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Dokumentenidentifikation DE102007020358A1 15.11.2007
Titel Sperrdifferenzial
Anmelder GM Global Technology Operations, Inc., Detroit, Mich., US
Erfinder Ross, Craig S., Ypsilanti, Mich., US;
Carey, Clinton E., Monroe, Mich., US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 30.04.2007
DE-Aktenzeichen 102007020358
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse F16H 48/22(2006.01)A, F, I, 20070808, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Fahrzeugantriebsstrang umfasst einen Motor, ein Getriebe, einen Differenzialmechanismus und einen Zahnradmechanismus, um Drehzahlbeziehungen zu steuern. Der Zahnradmechanismus umfasst mehrere kämmende Zahnräder, von denen zwei durch einen Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv miteinander verbindbar sind. Der Zahnradmechanismus ist derart angeordnet, dass er die Drehzahldifferenz zwischen zwei Elementen des Differenzialmechanismus steuert und somit die Drehzahlbeziehung zwischen den Abtriebszahnrädern oder Seitenrädern des Differenzialmechanismus steuert.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung betrifft Differenziale oder Ausgleichsgetriebe, die in Fahrzeugendantrieben zu finden sind, und insbesondere Differenziale mit einer Sperrfähigkeit zwischen den Abtriebsachsen des Differenzials.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kraftfahrzeugantriebsstränge wenden im Allgemeinen ein Getriebe und einen Differenzialmechanismus an. Der Differenzialmechanismus ist enthalten, um eine Leistungsverteilung von dem Getriebe auf die Antriebsräder eines Fahrzeugs oder auf die vorderen und hinteren Antriebsdifferenziale eines Fahrzeugs zuzulassen. Der Differenzialmechanismus weist üblicherweise ein Antriebszahnradelement auf, das ein Gehäuse oder einen Mantel rotiert, mehrere Seitenräder, von denen eines verbunden ist, um eine rechte Achse anzutreiben, und von denen ein anderes verbunden ist, um eine linke Achse anzutreiben.

Die Differenzialkomponenten rotieren zum größten Teil übereinstimmend mit der Rotation des Antriebszahnrades. Jedoch kann eine Achse während mancher Manöver schneller als die andere rotieren. Wenn beispielsweise das Fahrzeug eine Kurve fährt, rotieren das Rad und die Achse, und somit das Seitenrad des Differenzials, auf der Außenseite mit einer höheren Drehzahl als das Zahnrad des Differenzials auf der radial inneren Seite. Auch wenn eine Achse sich auf einer sehr rutschigen Fläche befindet, wie etwa Schnee oder Eis, kann dieser Reifen oder dieses Rad schneller als der gegenüberliegende Reifen oder das gegenüberliegende Rad rotieren, das sich auf einem trockenen Belag oder einem Belag mit guter Traktion befindet. Obgleich der Rotationsunterschied während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs akzeptabel ist, ist die aus Rutschen resultierende Rotation von einer Achse relativ zu der anderen kein gewünschtes Merkmal.

Viele Differenziale aus dem Stand der Technik haben eine intern betreibbare Kupplung enthalten, die bei Erfassen einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Seitenrädern eingerückt wird, um die beiden Seitenräder miteinander zu verbinden oder ein Seitenrad mit dem Differenzialmantel zu verbinden. In jedem Fall wird das Einrücken der Kupplung eine einheitliche Rotation der Differenzialvorrichtung hervorrufen. Das heißt der Mantel und die Seitenräder werden als eine Einheit in dem Getriebedifferenzial rotieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Sperrdifferenzial bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Differenzial einen Träger und zwei Seitenräder oder Achskegelräder auf, wobei ein Zahnradmechanismus zwischen dem einen Seitenrad und dem Träger betreibbar ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich der Zahnradmechanismus außerhalb des Mantels des Differenzials.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit dem Mantel ein Antriebszahnrad verbunden, mit dem Seitenrad ist ein Antriebszahnrad verbunden, wobei jedes der Antriebszahnräder ein damit kämmendes Verteilerzahnrad und einen selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus aufweist, der angeordnet ist, um die beiden Verteilerzahnräder in Eingriff zu bringen, so dass sie in einer gesteuerten Beziehung rotieren.

Gemäß einem abermals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine ebensolche Rotationsbedingung zwischen dem Mechanismus der Differenzialanordnung vorhanden, wenn die Verteilerzahnräder übereinstimmend rotieren, sodass beide Seitenräder mit der gleichen Drehzahl rotieren.

Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Drehmomentübertragungsmechanismus durch ein elektronisches Steuersystem gesteuert, so dass zwischen den Seitenrädern des Differenzials eine gesteuerte Drehzahldifferenz vorgesehen ist.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der die vorliegende Erfindung enthält.

BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein Getriebeantriebsstrang, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen Motor 12, ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe 14, eine Differenzialanordnung 16 und einen Schlupfsteuermechanismus, der allgemein mit 18 bezeichnet ist. Der Motor 12 ist ein herkömmlicher Mechanismus mit innerer Verbrennung. Das Getriebe 14 ist ein herkömmliches Mehrgang-Planetengetriebe oder ein herkömmliches Vorgelegenwellengetriebe, das einen elektronischen Steuermechanismus (ECM von Electronic Control Mechanism) umfasst. Der ECM umfasst auch den hydraulischen Teil der Getriebesteuerung. Dieser würde im Allgemeinen eine Hydraulikpumpe und mehrere Steuerventile einschließen.

Die Getriebe 14 umfasst eine Abtriebswelle 20, an der ein Zahnradelement 22 drehbar befestigt ist. Das Zahnradelement 22 treibt ein Zahnradelement 24 drehbar an, das wiederum eine Rotation eines Differenzialgehäuses oder -trägers 26 bewirkt. Der Differenzialträger 26 ist ein Element des Differenzialmechanismus 16 und ist in einem Differenzialmantel 28 angeordnet. Der Differenzialmechanismus 16 umfasst auch ein Paar Seitenräder 30 und 32 und ein Paar Verteilerzahnräder 34 und 36. Die Verteilerzahnräder 34 und 36 sind an dem Träger 26 derart drehbar gelagert, dass sie um die Achse des Trägers 26 rotieren, und sind auch um ihre separaten Achsen 38 bzw. 40 drehbar. Die Verteilerzahnräder 34 und 36 kämmen mit den Seitenrädern 30 und 32. Das Seitenrad 30 steht mit einer Achse 42 in Antriebsverbindung, die verbunden ist, um eines der Räder 44 eines Fahrzeugs, das nicht gezeigt ist, anzutreiben. Das Seitenrad 32 steht mit einer Achse 46 in Antriebsverbindung, die wiederum mit einem anderen der Fahrzeugräder 48 in Antriebsverbindung steht.

Außerhalb des Differenzialmantels 28 befindet sich ein Gehäuse 50, das den Schlupfmechanismus 18 umschließt. Der Schlupfmechanismus 18 umfasst ein Antriebszahnrad 52, das mit dem Träger 26 drehbar ist, ein Antriebszahnrad 54, das mit der Achse 42 drehbar ist, ein Verteilerzahnrad 56, das kämmend mit dem Antriebszahnrad 52 in Eingriff steht, und ein Verteilerzahnrad 58, das kämmend mit dem Antriebszahnrad 54 in Eingriff steht. Das Verteilerzahnrad 56 ist durch eine Welle 60 mit einem Abschnitt eines Drehmomentübertragungsmechanismus 62 verbunden. Das Verteilerzahnrad 58 ist über eine Hohlwelle 64 mit einem anderen Abschnitt des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 verbunden. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 ist durch den ECM unter vorbestimmten Betriebsbedingungen selektiv einrückbar.

Der ECM gibt elektronische Signale von verschiedenen Sensoren an dem Fahrzeug, wie etwa Raddrehzahlsensoren, Motordrehzahlsensoren, Antriebsdrehzahlsensoren, einem Getriebegangsensor, Motortemperatursensoren, einem Abtriebsdrehzahlsensor des Getriebes und einer Anzahl von anderen herkömmlichen Sensormechanismen aus. Der ECM gibt hydraulische und elektronische Steuersignale in Ansprechen auf die verschiedenen Sensoren des Fahrzeugs aus. Beispielsweise werden die Signale der Drehzahlsensoren der Räder, die durch die Achsen 42 und 46 angetrieben werden, zu dem ECM übertragen, der dann ein Signal ausgibt, um die Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 zu steuern, wenn ein derartiger Vorgang angezeigt ist. Wenn beispielsweise eine der Achsen 42 oder 46 schneller als die andere Achse rotiert, und der ECM kein signifikanter Lenkungsaufwand erfasst, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 auf eine gesteuerte Weise eingerückt, sodass die Drehzahldifferenz zwischen den Zahnrädern 52 und 54 gesteuert wird. Er steuert daher die Drehzahldifferenz zwischen dem Träger 26 und dem Seitenrad 30. Da der Differenzialmechanismus derart aufgebaut ist, dass die Seitenräder 30 und 32 eine Drehzahlbeziehung auf aufweisen, wird auch die Drehzahl des Seitenrades 32 gesteuert.

Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 vollständig eingerückt ist, rotieren das Differenzialgehäuse 26 und die Seitenräder 30 und 32 übereinstimmend, und daher rotieren die Achsen 42 und 46 mit der gleichen Drehzahl. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 kann ein herkömmlicher hydraulisch betätigter Kupplungsmechanismus sein, der in der Lage ist, entweder einen vollständig eingerückten Zustand oder einen teilweise eingerückten Zustand bereitzustellen. In dem teilweise eingerückten Zustand sind die Antriebsdrehzahl und die Drehzahl auf einer Seite des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 anders als die Drehzahl auf der anderen Seite des Drehmomentübertragungsmechanismus. Beispielsweise kann die Welle 60 mit einer Drehzahl rotieren, und die Welle 64 kann mit einer Drehzahl relativ dazu rotiert werden, die durch die Einrückungskapazität des Drehmomentübertragungsmechanismus 62 bestimmt ist. Somit wird die Drehzahldifferenz zwischen den Zahnrädern 52 und 54 gesteuert, die wiederum die Drehzahldifferenz zwischen den Achsen 42 und 46 auf eine allgemein bekannte Weise steuert.

Da die Differenzialanordnung 16 und der Schlupfsteuermechanismus 18 sich in separaten Gehäusen befinden, ist es eine einfache Angelegenheit, die Bauteile darin auszutauschen, ohne beide Mechanismen vollständig auseinander bauen zu müssen. Obgleich der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 unterstromig in der Leistungsflussrichtung von der Zahnradanordnung des Schlupfsteuermechanismus gezeigt ist, kann der Drehmomentübertragungsmechanismus auf der entgegengesetzten Seite der Zahnradanordnung angeordnet sein. Der Drehmomentübertragungsmechanismus kann, falls es erwünscht ist, derart angeordnet sein, dass er das Zahnradelement 52 mit dem Träger 26 verbindet, wobei in diesem Fall die Zahnräder 56, 58 ständig miteinander verbunden wären und die Hohlwelle 64 beseitigt wäre.


Anspruch[de]
Sperrdifferenzial, umfassend:

einen Differenzialmechanismus, der ein Trägerelement und ein Paar Seitenräder aufweist, die innerhalb des Trägers drehbar montiert sind;

einen Steuerzahnradmechanismus, der ein erstes Zahnradelement, das an dem Trägerelement drehbar befestigt ist, ein zweites Zahnradelement, das an einem der Seitenradelemente drehbar befestigt ist, ein erstes Verteilerzahnrad, das mit dem ersten Zahnradelement kämmt und ein zweites Verteilerzahnrad aufweist, das mit dem zweiten Zahnradelement kämmt; und

einen Drehmomentübertragungsmechanismus mit gesteuertem Schlupf, der derart angeordnet ist, dass er eine Antriebsbeziehung zwischen dem ersten und zweiten Verteilerzahnradelement bereitstellt.
Sperrdifferenzial, umfassend:

einen Differenzialmechanismus, der ein Trägerelement mit einer Antriebsachse und ein Paar Seitenräder besitzt, die innerhalb des Trägers drehbar montiert sind;

einen Steuerzahnradmechanismus, der ein erstes Zahnradelement, das auf der Antriebsachse des Trägerelements gelagert ist, ein zweites Zahnradelement, das an einem der Seitenradelemente drehbar befestigt ist, ein erstes Verteilerzahnrad, das mit dem ersten Zahnradelement kämmt, und ein zweites Verteilerzahnrad aufweist, das mit dem zweiten Zahnradelement kämmt; und

einen Drehmomentübertragungsmechanismus mit gesteuertem Schlupf, der derart angeordnet ist, dass er eine selektive Antriebsbeziehung zwischen dem ersten und zweiten Verteilerzahnradelement oder zwischen dem Trägerelement und dem ersten Zahnradelement zum Steuern einer Drehzahlbeziehung zwischen dem Trägerelement und dem einen Seitenrad bereitstellt.
Sperrdifferenzial nach Anspruch 2, das ferner umfasst:

dass das zweite und dritte Zahnradelement um eine gemeinsame Achse drehbar sind; und

der Drehmomentübertragungsmechanismus mit gesteuertem Schlupf einen selektiv einrückbaren Kupplungsmechanismus umfasst.
Sperrdifferenzial nach Anspruch 2, das ferner umfasst:

dass der Drehmomentübertragungsmechanismus mit gesteuertem Schlupf einen selektiv einrückbaren Kupplungsmechanismus umfasst.
Sperrdifferenzial nach Anspruch 1, das ferner umfasst:

dass der Drehmomentübertragungsmechanismus mit gesteuertem Schlupf einen selektiv einrückbaren Kupplungsmechanismus umfasst.






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