DE202021101028U1

DE202021101028U1 - Differenzial mit begrenztem Schlupf mit einer Haupt- und einer Vorsteuerkupplung

Info

Publication number: DE202021101028U1
Application number: DE202021101028.2U
Authority: DE
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: CN215171993U; US20210270354A1; US11460098B2

Abstract

Differenzial, das Folgendes umfasst:
eine Vorsteuerkupplung;
eine Hauptkupplung;
eine erste Kugelrampe, die dazu konfiguriert ist, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken; und
eine zweite Kugelrampe, die dazu konfiguriert ist, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn die Vorsteuerkupplung auf die zweite Kugelrampe einwirkt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Anmeldung stellt ein Differenzial mit Haupt- und Vorsteuerkupplungspaketen, die über eine erste und eine zweite Kugelrampe elektromagnetisch betätigt werden können, bereit.
Hintergrund
Hydraulisch betätigte Differenziale mit begrenztem Schlupf (LSDs - Limited Slip Differentials) haben eine gute Ansprechzeit und Leistungsfähigkeit hinsichtlich Drehmomentgenauigkeit, sie haben jedoch eine komplexe Architektur und sind auch kostenintensiv. Elektronische Sperrdifferenziale sind Vollsperrdifferenziale und werden für Traktionsregelungsereignisse verwendet. Elektromagnetische LSDs, die auch elektromagnetische Differenziale mit begrenztem Schlupf (eMLSDs) bezeichnet werden, sind kostengünstiger und können für Traktions- und Fahrdynamikregelungsereignisse verwendet werden. Herkömmlicherweise kann jedoch mit zur Verfügung stehenden elektromagnetischen LSD-Konstruktionen aufgrund von Packagingbeschränkungen im Differenzialträger ein beschränktes Vorbelastungsmoment erzielt werden.
Kurzdarstellung
Die hier offenbarten Verfahren und Vorrichtungen überwinden die obigen Nachteile und verbessern die Technik durch eine Doppelkupplungsarchitektur für ein Differenzial mit begrenztem Schlupf (LSD) zur Erzielung einer höheren Kupplungsdrehmomentkapazität.
Ein Differenzial kann eine Vorsteuerkupplung, eine Hauptkupplung, eine erste Kugelrampe, die dazu konfiguriert ist, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken, und eine zweite Kugelrampe, die dazu konfiguriert ist, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn die Vorsteuerkupplung auf die zweite Kugelrampe einwirkt, umfassen.
Ein elektromagnetisches Differenzial kann einen Träger, einen Stator, der an dem Träger befestigt ist, eine Vorsteuerkupplung in dem Träger und eine Hauptkupplung in dem Träger umfassen. Eine statorbetätigte erste Kugelrampe kann an dem Träger dazu konfiguriert sein, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken. Eine zweite Kugelrampe in dem Träger kann dazu konfiguriert sein, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn auf die Vorsteuerkupplung eingewirkt wird.
Ein elektromagnetisches Differenzial kann einen Träger, ein erstes Seitenrad und ein zweites Seitenrad in dem Träger und einen Stator, der an dem Träger befestigt ist, umfassen. Eine Vorsteuerkupplung kann sich in dem Träger befinden und einen Abschnitt des ersten Seitenrads umgeben. Eine Hauptkupplung kann sich in dem Träger befinden und einen Abschnitt der Vorsteuerkupplung umgeben und einen Abschnitt des ersten Seitenrads umgeben. Eine statorbetätigte erste Kugelrampe an dem Träger kann dazu konfiguriert sein, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken. Eine zweite Kugelrampe in dem Träger kann dazu konfiguriert sein, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn auf die Vorsteuerkupplung eingewirkt wird.
Ein Verfahren zur Betätigung eines elektromagnetischen Differenzials kann Bestromen einer ersten Kugelrampe mit einem Stator, Betätigen einer Vorsteuerkupplung über die erste Kugelrampe, Betätigen einer zweiten Kugelrampe über die Vorsteuerkupplung und Betätigen eines Hauptkupplungspakets über die zweite Kugelrampe umfassen. Das Verfahren kann ferner Bestimmen eines Steuersignals an den Stator durch Verarbeiten einer Differenzialöltemperatur und/oder einer Raddrehzahl und/oder in einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eines Lenkwinkels und/oder einer Fahrpedalstellung umfassen, wobei das Steuersignal an den Stator eine Drehmomentabgabe des elektromagnetischen Differenzials steuert.
Weitere Aufgaben und Vorteile werden zum Teil in der folgenden Beschreibung angeführt und werden zum Teil durch die Beschreibung offensichtlich oder können durch Umsetzung der Offenbarung in die Praxis erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile werden auch durch die Elemente und Kombinationen, die speziell in den anhängigen Ansprüchen hervorgehoben werden, realisiert und erreicht.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Differenzialanordnung.
2 ist eine Schnittansicht eines elektromagnetischen Differenzials.
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines elektromagnetischen Differenzials.
4 ist eine Ansicht einer zweiten Kugelrampe.
5 ist eine Ansicht einer ersten Kugelrampe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obgleich ein elektromagnetisches Differenzial gezeigt und beschrieben wird, kann ein Differenzial einen Aktuator 30 aufweisen, der durch ein anderes Mittel, wie z. B. ein Gestänge, das mit einer Quelle mechanischer oder elektromechanischer Bewegung gekoppelt ist, bewegt wird. Das Differenzial kann eine Hauptkupplung 70 und eine Vorsteuerkupplung 50 umfassen.
Die Differenzialanordnung 1 kann ein Gehäuse 10 mit einem Steckeranschluss für einen Stecker 11 umfassen. Achsanschlüsse können Achsen 12, 13 aufnehmen, die für offene oder geschlossene Differenzialwirkung gekoppelt sind. Wenn das Differenzial offen ist, können sich die Achsen 12, 13 mit unterschiedlichen Relativdrehzahlen drehen. Wenn das Differenzial jedoch geschlossen ist, werden die Achsen 12, 13 dahingehend gesperrt, sich mit derselben Drehzahl zu drehen. Traktionsregelungsmethoden können implementiert sein.
Ein Differenzial mit begrenztem Schlupf kann dahingehend konstruiert sein, zu gestatten, dass wechselbare Kupplungsplatten durchrutschen, wenn die Achsen 12, 13 zu viel Drehmoment von einer Energiequelle, wie z. B. einem Motor oder Elektromotor, erfahren. Eine hohe Drehmomentabgabe wird gewünscht. Eine Modulation der Drehmomentabgabe wird gewünscht. Ein an Bord befindlicher Computer kann Steuersignale an den Stecker 11 zur Bestromung eines Stators 111 senden. Ein Gehäuse 114 kann eine Spule 112 enthalten und mit Haltevorrichtungen 113 gekoppelt sein. Eine elektrische Steuerung der Spule 112 wirkt sich auf die Magnetkraft aus, die auf einen Aktuator 30 zum Ziehen des Aktuators 30 zu dem Stator 111 ausgeübt wird.
Der Aktuator 30 kann eine Metallplatte sein. Der Aktuator 30 kann ringförmig oder scheibenförmig sein. Stollen 31 können zum Antreiben einer ersten Platte 41 der ersten Kugelrampe 40 enthalten sein. Eine erste Platte 41 kann Kerben 411 im Rand 412 zum Antrieb durch die Stollen 31 umfassen. Wenn der Aktuator 30 von dem Stator 111 bewegt wird, können die Stollen 31 dahingehend in die Kerben 411 rutschen, die erste Platte 41 zur zweiten Platte 42 zu ziehen oder zu drücken. Die erste Platte 41 kann einige Taschen 414 umfassen, die in einer Fläche 413 verteilt sind. Die zweite Platte 42 kann auch Taschen 424 umfassen, die in einer Fläche 423 verteilt sind. Ein Satz Kugeln 434 kann in gegenüberliegenden Taschen 414, 424 sitzen. Die Kugeln 434 können in einer Scheibe 43, Form oder Schale angeordnet sein. Die Taschen 414, 424 können basierend auf der ausgewählten Konstruktion zur Steuerung, wie schnell die Kugeln 434 in den Taschen 414, 424 hochrampen, mehr oder weniger stark abgewinkelt sein.
Wenn der Stator 111 den Aktuator 30 betätigt, oder ein anderes Gestänge oder eine andere Betätigungsvorrichtung auf den Aktuator 30 drückt, dient die Haltevorrichtung 35, die an dem Trägerdeckel 25 gesichert ist, als Wegbegrenzung für die erste Platte 41. Der Satz Kugeln 434 rampt in den Taschen 414, 424 auf eine Position hoch, in der die zweite Platte 42 gegen den Trägerdeckel 25 gedrückt wird und die erste Platte 41 gegen die Haltevorrichtung 35 gedrückt wird. Dies verursacht, dass die zweite Platte 42 auch auf einen oder mehrere Kolben 44, die durch den Trägerdeckel 25 hindurchgehen, drückt. Die zweite Platte 42 kann durch Keilverzahnungszähne 429 drehfest an Nuten in dem Hals 27 des Trägerdeckels 25 gesichert sein. Eine Drehung der ersten Platte 41 während des Hochrampens des Satzes Kugeln 434 kann durch eine Nadellageranordnung 45 ermöglicht werden. Die Nadellageranordnung 45 kann an die Haltevorrichtung 35 und die erste Platte 41 angrenzen. Die Nadellageranordnung 45 kann Laufbahnen 451, 452 und eine Nadelgruppe 453 umfassen.
Eine Wellenfeder 47 kann zum Drücken der zweiten Platte 42 von dem Trägerdeckel 25 weg, um das Gleiten des Kolbens 44 in eine ausgerückte Stellung, wenn das Differenzial offen ist, zu gestatten, enthalten sein. Die naturgemäße Tendenz eines Kupplungspakets zum Öffnen oder Aufspringen, auch als seine Nachgiebigkeit bezeichnet, kann den Kolben 44 bewegen, wenn der Stator 111 nicht bestromt ist und das Differenzial offen ist.
Das Differenzial oder elektromagnetische Differenzial kann die erste Kugelrampe 40 und eine zweite Kugelrampe 60 umfassen. Als Teil des kompakten Packaging befindet sich die erste Kugelrampe 40 auf einer ersten Seite des Trägers 20 auf seiner Außenseite. Die zweite Kugelrampe 60 befindet sich in dem Träger 20 in einer Tasche 22 des Hauptträgers 21. Bei dem Träger 20 kann es sich um zwei oder mehr Teile zum Sichern der Komponenten der Drehzahlausgleichselemente handeln. Der Trägerdeckel 25 wird mit Kolbenlöchern 26 für einen oder mehrere Kolben 44 gezeigt. Es kann ein Fuß für den Stator 111 enthalten sein. Ein Hals 27 kann an einer Achse 12 angrenzen. Ein Kopplungsrand 28 kann den Trägerdeckel 25 an einem entsprechenden Hauptträgerrand 24 sichern. Der Hauptträger 21 kann auch einen Hals zum Angrenzen an die Achse 13 umfassen. Zusätzliche Merkmale, die von der ausgewählten Konstruktion abhängig sein können, können Ausbildungen 22 zum Platzieren des Seitenrads 18 in dem Hauptträger 21 umfassen. Es können auch Fenster 23 zum Schmieren oder Befestigen enthalten sein. Beispielsweise kann eine Ritzelwelle 28 zur Befestigung eines Zahnritzels 17 in dem Hauptträger 21 platziert sein. Die Achsen 12, 13 können über Sicherungsringe 14, 15, Buchsen, Scheiben oder dergleichen an dem ersten und dem zweiten Seitenrad 16, 17 gesichert sein. Die Anzahl an Zahnritzeln 17 kann von der ausgewählten Konstruktion abhängig sein.
Die erste Kugelrampe 40 kann sich auf einer Seite des Trägerdeckels 25 befinden, und die zweite Kugelrampe 60 kann sich auf einer zweiten Seite des Trägerdeckels 25 befinden. Die Differenzialanordnung 1 erhält durch diese Anordnung ein kompaktes Profil. Das Gehäuse 10 kann sogar symmetrisch sein. Der Punkt der Ritzeldrehung oder der Drehzahlausgleichspunkt kann exzentrisch in dem Gehäuse 10 sein.
Die Offenbarung schlägt eine elektromagnetische Betätigung für das Kupplungspaket mit begrenztem Schlupf vor. Es wird auch vorgeschlagen, dass das Kupplungspaket mit begrenztem Schlupf in eine Hauptkupplung 70 und eine Vorsteuerkupplung 50 unterteilt ist. Ein elektronisches Steuergerät (ECU) bestimmt den Statorstromwert des Stators 111 basierend auf der Differenzialöltemperatur und/oder der Raddrehzahl und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dem Lenkwinkel und/oder der Fahrpedalstellung. Der Stator 111, als ein nicht drehendes Teil, erzeugt eine elektromagnetische Kraft an dem Anker 30, einem drehenden Teil, was zur Erzeugung von Statordrehmoment in dem Anker 30 führt. Dieses Statordrehmoment wird durch eine erste Kugelrampe 40 und eine Vorsteuerkupplung 50 verstärkt.
Die Vorsteuerkupplung 50 kann ein Scheibenpaket umfassen. Erste Scheiben 51 können mit zweiten Scheiben 52 verschachtelt, auch als eingereiht bezeichnet, sein. Erste Scheiben 51 können über eine Anordnung aus Nuten 59 und nach innen weisenden Zähnen 519 an einem Indexer 53 keilverzahnt sein. Der Indexer 53 kann die Achse 12 umgeben, kann Schmierkanäle 531 umfassen und kann eine Lippe 534 umfassen, die einen Abschnitt eines Seitenradhalses 16 umgibt. Die ersten Scheiben 51 können in die Nuten 59 des Indexers 53 gleiten, wenn der eine oder die mehreren Kolben 44 auf die ersten Scheiben 51 drücken. Druckringe 54, 55 können zwischen dem einen oder den mehreren Kolben 44 und der ersten der ersten Scheiben 51 enthalten sein. Wellenfedern 57, 571 können enthalten sein, um dabei zu helfen, das Differenzial aufzudrücken. Zusätzliche Lageranordnungen 56, 65 können zur Ermöglichung einer Drehung gegen ansonsten stationäre Flächen oder Flächen, die sich ansonsten mit einer anderen Drehzahlrate als für das Schließen des Differenzials drehen würden, enthalten sein.
Zweite Scheiben 52 können von den ersten Scheiben 51 erfasst werden, wenn die ersten Scheiben 51 in Nuten des Indexers 53 gleiten. Zweite Scheiben 52 umfassen nach außen weisende Zähne 529, die in Schlitze 619, die in einem Rasthals 611 der zweiten Kugelrampe 60 ausgebildet sind, gleiten können. Ein Rand, eine Runge, eine Scheibe, ein Sicherungsring oder eine andere Wegbegrenzung begrenzt das Gleiten der ersten und der zweiten Scheiben 51, 52, so dass durch den Druck die zweite Kugelrampe 60 betätigt wird. Ein zweites Lager 56 kann in einer Tasche des Seitenrads 16 oder am Kopf 162 des Seitenrads 16 sitzen. Das Lager 56 kann Laufbahnen und Lagereinsätze zum Gestatten einer Relativdrehung, wenn das Differenzial offen ist, umfassen. Beispielsweise kann eine zusätzliche Lageranordnung mit Laufbahnen 651, 652 und Lagereinsätzen 653 an den Trägerdeckel 25 und die zweite Kugelrampe 60 angrenzen.
Die zweite Kugelrampe 60 wird betätigt, wenn die Vorsteuerkupplung 50 auf sie einwirkt. Die zweiten Scheiben 52, die die ersten Scheiben 51 ergreifen, ziehen die erste Platte 61 der zweiten Kugelrampe 60 dahingehend zur zweiten Platte 62, das Hochrampen der Kugeln 634 in den Taschen 614, 624 zu bewirken. Die Taschen 614, 624 können in Abhängigkeit von der ausgewählten Konstruktion für einen mehr oder weniger starken Eingriff abgewinkelt sein. So kann auch die Anzahl an Kugeln 634 und Taschen 614, 624 von der ausgewählten Konstruktion abhängig sein, zur Auswirkung auf das Ausmaß an Modulation oder Computersteuerung zum situationsbedingten Öffnen oder Schließen des Differenzials. D. h. , als eine Alternative zu einem binären Ein/Aus- oder offenen/geschlossenen Differenzial ist das Öffnen oder Schließen des Differenzials in stärkerem oder geringerem Maß, was sich auf das Drehzahlausgleichsausmaß auswirkt, möglich.
Durch das Kuppeln der ersten Platte 61 der zweiten Kugelrampe 60 von der Vorsteuerkupplung 50 wird die erste Platte 61 mit den Kugeln 634 eingerückt. Die Kugeln können in einer Scheibe 63, Form oder Schale angeordnet sein. Die Kugeln 634 rampen in den Taschen 624 der zweiten Platte 62 hoch. Dadurch wird die zweite Platte 62 zur Hauptkupplung 70 zum Zusammendrücken ihrer Kupplungsscheiben 71, 72 gedrückt. Die zweite Platte 62 kann nach innen weisende Führungen 621 zum Laufen in den Taschen 82 des Radindexers 80 umfassen. Die Taschen 82 können eine Wegbegrenzung als eine Scheibe, einen Absatz oder dergleichen umfassen. Nach innen weisende Zähne 629 können auf der zweiten Platte 62 zum Gleiten in Nuten 89 des Radindexers 80 enthalten sein. Die Hauptkupplung 70 kann nach innen weisende Zähne 719 an den ersten Kupplungsscheiben 71 zum Gleiten in Nuten 89 des Radindexers 80 umfassen. Nach außen weisende Zähne 729 können in inneren Schlitzen 29 des Hauptträgers 21 gleiten. Die Hauptkupplung 70 kann also mit dem Träger 20 keilverzahnt sein. Der Radindexer 80 kann an dem Hauptrad 16 unter anderem durch Koppeln, Zusammenpressen, Verkerben oder integrales Formen oder maschinelle Bearbeitung verankert oder integral damit ausgebildet sein. Der Radindexer 80 kann sich von dem Kopf 162 erstrecken. Der Radindexer 80 kann den gesamten Hals 161 des Rads 16 oder einen Abschnitt davon umgeben. Der Kopf 162 umfasst Radzähne zum Koppeln mit den Zahnritzeln 17 und dem zweiten Seitenrad 18. Der Hals 161 kann einen Abschnitt der Achse 12 umgeben.
Der Rasthals 611 kann sich von der ersten Platte 61 aus erstrecken. Die erste Platte 61 kann eine Scheibe oder einen Ring umfassen, wobei sich der Rasthals 611 davon erstreckt. Die erste Platte 61 kann eine Anzahl an Schmierdurchlässen umfassen. Der Rasthals 611 kann zur Drehmomentübertragung dimensioniert sein. Die Länge des Rasthalses 611 kann zur Erhöhung der Anzahl an Kupplungsscheiben, die entlang der Länge des Rasthalses 611 untergebracht werden können, verlängert werden. Der Durchmesser des Rasthalses 611 kann auch dahingehend eingestellt werden, sich auf den mittleren wirksamen Radius der Vorsteuerkupplung 50 auszuwirken.
Der Radius der Vorsteuerkupplung 50 wirkt sich auf die Packaginggröße des Differenzials und somit auch den Radius der Hauptkupplung 70 aus. Die Drehmomentdichte des Differenzials kann jedoch durch die Anzahl an ersten und zweiten Scheiben 51, 52, 61, 62, den mittleren wirksamen Radius dieser ersten und zweiten Scheiben 51, 52, 61, 62 und den Grip (Reibungskoeffizienten) der ersten und der zweiten Scheiben 51, 52, 61, 62 gesteuert werden. Also kann ein Konstrukteur zur Erzielung einer höheren Drehmomentdichte in einem kleinen Raum zwischen der axialen Länge der Haupt- und der Vorsteuerkupplung 70, 50 und dem Radius sowohl der Haupt- als auch der Vorsteuerkupplung 70, 50 abwägen. Das von der Vorsteuer- und der Hauptkupplung 50, 70 erzeugte Drehmoment wirkt sich auf die Stärke der Drehmomentübertragung und das Ausmaß an Schlupf und das Drehmoment, bei dem Schlupf auftritt, aus. Also gestattet die Möglichkeit, die Vorsteuerkupplung 50 radial in der Hauptkupplung 70 zu verstauen, eine gewisse effiziente und kompakte Drehmomentübertragung.
Es wird angemerkt, dass die Vorsteuerkupplungsplatten (die ersten und die zweiten Scheiben 51, 52) axial koextensiv mit den Hauptkupplungsplatten (den ersten und den zweiten Scheiben 71, 62) sind. Es wird auch angemerkt, dass die Vorsteuerkupplungsplatten (die ersten und die zweiten Scheiben 51, 52) eine Hauptachse A-A des Differenzials umgeben, und die Hauptkupplungsplatten (die ersten und die zweiten Scheiben 71, 72) dahingehend radial gestapelt sind, einen Abschnitt der Vorsteuerkupplungsplatten (der ersten und der zweiten Scheiben 51, 52) zu umgeben. Es wird angemerkt, dass die Vorsteuerkupplungsplatten (die ersten und die zweiten Scheiben 51, 52) axial koextensiv mit den Hauptkupplungsplatten (den ersten und den zweiten Scheiben 71, 72) sind. Es wird angemerkt, dass die Vorsteuerkupplungsplatten die Hauptachse A-A des Differenzials umgeben. Und es kann gesagt werden, dass die Hauptkupplungsplatten dahingehend radial gestapelt sind, einen Abschnitt der Vorsteuerkupplungsplatten zu umgeben. Durch das Verstauen der Vorsteuerkupplung 50 in der Hauptkupplung 70 ist das Differenzial insgesamt kompakter und leichter als beim Packaging der Kupplungsplatten mit den Kugelrampen in Reihe. Und Stangen, die durch den Bausatz hindurchgehen, werden eliminiert. Es stehen mehr Kopplungsflächen zur Verfügung, als wenn eine Kegelkupplung Seite an Seite mit einem Kupplungspaket aus Kupplungsscheiben verwendet wird. Das hier dargebotene Differenzial nutzt axialen Raum gut.
Ein zusätzlicher Packaging-Vorteil wird durch Platzieren des Stators 111, der die statorbetätigte erste Kugelrampe 40 zumindest zum Teil umgibt, um die Hauptachse A-A des Differenzials herum erzielt. Der radiale Raum um die Hauptachse A-A herum wird effizient genutzt. Die Höhe des Trägers 20, die für das Packaging der mindestens zwei Seitenräder 16, 18 und von zwei oder mehr Zahnritzeln 17 erforderlich ist, kann effizient genutzt oder geringfügig erweitert werden, um den Stator 111 und die Hauptkupplung 70 radial um das Seitenrad 16 herum unterzubringen. Es wird angemerkt, dass der Stator 111 die statorbetätigte erste Kugelrampe 40 um eine Hauptachse A-A des Differenzials herum zumindest zum Teil umgibt.
Die ersten und die zweiten Scheiben 51, 52, 61, 62 können entweder Metall auf Metall oder Metall auf Reibmaterial, wie z. B. einer organischen oder anorganischen Beschichtung oder Strukturierung sein. Die Drehmomentabgabe kann durch die Verwendung der Vorsteuerkupplung 50 „verstärkt“ werden. Mit mehr Kupplungsplatten (ersten und zweiten Scheiben 51, 52) gibt es mehr Nachgiebigkeit und mehr Verstärkung. Die höhere Anzahl an Platten springen tendenziell weiter auseinander und trennen sich weiter, wodurch das Ausmaß an Steuerung, das zum Schließen der Vorsteuerkupplung 50 angewendet werden kann, erhöht wird. Obgleich eine stärkere Steuerung erforderlich ist, ist die Steuerung, die angelegt wird, leichter zu steuern. Und die höhere Anzahl an Platten springen tendenziell schneller auseinander als beispielsweise eine steilwinklige Kegelkupplung. Die Drehmomentabgabe ändert sich nicht unmittelbar, wie es beispielsweise bei einer Kegelkupplung mit zwei Kegeln der Fall wäre. Jedoch wird durch die Summe der Anzahl an Kupplungsscheiben, den mittleren effektiven Radius der Kupplungsscheiben und den Grip eine griffigere Steuerung des Differenzials im Hinblick auf die Betriebsbedingungen gestattet. Das Vorsteuerdrehmoment der Vorsteuerkupplung 50 und der ersten Kugelrampe 40 wird durch die zweite Kugelrampe 60 und die Hauptkupplung 70 dahingehend verstärkt, ein gewünschtes Vorbelastungsmoment in einem kompakten Raum zu erzielen. Statorkraft und somit Differenzialöffnungs- oder -schließmodulation wird durch Zuführen von variablem Statorstrom zu dem Stecker 11 variabel gehalten.
Die Hauptkupplung 70 kann auf Reibmaterialbasis zur Steuerung der Drehmomentabgabe sein. Wenn Strom zum Stator 111 unterbrochen wird, wirkt keine elektromagnetische Kraft mehr auf den Anker 30. Die Vorsteuer- und Hauptfederkraft (Nachgiebigkeit) überwindet die restliche Magnetkraft und übt eine Kraft auf die jeweiligen Kugelrampenplatten 41, 42, 61, 62 zum Ausrücken der Kugeln 434, 634 aus den Rampen in den Taschen 414, 614, 424, 624 aus. Die Vorsteuerkugelrampe (die erste Kugelrampe 40) rückt aus, wodurch bewirkt wird, dass auch die Vorsteuerkupplung 50, die Hauptkugelrampe (die zweite Kugelrampe 60) und die Hauptkupplung 70 ausrücken. Das Differenzial wirkt dann als ein offenes Differenzial.
Es ist also möglich, die Anzahl an Vorsteuerkupplungsflächen (über die ersten und die zweiten Scheiben 51, 52) und die Hauptkupplungsflächen (über die ersten und die zweiten Scheiben 71, 72) zu variieren, die Anzahl an Kugeln 434, 634 und Rampenflächen in den Taschen 614, 624, 514, 524 zu variieren und den Kugelrampenwinkel für eine Konstruktion hinsichtlich Vorbelastungsmomentanforderungen in dem zur Verfügung stehenden Packagingraum zu variieren. Statorkraft kann auch durch Zuführen von variablem Statorstrom variiert werden.
Eine Anordnung eines elektromagnetischen LSD umfasst einen Doppelkugelrampenaktuator mit einer doppelstöckigen Kupplungspaketarchitektur zur Erzielung einer hohen Drehmomentkapazität. Die erste Kugelrampe 40 (Vorsteuerkugelrampe) kann einen Aktuator darstellen, der bei Bestromung eines Stators 111 hochrampt. Die erste Kugelrampe 40 betätigt die Vorsteuerkupplung 50, eine Kupplungspaketanordnung, die die zweite Kugelrampe 60 weiter hochrampt. Die zweite Kugelrampe 60 betätigt die Hauptkupplung 70, eine zweite Kupplungspaketanordnung, die den Drehzahlausgleich mit begrenztem Schlupf durchführt.
Es hat sich gezeigt, dass die doppelstöckige Anordnung der Haupt- und der Vorsteuerkupplung 70, 50 in dem eMLSD-Aktuator eine höhere Kupplungsdrehmomentkapazität erzielen und gleichzeitig kompakt sind. Erforderliches Vorbelastungsmoment kann durch elektromagnetische Betätigung erzeugt werden. Eine Doppelkugelrampe kann zur Erzeugung des erforderlichen Hauptkupplungsdrehmoments verwendet werden. Das Kugelrampenprofil kann so konstruiert werden, dass es Schleppmoment reduziert. Eine doppelstöckige Kupplungsanordnung (Haupt- und Vorsteuerkupplung 70, 50) ist bei dieser Architektur verwendet worden. Diese Art von Anordnung bietet genügend Platz für ausreichend viele Vorsteuer- und Hauptkupplungsflächen. Es ist möglich, das Differenzial so zu konstruieren, dass die Betätigungskraft der Vorsteuer- und der Hauptkupplung 50, 70 näher am mittleren effektiven Radius des Kupplungspakets liegt, um die radiale Ausgabe für maximale Drehmomentabgabe in einem kleinen Raum zu maximieren.
Die Zuverlässigkeit des Systems ist aufgrund der geringen Anzahl an Teilen hoch. Und die Differenzialanordnung ist in einem Träger eingeschlossen. Somit ist die Auswirkung von Staub und Umgebung auf die Leistungsfähigkeit gering. Die Ansprechzeit des Systems bei -40 °C kann besser als bei einem elektrohydraulischen System sein, da der Widerstand gegenüber der Erzeugung der erforderlichen Kraft gering ist. Die Kosten des Systems sind gering.
Ein Differenzial kann eine Vorsteuerkupplung 50, eine Hauptkupplung 70, eine erste Kugelrampe 40, die dazu konfiguriert ist, auf die Vorsteuerkupplung 50 einzuwirken, und eine zweite Kugelrampe 60, die dazu konfiguriert ist, auf die Hauptkupplung 70 einzuwirken, wenn die Vorsteuerkupplung 50 auf die zweite Kugelrampe 60 einwirkt, umfassen.
Ein beweglicher Anker 30 kann dazu konfiguriert sein, die erste Kugelrampe 40 zu betätigen. Die Vorsteuerkupplung 50 kann Vorsteuerkupplungsplatten (erste und zweite Scheiben 51, 52) umfassen, die mit einem Indexer 53 verschachtelt sind. Die Vorsteuerkupplungsplatten können dazu konfiguriert sein, auf die zweite Kugelrampe 60 zu drücken.
Die Hauptkupplung 70 kann verschachtelte Hauptkupplungsplatten (erste und zweite Scheiben 71, 72) umfassen, die auf ein Seitenrad 16 des Differenzials einwirken.
Es wird angemerkt, dass ein elektromagnetisches Differenzial einen Träger 20 umfassen kann. Ein Stator 111 kann an dem Träger 20 befestigt sein. Eine Vorsteuerkupplung 50 kann sich in dem Träger 20 befinden. Eine Hauptkupplung 70 kann sich in dem Träger 20 befinden. Eine statorbetätigte erste Kugelrampe 40 kann an dem Träger 20 befestigt sein und kann dazu konfiguriert sein, auf die Vorsteuerkupplung 40 einzuwirken. Eine zweite Kugelrampe 60 kann sich in dem Träger 20 befinden und kann dazu konfiguriert sein, die Hauptkupplung 70 zu betätigen, wenn auf die Vorsteuerkupplung 40 eingewirkt wird.
Der Stator 111 kann die statorbetätigte erste Kugelrampe 40 auf einer Außenseite des Trägers 20 zumindest zum Teil umgeben. Die statorbetätigte erste Kugelrampe 40 kann mindestens einen Kolben 44 durch den Träger 20 dahingehend betätigen, auf die Vorsteuerkupplung 50 einzuwirken. Die zweite Kugelrampe 60 kann einen Abschnitt der Vorsteuerkupplung 50 umgeben. Die Hauptkupplung 70 kann mindestens einen zweiten Abschnitt der Vorsteuerkupplung 50 umgeben.
Ein Seitenrad 16 kann einen Kopf 162 und einen Hals 161 umfassen. Die Vorsteuerkupplung 50 kann um einen Abschnitt des Halses 161 herum konfiguriert sein. Die Hauptkupplung 70 kann um einen Abschnitt des Kopfs 162 herum konfiguriert sein. Die Hauptkupplung 70 kann Hauptkupplungsplatten (erste und zweite Scheiben 71, 72) an einem Radindexer 80 umfassen, wobei die Hauptkupplungsplatten dazu konfiguriert sind, dahingehend auf den Kopf 16 einzuwirken, das Differenzial je nach Steuerung zu öffnen oder zu schließen.
Ein elektromagnetisches Differenzial kann einen Träger 20 umfassen. Ein erstes Seitenrad 16 und ein zweites Seitenrad 18 können in dem Träger 20 installiert sein. Ein Stator 111 kann an dem Träger 20 befestigt sein. Eine Vorsteuerkupplung 50 kann sich in dem Träger 20 befinden. Die Vorsteuerkupplung 50 kann einen Abschnitt des ersten Seitenrads 16 umgeben. Eine Hauptkupplung 70 kann sich in dem Träger 20 befinden und einen Abschnitt der Vorsteuerkupplung 50 umgeben und einen Abschnitt des ersten Seitenrads 16 umgeben. Eine statorbetätigte erste Kugelrampe 40 kann sich an dem Träger 20 befinden und kann dazu konfiguriert sein, auf die Vorsteuerkupplung 50 einzuwirken. Eine zweite Kugelrampe 60 kann sich in dem Träger 20 befinden und kann dazu konfiguriert sein, die Hauptkupplung 70 zu betätigen, wenn auf die Vorsteuerkupplung 50 eingewirkt wird.
Die zweite Kugelrampe 60 kann einen zweiten Abschnitt der Vorsteuerkupplung 50 umgeben. Die zweite Kugelrampe 60 kann einen Rasthals 611, der mit der Vorsteuerkupplung 50 keilverzahnt ist, umfassen.
Ein Kolben 44 kann durch den Träger 20 hindurchgehen. Der Kolben 44 kann dazu konfiguriert sein, Kraft von der statorbetätigten ersten Kugelrampe 40 auf die Vorsteuerkupplung 50 zu übertragen.
Ein Verfahren zur Betätigung eines elektromagnetischen Differenzials kann Bestromen einer ersten Kugelrampe 40 mit einem Stator 111, Betätigen einer Vorsteuerkupplung 50 über die erste Kugelrampe 40, Betätigen einer zweiten Kugelrampe 60 über die Vorsteuerkupplung 50 und Betätigen eines Hauptkupplungspakets 70 über die zweite Kugelrampe 60 umfassen. Das Verfahren kann ferner Bestimmen eines Steuersignals an den Stator 111 durch Verarbeiten einer Differenzialöltemperatur und/oder einer Raddrehzahl und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eines Lenkwinkels und/oder einer Fahrpedalstellung umfassen. Das Steuersignal an den Stator 111 kann eine Drehmomentabgabe des elektromagnetischen Differenzials steuern.
Andere Implementierungen werden für den Fachmann bei Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Umsetzung der hier offenbarten Beispiele offensichtlich.

Claims

Differenzial, das Folgendes umfasst: eine Vorsteuerkupplung; eine Hauptkupplung; eine erste Kugelrampe, die dazu konfiguriert ist, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken; und eine zweite Kugelrampe, die dazu konfiguriert ist, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn die Vorsteuerkupplung auf die zweite Kugelrampe einwirkt.
Differenzial nach Anspruch 1, wobei die Vorsteuerkupplung Vorsteuerkupplungsplatten umfasst, die mit einem Indexer verschachtelt sind, wobei die Vorsteuerkupplungsplatten dazu konfiguriert sind, auf die zweite Kugelrampe zu drücken.
Differenzial nach Anspruch 1 oder 2, das ferner ein Seitenrad umfasst, wobei die Hauptkupplung verschachtelte Hauptkupplungsplatten umfasst, die auf das Seitenrad des Differenzials einwirken.
Differenzial nach Anspruch 3, wobei die Vorsteuerkupplungsplatten axial koextensiv mit den Hauptkupplungsplatten sind.
Differenzial nach Anspruch 3, wobei die Vorsteuerkupplungsplatten eine Hauptachse des Differenzials umgeben und wobei die Hauptkupplungsplatten dahingehend radial positioniert sind, einen Abschnitt der Vorsteuerkupplungsplatten zu umgeben.
Differenzial nach Anspruch 1, das eine Statoranordnung umfasst, die die erste Kugelrampe um eine Hauptachse des Differenzials herum zumindest zum Teil umgibt.
Differenzial nach Anspruch 1, 2 oder 6, das einen beweglichen Anker umfasst, der dazu konfiguriert ist, die erste Kugelrampe zu betätigen.
Elektromagnetisches Differenzial, das Folgendes umfasst: einen Träger; einen Stator, der an dem Träger befestigt ist; eine Vorsteuerkupplung in dem Träger; eine Hauptkupplung in dem Träger ; eine statorbetätigte erste Kugelrampe an dem Träger, die dazu konfiguriert ist, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken; und eine zweite Kugelrampe in dem Träger, die dazu konfiguriert ist, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn auf die Vorsteuerkupplung eingewirkt wird.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 8, wobei der Stator die statorbetätigte erste Kugelrampe auf einer Außenseite des Trägers zumindest zum Teil umgibt.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 8 oder 9, wobei die statorbetätigte erste Kugelrampe einen Kolben durch den Träger hindurch dahingehend betätigt, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Kugelrampe einen Abschnitt der Vorsteuerkupplung umgibt.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 11, wobei die Hauptkupplung einen zweiten Abschnitt der Vorsteuerkupplung umgibt.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 8, das ein Seitenrad umfasst, das einen Kopf und einen Hals umfasst, wobei die Vorsteuerkupplung um einen Abschnitt des Halses herum konfiguriert ist und wobei die Hauptkupplung um einen Abschnitt des Kopfs herum konfiguriert ist.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 13, wobei die Hauptkupplung Hauptkupplungsplatten an einem Radindexer umfasst, wobei die Hauptkupplungsplatten dazu konfiguriert sind, auf den Kopf einzuwirken.
Elektromagnetisches Differenzial, das Folgendes umfasst: einen Träger; ein erstes Seitenrad und ein zweites Seitenrad in dem Träger; einen Stator, der an dem Träger befestigt ist; eine Vorsteuerkupplung in dem Träger, die einen Abschnitt des ersten Seitenrads umgibt; eine Hauptkupplung in dem Träger, die einen Abschnitt der Vorsteuerkupplung umgibt und einen Abschnitt des ersten Seitenrads umgibt; eine statorbetätigte erste Kugelrampe an dem Träger, die dazu konfiguriert ist, auf die Vorsteuerkupplung einzuwirken; und eine zweite Kugelrampe in dem Träger, die dazu konfiguriert ist, die Hauptkupplung zu betätigen, wenn auf die Vorsteuerkupplung eingewirkt wird.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 15, wobei die zweite Kugelrampe einen zweiten Abschnitt der Vorsteuerkupplung umgibt.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 16, wobei die zweite Kugelrampe einen mit der Vorsteuerkupplung keilverzahnten Rasthals umfasst.
Elektromagnetisches Differenzial nach Anspruch 15 oder 16, das einen Kolben umfasst, der durch den Träger hindurchgeht, wobei der Kolben dazu konfiguriert ist, Kraft von der statorbetätigten ersten Kugelrampe auf die Vorsteuerkupplung zu übertragen.