiale. La disposizione di frizione 21 in primo luogo poggia assialmente sulla superficie di sostegno 26, che fa parte della prima parte 12a della gabbia 12 del differenziale e, in secondo luogo, la disposizione di frizione 21, è sollecitatile a pressione tramite una piastra di pressione 27. Nella seconda parte 12b della gabbia 12 del differenziale sono previsti puntali passanti 41, sui quali poggia un disco di pressione 40 disposto all'esterno della gabbia 12 del differenziale. Nella zona della disposizione dei puntali 41 la gabbia 12b del differenziale è dotata di una superficie diretta radialmente.

La sollecitazione della disposizione di frizione 21 per frenare la ruota conica condotta 16 rispetto alla gabbia 12 del differenziale viene descritta nel seguito. Nel portacuscinetto 11a della scatola 11 è disposto solidale alla rotazione, ma scorrevole assialmente su un'appendice portacuscinetto 31, un anello di impostazione 28.

L'appendice portacuscinetto 31 a tale scopo è dotata di una dentatura longitudinale 30, sulla quale è guidato l'anello di impostazione 28 con denti 30 corrispondenti, praticati in un foro della sua appendice. In tal modo si ottiene un accoppiamento solidale alla rotazione fra l'anello di impostazione 28 ed il supporto 11a della scatola 11, laddove tuttavia in seguito alla dentatura 30 è possibile uno spostamento assiale in direzione verso la disposizione di frizione 21. Fra una superficie radiale dell'anello di impostazione 28 e la piastra di pressione 40 è montato un cuscinetto di spinta 39. In tal modo si riduce l'attrito, poiché la piastra di pressione 40 ruota insieme alla gabbia 12 del differenziale. Sull'appendice portacuscinetto 31 inoltre è disposto girevole, ma non scorrevole assialmente, un anello di sostegno 63. L'anello di sostegno 63 poggia contro un cuscinetto di spinta costituito di corpi di rotolamento 53 ed anello di sostegno 54. Anello di sostegno 63 ed anello di sostegno 28 presentano zone frontali di andamento radiale che si fronteggiano reciprocamente.

Per l'ottenimento della rotazione l'anello di sostegno 63 nella sua parte radialmente esterna è dotato di una dentatura 34 a ruota conica, in cui ingrana un pignone 35. Il pignone 35 tramite un giunto a scatto libero 36 è accoppiato con un primo stadio moltiplicatore, guardando a partire dal motore 33 eseguito come motore elettrico. Inoltre fra la scatola 11 e l'albero appartenente al pignone 35 e guidato verso l'esterno attraverso la scatola 11, è disposta una molla di richiamo 35 eseguita come molla a spirale (figura 11). Anche nel caso di trasmissioni demoltiplicatrici invertibili esso può agire sull'albero motore (figura 12). La molla di richiamo 37 provvede affinchè nel caso in cui il motore 33, per motivi qualsiasi, non possa essere alimentato con energia e non sia in grado di ruotare a ritroso l'anello di sostegno 63, si ottenga ciò nonostante una rotazione a ritroso in seguito alla carica elastica. Del resto in seguito alla disposizione del giunto a scatto libero 36 può essere superfluo prevedere soprattutto un motore 33 azionabile in entrambi i sensi di rotazione, quando si prevede un giunto a scatto libero 36 commutabile, che blocca soltanto in direzione di sollecitazione, nel caso di rotazione relativa dell'anello di sostegno 63 per lo spostamento assiale dell'anello di posizione 28 in direzione verso la disposizione di frizione 21, e quando dal motore 33 non viene esercitata coppia sul pignone nel senso di mantenimento nella posizione di blocco, sussiste una posizione di libero e quindi il disaccoppiamento del motore 33 dal pignone 35, cosicché si rende possibile il movimento a ritroso. Eventualmente addirittura si può fare a meno della molla di richiamo ed in tal modo non si dovranno muovere concomitantemente le masse rotanti del rotore 33. Il comando del rotore 33 può avvenire in maniera nota, ad esempio utilizzando segnali indicanti uno slittamento in corrispondenza delle ruote. In tal caso si può effettuare anche una manovra, la quale garantisce che al di sopra di una determinata velocità di marcia non sia azionabile il dispositivo di azionamento di rotazione. E' previsto anche un circuito di controllo, che ad esempio viene disinserito automaticamente con l'inserimento dell'impianto di accensione del motore di azionamento dell'autoveicolo e si spegna di nuovo quando il blocco è aperto.

La figura 12 è una rappresentazione in esploso della possibilità di azionamento secondo la figura 11. Le gole per le sfere sono eseguite similmente a quelle in figura 7. La sostanziale differenza sta nel supporto e nella guida di entrambi gli anelli divaricabili. In figura 12 l'anello di sostegno 63 è azionato a rotazione mediante il pignone 35 ed il suo contorno dentato. L'anello di sostegno 63 è sostenuto contro il cuscinetto di spinta 53. L'anello di impostazione 28 non girevole è scorrevole assialmente e per effetto del cuscinetto di spinta 39 esercita pressione contro il pacco di lamelle di frizione 21.

Nella figura 13 l'anello di impostazione 28 è rappresentato in vista, laddove conformemente ad un ulteriore sviluppo alternativo integrativo sono riconoscibili sei gole 48 per le sfere distribuite sul contorno, che nel caso di percentuali di pendenza fra di loro uguali o differenti relativamente alla profondità hanno inoltre una zona presentante una componente radiale nell' andamento della traiettoria, cosicché è qui ridotta la percentuale di divaricamento al crescere dell' angolo di rotazione relativa.

Nella figura 14 è possibile trovare sostanzialmente la stessa rappresentazione dell'anello di impostazione 28 come in figura 11, laddove tuttavia qui in seguito alla componente radiale delle gole 48 per le sfere, nella zona della fase II si è sfruttata la possibilità di far coprire le gole in direzione periferica. In seguito al maggiore angolo di rotazione relativa possibile si può produrre una minore percentuale di pendenza, e tuttavia di gran lunga sufficientemente al di sopra del limite di bloccaggio automatico e quindi un comportamento di risposta o intervento più sensibile.

Legenda

1 Veicolo

2, 3 Ruote anteriori

4, 5 Ruote posteriori

6 Motore

7 Cambio di velocità

8 Differenziale

9, 10 Albero di azionamento

11 Scatola

12 Gabbia del differenziale

14 Albero di raccordo a innesto Cuscinetto

17 Elementi condotti

Elemento portante

Cuscinetto

Ruota planetaria

Disposizione di frizione

Lamelle esterne

Cave interne

Lamelle interne

Dentatura esterna

Superficie di sostegno

Piastra di pressione

Anello di impostazione

Ruota di compensazione

Cave cuneiformi

Appendice portacuscinetto

Dispositivo di azionamento di rotazione Motore

Dentatura

Pignone

Trasmissione moltiplicatrice

Molla di richiamo (molla a spirale) Molla di trazione

Cuscinetto di spinta (primo)

40 Disco di pressione (primo)

41 Puntale

44 Appendice sull'anello di pressione

45 Superficie frontale (anello di impostazione) 46 Superficie frontale (anello di sostegno)

47 Gola per sfera anello di impostazione

48 Gola per sfera anello di pressione

49 Sfera

50, 51 Superficie di arresto di rotazione a ritroso 52 Albero longitudinale

53 Cuscinetto di spinta

54 Anello di sostegno

57 Piastra di pressione

58 Puntale

59 Disco di pressione (secondo)

60 Cuscinetto di spinta (secondo)

61 Gabbia

62 Gabbia delle sfere

63 Anello di sostegno

Claims

Rivendicazioni 1. Differenziale con giunto di blocco regolabile esternamente in maniera variabile, specialmente per autoveicoli, comprendente una gabbia del differenziale, supportata girevole in una scatola ed azionabile, e inoltre comprendente alberi di azionamento che sono disposti coassialmente con questa e sono accoppiati in maniera girevole, e inoltre con ruote di compensazione, che si trovano contemporaneamente in impegno con questi alberi e sono sostenute girevoli nella gabbia del differenziale, e comprendente una disposizione di frizione, che in prima luogo è sostenuta assialmente su una superficie di sostegno di una delle parti reciprocamente girevoli - gabbia del differenziale oppure una parte di uno degli alberi condotti e, in seguito luogo, è sollecitabile assialmente tramite un dispositivo di azionamento, laddove il dispositivo di azionamento comprende un anello di sostengo assialmente fisso rispetto alla scatola, un anello di impostazione scorrevole assialmente, dei quali uno è girevole rispetto all' altro, un dispositivo di azionamento di rotazione che all' occorrenza aziona questo girevole dei due anelli, laddove fra anello di impostazione e anello di sostegno sono inseriti elementi a corpi di rotolamento su curve o gole di comando adattate, che sono eseguite in modo tale che non si verifica alcun blocco automatico nel movimento di ritorno fra anello di impostazione e anello di sostegno.
2. Differenziale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'anello girevole è azionato tramite una dentatura esterna da un pignone dentato disposto in particolare parallelamente all' asse rispetto alle ruote condotte.
3. Differenziale secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la dentatura fra l'anello girevole ed il pignone dentato è eseguita come dentatura elicoidale.
4. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 3, caratterizzato dal fatto che un dispositivo di azionamento a rotazione, che all'occorrenza effettua l'azionamento, presenta una trasmissione demoltiplicatrice ed un motore.
5. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che l'anello girevole è azionabile per mezzo di una coppia pulsante.
6. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 5, caratterizzato dal fatto che il motore appartenente al dispositivo di azionamento di rotazione è un motore elettrico.
7. Differenziale secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico è azionabile con corrente o tensione pulsante, con una frequenza di 5 Hertz o superiore.
8. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 7, caratterizzato dal fatto che il motore oppure lo stadio demoltiplicatore, inserito a valle di questo, della trasmissione demoltiplicatrice, per mezzo di un giunto a scatto libero commutabile è accoppiato con lo stadio demoltiplicatore della trasmissione, associato all'anello girevole, il quale giunto con l'attivazione del motore nel senso di una sollecitazione a pressione per la disposizione di frizione effettua il blocco, mentre quando si elimina l'azionamento nel senso di un movimento di ritorno dell'anello girevole, separa la trasmissione demoltiplicatrice dal motore.
9. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che sono previste molle di richiamo tra anello di impostazione ed anello di sostegno e/oppure fra cassa del motore ed albero motore.
10. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 9, caratterizzato dal fatto che curve o profili di comando sulle superfici frontali, fra di loro affacciate, dell'anello di sostegno e dell'anello di impostazione, che fra l'anello di sostegno e l'anello di impostazione si trovano in accoppiamento funzionale di sostegno, spostante l'anello di impostazione in caso di rotazione relativa dell'anello girevole, presentano una percentuale di variazione non lineare della componente assiale, agente sull'anello di impostazione, in funzione dell'angolo di rotazione relativa.
11. Differenziale secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 10, caratterizzato dal fatto che il meccanismo del differenziale è formato soltanto da ruote dentate cilindriche, disposte fra di loro parallelamente ed a dentatura diritta od elicoidale, e da una corona dentata interna.
12. Differenziale secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il giunto di blocco agisce direttamente fra gli elementi condotti (ruote condotte, alberi condotti).