WO2006032295A1 - Sperranordnung mit verstellung durch magnetorheologisches fluid - Google Patents

Sperranordnung mit verstellung durch magnetorheologisches fluid Download PDF

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WO2006032295A1
WO2006032295A1 PCT/EP2004/010787 EP2004010787W WO2006032295A1 WO 2006032295 A1 WO2006032295 A1 WO 2006032295A1 EP 2004010787 W EP2004010787 W EP 2004010787W WO 2006032295 A1 WO2006032295 A1 WO 2006032295A1
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locking
chamber
differential
coupling
ring gear
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PCT/EP2004/010787
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Artur Grunwald
Walter Wengenroth
Theodor Gassmann
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Gkn Driveline International Gmbh
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    • F16H48/40—Constructional details characterised by features of the rotating cases

Definitions

  • the invention relates to a locking arrangement, in particular for use in Antriebs ⁇ strand of a motor vehicle, which may be in the form of a locking clutch or a Sperrdiffe- rentials.
  • Locking clutches usually comprise at least two coupling elements which can be coupled together to transmit a torque.
  • Locking differentials usually comprise an input part as well as two output parts, which are connected to one another in drive connection for transmitting a torque, wherein a compensating effect can be generated between the output parts.
  • the DE 103 04 140.0-12 shows a friction clutch with two relatively rotatable coupling elements which are rotatably miteinan ⁇ by means of a disk set coupled.
  • an annular chamber is formed which on the one hand is delimited by a piston for actuating the disk pack and on the other hand by a cover and is filled with a magnetorheological fluid.
  • a rotor disc is arranged, which is rotatably connected to one of the coupling elements.
  • US Pat. No. 6,585,616 B1 shows a differential gearbox with two controllable multi-plate clutches.
  • the differential gear is in the form of a bevel gear differential and includes two side-shaft gears that are driven by differential gears encircling the differential cage.
  • the multi-plate clutches are provided, which are filled with magneto-rheological fluid.
  • magneto-rheological fluid By activating magnetic coils, which are arranged radially outside the multi-disc clutches, the viscosity of the magneto-rheological fluid changes, whereby a blocking effect between the differential carrier and the side-shaft gears is achieved.
  • EP 446 863 B1 discloses a speed-sensing clutch for connecting a drive train in a motor vehicle having a plurality of drive trains. Such arrangements serve, in a normally driven only on the axis of the first drive train vehicle with insufficient traction zuzutouch also the axis of the second drive train. For this purpose, a so-called viscous coupling is used.
  • the present invention has for its object to provide a lock assembly with a simple structure, which has a high power density, good controllability and short activation times.
  • Such a locking arrangement can be designed in the form of a lock-up clutch or a locking differential.
  • a first solution of the problem consists in a blocking coupling for coupling a first coupling part with a second coupling part rotatable relative thereto, comprising a gear arrangement for torque transmission between the first coupling part and the second coupling part, a chamber sealed to the outside, in which the gear arrangement is arranged is net and which is at least partially filled with a magnetorheological fluid, and a controllable magnetic coil which is adjacent to the chamber and can generate a magnetic flux through the chamber, wherein the viscosity of the magnetorheological fluid is changed.
  • This lock-up clutch is that it is simple and has a high power density.
  • the magnetic coil is electrically driven, so that the strength of the magnetic field can be set as desired by appropriate selection of the current or the voltage. This results in a high coupling accuracy and short activation times, so that it is possible to react quickly to changing driving conditions.
  • the configuration of magnetic coil, chamber and gear arrangement is coordinated so that upon excitation of the magnetic coil as uniform a magnetic field in the region of the chamber is generated, so that a uniform viscosity of the liquid can be adjusted.
  • the magnetic field is generated, in particular in the region of the rolling toothing interventions of the toothing arrangement.
  • the gear arrangement is designed in the manner of a planetary gear.
  • the gear arrangement preferably comprises a non-rotatably connected to the first coupling member ring gear, rotatably connected to the second coupling member sun gear and a plurality of the ring gear on the one hand and the sun gear meshing planetary gears, wherein between the ring gear and the sun filled with magnetorheological fluid chamber is formed.
  • the gaps or gear teeth between the gears are covered by the chamber.
  • the magnetic coil is arranged according to a preferred embodiment such that a torusfömiges magnetic field is generated which extends through at least some of the Verzah ⁇ Vietnameseseingriffe the gear arrangement.
  • the magnet coil can be arranged axially adjacent to the toothing arrangement.
  • the blocking coupling thus formed has a small radial size.
  • the magnetic coil can also be arranged radially outside of the toothing arrangement. This is particularly favorable when the axial space of the lock-up clutch is limited.
  • at least the ring gear, the planet gears and the sun gear are made of ferromagnetic material.
  • the gears between the ring gear and the planet gears and between the planet gears and the sun gear may be straight or helical gears.
  • an axial force component is generated, which leads to greater friction losses.
  • an active blocking moment is superimposed on the basic blocking moment caused by friction, which arises due to the work of deformation of the magnetorheological fluid.
  • the deformation work is composed of crushing, pumping and shearing work.
  • the teeth between the ring gear and the planet gears are each axially shorter than the teeth between the Planetenrä ⁇ countries and the sun designed. In this way, a particularly homogeneous magnetic field results.
  • a chamber volume reducing filler can be provided, in which the planet gears are rotatably supported. So only a small amount of magnetorheological fluid is required.
  • the planet gears are preferably rotatably supported in a cage.
  • the cage has at least one disc which is arranged on the side facing away from the magnetic coil of the planetary gears.
  • the cage may also comprise two discs, wherein the planet gears are arranged axially between them and rotatably mounted on pins.
  • the magnetic coil is an ⁇ arranged disc of ferromagnetic material, so that it is attracted to this when activating the magnetic coil.
  • the Pla ⁇ netenver are held in the cage so that they are limited in the circumferential direction movable.
  • the cage for example, in the circumferential direction extending Langlö ⁇ cher, in which the planetary gears are mounted.
  • the cage further comprises axial openings which are aligned with the toothing engagements between the planetary gears and the ring gear and the sun gear.
  • switched off electromagnet - magnetorheological fluid from the areas of the intermeshing engagements pass through the openings of the cage in the reservoir.
  • the activated state ie when the electromagnet is switched on, due to the increased viscosity of the magnetorheological fluid, deformation work is performed between the toothing interventions. Due to the additional shear forces, the cage is rotated in the circumferential direction, so that the openings no longer align with the toothing engagements.
  • the chamber is thus encapsulated on the front side, so that the work of deformation is superimposed on additional pumping and shearing work.
  • This embodiment thus causes a more favorable ratio between the maximum achievable torque and the drag torque in the non-activated state.
  • a support disk is fixedly connected to the first coupling part, which delimits the chamber in the direction of the magnet coil and against which the planetary gears can be axially supported. Sealing means are provided between the support disk and a cylindrical section of the sun gear. These prevent magnetorheological fluid from being squeezed out of the chamber as the gears roll.
  • the support disk is preferably paramagnetic, so that - viewed in longitudinal section - a circular magnetic field is generated around the magnetic coil.
  • the filled with magnetorheological fluid chamber is connected to a preferred embodiment with a reservoir.
  • a reservoir This preferably has a variable volume so that volume changes resulting from temperature changes in the magnetorheological fluid can be compensated.
  • the reservoir is limited by a piston, which is acted upon by spring means.
  • the piston and the spring means are preferably arranged in a tubular portion of the second coupling part and axially supported against a cover. Eben ⁇ so the reservoir can also be arranged in the first coupling part.
  • the chamber may contain, in addition to the magnetorheological fluid to a small extent, a gas volume whose compressibility produces the volume compensation.
  • a housing is provided, in which the Ver ⁇ toothing arrangement and the Magnetspuie are arranged.
  • the housing is preferably cup-shaped and has an outer wall portion and a coaxial inner wall portion.
  • the first coupling part can be rotatably mounted in the outer wall section and the second coupling part rotatably mounted on the inner wall section.
  • the first coupling part connecting means for non-rotatable connection with a longitudinal drive shaft of a motor vehicle, and the second coupling part An ⁇ connecting means for non-rotatable connection with an axle differential.
  • the second connecting means are preferably designed in the form of a longitudinal toothing, in which an axle journal can engage for torque transmission.
  • the locking clutch according to the invention is versatile. After a first use, the lock-up clutch is arranged in the drive train of a motor vehicle, which has a permanently driven first axle and a second axle which can be engaged as required, wherein the lock-up clutch serves for coupling or uncoupling the second axle.
  • the blocking clutch is controlled as required via a driving dynamics controller. In this case, the torque to be transmitted by the corresponding strength of the magnetic field, i. be set as desired by appropriate choice of the current or the voltage. This results in a high coupling accuracy and short activation times, so that it is possible to react quickly to changing driving conditions.
  • the lock-up clutch is arranged in the drive train of a motor vehicle with a permanently driven first axle and a second axle which can be engaged as required.
  • the lock-up clutch is connected upstream of a further speed-sensing additional clutch and serves for switching on or off this speed-sensing further clutch.
  • the zu ⁇ switchable second axis is coupled, wherein a maximum torque capacity is available, while the second axis is decoupled in the off state of Antriebs ⁇ strand.
  • This application has the advantage that it is possible to dispense with an elaborate control of the further clutch and that the drive train ESP is disconnected by the decoupling of the speed-sensing further clutch. becomes compatible.
  • ESP-compatible in this context means that interventions in the driving dynamics of the motor vehicle can be done easily by means of a driving dynamics controller.
  • the speed-sensing further clutch is usually designed in the form of a viscous coupling.
  • a second solution of the above object is a limited slip differential for use in the drive train of a motor vehicle, comprising an input part which can be driven in rotation; a first output part and a second output part, which are respectively drive-connected to the input part via differential gears; an outwardly sealed chamber in which the differential gears are disposed and which is at least partially filled with a magnetorheological fluid; and a controllable solenoid disposed adjacent to the chamber and capable of generating a magnetic flux across the chamber, wherein the viscosity of the magnetorheological fluid is varied.
  • the advantage of this limited slip differential is its simple structure and high power density.
  • the magnetic coil is electrically driven, so that the strength of the magnetic field can be adjusted by a suitable choice of the current intensity or the voltage. This results in a high switching accuracy and short activation times, so that it can be quickly responded to changing driving conditions.
  • the configuration of magnetic coil, chamber and differential gears is coordinated so that upon excitation of the solenoid as gleich ⁇ a uniform magnetic field is generated in the chamber, so that a uniform viscosity of the liquid can be adjusted. In this case, the magnetic field is generated in particular in the region of the rolling toothing interventions of the differential wheels.
  • the limited slip differential is designed in the form of a planetary differential and comprises a ring gear, a sun gear, a plurality of differentiated wheels, which mesh with the ring gear on the one hand and the sun gear on the other hand. and a web arrangement for supporting the differential wheels, where between the ring gear and the sun gear filled with magnetorheological fluid chamber is formed.
  • a limited slip differential in the form of a bevel gear differential or a Kronenraddifferentials. The gaps or toothing play between the differential wheels and the toothed wheels thus located in the toothed engagement are included in the chamber.
  • the limited slip differential can be connected as desired in the drive train of a motor vehicle.
  • the ring gear can serve as a torque input, so that the sun gear and the web arrangement serve as torque outputs.
  • the limited slip differential operates as a center differential with a fixed base ratio between two driven axles. By activating the solenoid, the differential is locked so that torque balancing between the outputs is prevented.
  • the magnetic coil is arranged according to a preferred embodiment such that a toroidal magnetic field is generated which extends through at least some of the interlocking interventions of the planetary differential.
  • the magnet coil is preferably arranged axially adjacent to the toothing arrangement.
  • at least the ring gear, the differential gears and the sun gear are made of ferromagnetic material. This ensures that the magnetic circuit between one of the poles of the magnetic coil, the ring gear, the Planetenrä ⁇ and the sun gear to the second pole of the solenoid is closed.
  • the differential lock according to the invention can also be designed in the form of an axle differential.
  • the gears between the ring gear and the planet gears and between the planet gears and the sun gear may be straight or helical gears.
  • an axial force component is generated, which leads to greater friction losses.
  • the toothings between the ring gear and the planetary gears are each designed to be shorter axially than the toothings between the planetary gears and the sun gear. This creates a particularly homogeneous magnetic field.
  • In the chamber may be provided a the chamber volume reducing filler in which the differential wheels are rotatably supported. Thus, only a small amount of the magnetorheological fluid is required.
  • the web arrangement comprises at least one flange which is arranged on the side facing away from the magnetic coil of the differential wheels.
  • a support disk is fixedly connected to the ring gear which delimits the chamber in the direction of the magnet coil.
  • sealing means between the support disc and a cylindrical portion of the sun gear. These prevent magnetorheological fluid from being squeezed out of the chamber as the gears roll.
  • the support disk and / or the web arrangement are preferably paramagnetic, so that - viewed in longitudinal section - a nik ⁇ shaped magnetic field is generated around the magnetic coil.
  • the filled with magnetorheological fluid chamber is connected to a preferred embodiment with a reservoir.
  • This preferably has a variable volume so that volume changes resulting from temperature changes in the magnetorheological fluid can be compensated.
  • the reservoir is limited by a piston, which is acted upon by spring means.
  • the piston and the spring means are preferably arranged in a tubular portion of the second output part and axially supported against a cover.
  • the chamber may to a small extent contain a gas volume whose compressibility produces the volume compensation.
  • the locking differential is rotatably mounted in a housing.
  • the housing is preferably pot-shaped and has an annular space for receiving the magnetic coil.
  • the first output part is rotatably mounted in a cylindrical bearing portion, while the second output part is mounted radially in the first output part coaxial with the axis of rotation.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a locking clutch according to the invention a) in longitudinal section; b) in cross-section according to section line l-l of Figure 1a);
  • Figure 2 shows a second embodiment of a locking coupling according to the invention with connecting flange
  • Figure 3 shows a third embodiment of a lock clutch according to the invention with a shortened toothing
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of a locking clutch according to the invention with optimized seal
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of a lock clutch according to the invention a) with a simple cage for the planet gears in longitudinal section; b) a cross section through the cage plane according to Figure 5 a);
  • Figure 6 shows a sixth embodiment of a locking coupling according to the invention with double cage for the planetary gears
  • Figure 7 shows a seventh embodiment of a lock clutch according to the invention with a compact hub a) in longitudinal section; b) in cross-section according to section line VII-VIl of Figure 7a);
  • Figure 8 shows a seventh embodiment of a locking clutch according to the invention with a compact hub
  • Figure 9 shows an eighth embodiment of a lock clutch according to the invention with two groups of planetary gears a) in longitudinal section; b) the principle of the planetary arrangement in cross section; c) in longitudinal section showing the magnetic field lines;
  • Figure 10 shows a motor vehicle with inventive locking clutch in L Lucassan ⁇ drive train
  • FIG. 11 shows a motor vehicle having a locking clutch according to the invention and a downstream viscous coupling in the drive train;
  • Figure 12 is an inventive locking differential a) in longitudinal section; b) in cross-section.
  • FIG. 1 shows a blocking coupling with a housing 2 and a first coupling part 3 rotatably mounted therefor and a second coupling part 4 rotatably coupled thereto.
  • the first coupling part 3 has first connecting means 5 which are used to introduce a torque, for example from a longitudinal drive shaft of a motor vehicle. serve in the lockup clutch.
  • the second coupling part 4 has second connecting means 6, which are designed in the form of a longitudinal toothing and for mosfe ⁇ most insertion of a connecting shaft, not shown here, for example, for driving an axle differential serve.
  • the first coupling part 3 and the second coupling part 4 are each rotatably mounted in the housing 2 on a common axis of rotation.
  • a rolling bearing 7 is provided between the first coupling part 3 and the housing 2. If necessary, the second coupling part 4 can be slidably mounted relative to the housing 2.
  • the housing 2 is substantially pot-shaped and has a zylinderförmi ⁇ gene outer wall portion 9 and a coaxial for this zylin ⁇ derförmigen inner wall portion 10 and a connecting these two bottom 12. Between the outer wall portion 9, the inner Wandungs- section 10 and the Bottom 12, an annular space 13 is formed, in which a Verzah ⁇ nungsan extract 14 and a magnetic coil 25 is arranged.
  • the toothing arrangement 14 is designed in the form of a planetary gear mechanism and comprises a ring gear 15 which is connected in a rotationally fixed manner to the first coupling part 3, a ring gear 15 connected to the second coupling part 3.
  • a sealed chamber 18 is formed between the ring gear 15 and the sun gear 16, which is delimited in the axial direction on the one hand by a flange 19 and on the other hand by a support disk 20 of the first coupling part 3.
  • the support disk 20 carries a sealing ring 22 which seals the chamber to the outside.
  • the chamber 18 is at least largely filled with a magnetorheological fluid which can be magnetized by a magnet coil 25 arranged in the housing 2.
  • the operation of the lock-up clutch is as follows.
  • the first coupling part 3, the planetary gear 14 and the second Kupplungs ⁇ part 4 rotate together at the same speed about the axis of rotation A. occur different speeds between the first coupling part 3 and the second coupling part 4, for example, due to itself Changing driving conditions between the front and the rear axle of the motor vehicle, there is a difference in rotational speed between the ring gear 15 and the sun gear 16.
  • the planet gears 17 roll ge compared to the ring gear 15 and the sun gear 16, wherein the located in the chamber 18 Magnetorheological fluid is displaced by each successive abconsultedl ⁇ Zenden tooth flanks.
  • a reservoir 24 is provided in order to compensate for the resulting increase in volume of the magnetorheological fluid.
  • a reservoir 24 is provided in order to compensate for the resulting increase in volume of the magnetorheological fluid.
  • This is located in a tubular section of the second coupling part 4, in which a piston 26 is seated in an axially displaceable manner.
  • the piston 26 is acted upon axially by spring means 27 which, on the one hand, are axially supported relative to a cover 29 which is firmly seated in the pipe section.
  • the magnetic coil 25 is turned on, so that the resulting magnetic field puts the magnetorheological fluid into a highly viscous or plastic state.
  • the planetary gears 17 are prevented from freely shifting with respect to the ring gear 15 and the sun gear 16, respectively, so that torque is transmitted from the ring gear 15 to the sun gear 16.
  • magnetizing the magnetorheological fluid increases its viscosity, so that a rolling motion between the planet gears 17 and the ring gear 15 and the sun gear 16 is decelerated.
  • the drag torque can be varied. This is due to the displacement of the magnetorheological fluid, even when the solenoid is de activated. While the drag torque in the case of spur gears is relatively small, helical gears cause an axial force component, which results in greater frictional forces.
  • the housing 2, the ring gear 15, the sun gear 16 and the planet gears 17 are made of ferromagnetic material.
  • ferromagnetic material For this example, non-austenitic steels come into question.
  • the support disk 20 arranged between the planet gears 17 and the magnet coil 25 is preferably made of a non-magnetic material, for which austenitic steels or aluminum are preferably used.
  • the configuration of magnetic coils, chamber and planetary gear is coordinated so that upon excitation of the magnetic coil as uniform a magnetic field in the region of the chamber er ⁇ is witnessed, so that a uniform viscosity of the liquid can be adjusted.
  • Figure 1 b shows a cross section through the lock-up clutch.
  • the ring gear 15 the sun gear 16 and the meshing with two wheels planet gears 17 er ⁇ visible.
  • eight planet gears distributed over the circumference are provided, the number of which can be varied depending on the torque to be transmitted.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the lock-up clutch, with respect to their Structure substantially similar to that of Figure 1.
  • the first coupling part 3 2 has a pin 30 with a spline 32 for introducing a torque.
  • a roller bearing I 2 is provided, which is arranged with a bearing outer ring in a cover part 35 and a bearing inner ring on a bearing portion 36 of the connecting flange 33.
  • the advantage of this embodiment is that the rolling bearing I 2 has a small diameter and can therefore be produced cost-effectively.
  • the smaller Wälzla ⁇ ger generates 7 2 only low drag torque.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the lock-up clutch, which corresponds in terms of their construction substantially to that of Figure 1.
  • the present embodiment differs from that according to FIG. 1 in that the toothing of the ring gear 15 3 is axially shorter than the toothing of the planet wheels 17. In this way, a particularly strong magnetic field can be achieved when the magnet coil 25 is activated, because the density the magnetic flux is greater. In this way arises between the sun gear 16 and the ring gear 15 3, a particularly homogeneous magnetic field in the magnetorheological fluid, so that the viscosity over the radial extent is constant.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the lock-up clutch, with respect to their Structure substantially similar to that of Figure 1.
  • the embodiment of Figure 4 is characterized, ' that the support plate 2O 4 , which is fixedly connected to the first coupling part 3 4 and the chamber 18 in the direction of the magnetic coil 25 4 axially limited, radially inward reaches up to an outer cylindrical portion of the sun gear 16 ,
  • the pump pressure generated by the rolling movement of the gears of the magnetorheological fluid does not act directly on the sealing ring 22, but presses against the support disk 2O 4th
  • the annular gap between the cylindrical section of the sun gear 16 and the support disk 20 4 is displaced radially outward such that the sealing surface lies outside the alignment of the toothing between the sun gear 16 and the planet gears 17. It would also be ensured that the pressure generated by the magnetorheological fluid in the toothed area does not act directly on the sealing ring 22.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the lock-up clutch, which corresponds in terms of their construction substantially to that of Figure 1.
  • the special feature of this embodiment is that the Plane ⁇ tenmann 17 5 are held by a disc-shaped cage 37 in the circumferential direction to each other.
  • the planetary gears 17 are each held rotatably mounted on the cage 37 bolts 38.
  • the cage 37 has in the area between two planet gears 17 circumferentially distributed openings for the passage of gnetorheologischen fluid in the reservoir 24.
  • the advantage of this ists ⁇ is that the tolerances between the ring gear 15, the planetary gears 17 and the sun gear 16th can be kept rough, which has a positive effect on the manufac turing costs.
  • the coarse tolerances reduce the drag torque in the non-activated state of the magnet coil 25, so that the friction losses are minimized.
  • the disc-shaped cage 37 consists of ferromagnetic material and is located on the side facing away from the magnetic coil 25 of the planet gears 17. In this way, the cage 37 acts as an armature disc and is When activating the magnetic field together with the planetary gears 17 in the direction Magnet ⁇ coil 25 attracted. This results in additional friction and reduction of the axial gap dimensions of the planetary gear set in the chamber 18, thus increasing the barrier effect created by plastication of the magnetorheological fluid. By this measure, the power density of the lock-up clutch is particularly large.
  • FIG. 5b shows, in particular, the cage from FIG. 5a), to the description of which reference is made.
  • the planet gears 17 are held in the cage 37 5 so that they are limited in the circumferential direction movable.
  • Hier ⁇ for the cage 37 5 extending in the circumferential direction slots 28, in which the planet gears 17 are attached.
  • the bolts 38 engage in the oblong holes 28, spring elements 50 being provided between the bolts 28 and the wall bounding the oblong holes in the circumferential direction. These allow a limited relative rotation of the cage 37 5 to the planetary gears 17.
  • the cage 37 5 further comprises axia ⁇ le openings 31, 31 ' , which are aligned with the teeth meshing between the Planetenrä ⁇ the 17 and the ring gear 15 and the sun gear 16.
  • magnetorheological fluid can pass from the regions of the meshing interventions through the apertures 31, 31 'of the cage into the reservoir.
  • the activated state ie when the electromagnet is switched on, deformation work is performed between the toothed engagements due to the increased viscosity of the magnetorheological fluid.
  • FIG. 6 A further embodiment is shown in FIG. 6, which substantially corresponds to that of FIG. 5, to the description of which reference is made.
  • a cage 37 6 is provided, which comprises two discs 39, 40 coupled to one another, between which the planet wheels 17 are rotatably held.
  • openings 17 are provided in the circumferential direction between the planetary gears, which serve for the passage of electromagnetic fluid into the reservoir 24.
  • the disc 40 remote from the magnet coil 25 consists of magnetic material, while the disc 39 adjacent to the magnet coil 39 is nonmagnetic. In this way, the disk 40 can act as an armature disk, so that the planetary gears 17 are pulled in the direction of the magnetic coil 25 when generating a magnetic field, which has the advantages described in the description of FIG. 5.
  • Figure 7 shows a seventh embodiment of the lock-up clutch, which corresponds in terms of their construction substantially to that of Figure 1.
  • the second coupling part 4 7 is designed in one piece with the sun gear 16 7 and has a substantially tubular construction.
  • An inner shoulder 41 serves as a contact surface for the lid 29.
  • the present embodiment has the advantage that the second Kupp ⁇ ment part 4 7 can be made easier, so that manufacturing costs can be saved.
  • the second coupling part 4 7 , the planet gears 17, the ring gear 15 7 and the bottom 12 of the housing 2 are made of ferromagnetic material.
  • the flange portion 19 7 of the first coupling part 3 7 and the outer wall portion 9 7 of the housing 2 are not magnetic.
  • the flange portion 19 7 is fixedly connected to the ring gear 15 7 , for which any connection means, such as welding, a screw or a spline with axial securing means come into question.
  • the ring gear 15 7 has a cylindrical portion 42 which extends up to the bottom 12 of the housing 2 to close the magnetic circuit.
  • the bottom 12 can be firmly connected to the outer wall portion 9 7 of the housing 2 in beechi ⁇ ge manner.
  • a ringver ⁇ bond or a welded joint in question In Fig. 7c) the magnetic flux is through a similar lock-up clutch, as shown in Figure 7a), can be seen.
  • the description of the lockup clutch according to FIG. 7a) is hereby incorporated by reference.
  • the magnetic field is conducted through the outer wall portion 9 ⁇ of the housing 2, which in the present case is ferromagnetic.
  • This embodiment offers the advantage that a larger radial annular space is available for the magnetic coil 25, which can thus also be larger.
  • FIG. 8 shows a further alternative embodiment, wherein the second coupling part 4 8 according to the embodiment according to FIG. 7 is constructed.
  • the blocking clutch according to FIG. 8 has a ferromagnetic housing 2 8 .
  • the circular magnetic flux is in this case axially beyond the bottom 12, an axially zoom reaching to the bottom 12 of cylindrical certain sections of the sun gear 16 8, planet gears 17, the ring gear 15 8 and the zylin ⁇ derförmigen wall section 9 8 of the housing 2 made.
  • the first coupling part 3 8 together with the flange 19 8 and the support disk 20 8 are made of non-magnetic material.
  • Figure 9 shows a further embodiment of the lock-up clutch, which corresponds in terms of their operation to the preceding locking clutches.
  • the solenoid 25g is disposed radially outside of the gear assembly 14g and held in a support member 43.
  • the carrier element is mounted in an annular space 13 9 between the housing 2 and the ring gear 15 9 on the inside of the housing 2.
  • the gearing arrangement is the manner of a Planetenge- drive 14 is designed and comprises a ring gear 15 9, a sun gear 16 9 as well as two groups of axially adjacently disposed planetary gears 17 9 17 9 ', which with the ring gear 15 g on the one hand and with the sun gear 16 9 on the other hand comb.
  • the planet wheels - as shown in particular in Figure 9b) - 2Q
  • the number of planet gears 17g, 17g 1 is arbitrary and depends on the height of the torque to be transmitted.
  • the ring gear 15 g is firmly connected to the first coupling part 3 g and rotatably supported in the housing 2 on the one hand and on the output shaft 44 on the other hand by means of rolling bearings 7, 45.
  • the ring gear 15 9 is designed such that a closed chamber 18 9 is formed, in which the sun gear 16 g is rotatably arranged.
  • the chamber 18 g is partially filled with magnetorheological fluid, wherein between a cranked shoulder of the ring gear 15 g and a hub 46 of the second coupling part 4 g a sealing ring 22 is provided which prevents the escape of the magnetorheological fluid from the chamber 18g.
  • a gas volume is contained in the chamber 18g, the compressibility of which produces the volume compensation.
  • the two groups of planetary gears 17g, 17g ' are arranged axially spaced from each other, wherein insulating means 47 are provided in each case between two planet wheels lying in a cutting plane.
  • the insulating means 47 hold the planetary gears 17g, 17g 1 in position and cause a - viewed in cross section - circular magnetic flux around the magnetic coil 25 g around which of the support member 43 via a first ferromagnetic portion 48 of the ring gear 15 9 , the first group of Planet gears 17g, the sun gear 16 9 , the second group of planet gears 17 g ⁇ a second ferromagnetic portion 48 'of the ring gear 15 9 back to Shin ⁇ element 43 extends.
  • the magnetic flux is represented by the annular lines in Figure 9c).
  • FIG. 10 shows a four-wheel drive motor vehicle 80 whose motor 81 is connected to the driven front wheels 85 via a manual transmission 82 and a transfer case (angle drive) with front axle differential 83 and front drive shafts 84.
  • a longitudinal shaft 86 the drive to the rear axle of the Ver ⁇ divergent gear (angle drive) is branched off with front differential 83.
  • a locking clutch 1 according to the invention is interposed, the torque via the rear differential gear 88 and the drive shafts 89 on the Rear wheels 90 can transmit.
  • the lock-up clutch serves for coupling or uncoupling the rear axle driven by the differential gear.
  • the lock-up clutch 1 is controlled as needed via a vehicle dynamics controller.
  • the torque to be transmitted can be set as desired by the corresponding strength of the magnetic field, ie by appropriate selection of the current or voltage.
  • FIG. 11 shows a motor vehicle 80 similar to that shown in FIG. 10, to the description of which reference is made.
  • the inventive blocking clutch 1 in the present case is followed by a viscous coupling 87, for example, as shown in DE 198 10 940 A1.
  • the viscous coupling serves to be ⁇ hintician drive the rear wheels 90 via the rear differential gear 88 and the drive shafts 89.
  • a difference in rotational speed between the front and the rear axle of the viscous coupling is automatically transferred to a state in which the torque between the Axes transfers.
  • the lock-up clutch 1 is closed, so that a torque is transmitted to the rear axle.
  • the viscous coupling 87 in case of need by means of Sperrkupp ⁇ ment 1 disconnected from the drive train.
  • the lock-up clutch 1 acts as a disconnect clutch when engaging in the driving dynamics of the motor vehicle, for example when an anti-lock braking system or an electronic stability program is engaged.
  • FIG. 12 shows a locking differential according to the invention with a housing 52 and an input part 53 rotatably arranged therefor, as well as a first output part 54 and a second output part 61 connected thereto, wherein the two output parts 54, 61 have an equalizing effect.
  • the locking differential is designed in the form of a planetary differential and comprises a non-rotatably connected to the input part 53 ring gear 65, a fixed to the first output part 54 fixed sun gear 66 and several with the ring gear 65th 2
  • the planetary gears 67 are rotatably supported on a web assembly 58 which is fixedly connected to the second output part 61.
  • the input part 53 has first connection means 55 for introducing a torque into the locking differential, for example from an output shaft of a transmission.
  • the first output part 54 has second connection means 56, which are designed in the form of a L Lucassver ⁇ toothing and for non-rotatable insertion of a connecting shaft, not shown here, for example, for driving a first axis, are used.
  • the second output part 61 likewise has a longitudinal toothing for connecting a connection shaft, not shown here, which drives, for example, a second axis.
  • the input part 53 and the two output parts 54, 61 are each rotatably mounted in the housing 52 on a common axis of rotation. For this purpose, a rolling bearing 57 is provided between the input part 53 and the housing 52.
  • the first output part 54 is slidably mounted relative to the housing 52.
  • the second output part 61 is rotatably mounted coaxially within the first output part 54 by means of a Nadella ⁇ gers 60.
  • the housing 52 has a substantially pot-shaped design and has a cylindrical cylindrical wall section 59 and a flange-shaped bottom 62.
  • An annular space 63 is formed between the wall section 59 and a cranked projection on the bottom 62, in which a magnet coil 75 is arranged.
  • the planetary differential 64 is arranged, wherein between the ring gear 65 and the sun gear 76 and web arrangement 58, a sealed chamber 68 is formed. This is limited in the axial direction on the one hand by the input part 53 and on the other hand by a einitzende in the ring gear 65 support plate 70.
  • the support plate 70 carries a sealing ring 72, which seals the annular gap to the sun gear 66.
  • a further sealing ring 71 is provided, which seals the chamber 68 to the outside.
  • the chamber 68 is at least largely filled with a magnetorheological fluid, which can be magnetized by the magnetic coil 75 arranged in the housing 52.
  • the operation of the locking differential corresponds to that of a conventional differential gear.
  • the input part 53 and the two output parts 54, 61 rotate together at the same rotational speed about the rotational axis A. If different rotational speeds occur between the first output part 54 and the second output part 61, for example due to changing driving conditions between the front and The rear axle of the motor vehicle, there is ei ⁇ ner speed difference between the sun gear 66 and the web assembly 58.
  • a reservoir 74 is provided to compensate for the resulting increase in volume of the magnetorheological fluid. This is located in a tubular section of the second output part 61, in which a piston 76 is seated in an axially displaceable manner. The piston 76 is acted upon axially by spring means 77, which in turn are axially supported relative to a firmly seated in the pipe section lid 79.
  • the magnetic coil 75 is turned on, so that the resulting magnetic field puts the magnetorheological fluid in a highly viscous or a plastic state.
  • the planet gears 67 are prevented from rolling freely relative to the ring gear 65 and the sun gear 66, respectively, so that torque is transmitted from the ring gear 65 to the sun gear 66 and the bridge assembly 58.
  • the strength of the magnetic field generated and thus the viscosity of the magnetorheological fluid can be adjusted precisely so that the blocking effect of the locking differential can be precisely metered.
  • the ring gear 65, the sun gear 66 and the planet gears 67 and the bottom 62 of the housing 52 made of ferromagnetic material.
  • Non-austenitic steels are suitable for this purpose.
  • the support disk 70 arranged between the web arrangement 58 and the magnet coil 75 is preferably made of a non-magnetic material, for which austenitic steels or aluminum are preferably used. to be eligible.
  • the configuration of magnet coils, chamber and planetary gear is coordinated so that upon excitation of the magnetic coil a lichg lichst uniform magnetic field in the region of the chamber is generated, so that a uniform viscosity of the liquid can be adjusted.
  • FIG. 12b shows a cross section through the locking differential.
  • the ring gear 65 the sun gear 66, the two wheels meshing with planetary gears 67 and the web assembly 58 which is integrally connected to the second output member 61 can be seen.
  • eight planet gears are regularly distributed over the circumference, the number of which can be varied depending on the torque to be transmitted.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sperrkupplung zum Koppeln eines ersten Kupplungsteils (3) mit einem relativ hierzu drehenden zweiten Kupplungsteil (4). Die Sperrkupplung umfasst eine Verzahnungsanordnung (14) zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Kupplungsteil (3) und dem zweiten Kupplungsteil (4), eine nach aussen abgedichtete Kammer (18), in der die Verzahnungsanordnung (14) angeordnet ist und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid gefüllt ist, sowie eine steuerbare Magnetspule (25), die benachbart zur Kammer (18) angeordnet ist und einen magnetischen Fluss über die Kammer (18) erzeugen kann. Durch Aktivieren der Magnetspule (25) kann die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit verändert werden, so dass die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil (3) und dem zweiten Kupplungsteil (4) geregelt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Sperrdifferential (52), das durch Magnetisieren von magnetorheologischem Fluid steuerbar ist.

Description

Sperranordnung mit Verstellung durch magnetorheologisches Fluid
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Sperranordnung, insbesondere zum Einsatz im Antriebs¬ strang eines Kraftfahrzeugs, die in Form einer Sperrkupplung oder eines Sperrdiffe- rentials ausgebildet sein kann. Sperrkupplungen umfassen üblicherweise wenigstens zwei Kupplungselemente, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments kop¬ pelbar sind. Sperrdifferentiale umfassen üblicherweise ein Eingangsteil sowie zwei Ausgangsteile, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments antriebsver¬ bunden sind, wobei eine Ausgleichswirkung zwischen den Ausgangsteilen erzeugt werden kann.
In mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugen sind Sperrkupplungen häufig im Antriebs¬ strang zu einer nur bedarfsweise angetriebenen Antriebsachse im Einsatz. Zur Betä¬ tigung solcher Sperrkupplungen sind unterschiedlichste Lösungen vorgeschlagen worden. Ein Beispiel einer Sperrkupplung mit einem elektromotorisch angetriebenen Rampenscheibenpaar findet sich in der DE 38 15 225 C2. Hierbei sind zwei Ram¬ penscheiben vorgesehen, die gegensinnig verlaufende Kugelrillen mit variabler Tiefe aufweisen, zwischen denen Kugeln gehalten sind. Bei Verdrehung einer der Schei¬ ben relativ zur anderen verändert sich ihr axialer Abstand zueinander, so daß das Lamellenpaket der Sperrkupplung beaufschlagt wird.
Aus der DE 198 47 405 C1 ist eine Sperrkupplung mit zwei Kupplungselementen bekannt, die formschlüssig miteinander koppelbar sind. Dabei ist das erste der bei¬ den Kupplungselemente axial abgestützt, während das zweite der Kupplungselemen- te hierzu axial verschiebbar ist. Zum axialen Festsetzen des zweiten Kupplungsele¬ ments ist ein Hohlraumsystem vorgesehen, das mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt und von einem mit dem zweiten Kupplungselement verbundenen Verdrängungskörper begrenzt wird. Mittels eines Elektromagneten kann die magne- torheologische Flüssigkeit zur Formerstarrung magnetisiert werden, so daß die bei¬ den Kupplungselemente fest miteinander gekoppelt werden.
Die DE 103 04 140.0-12 zeigt eine Reibungskupplung mit zwei relativ zueinander drehbaren Kupplungselementen, die mittels eines Lamellenpakets drehfest miteinan¬ der koppelbar sind. Axial benachbart zum Lamellenpaket ist eine Ringkammer gebil¬ det, die einerseits von einem Kolben zum Betätigen des Lamellenpakets und ande- rerseits von einem Deckel begrenzt wird und mit einer magnetorheologischen Flüs¬ sigkeit gefüllt ist. In der Ringkammer ist eine Rotorscheibe angeordnet, die drehfest mit einem der Kupplungselemente verbunden ist. Durch Erregung einer benachbart zum Deckel befindlichen Magnetspule wird die Viskosität in der magnetorheologi¬ schen Flüssigkeit gesteigert, so daß die Rotorscheibe in der Ringkammer einen Druck erzeugt, der den Kolben gegen das Lamellenpaket verschiebt. Auf diese Wei¬ se werden die beiden Kupplungselemente miteinander gekoppelt.
Die US 6 585 616 B1 zeigt ein Differentialgetriebe mit zwei regelbaren Lamellen¬ kupplungen. Das Differentialgetriebe ist in Form eines Kegelraddifferentials gestaltet und umfaßt zwei Seitenwellenräder, die über mit dem Differentialkorb umlaufende Ausgleichsräder angetrieben werden. Zum Sperren der Ausgleichswirkung zwischen den Seitenwellenrädern sind die Lamellenkupplungen vorgesehen, die mit magneto- rheologischem Fluid gefüllt sind. Durch Aktivieren von Magnetspulen, die radial au¬ ßerhalb der Lamellenkupplungen angeordnet sind, ändert sich die Viskosität der ma- gneto-rheologischen Flüssigkeit, wodurch eine Sperrwirkung zwischen dem Differen¬ tialkorb und den Seitenwellenrädern erreicht wird.
Es ist weiterhin aus der EP 446 863 B1 eine drehzahlfühlende Kupplung zum Zu¬ schalten eines Antriebsstranges in einem Kraftfahrzeug mit mehreren Antriebssträn- gen bekannt. Derartige Anordnungen dienen dazu, bei einem im Normalfall nur auf der Achse des ersten Antriebsstrangs angetriebenen Fahrzeug bei unzureichender Traktion auch die Achse des zweiten Antriebstranges zuzuschalten. Hierfür wird eine sogenannte Viscokupplung verwendet. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sperranordnung mit einem einfachen Aufbau vorzuschlagen, die eine hohe Leistungsdichte, eine gute Regelbarkeit und kurze Aktivierungszeiten aufweist. Eine solche Sperranordnung kann in Form einer Sperrkupplung oder eines Sperrdifferentials gestaltet sein.
Eine erste Lösung der Aufgabe besteht in einer Sperrkupplung zum Koppeln eines ersten Kupplungsteils mit einem relativ hierzu drehbaren zweiten Kupplungsteil, um¬ fassend eine Verzahnungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil, eine nach außen abgedichtete Kammer, in der die Verzahnungsanordnung angeord¬ net ist und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid gefüllt ist, sowie eine steuerbare Magnetspule, die benachbart zur Kammer angeordnet ist und einen magnetischen Fluß über die Kammer erzeugen kann, wobei die Viskosität des ma- gnetorheologischen Fluids verändert wird. Durch Änderung der Viskosität vom flüssi¬ gen zum plastischen Zustand verändert sich auch die Formänderungsarbeit, so daß Zähne der Verzahnungsanordnung nicht mehr frei miteinander kämmen können und ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil übertragen wird.
Der Vorteil dieser Sperrkupplung besteht darin, daß sie einfach aufgebaut ist und eine hohe Leistungsdichte aufweist. Die Magnetspule wird elektrisch angesteuert, so daß die Stärke des Magnetfeldes durch entsprechende Wahl der Stromstärke bzw. der Spannung beliebig eingestellt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine hohe Kupplungsgenauigkeit und kurze Aktivierungszeiten, so daß schnell auf sich ändern¬ de Fahrzustände reagiert werden kann. Die Konfiguration von Magnetspule, Kammer und Verzahnungsanordnung ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erregung der Magnetspule ein möglichst gleichförmiges Magnetfeld im Bereich der Kammer er- zeugt wird, so daß eine gleichmäßige Viskosität der Flüssigkeit eingestellt werden kann. Dabei wird das Magnetfeld insbesondere im Bereich der abwälzenden Verzah¬ nungseingriffe der Verzahnungsanordnung erzeugt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verzahnungsanordnung nach Art eines Planetengetriebes gestaltet. Sie kann aber auch nach Art eines Kegelraddifferentials oder eines Kronenraddifferentials gestaltet sein. Die Verzahnungsanordnung umfaßt vorzugsweise ein mit dem ersten Kupplungsteil drehfest verbundenes Hohlrad, ein mit dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbundenes Sonnenrad sowie mehrere mit dem Hohlrad einerseits und dem Sonnenrad andererseits kämmende Planetenräder, wobei zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer gebildet ist. Dabei sind die Spalte bzw. Verzahnungsspiele zwischen den Zahnrädern von der Kammer mit umfaßt. . Durch Aktivierung der Ma- gnetspule wird ein durch die Kammer laufendes Magnetfeld erzeugt, so daß die Vis¬ kosität der magnetorheologischen Flüssigkeit verändert wird. Je größer die Stärke des Magnetfeldes ist, desto größer die Viskosität des magnetorheologischen Fluids und desto größer die Sperrwirkung der Sperrkupplung.
Die Magnetspule ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung derart angeordnet, daß ein torusfömiges Magnetfeld erzeugt wird, das durch zumindest einige der Verzah¬ nungseingriffe der Verzahnungsanordnung verläuft. Dabei kann die Magnetspule nach einer ersten Ausführungsform axial benachbart zur Verzahnungsanordnung angeordnet sein. Die so gebildete Sperrkupplung weist eine geringe radiale Baugrö- ße auf. Nach einer hierzu alternativen Ausführungsform kann die Magnetspule auch radial außerhalb der Verzahnungsanordnung angeordnet sein. Dies ist besonders günstig, wenn der axiale Bauraum der Sperrkupplung begrenzt ist. Zur Ausbildung eines optimalen Magnetfeldes sind zumindest das Hohlrad, die Planetenräder und das Sonnenrad aus ferromagnetischem Material. So ist gewährleistet, daß der Ma- gnetkreis zwischen einem der Pole der Magnetspule, über das Hohlrad, die Plane¬ tenräder und das Sonnenrad zum zweiten Pol der Magnetspule geschlossen ist. So wird insbesondere im Bereich der Verzahnungseingriffe eine genaue Einstellbarkeit der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erreicht.
Insbesondere bei der letztgenannten Ausführungsform mit radialer Magnetspule ist es vorteilhaft, daß zwei Gruppen von Planetenrädern axial benachbart zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann zwischen den axial entgegengesetzten Polen der Magnetspule ein torusfömiges Magnetfeld erzeugt werden, das durch beide Gruppen von Planetenrädern verläuft. Durch Betätigen der Magnetspule wird die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in den Verzahnungen beider Grup¬ pen von Planetenrädern erhöht, so daß ein Drehmoment übertragen werden kann. Vorzugsweise sind axial zwischen beiden Gruppen von Planetenrädern Isoliermittel aus paramagnetischem Material vorgesehen. Diese gewährleisten, daß der Magnet¬ fluß kreisförmig durch beide Gruppen von Planetenrädern verläuft.
Die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad können Gerad- oder Schrägverzahnungen sein. Bei Verwendung von schrägverzahnten Rädern wird eine Axialkraftkomponente erzeugt, die zu größeren Reibungsverlusten führt. Dabei wird dem aufgrund von Rei¬ bung verursachten Grundsperrmoment ein aktives Sperrmoment überlagert, das auf¬ grund der Verformungsarbeit des magnetorheologischen Fluids entsteht. Die Verfor¬ mungsarbeit setzt sich aus Quetsch-, Pump- und Scherarbeit zusammen. Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern jeweils axial kürzer als die Verzahnungen zwischen den Planetenrä¬ dern und dem Sonnenrad gestaltet. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders ho¬ mogenes Magnetfeld. In der Kammer kann ein das Kammervolumen reduzierender Füllkörper vorgesehen sein, in dem die Planetenräder drehbar gehalten sind. So ist lediglich eine geringe Menge des magnetorheologischen Fluids erforderlich.
Die Planetenräder sind vorzugsweise in einem Käfig drehbar gehalten. Dabei weist der Käfig zumindest eine Scheibe auf, die auf der der Magnetspule abgewandten Seite der Planetenräder angeordnet ist. Alternativ hierzu kann der Käfig auch zwei Scheiben umfassen, wobei die Planetenräder axial zwischen diesen angeordnet und auf Zapfen drehbar gelagert sind. Vorzugsweise ist die der Magnetspule entfernt an¬ geordnete Scheibe aus ferromagnetischem Material, so daß sie bei Aktivieren der Magnetspule von dieser angezogen wird. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Pla¬ netenräder im Käfig derart gehalten, daß sie in Umfangsrichtung begrenzt beweglich sind. Hierfür weist der Käfig beispielsweise in Umfangsrichtung verlaufende Langlö¬ cher auf, in denen die Planetenräder befestigt sind. Der Käfig umfaßt weiterhin axiale Durchbrüche, die mit den Verzahnungseingriffen zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad bzw. dem Sonnenrad fluchten. Auf diese Weise kann - im nicht akti- vierten Zustand, d. h. ausgeschaltetem Elektromagneten - magnetorheologisches Fluid aus den Bereichen der Verzahnungseingriffe durch die Durchbrüche des Käfigs in das Reservoir gelangen. In aktiviertem Zustand, d. h. bei angeschaltetem Elekro- magneten, wird aufgrund der erhöhten Viskosität des magnetorheologischen Fluids Verformungsarbeit zwischen den Verzahnungseingriffen geleistet. Durch die zusätz¬ lichen Scherkräfte wird der Käfig in Umfangsrichtung verdreht, so daß die Durchbrü¬ che nun nicht mehr mit den Verzahnungseingriffen fluchten. Die Kammer ist somit stirnseitig abgekapselt, so daß der Verformungsarbeit zusätzliche Pump- und Scher¬ arbeit überlagert wird. Diese Ausgestaltung bewirkt somit ein günstigeres Verhältnis zwischen dem maximal erreichbaren Drehmoment und dem Schleppmoment im nicht aktivierten Zustand.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist mit dem ersten Kupplungsteil eine Stütz¬ scheibe fest verbunden, die die Kammer in Richtung Magnetspule begrenzt und ge- gen die sich die Planetenräder axial abstützen können. Es sind Dichtungsmittel zwi¬ schen der Stützscheibe und einem zylinderförmigen Abschnitt des Sonnenrads vor¬ gesehen. Diese verhindern, daß magnetorheologisches Fluid beim Abwälzen der Zahnräder aus der Kammer herausgepreßt wird. Die Stützscheibe ist vorzugsweise paramagnetisch, so daß - im Längsschnitt betrachtet - ein kreisförmiges Magnetfeld um die Magnetspule erzeugt wird.
Die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer ist nach einer bevorzugten Weiterbildung mit einem Reservoir verbunden. Dies hat vorzugsweise ein veränderli¬ ches Volumen, damit aufgrund von Temperaturänderungen im magnetorheologi- sehen Fluid resultierende Volumenänderungen kompensiert werden können. Das Reservoir ist von einem Kolben begrenzt, der über Federmittel beaufschlagt ist. Der Kolben und die Federmittel sind vorzugsweise in einem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Kupplungsteils angeordnet und gegen einen Deckel axial abgestützt. Eben¬ so kann das Reservoir auch im ersten Kupplungsteil angeordnet sein. Nach einem alternativen Ansatz kann die Kammer außer der magnetorheologischen Flüssigkeit zu einem geringen Anteil ein Gasvolumen enthalten, dessen Kompressibilität den Volumenausgleich herstellt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Gehäuse vorgesehen, in dem die Ver¬ zahnungsanordnung und die Magnetspuie angeordnet sind. Das Gehäuse ist vor¬ zugsweise topfförmig gestaltet und weist einen äußeren Wandungsabschnitt sowie einen hierzu koaxial inneren Wandungsabschnitt auf. Dabei kann das erste Kupp- lungsteil drehbar in dem äußeren Wandungsabschnitt und das zweite Kupplungsteil drehbar auf dem inneren Wandungsabschnitt gelagert werden. Es ist weiterhin vor¬ gesehen, daß das erste Kupplungsteil Anschlußmittel zum drehfesten Verbinden mit einer Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeugs, und das zweite Kupplungsteil An¬ schlußmittel zum drehfesten Verbinden mit einem Achsdifferential aufweist. Die zwei- ten Anschlußmittel sind vorzugsweise in Form einer Längsverzahnung gestaltet, in die ein Achszapfen zur Drehmomentübertragung eingreifen kann.
Die erfindungsgemäße Sperrkupplung ist vielseitig einsetzbar. Nach einer ersten Verwendung ist die Sperrkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeord- net, das eine permanent angetriebene erste Achse und eine bedarfsweise zuschalt¬ bare zweite Achse aufweist, wobei die Sperrkupplung zum An- oder Abkoppeln der zweiten Achse dient. Je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs wird die Sperrkupp¬ lung über einen Fahrdynamikregler nach Bedarf angesteuert. Dabei kann das zu übertragende Drehmoment durch die entsprechende Stärke des Magnetfeldes, d.h. durch entsprechende Wahl der Stromstärke bzw. der Spannung beliebig eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Kupplungsgenauigkeit und kurze Aktivie¬ rungszeiten, so daß schnell auf sich ändernde Fahrzustände reagiert werden kann.
Nach einer zweiten Verwendung ist die Sperrkupplung im Antriebsstrang eines Kraft- fahrzeugs mit einer permanent angetriebenen ersten Achse und einer bedarfsweise zuschaltbaren zweiten Achse angeordnet, wobei die Sperrkupplung einer drehzahl¬ fühlenden weiteren Kupplung vorgeschaltet ist und zum Ein- oder Ausschalten dieser drehzahlfühlenden weiteren Kupplung dient. Im eingeschalteten Zustand ist die zu¬ schaltbare zweite Achse angekoppelt, wobei eine maximale Drehmomentkapazität verfügbar ist, während die zweite Achse im ausgeschalteten Zustand vom Antriebs¬ strang entkoppelt ist. Diese Anwendung hat den Vorteil, daß auf eine aufwendige Ansteuerung der weiteren Kupplung verzichtet werden kann und daß durch die Ent¬ kopplung der drehzahlfühlenden weiteren Kupplung der Antriebsstrang ESP- kompatibel wird. ESP-kompatibel bedeutet in diesem Zusammenhang, daß Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs mittels einem Fahrdynamikregler problemlos erfolgen können. Die drehzahlfühlende weitere Kupplung ist üblicherweise in Form einer Viscokupplung gestaltet.
Eine zweite Lösung der obigen Aufgabe besteht in einem Sperrdifferential zum Ein¬ satz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Eingangsteil, das dre¬ hend antreibbar ist; ein erstes Ausgangsteil und ein zweites Ausgangsteil, die jeweils über Differentialräder mit dem Eingangsteil antriebsverbunden sind; eine nach außen abgedichtete Kammer, in der die Differentialräder angeordnet sind und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid gefüllt ist; sowie eine steuerbare Magnetspule, die benachbart zur Kammer angeordnet ist und einen magnetischen Fluß über die Kammer erzeugen kann, wobei die Viskosität des magnetorheologi- schen Fluids verändert wird. Durch Veränderung der Viskosität vom flüssigen zum plastischen Zustand verändert sich die Formänderungsarbeit, so daß die Differential¬ räder nicht mehr frei kämmen können und ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil übertragen wird.
Der Vorteil dieses Sperrdifferentials besteht im einfachen Aufbau und in einer hohen Leistungsdichte. Die Magnetspule wird elektrisch angesteuert, so daß die Stärke des Magnetfeldes durch entsprechende Wahl der Stromstärke bzw. der Spannung belie¬ big eingestellt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine hohe Schaltgenauigkeit und kurze Aktivierungszeiten, so daß schnell auf sich ändernde Fahrzustände reagiert werden kann. Die Konfiguration von Magnetspule, Kammer und Differentialrädern ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erregung der Magnetspule ein möglichst gleich¬ förmiges Magnetfeld im Bereich der Kammer erzeugt wird, so daß eine gleichmäßige Viskosität der Flüssigkeit eingestellt werden kann. Dabei wird das Magnetfeld insbe¬ sondere im Bereich der abwälzenden Verzahnungseingriffe der Differentialräder er¬ zeugt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sperrdifferential in Form eines Plane¬ tendifferentials gestaltet und umfaßt ein Hohlrad, ein Sonnenrad, mehrere Differenti¬ alräder, die mit dem Hohlrad einerseits und dem Sonnenrad andererseits in Verzah- nungseingriff sind, sowie eine Steganordnung zum Tragen der Differentialräder, wo¬ bei zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer gebildet ist. Denkbar ist jedoch auch ein Sperrdifferential in Form eines Kegelraddifferentials oder eines Kronenraddifferentials. Die Spalte bzw. Ver- zahnungsspiele zwischen den Differentialrädern und den damit in Verzahnungsein¬ griff befindlichen Zahnrädern sind von der Kammer mit umfaßt. Das Sperrdifferential kann beliebig im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sein. Beispiels¬ weise kann das Hohlrad als Drehmomenteingang dienen, so daß das Sonnenrad und die Steganordnung als Drehmomentausgänge dienen. In dieser Ausführungsform arbeitet das Sperrdifferential als Mittendifferential mit einer festen Grundübersetzung zwischen zwei angetriebenen Achsen. Durch Aktivieren der Magnetspule wird das Differential gesperrt, so daß ein Drehmomentausgleich zwischen den Ausgängen verhindert wird.
Die Magnetspule ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung derart angeordnet, daß ein torusfömiges Magnetfeld erzeugt wird, das durch zumindest einige der Verzah¬ nungseingriffe des Planetendifferentials verläuft. Die Magnetspule ist vorzugsweise axial benachbart zur Verzahnungsanordnung angeordnet. Zur Ausbildung eines op¬ timalen Magnetfeldes sind zumindest das Hohlrad, die Differentialräder und das Sonnenrad aus ferromagnetischem Material. So ist gewährleistet, daß der Magnet¬ kreis zwischen einem der Pole der Magnetspule, über das Hohlrad, die Planetenrä¬ der und das Sonnenrad zum zweiten Pol der Magnetspule geschlossen ist. So wird insbesondere im Bereich der Verzahnungseingriffe eine genaue Einstellbarkeit der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erreicht. Das erfindungsgemäße Sperr- differential kann aber auch in Form eines Achsdifferentials gestaltet sein.
Die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad können Gerad- oder Schrägverzahnungen sein. Bei Verwendung von schrägverzahnten Rädern wird eine Axialkraftkomponente erzeugt, die zu größeren Reibungsverlusten führt. Nach einer bevorzugten Weiterbil¬ dung sind die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern jeweils axial kürzer als die Verzahnungen zwischen den Planetenrädern und dem Sonnen¬ rad gestaltet. So wird ein besonders homogenes Magnetfeld erzeugt. In der Kammer kann ein das Kammervolumen reduzierender Füllkörper vorgesehen sein, in dem die Differentialräder drehbar gehalten sind. So ist lediglich eine geringe Menge des ma- gnetorheologischen Fluids erforderlich.
Vorzugsweise umfaßt die Steganordnung zumindest einen Flansch, der auf der der Magnetspule abgewandten Seite der Differentialräder angeordnet ist. Nach einer be¬ vorzugten Weiterbildung ist eine Stützscheibe mit dem Hohlrad fest verbunden, die die Kammer in Richtung Magnetspule begrenzt. Es sind Dichtungsmittel zwischen der Stützscheibe und einem zylinderförmigen Abschnitt des Sonnenrads vorgesehen. Diese verhindern, daß magnetorheologisches Fluid beim Abwälzen der Zahnräder aus der Kammer herausgepreßt wird. Die Stützscheibe und/oder die Steganordnung sind vorzugsweise paramagnetisch, so daß - im Längsschnitt betrachtet - ein kreis¬ förmiges Magnetfeld um die Magnetspule erzeugt wird.
Die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer ist nach einer bevorzugten Weiterbildung mit einem Reservoir verbunden. Dies hat vorzugsweise ein veränderli¬ ches Volumen, damit aufgrund von Temperaturänderungen im magnetorheologi- schen Fluid resultierende Volumenänderungen kompensiert werden können. Das Reservoir ist von einem Kolben begrenzt, der über Federmittel beaufschlagt ist. Der Kolben und die Federmittel sind vorzugsweise in einem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Ausgangsteils angeordnet und gegen einen Deckel axial abgestützt. Nach einem alternativen Ansatz kann die Kammer außer der magnetorheologischen Flüs¬ sigkeit zu einem geringen Anteil ein Gasvolumen enthalten, dessen Kompressibilität den Volumenausgleich herstellt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sperrdifferential in einem Gehäuse drehbar gelagert. Das Gehäuse ist vorzugsweise topfförmig gestaltet und weist einen Ringraum zur Aufnahme der Magnetspule auf. Dabei ist das erste Ausgangsteil drehbar in einem zylindrischen Lagerabschnitt gelagert, während das zweite Aus- gangsteil radial im ersten Ausgangsteil koaxial zur Drehachse gelagert ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläu¬ tert. Hierin zeigt: _
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung a) im Längsschnitt; b) im Querschnitt gemäß Schnittlinie l-l aus Figur 1a);
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit Anschlußflansch;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit verkürzter Verzahnung;
Figur 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit optimierter Dichtung;
Figur 5 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung a) mit einfachen Käfig für die Planetenräder im Längsschnitt; b) einen Querschnitt durch die Käfigebene gemäß Figur 5 a);
Figur 6 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit doppeltem Käfig für die Planetenräder;
Figur 7 eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit kompakter Nabe a) im Längsschnitt; b) im Querschnitt gemäß Schnittlinie VII-VIl aus Figur 7a);
Figur 8 eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit kompakter Nabe;
Figur 9 eine achte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrkupplung mit zwei Gruppen von Planetenrädern a) im Längsschnitt; b) das Prinzip der Planetenanordnung im Querschnitt; c) im Längsschnitt mit Darstellung der Magnetfeldlinien;
Figur 10 ein Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßer Sperrkupplung im Längsan¬ triebsstrang;
Figur 11 ein Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßer Sperrkupplung und nachge¬ schalteter Viscokupplung im Antriebsstrang;
Figur 12 ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential a) im Längsschnitt; b) im Querschnitt.
Figur 1 zeigt eine Sperrkupplung mit einem Gehäuse 2 und einem hierzu drehbar angeordneten ersten Kupplungsteil 3 sowie einem hiermit drehfest koppelbaren zwei- ten Kupplungsteil 4. Das erste Kupplungsteil 3 hat erste Anschlußmittel 5, die zum Einleiten eines Drehmoments, beispielsweise von einer Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeugs, in die Sperrkupplung dienen. Das zweite Kupplungsteil 4 hat zweite Anschlußmittel 6, die in Form einer Längsverzahnung gestaltet sind und zum drehfe¬ sten Einstecken einer hier nicht dargestellten Anschlußwelle, beispielsweise zum Antreiben eines Achsdifferentials, dienen. Das erste Kupplungsteil 3 und das zweite Kupplungsteil 4 sind auf einer gemeinsamen Drehachse jeweils drehbar im Gehäuse 2 gelagert. Hierfür ist zwischen dem ersten Kupplungsteil 3 und dem Gehäuse 2 ein Wälzlager 7 vorgesehen. Das zweite Kupplungsteil 4 kann bei Bedarf gegenüber dem Gehäuse 2 gleitend gelagert werden.
Das Gehäuse 2 ist im wesentlichen topfförmig gestaltet und hat einen zylinderförmi¬ gen äußeren Wandungsabschnitt 9 sowie einen hierzu koaxial angeordneten zylin¬ derförmigen inneren Wandungsabschnitt 10 sowie einen diese beiden verbindenden Boden 12. Zwischen dem äußeren Wandungsabschnitt 9, dem inneren Wandungs- abschnitt 10 und dem Boden 12 ist ein Ringraum 13 gebildet, in dem eine Verzah¬ nungsanordnung 14 und eine Magnetspule 25 angeordnet ist. Die Verzahnungsan¬ ordnung 14 ist in Form eines Planetengetriebes gestaltet und umfaßt ein drehfest mit dem ersten Kupplungsteil 3 verbundenes Hohlrad 15, ein mit dem zweiten Kupp- lungsteil 4 drehfest verbundenes Sonnenrad 16 sowie eine Mehrzahl von Planeten¬ rädern 17, welche jeweils mit dem Hohlrad 15 und dem Sonnenrad 16 kämmen. Da¬ bei kann die Anzahl der Planetenräder 17 beliebig gewählt werden, wobei die Min¬ destanzahl drei beträgt. Die Planetenräder 17 werden in den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 4 sowie 7 und 8 schwimmend zwischen dem Hohlrad 15 und dem Sonnenrad 16 gehalten. Dabei ist zwischen dem Hohlrad 15 und dem Son¬ nenrad 16 eine abgedichtete Kammer 18 gebildet, die in axialer Richtung einerseits durch einen Flansch 19 und andererseits durch eine Stützscheibe 20 des ersten Kupplungsteils 3 begrenzt wird. Die Stützscheibe 20 trägt einen Dichtungsring 22, der die Kammer nach außen hin abdichtet. Die Kammer 18 ist zumindest weitestge- hend mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt, die von einer im Gehäuse 2 angeordneten Magnetspule 25 magnetisiert werden kann.
Die Funktionsweise der Sperrkupplung ist wie folgt. Im nicht-aktivierten Zustand dre- hen das erste Kupplungsteil 3, das Planetengetriebe 14 sowie das zweite Kupplungs¬ teil 4 gemeinsam mit gleicher Drehzahl um die Drehachse A. Treten unterschiedliche Drehzahlen zwischen dem ersten Kupplungsteil 3 und dem zweiten Kupplungsteil 4, beispielsweise aufgrund von sich ändernden Fahrzuständen zwischen der Vorder- und der Hinterachse des Kraftfahrzeuges auf, kommt es zur einer Drehzahldifferenz zwischen dem Hohlrad 15 und dem Sonnenrad 16. Die Planetenräder 17 wälzen ge¬ genüber dem Hohlrad 15 und dem Sonnenrad 16 ab, wobei die in der Kammer 18 befindliche magnetorheologische Flüssigkeit durch die jeweils aufeinander abwäl¬ zenden Zahnflanken verdrängt wird. Durch diese Pumpwirkung wird die magne¬ torheologische Flüssigkeit entsprechend der Drehzahldifferenz zwischen Hohlrad 15 und Sonnenrad 16 in der Kammer 18 im Kreis gefördert. Hieraus resultiert ein gerin¬ ges Schleppmoment, das zu einem gewissen Wärmeverlust führt. Um die hieraus resultierende Volumenvergrößerung der magnetorheologischen Flüssigkeit zu kom¬ pensieren, ist ein Reservoir 24 vorgesehen. Dieses befindet sich in einem rohrförmi- gen Abschnitt des zweiten Kupplungsteiles 4, in dem ein Kolben 26 axial verschieb- bar einsitzt. Dabei ist der Kolben 26 durch Federmittel 27 axial beaufschlagt, die ih¬ rerseits gegenüber einem im Rohrabschnitt fest einsitzenden Deckel 29 axial abge¬ stützt sind. Zum Schließen der Sperrkupplung wird die Magnetspule 25 eingeschaltet, so daß das entstehende Magnetfeld die magnetorheologische Flüssigkeit in einen hochvis¬ kosen bzw. einen plastischen Zustand versetzt. Auf diese Weise werden die Plane¬ tenrädern 17 daran gehindert, gegenüber dem Hohlrad 15 bzw. dem Sonnenrad 16 frei abzuwälzen, so daß ein Drehmoment von dem Hohlrad 15 auf das Sonnenrad 16 übertragen wird. Durch Magnetisieren der magnetorheologischen Flüssigkeit erhöht sich deren Viskosität, so daß eine Abwälzbewegung zwischen den Planetenrädern 17 und dem Hohlrad 15 bzw. dem Sonnenrad 16 abgebremst wird. Durch Wahl der Verzahnung zwischen den Planetenrädern 17 und dem Hohlrad 15 bzw. dem Son- nenrad 16 kann das Schleppmoment variiert werden. Dieses entsteht - auch bei de¬ aktivierter Magnetspule - durch die Verdrängung der magnetorheologischen Flüssig¬ keit Während das Schleppmoment bei Geradverzahnungen relativ gering ist, bewir¬ ken Schrägverzahnungen eine axiale Kraftkomponente, wodurch größere Reibkräfte entstehen.
Für einen besonders günstigen Magnetfluß sind das Gehäuse 2, das Hohlrad 15, das Sonnenrad 16 und die Planetenräder 17 aus ferromagnetischem Werkstoff. Hierfür kommen beispielsweise nicht-austenitische Stähle in Frage. Die zwischen den Plane¬ tenrädern 17 und der Magnetspule 25 angeordnete Stützscheibe 20 besteht vor- zugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, wofür vorzugsweise austeniti- sche Stähle oder Aluminium in Frage kommen. Die Konfiguration von Magnetspulen, Kammer und Planetengetriebe ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erregung der Magnetspule ein möglichst gleichförmiges Magnetfeld im Bereich der Kammer er¬ zeugt wird, so daß eine gleichmäßige Viskosität der Flüssigkeit eingestellt werden kann.
Figur 1 b zeigt einen Querschnitt durch die Sperrkupplung. Es sind das Hohlrad 15, das Sonnenrad 16 sowie die mit beiden Rädern kämmenden Planetenräder 17 er¬ sichtlich. In dieser Ausführungsform sind acht über den Umfang regelmäßig verteilte Planetenräder vorgesehen, wobei deren Anzahl je nach zu übertragendem Drehmo¬ ment variiert werden kann.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Sperrkupplung, die hinsichtlich ihres Aufbaus im wesentlichen derjenigen aus Figur 1 entspricht. Auf die Beschreibung zu Figur 1 wird insofern Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs¬ zeichen und unterschiedliche Bauteile mit um die Ziffer 2 tiefergestellten Bezugszei¬ chen versehen sind. Im Unterschied zu der Sperrkupplung nach Figur 1 hat das erste Kupplungsteil 32 einen Zapfen 30 mit einer Längsverzahnung 32 zum Einleiten eines Drehmoments. Hierfür wird ein Anschlußflansch 33 mit einer entsprechenden Ge¬ genverzahnung auf den Zapfen 30 aufgesteckt und axial mittels eines Sicherungs¬ rings 34 gesichert. Zur Lagerung der Baueinheit bestehend aus Anschlußflansch 33 und ersten Kupplungsteil 32 im Gehäuse 2 ist ein Wälzlager I2 vorgesehen, welches mit einem Lageraußenring in einem Deckelteil 35 und mit einem Lagerinnenring auf einem Lagerabschnitt 36 des Anschlußflansches 33 angeordnet ist. Der Vorteil die¬ ser Ausführungsform besteht darin, daß das Wälzlager I2 einen kleinen Durchmesser hat und somit kostengünstig herstellbar ist. Außerdem erzeugt das kleinere Wälzla¬ ger 72 nur geringe Schleppmomente.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Sperrkupplung, die hinsichtlich ihres Aufbaus im wesentlichen derjenigen aus Figur 1 entspricht. Auf die Beschreibung zu Figur 1 wird insofern Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs¬ zeichen und unterschiedliche Bauteile mit um die Ziffer 3 tiefergestellten Bezugszei- chen versehen sind. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von derje¬ nigen nach Figur 1 dadurch, daß die Verzahnung des Hohlrades 153 axial kürzer ist als die Verzahnung der Planetenräder 17. Auf diese Weise läßt sich bei Aktivierung der Magnetspule 25 ein besonders starkes Magnetfeld erzielen, weil die Dichte des Magnetflusses größer ist. Hierdurch entsteht zwischen dem Sonnenrad 16 und dem Hohlrad 153 ein besonders homogenes Magnetfeld in der magnetorheologischen Flüssigkeit, so daß auch die Viskosität über die Radialerstreckung gleichbleibend ist. Das Gehäuse 2 sowie das zweite Kupplungsteil 4 mit einstückig ausgeführtem Son¬ nenrad 16, ferner die Planetenräder 17 und das Hohlrad 153 bestehen aus magneti¬ schem Material, während der Flansch 19 und die Stützscheibe 20 des ersten Kupp- lungsteils 3 unmagnetisch sind. Auf diese Weise wird ein guter Magnetfluß durch die mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllte Kammer 18 gewährleistet.
Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Sperrkupplung, die hinsichtlich ihres Aufbaus im wesentlichen derjenigen aus Figur 1 entspricht. Auf die Beschreibung zu Figur 1 wird insofern Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs¬ zeichen und unterschiedliche Bauteile mit um die Ziffer 4 tiefergestellten Bezugszei¬ chen versehen sind. Die Ausführungsform nach Figur 4 ist dadurch gekennzeichnet, ' daß die Stützscheibe 2O4, die mit dem ersten Kupplungsteil 34 fest verbunden ist und die Kammer 18 in Richtung zur Magnetspule 254 axial begrenzt, radial innen bis an einen außenzylinderförmigen Abschnitt des Sonnenrades 16 heranreicht. Auf diese Weise wirkt der durch die Abwälzbewegung der Zahnräder erzeugte Pumpendruck der magnetorheologischen Füssigkeit nicht unmittelbar auf den Dichtring 22, sondern drückt gegen die Stützscheibe 2O4. Besonders günstig ist es, wenn der Ringspalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt des Sonnenrads 16 und der Stützscheibe 2O4 derart nach radial außen verlagert ist, daß die Dichtfläche außerhalb der Fluchtung der Verzahnung zwischen dem Sonn'enrad 16 und den Planetenrädern 17 liegt. So wäre ebenfalls gewährleistet, daß der durch die magnetorheologische Flüssigkeit im Verzahnungsbereich erzeugte Druck nicht unmittelbar auf den Dichtring 22 wirkt.
Figur 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Sperrkupplung, die hinsichtlich ihres Aufbaus im wesentlichen derjenigen aus Figur 1 entspricht. Auf die Beschreibung zu Figur 1 wird insofern Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs- zeichen und unterschiedliche Bauteile mit um die Ziffer 5 tiefergestellten Bezugszei¬ chen versehen sind. Das Besondere an dieser Ausführungsform ist, daß die Plane¬ tenräder 175 von einem scheibenförmigen Käfig 37 in Umfangsrichtung zueinander gehalten werden. Dabei werden die Planetenräder 17 jeweils auf mit dem Käfig 37 befestigten Bolzen 38 drehbar gehalten. Der Käfig 37 hat im Bereich zwischen zwei Planetenrädern 17 über den Umfang verteilte Durchbrüche zum Durchtritt der ma¬ gnetorheologischen Flüssigkeit in das Reservoir 24. Der Vorteil dieser Ausführungs¬ form ist, daß die Toleranzen zwischen dem Hohlrad 15, den Planetenrädern 17 und dem Sonnenrad 16 grob gehalten werden können, was sich positiv auf die Herstel¬ lungskosten auswirkt. Außerdem verringert sich durch die groben Toleranzen das Schleppmoment im nicht-aktivierten Zustand der Magnetspule 25, so daß die Rei¬ bungsverluste minimiert sind. Der scheibenförmige Käfig 37 besteht aus ferromagne- tischem Material und befindet sich auf der der Magnetspule 25 abgewandten Seite der Planetenräder 17. Auf diese Weise wirkt der Käfig 37 als Ankerscheibe und wird bei Aktivieren des Magnetfeldes samt den Planetenrädern 17 in Richtung Magnet¬ spule 25 angezogen. Dies führt zu zusätzlicher Reibung und zur Verringerung der axialen Spaltmaße des Planetenradsatzes in der Kammer 18, so daß die durch die Plastifizierung der magnetorheologischen Flüssigkeit erzeugte Sperrwirkung erhöht wird. Durch diese Maßnahme ist die Leistungsdichte der Sperrkupplung besonders groß.
In Figur 5b) ist der insbesondere der Käfig aus Figur 5a) gezeigt, auf deren Be¬ schreibung insofern verwiesen wird. Es ist ersichtlich, daß die Planetenräder 17 im Käfig 375 derart gehalten, daß sie in Umfangsrichtung begrenzt beweglich sind. Hier¬ für weist der Käfig 375 in Umfangsrichtung verlaufende Langlöcher 28 auf, in denen die Planetenräder 17 befestigt sind. Zur Befestigung greifen die Bolzen 38 in die Langlöcher 28 ein, wobei zwischen den Bolzen 28 und der die Langlöcher in Um¬ fangsrichtung begrenzenden Wandung Federelemente 50 vorgesehen sind. Diese ermöglichen eine begrenzte Relativdrehung des Käfigs 375 zu den Planetenrädem 17. Dabei wandern die Bolzen 38, auf denen die Planetenräder 17 drehbar gehalten sind, in Umfangsrichtung in den Langlöchern 28. Der Käfig 375 umfaßt weiterhin axia¬ le Durchbrüche 31 , 31', die mit den Verzahnungseingriffen zwischen den Planetenrä¬ dem 17 und dem Hohlrad 15 bzw. dem Sonnenrad 16 fluchten. Auf diese Weise kann - im nicht aktivierten Zustand, d. h. bei ausgeschaltetem Elektromagneten - magnetorheologisches Fluid aus den Bereichen der Verzahnungseingriffe durch die Durchbrüche 31 , 31' des Käfigs in das Reservoir gelangen. In aktiviertem Zustand, d. h. bei angeschaltetem Elektromagneten, wird aufgrund der erhöhten Viskosität des magnetorheologischen Fluids Verformungsarbeit zwischen den Verzahnungseingrif- fen geleistet. Durch die zusätzlichen Scherkräfte wird der Käfig 37s in Umfangsrich¬ tung verdreht, so daß die Durchbrüche 31 , 31' nun nicht mehr mit den Verzahnungs- eingriffen fluchten. Die Kammer 18 ist somit stirnseitig abgekapselt, so daß der Ver¬ formungsarbeit zusätzliche Pump- und Scherarbeit überlagert wird. Diese Ausgestal¬ tung bewirkt somit ein günstigeres Verhältnis zwischen dem maximal erreichbaren Drehmoment und dem Schleppmoment im nicht aktivierten Zustand.
Eine weitere Ausführungsform zeigt Figur 6, die im wesentlichen derjenigen aus Fi¬ gur 5 entspricht, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Im Unter- schied zur Sperrkupplung aus Figur 5 ist bei der vorliegenden Sperrkupplung ein Kä¬ fig 376 vorgesehen, der zwei miteinander gekoppelte Scheiben 39, 40 umfaßt, zwi¬ schen denen die Planetenräder 17 drehbar gehalten sind. In der linken Scheibe 40 sind in Umfangsrichtung zwischen den Planetenrädern 17 Durchbrüche vorgesehen, die zum Durchtritt von elektromagnetischer Flüssigkeit in das Reservoir 24 dienen. Es ist vorgesehen, daß die der Magnetspule 25 entfernte Scheibe 40 aus magneti¬ schem Material besteht, während die zur Magnetspule 25 benachbarte Scheibe 39 unmagnetisch ist. Auf diese Weise kann die Scheibe 40 als Ankerscheibe wirken, so daß die Planetenräder 17 beim Erzeugen eines Magnetfeldes in Richtung der Ma- gnetspule 25 gezogen werden, was die in der Beschreibung zu Figur 5 beschriebe¬ nen Vorteile hat.
Figur 7 zeigt eine siebte Ausführungsform der Sperrkupplung, welche hinsichtlich ihres Aufbaus im wesentlichen derjenigen aus Figur 1 entspricht. Auf die entspre- chende Beschreibung wird insofern Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen und unterschiedliche Bauteile mit um die Ziffer 7 tieferge¬ stellten Bezugszeichen versehen sind. Das zweite Kupplungsteil 47 ist in der vorlie¬ genden Ausführungsform einstückig mit dem Sonnenrad 167 gestaltet und im we¬ sentlichen rohrförmig aufgebaut. Ein innerer Absatz 41 dient als Anlagefläche für den Deckel 29. Die vorliegende Ausführungsform hat den Vorteil, daß das zweite Kupp¬ lungsteil 47 leichter hergestellt werden kann, so daß Fertigungskosten eingespart werden. Für einen guten Magnetfluß ist vorgesehen, daß das zweite Kupplungsteil 47, die Planetenräder 17, das Hohlrad 157 sowie der Boden 12 des Gehäuses 2 aus ferromagnetischem Material hergestellt sind. Demgegenüber sind der Flanschab- schnitt 197 des ersten Kupplungsteils 37 sowie der äußere Wandungsabschnitt 97 des Gehäuses 2 nicht magnetisch. Der Flanschabschnitt 197 ist mit dem Hohlrad 157 fest verbunden, wobei hierfür beliebige Verbindungsmittel, beispielsweise Schweißen, eine Schraubverbindung oder eine Längsverzahnung mit Axialsicherungsmitteln, in Frage kommen. Das Hohlrad 157 hat einen zylinderförmigen Abschnitt 42, der bis an den Boden 12 des Gehäuses 2 heranreicht, um den Magnetkreis zu schließen. Der Boden 12 kann mit dem äußeren Wandungsabschnitt 97 des Gehäuses 2 auf beliebi¬ ge Weise fest verbunden werden. Hierfür kommen beispielsweise eine Schraubver¬ bindung oder eine Schweißverbindung in Frage. In Figur 7c) ist der Magnetfluß durch eine ähnliche Sperrkupplung, wie sie in Figur 7a) gezeigt ist, ersichtlich. Auf die Be¬ schreibung der Sperrkupplung nach Figur 7a) wird insofern Bezug genommen. Der einzige Unterschied besteht darin, daß bei der vorliegenden Ausführungsform das Magnetfeld durch den äußeren Wandungsabschnitt 9γ des Gehäuses 2 geleitet wird, welcher im vorliegenden Fall ferromagnetisch ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß ein größerer radialer Ringraum für die Magnetspule 25 zur Verfügung steht, die somit ebenfalls größer sein kann.
Figur 8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, wobei das zweite Kupplungs- teil 48 gemäß der Ausführungsform nach Figur 7 aufgebaut ist. Auf deren Beschrei¬ bung wird insofern verwiesen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen und unterschiedli¬ che Bauteile mit um die Ziffer 8 tiefergestellten Bezugsziffern versehen sind. Die Sperrkupplung gemäß Figur 8 hat im Unterschied zu derjenigen aus Figur 7 ein fer- romagnetisches Gehäuse 28. Der kreisförmige Magnetfluß wird dabei über den Bo- den 12 axial, einen axial an den Boden 12 heranreichenden zylinderförmigen Ab¬ schnitt des Sonnenrads 168, die Planetenräder 17, das Hohlrad 158 sowie den zylin¬ derförmigen Wandungsabschnitt 98 des Gehäuses 2 hergestellt. Das erste Kupp¬ lungsteil 38 samt Flansch 198 sowie die Stützscheibe 2O8 sind aus nicht¬ magnetischem Material hergestellt.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sperrkupplung, welche im Hinblick auf ihre Funktionsweise den vorangehenden Sperrkupplungen entspricht. Auf die entsprechende Beschreibung wird insofern Bezug genommen, wobei gleiche Bautei¬ le mit gleichen Bezugszeichen und unterschiedliche Bauteile mit um die Ziffer 9 tie- fergestellten Bezugszeichen versehen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Magnetspule 25g radial außerhalb der Verzahnungsanordnung 14g angeordnet und in einem Trägerelement 43 gehalten. Dabei ist das Trägerelement in einem Ringraum 139 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Hohlrad 159 an der Innenseite des Gehäuses 2 angebracht. Die Verzahnungsanordnung ist nach Art eines Planetenge- triebes 14 gestaltet und umfaßt ein Hohlrad 159, ein Sonnenrad 169 sowie zwei Gruppen von axial benachbart zueinander angeordneten Planetenrädem 179 179', die mit dem Hohlrad 15g einerseits und mit dem Sonnenrad 169 andererseits käm¬ men. Dabei sind die Planetenräder - wie insbesondere aus Figur 9b) hervorgeht - 2Q
lose, das heißt ohne Träger, zwischen dem Hohlrad 159 und dem Sonnenrad 16g kämmend gehalten. Die Anzahl der Planetenräder 17g, 17g1 ist beliebig und richtet sich nach der Höhe des zu übertragenden Drehmoments. Das Hohlrad 15g ist mit dem ersten Kupplungsteil 3g fest verbunden und in dem Gehäuse 2 einerseits und auf der Abtriebswelle 44 andererseits mittels Wälzlagern 7, 45 drehbar gelagert. Das Hohlrad 159 ist derart gestaltet, daß eine geschlossene Kammer 189 gebildet ist, in dem das Sonnenrad 16g drehbar angeordnet ist. Die Kammer 18g ist teilweise mit magnetorheologischem Fluid gefüllt, wobei zwischen einem gekröpften Ansatz des Hohlrads 15g und einer Nabe 46 des zweiten Kupplungsteils 4g ein Dichtring 22 vor- gesehen ist, der den Austritt des magnetorheologischen Fluids aus der Kammer 18g verhindert. Außer dem magnetorheologischen Fluid ist in der Kammer 18g ein Gasvo¬ lumen enthalten, dessen Kompressibilität den Volumenausgleich herstellt. Die zwei Gruppen von Planetenrädern 17g, 17g' sind axial beabstandet zueinander angeord¬ net, wobei jeweils zwischen zwei in einer Schnittebene liegenden Planetenrädern Isoliermittel 47 vorgesehen sind. Die Isoliermittel 47 halten die Planetenräder 17g, 17g1 in ihrer Position und bewirken einen - im Querschnitt betrachtet - kreisförmigen Magnetfluß um die Magnetspule 25g herum, welcher von dem Trägerelement 43 über einen ersten ferromagnetischen Abschnitt 48 des Hohlrads 159, die erste Gruppe von Planetenrädern 17g, das Sonnenrad 169, die zweite Gruppe von Planetenrädem 17g\ einen zweiten ferromagnetischen Abschnitt 48' des Hohlrads 159 zurück zum Träger¬ element 43 verläuft. Der Magnetfluß ist durch die ringförmigen Linien in Figur 9c) dargestellt. Um einen guten Magnetfluß zu gewährleisten, sind die Planetenräder 17g, 17g', die Abschnitte 48, 48' des Hohlrads 15g und das Sonnenrad 16g aus ferro- magnetischem Material, während insbesondere der mittlere Abschnitt 49 des Hohl- rads 15g und die Isoliermittel 47 paramagnetisch sind.
Figur 10 zeigt ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug 80, dessen Motor 81 über ein Schaltgetriebe 82 und ein Verteilergetriebe (Winkeltrieb) mit Vorderachs-Differential 83 und vorderen Antriebswellen 84 mit den angetriebenen Vorderrädern 85 verbun- den ist. Zusätzlich ist über eine Längswelle 86 der Antrieb zur Hinterachse vom Ver¬ teilergetriebe (Winkeltrieb) mit Vorderachs-Differential 83 abgezweigt. In der Längs¬ welle 86 ist eine erfindungsgemäße Sperrkupplung 1 zwischengeschaltet, die Dreh¬ moment über das hintere Differentialgetriebe 88 und die Antriebswellen 89 auf die Hinterräder 90 übertragen kann. Dabei dient die Sperrkupplung zum An- oder Ab¬ koppeln der von dem Differentialgetriebe angetriebenen Hinterachse. Je nach Fahr¬ zustand des Kraftfahrzeugs wird die Sperrkupplung 1 über einen Fahrdynamikregler nach Bedarf angesteuert. Dabei kann das zu übertragende Drehmoment durch die entsprechende Stärke des Magnetfeldes, d.h. durch entsprechende Wahl der Strom¬ stärke bzw. der Spannung beliebig eingestellt werden.
Figur 11 zeigt ein ähnliches Kraftfahrzeug 80 wie in Figur 10, auf deren Beschrei¬ bung insofern Bezug genommen wird. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszif- fern versehen. Im Unterschied zur obigen Ausführungsform ist der erfindungsgemä¬ ßen Sperrkupplung 1 vorliegend eine Viscokupplung 87, beispielsweise wie sie in der DE 198 10 940 A1 dargestellt ist, nachgeschaltet. Die Viscokupplung dient zum be¬ darfsweisen Antrieb der Hinterräder 90 über die das hintere Differentialgetriebe 88 und die Antriebswellen 89. Bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen der Vor- der- und der Hinterachse geht die Viscokupplung automatisch in einen Zustand über, in der die Drehmoment zwischen den Achsen überträgt. Im Normalbetrieb ist die Sperrkupplung 1 geschlossen, so daß ein Drehmoment auf die Hinterachse übertra¬ gen wird. Um zu vermeiden, daß bei Abbremsung des Kraftfahrzeugs über die Vis¬ cokupplung auch ein Bremsmoment auf die Hinterachse übertragen wird, was zu er- höhtem Schlupf an der Hinterachse und verminderter Seitenstabilität des Kraftfahr¬ zeugs führen würde, wird die Viscokupplung 87 im Bedarfsfall mittels der Sperrkupp¬ lung 1 vom Antriebsstrang abgekoppelt. Auf diese Weise fungiert die Sperrkupplung 1 als Freischaltkupplung bei Eingriff in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, bei¬ spielsweise bei Eingriff eines Antiblockersystems oder eines elektronischen Stabili- tätsprogramms.
Figur 12 zeigt ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential mit einem Gehäuse 52 und einem hierzu drehbar angeordneten Eingangsteil 53 sowie einem hiermit antriebs¬ verbundenen ersten Ausgangsteil 54 und einem zweiten Ausgangsteil 61 , wobei die beiden Ausgangsteile 54, 61 untereinander eine Ausgleichswirkung haben. Das Sperrdifferential ist in Form eines Planetendifferentials gestaltet und umfaßt ein mit dem Eingangsteil 53 drehfest verbundenes Hohlrad 65, ein mit dem ersten Aus¬ gangsteil 54 fest verbundenes Sonneπrad 66 sowie mehrere mit dem Hohlrad 65 2
einerseits und mit dem Sonnenrad 66 andererseits kämmende Planetenräder 67. Die Planetenräder 67 sind auf einer Steganordnung 58 drehbar gehalten, die fest mit dem zweiten Ausgangsteil 61 verbunden ist.
Das Eingangsteil 53 hat erste Anschlußmittel 55 zum Einleiten eines Drehmoments in das Sperrdifferential, beispielsweise von einer Ausgangswelle eines Getriebes. Das erste Ausgangsteil 54 hat zweite Anschlußmittel 56, die in Form einer Längsver¬ zahnung gestaltet sind und zum drehfesten Einstecken einer hier nicht dargestellten Anschlußwelle, beispielsweise zum Antreiben einer ersten Achse, dienen. Das zwei- te Ausgangsteil 61 weist ebenfalls eine Längsverzahnung zum Anschließen einer hier nicht dargestellten Anschlußwelle auf, die beispielsweise eine zweite Achse an¬ treibt. Das Eingangsteil 53 und die beiden Ausgangsteile 54, 61 sind auf einer ge¬ meinsamen Drehachse jeweils drehbar im Gehäuse 52 gelagert. Hierfür ist zwischen dem Eingangsteil 53 und dem Gehäuse 52 ein Wälzlager 57 vorgesehen. Das erste Ausgangsteil 54 ist gegenüber dem Gehäuse 52 gleitend gelagert. Das zweite Aus¬ gangsteil 61 ist koaxial innerhalb des ersten Ausgangsteils 54 mittels eines Nadella¬ gers 60 drehbar gelagert.
Das Gehäuse 52 ist im wesentlichen topfförmig gestaltet und hat einen zylinderför- migen zylindrischen Wandungsabschnitt 59 und einen flanschförmigen Boden 62. Zwischen dem Wandungsabschnitt 59 und einem gekröpften Ansatz am Boden 62 ist ein Ringraum 63 gebildet, in dem eine Magnefspule 75 angeordnet ist. Axial benach¬ bart zur Magnetspule 75 ist das Planetendifferential 64 angeordnet, wobei zwischen Hohlrad 65 und Sonnenrad 76 bzw. Steganordnung 58 eine abgedichtete Kammer 68 gebildet. Diese ist in axialer Richtung einerseits durch das Eingangsteil 53 und andererseits durch eine in dem Hohlrad 65 einsitzende Stützscheibe 70 begrenzt. Die Stützscheibe 70 trägt einen Dichtungsring 72, der den Ringspalt zum Sonnenrad 66 abdichtet. Radial zwischen dem Sonnenrad 66 und der Steganordnung 58 ist ein weiterer Dichtungsring 71 vorgesehen, der die Kammer 68 nach außen hin abdichtet. Die Kammer 68 ist zumindest weitestgehend mit einer magnetorheologischen Flüs¬ sigkeit gefüllt, die von der im Gehäuse 52 angeordneten Magnetspule 75 magneti- siert werden kann. Die Funktionsweise des Sperrdifferentials entspricht derjenigen eines üblichen Diffe¬ rentialgetriebes. Im normalen Fahrbetrieb drehen das Eingangsteil 53 sowie die bei¬ den Ausgangsteile 54, 61 gemeinsam mit gleicher Drehzahl um die Drehachse A. Treten unterschiedliche Drehzahlen zwischen dem ersten Ausgangsteil 54 und dem zweiten Ausgangsteil 61 auf, beispielsweise aufgrund sich ändernder Fahrzustände zwischen der Vorder- und der Hinterachse des Kraftfahrzeuges, so kommt es zu ei¬ ner Drehzahldifferenz zwischen dem Sonnenrad 66 und der Steganordnung 58. Die Planetenräder 67 wälzen gegenüber dem Hohlrad 65 und dem Sonnenrad 66 ab, wobei die in der Kammer 68 befindliche magnetorheologische Flüssigkeit durch die jeweils aufeinander abwälzenden Zahnflanken verdrängt wird. Durch diese Verformungsarbeit wird die magnetorheologische Flüssigkeit entsprechend der Drehzahldifferenz in der Kammer 68 im Kreis gefördert. Hieraus resultiert ein gerin¬ ges Schleppmoment, das zu einem gewissen Wärmeverlust führt. Um die hieraus resultierende Volumenvergrößerung der magnetorheologischen Flüssigkeit zu kom- pensieren, ist ein Reservoir 74 vorgesehen. Dieses befindet sich in einem rohrförmi- gen Abschnitt des zweiten Ausgangsteils 61 , in dem ein Kolben 76 axial verschieb¬ bar einsitzt. Der Kolben 76 ist durch Federmittel 77 axial beaufschlagt, die ihrerseits gegenüber einem im Rohrabschnitt fest einsitzenden Deckel 79 axial abgestützt sind.
Zum Schließen des Sperrdifferentials wird die Magnetspule 75 eingeschaltet, so daß das entstehende Magnetfeld die magnetorheologische Flüssigkeit in einen hochvis¬ kosen bzw. einen plastischen Zustand versetzt. Auf diese Weise werden die Plane¬ tenräder 67 daran gehindert, frei gegenüber dem Hohlrad 65 bzw. dem Sonnenrad 66 abzuwälzen, so daß ein Drehmoment von dem Hohlrad 65 auf das Sonnenrad 66 und die Steganordnung 58 übertragen wird. Durch Variation der Stromstärke kann die Stärke des erzeugten Magnetfeldes und damit die Viskosität der magnetorheolo¬ gischen Flüssigkeit genau eingestellt werden, so daß sich die Sperrwirkung des Sperrdifferentials genau dosieren läßt. Für einen besonders günstigen Magnetfluß sind das Hohlrad 65, das Sonnenrad 66 und die Planetenräder 67 sowie der Boden 62 des Gehäuses 52 aus ferromagnetischem Werkstoff. Hierfür kommen beispiels¬ weise nicht-austenitische Stähle in Frage. Die zwischen der Steganordnung 58 und der Magnetspule 75 angeordnete Stützscheibe 70 besteht vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, wofür vorzugsweise austenitische Stähle oder Alumini- um in Frage kommen. Die Konfiguration von Magnetspulen, Kammer und Planeten¬ getriebe ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erregung der Magnetspule ein mög¬ lichst gleichförmiges Magnetfeld im Bereich der Kammer erzeugt wird, so daß eine gleichmäßige Viskosität der Flüssigkeit eingestellt werden kann.
Figur 12b zeigt einen Querschnitt durch das Sperrdifferential. Es sind das Hohlrad 65, das Sonnenrad 66, die mit beiden Rädern kämmenden Planetenräder 67 sowie die Steganordnung 58, die integral mit dem zweiten Ausgangsteil 61 verbunden ist, ersichtlich. In dieser Ausführungsform sind acht über den Umfang regelmäßig verteil- te Planetenräder vorgesehen, wobei deren Anzahl je nach zu übertragendem Dreh¬ moment variiert werden kann.
GKN Driveiine Internationa] GmbH 20. September 2004
Hauptstraße 130 Oy/- (20040171)
53797 Lohmar Q04027WO00
Sperranordnung mit Verstellung durch magnetorheologisches Fluid
Bezugszeichenliste
1 Sperrkupplung
2 Gehäuse
3 erstes Kupplungsteil
4 zweites Kupplungsteil
5 erste Anschlußmittel
6 zweite Anschlußmittel
7 Wälzlager
9 äußerer Wandungsabschnitt
10 innerer Wandungsabschnitt
12 Boden
13 Ringraum
14 Verzahnungsanordnung/Planetengetriebe
15 Hohlrad
16 Sonnenrad
17 Planetenrad/Differentialrad
18 Kammer
19 Flansch
20 Stützscheibe
22 Dichtring
23 Radialspalt
24 Reservoir
25 Magnetspule
26 Kolben
27 Federmittel
29 Deckel Zapfen
Längsverzahnung
Anschlußflansch
Sicherungsring
Deckelabschnitt
Lagerabschnitt
Käfig
Bolzen
Scheibe
Scheibe
Absatz zylinderförmiger Abschnitt
Trägerelement
Abtriebswelle
Wälzlager
Nabe
Isoliermittel
Abschnitt
Abschnitt
Sperrdifferential
Gehäuse
Eingangsteil erstes Ausgangsteil erste Anschlußmittel zweite Anschlußmittel
Wälzlager
Steganordnung
Wandungsabschnitt
Nadellager zweites Ausgangsteil
Boden
Ringraum
Planetendifferential
Hohlrad Sonnenrad
Differentialrad/Planetenrad
Kammer
Stützscheibe
Dichtungsring
Dichtungsring
Radialspalt
Reservoir
Magnetspule
Kolben
Federnnittel
Deckel
Kraftfahrzeug
Motor
Schaltgetriebe
Verteilergetriebe mit Differential
Antriebswelle
Vorderräder
Längsantriebswelle
Viscokupplung
Differentialgetriebe
Antriebswelle
Hinterräder
Drehachse

Claims

Patentansprüche
1. Sperrkupplung zum Koppeln eines ersten Kupplungsteils (3) mit einem relativ hierzu drehbaren zweiten Kupplungsteil (4), umfassend
eine Verzahnungsanordnung (14) zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Kupplungsteil (3) und dem zweiten Kupplungsteil (4);
eine nach außen abgedichtete Kammer (18), in der die Verzahnungsanord¬ nung (14) angeordnet ist und die zumindest teilweise mit einem magnetorheo- logischem Fluid gefüllt ist; sowie
eine steuerbare Magnetspule (25), die benachbart zur Kammer (18) angeord¬ net ist und einen magnetischen Fluß über die Kammer erzeugen kann, wobei die Viskosität des magnetorheologischen Fluids verändert wird.
2. Sperrkupplung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verzahnungsanordnung (14) nach Art eines Planetengetriebes gestal¬ tet ist.
3. Sperrkupplung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungsanordnung (14) ein mit dem ersten Kupplungsteil (3) drehfest verbundenes Hohlrad (15), ein mit dem zweiten Kupplungsteil (4) drehfest verbundenes Sonnenrad (16) sowie mehrere Planetenräder (17) um¬ faßt, die mit dem Hohlrad einerseits und dem Sonnenrad andererseits in Ver¬ zahnungseingriff sind, wobei zwischen dem Hohlrad (15) und dem Sonnenrad (16) die mit magnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer (18) gebildet ist.
4. Sperrkupplung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetspule (25) derart angeordnet ist, daß ein torusförmiges Magnet¬ feld erzeugt wird, welches durch zumindest einige der Verzahnungseingriffe der Verzahnungsanordnung (14) verläuft.
5. Sperrkupplung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetspule (25) axial benachbart zur oder radial außerhalb der Ver¬ zahnungsanordnung (14) angeordnet ist.
6. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Gruppen von Planetenrädern (17, 17') axial benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die Magnetspule (25) radial außerhalb der Planetenrä¬ der (14) angeordnet ist.
7. Sperrkupplung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Gruppen von Planetenrädern (17, 17') Isoliermittel (47) aus paramagnetischem Material vorgesehen sind.
8. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest das Hohlrad (15), die Planetenräder (17) und das Sonnenrad
(16) aus ferromagnetischem Material sind.
9. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad (15) und den Planetenrädern
(17) jeweils axial kürzer sind als die Verzahnungen zwischen den Planetenrä¬ dern (17) und dem Sonnenrad (16).
10. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kammer (18) ein das Kammervolumen reduzierender Füllkörper einsitzt, in dem die Planetenräder (17) drehbar gehalten sind.
11. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Planetenräder (17) in einem Käfig (37) drehbar gehalten sind.
12. Sperrkupplung nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Käfig (37) zumindest eine Scheibe (39, 40) umfaßt, die auf der der Magnetspule (25) abgewandten Seite der Planetenräder (17) angeordnet ist.
13. Sperrkupplung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Planetenräder (17) im Käfig (37) derart gehalten sind, daß sie in Um- fangsrichtung gegenüber dem Käfig (37) begrenzt beweglich sind.
14. Sperrkupplung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der Magnetspule (25) entfernt angeordnete Scheibe (37, 40) ferromag- netisch ist.
15. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Stützscheibe (20) mit dem ersten Kupplungsteil (3) fest verbunden ist, die die Kammer (18) in Richtung Magnetspule (25) begrenzt und gegen die sich die Planetenräder (17) axial abstützen können.
16. Sperrkupplung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungsmittel (22) zwischen der Stützscheibe (20) und dem Sonnenrad (16) vorgesehen sind.
17. Sperrkupplung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützscheibe (20) paramagnetisch ist.
18. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer (18) mit einem volumenveränderlichen Reservoir (24) zur Aufnahme von magnetorheologischem Fluid verbunden ist.
19. Sperrkupplung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reservoir (24) durch einen Kolben (26) begrenzt ist, der über Feder¬ mittel (27) beaufschlagt ist.
20. Sperrkupplung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (26) und die Federmittel (27) in einem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Kupplungsteils (4) angeordnet und gegen einen Deckel (29) axial abgestützt sind.
21. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, das eine permanent angetriebene erste Achse und eine bedarfsweise zuschaltbare zweite Achse aufweist, wobei die Sperrkupplung zum An- oder Abkoppeln der zuschaltbaren zweiten Achse () dient.
22. Sperrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, das eine permanent angetriebene erste Achse und eine bedarfsweise zuschaltbare zweite Achse aufweist, wobei die Sperrkupplung einer drehzahlfühlenden Kupplung () vorgeschaltet ist und zum Ein- oder Ausschalten der drehzahlfüh¬ lenden weiteren Kupplung () dient.
23. Sperrdifferential zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfas¬ send ein Eingangsteil (53), das drehend antreibbar ist; ein erstes Ausgangsteil (54) und ein zweites Ausgangsteil (61), die jeweils über Differentialräder (67) mit dem Eingangsteil (53) antriebsverbunden sind; eine nach außen abgedichtete Kammer (68), in der die Differentialräder (67) angeordnet sind und die zumindest teilweise mit einem magnetorheologischem Fluid gefüllt ist; sowie eine steuerbare Magnetspule (75), die benachbart zur Kammer (68) angeord¬ net ist und einen magnetischen Fluß über die Kammer (68) erzeugen kann, wobei die Viskosität des magnetorheologischen Fluids verändert wird.
24. Sperrdifferential nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses in Form eines Planetendifferentials gestaltet ist und ein Hohlrad (65), ein Sonnenrad (66), mehrere Differentialräder (67), die mit dem Hohlrad (65) einerseits und dem Sonnenrad (66) andererseits in Verzahnungseingriff sind, sowie eine Steganordnung (58) zum Tragen der Differentialräder (67) um¬ faßt, wobei zwischen dem Hohlrad (65) und dem Sonnenrad (66) die mit ma- gnetorheologischem Fluid gefüllte Kammer (68) gebildet ist.
25. Sperrdifferential nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetspule (75) derart angeordnet ist, daß ein torusförmiges Magnet¬ feld erzeugt wird, welches durch zumindest einige der Verzahnungseingriffe des Planetendifferentials (74) verläuft.
26. Sperrdifferential nach Anspruch 24 oder 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Eingangsteil (53) mit dem Hohlrad (65) drehfest verbunden ist, daß das erste Ausgangsteil (54) mit dem Sonnenrad (66) drehfest verbunden ist und daß das zweite Ausgangsteil (61) mit der Steganordnung (58) drehfest verbunden ist.
27. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 23 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (68) ein das Kammervolumen reduzierender Füllkörper einsitzt.
28. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 24 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verzahnungen zwischen dem Hohlrad (65) und den Planetenrädern (67) jeweils axial kürzer sind als die Verzahnungen zwischen den" Planetenrä¬ dern (67) und dem Sonnenrad (66).
29. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 24 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steganordnung (58) zumindest einen Flansch umfaßt, der auf der der Magnetspule (75) entfernt abgewandten Seite der Differentialräder (67) ange¬ ordnet ist.
30. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 24 bis 29,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Stützscheibe (70) mit dem Hohlrad (65) fest verbunden ist, die die Kammer (68) in Richtung Magnetspule (75) begrenzt.
31. Sperrdifferential nach Anspruch 29 oder 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steganordnung (58) und/oder die Stützscheibe (70) paramagnetisch sind.
32. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 24 bis 31 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (65), die Differentialräder (67) und das Sonnenrad (66) ferro- magnetisch sind.
33. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 23 bis 32,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer (68) mit einem volumenveränderlichen Reservoir (74) zur Aufnahme von magnetorheologischem Fluid verbunden ist.
34. Sperrdifferential nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reservoir (74) durch einen Kolben (76) begrenzt ist, der über Feder¬ mittel (77) beaufschlagt ist.
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