选择性差速器的制作方法

本发明涉及一种机动车辆的差速器、特别是涉及客车的轮轴差速器，所述差速器具有输入构件和两个输出构件，经由所述输入构件将驱动动力引入到轮轴差速器中，经由所述两个输出构件将驱动动力传递至动力消耗件，所述差速器还具有以形状锁合方式作用的差速器单元，所述差速器单元布置在输入构件和输出构件之间并且具有差速器机构的差速器构件，并且经由所述差速器单元可从输入构件以分支方式传递驱动动力至输出构件，在输出构件之间允许有差速。

背景技术：

该轮轴差速器在现有技术中通常是已知的，并且基本上是每辆机动车辆的物件。在行驶圆形弯道期间，轮轴差速器特别用于补偿在弯道内侧的从动轮和在同一轮轴的弯道外侧的从动轮的差速。

在机动车辆的传动系具有永久驱动的主传动系的情况下，次传动系可连接至主传动系以产生全轮驱动(悬挂全轮概念)，有利的是在次传动系未被驱动时完全将次传动系部件与主传动系解除耦接并且停止次传动系部件，也就是说，将次传动系部件与主传动系以及与次驱动轮解除耦接。当次传动系部件在行驶期间被在道路上滚动的次传动系的轮拖动时，在断开的、停止的次传动系中的动力损失、特别是拖动损失因此被预防，所述动力损失否则可通过摩擦损失(啮合的齿轮、轴承摩擦的出现)、通过飞溅损失(引入到油储存器中的部件)或通过额外的旋转加速度要求引起。可有利地被旨在停止的次传动系部件还可包括设置在次传动系中的轮轴差速器的部件。

这种驱动概念在EP2419036 A2中公开，在使用不以形状锁合方式操作的补偿单元并且其中此外在PTU(动力输出单元)的区域中设置具有制动装置的同步装置的情况下，经由该装置，次传动系不仅可以与主传动系解除耦接，而且此外还确保关闭的次传动系的部件可完全停止。然而，由于在PTU上布置同步装置和制动装置，这些部件以远程方式从形成要停止的部件的实体主要部分的部件起作用。该同步和制动功能在整个制动系中的映射因此不是非常紧凑，并且旨在在同步和制动操作期间施加的力仅能够由强大的致动器系统的部件确保，该部件必须具有相对大的尺寸。当传动系不具有如EP2419036 A2中所公开的无差动器、离合器控制的补偿单元，而是提供由重型部件形成并且以形状锁合的方式操作的常规差速器机构时，情况尤其如此。

技术实现要素：

本发明的一个目的尤其是构造机械机构，所述机械机构用于将次传动系相对于永久驱动的主传动系以大体更中心、更紧凑和更耐用但仍然节能的方式断开和连接。

该目的通过提供一种离合器装置来实现，所述离合器装置布置在输入构件和输出构件之间的驱动动力流中，并且输出构件和输入构件借助于所述离合器装置可彼此解除耦接。

这种差速器的附加的第一局部方面在于，次传动系的连接，也就是说相对于主传动系从断开2WD操作(下文称为断开操作)到切换至连接AWD操作(下文称为连接操作)必须在行驶期间经由以形状锁合方式作用的离合器装置以同步的方式被执行，也就是说，在旨在以形状锁合方式耦接的部件之间必须发生速度适配以便允许动力传递部件的形状锁合式相互接合。这种同步必须容易地引入到整个构造中，应当采用很少的附加结构空间，以结构简单的方式构造并且能够以操作上可靠且快速反应的方式操作。

与该第一局部方面相关的那些局部目的是这样实现的，即差速器具有连接到输入构件的外差速器壳和接收以形状锁合方式作用的差速器机构的内差速器壳，差速器包括布置在外差速器壳和内差速器壳之间的同步单元，借助于同步单元，外差速器壳和内差速器壳的速度可适于连接操作。

本发明的额外的第二局部方面涉及在断开操作期间的拖动损失最小化。在这种情况下，旨在确保差速器的部件可以以尽可能全面的方式停止，也就是说，形成次传动系的部件的主要部分没被拖动，尽可能大的轴承和齿轮的一部分是静止的，并且尽可能广泛地省去润滑的需要。在理想情况下，可连接的全轮驱动相对于甚至不具有可连接的次传动系的车辆在次传动系未连接的情况下不引起任何额外的拖动力。

涉及第二局部方面的目的通过差速器机构的差速器部件分别轴向和径向被引导和被支承在内差速器壳以内而得以解决。内差速器壳然后在差速器壳体和/或外差速器壳中被引导。

一方面，在直线行驶期间在断开操作期间防止内差速器构件相对于相邻部件进行旋转运动，相对于所述相邻部件，借助于轴承引导所述内差速器构件。另一方面，这种构造导致尤其包括补偿轮、补偿轮架和差速器的侧轮的差速器机构在断开期间不需要润滑，因为差速器机构可以作为整体旋转。此外，在直线行驶期间也不产生由齿轮啮合引起的摩擦。与侧轴一起旋转并且除了差速器机构的差速器构件之外差速器的内差速器壳也应当归属于的差速器单元可因此以低摩擦的方式而自身不产生相当大的内部动力损失被支承在差速器壳体和/或外差速器壳中。

外差速器壳可以构造成侧向开口、杯状差速器壳。该构造允许在差速器壳的侧向开口侧处布置离合器装置和同步装置，并且允许在组装期间将具有内差速器壳的差速器单元简单地插入到侧向地开口的外差速器壳中。设置为输入构件的齿圈可以布置在外差速器壳的外周处。杯状构造特别意味着外差速器壳形成的开口的横截面从其最窄位置沿轴向方向扩张或保持恒定。

还可设置外差速器壳经由朝向离合器装置的侧向开口的外侧边缘支承在差速器壳体中。相对于常规轴承增加的具有滚柱轴承的这种轴承径向地在用于离合器装置、同步装置、制动装置和用于致动那些部件所需的致动器系统的轴承以内提供额外的空间。因此，离合器装置和/或同步装置和/或制动装置和/或用于致动那些部件所需的致动器系统可以至少部分地径向地位于外差速器壳的轴承以内。

提及的构造还允许在从外侧至内侧、也就是说从齿圈(输入构件)经由外差速器壳和离合器装置至内差速器壳的连接操作期间确保力流。

最后，在引言中提及的差速器的第三局部方面涉及解除耦接操作、也就是说从连接到断开操作的过渡。次传动系部件的制动旨在连接至该操作的下游以便能够确保次驱动部件由于后续运行效果或由于液力摩擦效果而不继续旋转并且不引起不期望的拖动力。制动装置一方面必须能够确保足够的制动力以便能够快速地制动整个次传动系部件。由于在当车辆使用期限观察的连接操作期间的时间部分通常非常小，因此另一方面应当确保次传动系部件的制动本身能以被动方式自动进行。术语“本身”意味着在断开操作期间的制动致动器由系统自身(例如通过集成的和相应布置的弹性元件)施加，并且术语“被动”意味着制动在断开操作期间保持处于永久地制动状态、而不必为该目的以永久和主动的方式(诸如例如借助于设置永久施加的液压压力或其它主动能量供应)产生制动致动力。

对本领域技术人员陈述的该第三局部方面的局部目的通过在差速器上设置制动装置来实现，当所述输出构件与所述输入构件解除耦接时，所述制动装置将制动力施加至输入构件或施加至次传动系部件，所述次传动部件以无法旋转的方式连接至输入构件。

由于将制动装置布置在差速器上，可以具有紧凑的结构形式，其中制动力可直接作用在基本上构成待制动的主要部分的次传动系部件上。例如因为通常地构成输入构件的齿圈以形状锁合的方式作为V形驱动器的部分地与纵向轴接合，所以纵向轴也被快速制动。

制动装置优选地包括弹性元件，并且以弹性加载的方式作用在输入构件上或作用在以无法旋转的方式连接至输入构件的次传动系部件上。弹性元件可以以相应的尺寸产生高的制动力，为了维持所述制动力，不需要持续的能量供应，因为弹性元件可以用作被动部件，并且在弹性元件的其它位置不依赖于能量的持续供应。提供用于制动操作所需的弹性力的弹性元件因此以如下方式优选集成在差速器中，使得在其中弹性元件提供制动力的断开操作期间采用弹性元件的静置状态。因此，制动力在断开操作期间永久地可用，而无需供应额外的能量。因此，必须仅为连接操作提供能量，所述连接操作采用相对于断开操作的显著更短的时间部分，也就是说，用于次驱动构件在耦接状态下的耦接操作和永久保持。

被认为特别有利的是，提供制动力的单独弹簧或弹簧组件的弹性特性在与本文描述的应用相关的局部部分中是负的或至少递减的。因此，在连接操作期间抵抗弹性元件的弹性力而保持解除耦接装置所需的耦接力可相对于具有非递减性或非真正的负弹性特性的弹性元件被高效地限制。同时，确保了在断开操作期间弹性元件可提供的制动力相对于关于具有非递减特性的弹簧的耦接力高。

在上述结构中进一步有利的是弹性元件可用作解除耦接装置的复位弹簧。在这种情况下，弹性力用作复位力，其促使离合器装置脱离耦接位置，其中输入构件和输出构件耦接在一起以将驱动动力传递到解除耦接位置中，在所述解除耦接位置输入构件和输出构件彼此解除耦接。耦接和同步因此借助于能量的主动供应实现、优选地借助于液压压力实现，其中在这种情况下弹性元件被张紧。当外部能量供应由于弹性元件的松弛的结果而被切断时自动执行解除耦接。

以特别有利的方式，盘形弹簧组件或单个盘形弹簧用作弹性元件，其中弹性元件优选地以如下的方式布置或集成在差速器中，使得盘形弹簧可变形直到零位置或超过零位置。为了这个目的，可在盘形弹簧组件中的盘形弹簧之间设置间隔元件，所述间隔元件允许超过零位置的变形，因为间隔元件防止盘形弹簧组件的各个盘形弹簧能够整体移动。

在断开操作期间弹性元件占据的位置在这种情况下在零位置的一侧，并且在连接操作期间弹性元件占据的位置与断开操作期间的位置相比在零位置自身或在经过零位置之后的零位置的另一侧，直接在零位置的上游。

解除耦接装置优选地还具有压力活塞，所述压力活塞相对于弹性元件和离合器装置的耦接构件径向向外定位。这具有的优点是，优选以环形活塞形式的压力活塞的作用可通过壳体壁以结构上简单的方式用耦接操作所需的能量和压力油孔或线缆或线路管道实现，所述压力油孔或线缆或线路管道在差速器壳体以内延伸，并且如果不需要，可以省去。在特定实施例中，可以设置用于差速机构和/或其轴承的润滑油供应通过压力活塞实现。

上面单独讨论的三个局部方面各自被认为是独立的发明，它们可以是在单独的状态中并且彼此独立的专利申请的独立主题，其中它们全仍然服务于以共同和协同方式设置的总体目的。

从从属权利要求和从图1中所示优选的实施例的以下描述中将理解本发明的附加特征和优点。

附图说明

在附图中：

图1示出了具有用于将输入构件与输出构件解除耦接的离合器装置的客车的轮轴差速器，

图2示出了相对于图1中所示的轮轴差速器的轮轴差速器的替代实施例，

图3是用作根据图1的轮轴差速器中的弹性元件的弹簧盘形组件及其弹性特性的示意图，

图4是可用作根据图2的轮轴差速器中的弹性元件的单个盘形弹簧及其弹性特性的示意图。

具体实施方式

图1示出了在差速器壳体2中接收的客车的差速器1。输入构件由齿圈3形成，齿圈3以无法旋转的方式布置在差速器壳上的外侧处。经由齿圈3引入到差速器1(纵向轴和与齿圈3啮合以形成角齿轮的驱动轮未示出)中的驱动动力经由差速器机构5的差速器构件(7、8、9)以分支方式传递至差速器1的两个输出构件6，所述输出构件然后经由侧轴将驱动动力传递至与轮轴相关的驱动轮。差速器机构5的差速器构件特别是补偿轮架7、补偿轮8和侧轮9。在这方面，图1中所示的差速器与常规差速器的基本结构的确没有不同。

然而，与常规差速器中的情况不同，图1中所示的构造不仅具有单个差速器壳，而且还具有外差速器壳4和内差速器壳10，外差速器壳和内差速器壳可经由离合器装置11彼此耦接或彼此解除耦接。这是在以下背景下实现的，车辆的总传动系是具有永久驱动的主传动系部分和可以连接或断开的次传动系部分的传动系，图1中所示的差速器根据设置被提供用于总传动系。图1中示出的并且被设置为用于次传动系的次传动系部件的差速器1的结构特别用于使次传动系的一部分不仅与主传动系解除耦接(可经由设置在主轮轴或其它离合器装置的区域中的PTU实现)而且同时使次传动系的一部分与次驱动轮解除耦接以便能够完全停止传动系的位于PTU或其它离合器装置和差速器的离合器装置之间的部分。

离合器装置11具有轴向可位移的滑动衬套12，该滑动衬套经由外齿设备以形状锁合方式与外差速器壳4配合。在图1中所示的处于断开位置的滑动衬套12可以经由液压致动耦接和同步机构11移动到连接位置中，在断开位置中内差速器壳10可相对于外差速器壳4自由旋转，在连接位置中滑动衬套12的内齿结构移动成与内差速器壳10接合或者如图1中那样与承载环13接合，承载环13以无法旋转的方式设置在内差速器壳10上。在连接位置中，驱动动力然后经由滑动衬套12的外齿结构和内齿结构从外差速器壳传递至内差速器壳10。

同步环14经由同步装置15与滑动衬套12配合，并且在滑动衬套12从断开位置位移到连接位置中的情况下将原本处于断开位置的滑动衬套12以及与滑动衬套接合的次传动系部件加速至同步速度，以便允许滑动衬套12在连接位置中的随后接合。

为了能够将带有同步单元的离合器装置11以节省空间的方式布置在差速器壳体中并且此外布置在内差速器壳10附近，外差速器壳4构造成杯状样式，并进一步经由滚柱轴承16支承，滚柱轴承相对于差速器壳体2中的常规差速器壳轴承在内直径方面增加，差速器壳体在断开操作期间停止并且不引起任何摩擦。因此，以封闭方式构造的内差速器壳10可容易地插入外差速器壳4中，并且耦接和同步装置11在滚柱轴承16内部具有空间。

由于外差速器壳的描述的构造，特别地防止了致动耦接和同步装置所需的致动构件必须通过外差速器壳接合，这通常大体上简化了构造。

内差速器壳10经由附加的滚柱轴承17以低摩擦的方式支承在壳体中或支承在外差速器壳4中。差速器构件7、8、9进一步仅支承在封闭的内差速器壳10以内，因此特别是唯一地支承相对于伸入内差速器壳10中的半轴(输出构件6)和/或相对于位于内差速器壳10中和/或相对于内差速器壳10自身的补偿轮架7。这具有的优点是，内差速器壳可在断开操作期间整体旋转，并且还仅产生补偿运动，所述补偿运动在行驶圆形弯道期间相对于考虑到经由滚柱轴承17相对于没有可连接的次轮轴的纯2WD车辆的内差速器壳10的轴承的差速器构件额外动力损失而发生。

耦接和同步装置11的致动通过在图1中所示的实施例中的示例液压地实现。当然，也可以提供其它致动机构，例如电磁致动器或经由电机驱动的斜坡机构致动器。

液压致动机构具有作为压力活塞的外环形活塞18，其中液压压力室经由仅通过差速器壳体简单地延伸的加压油孔19可直接进入。因此，不需要延伸到壳体内部的复杂的加压油孔。

在耦接和同步装置11的液压致动期间，环形活塞经由轴向地固定至环形活塞的承载盘或压力盘20挤压盘形弹簧组件21，盘形弹簧组件被固定以防止相对于差速器壳体的轴向位移。该盘形弹簧组件21具有经由间隔环22间隔保持的多个盘形弹簧，使得盘形弹簧组件21在负载超过其零位置的情况下可被压缩，其中滑动衬套12的连接位置达到零位置附近，优选在超过零位置之后不久达到，以便由于递减的弹性特性可以限制必须提供用于永久保持连接位置的能量。相对于差速器壳体2的环形活塞18的最大位移路径或轴向位移路径的限制被适配至差速器壳体。该弹簧组件在图2中示意性地示出为具有弹性特性。承载盘或压力盘20在其径向内边缘处开槽，以便能够伸入差速器壳体的部分中，盘形弹簧组件21在该部分以内被引导。该开槽同时构成防旋转构件。

同时，盘形弹簧组件21用作复位弹簧，在减小液压压力的情况下，环形活塞18利用复位弹簧不仅从连接操作期间其占据的位置被推回到在断开操作期间其占据的位置(图1)，而且使弹簧组件21松弛也经由承载盘20和环形活塞18将滑动衬套12从连接位置推出到断开位置中，环形活塞18在轴向方向上接合在滑动衬套上。弹簧组件21因此不仅是用于环形活塞的复位弹簧，而且还形成用于离合器装置的弹性加载的脱开机构的脱开弹簧。

此外，弹簧组件21将滑动衬套12以形成为制动面的滑动衬套的表面区域推靠在制动环23的相应制动面上。该制动环23以无法相对旋转的方式支承在差速器壳体中并且确保在机动车辆的断开操作期间要被停止的次传动系部件的制动。因此，利用滑动衬套12，仅需要提供单个元件作为在制动面和待停止的次传动系部件之间的中间元件。

尽管结构空间非常小，为了尽可能大地构造制动环23的有效制动面，并且为了增加作用在制动环23和滑动衬套12之间的制动力，彼此相对作用的制动面以锥形方式构造成截头锥形表面的形式。此外，制动环23以其朝向差速器壳体的表面抵靠差速器壳体，使得在制动环和差速器壳体之间形成附加表面配对，经由也优选地构造为锥形的附加表面，制动力被支承在差速器壳体上。通常，制动环23因此在制动操作期间在滑动衬套和差速器壳体之间被夹紧，并且制动力以制动环23被插入或通过制动环的相当果断的方式支承抵靠差速器壳体。因此，制动环23不仅可以以特别有效的方式起作用，而且可由于几乎唯一地在制动操作期间发生的剪切负载而构造为薄的且节省空间。

因此，弹簧组件21不仅是用于离合器装置的环形活塞和分离弹簧的复位弹簧，而且是用于制动机构的制动弹簧。

在图1所示的实施例中的弹性元件21以插入的附加部件不直接地作用、而是仅间接地作用在滑动衬套12上，这最终确保外和内差速器壳之间的形状锁合力传递。该力流的形式允许滑动衬套12和部件(即压力环20和环形活塞18)之间的间隙配置，所述部件在耦接操作(断开操作＝>连接操作)期间或在解除耦接操作(连接操作＝>断开操作)期间直接作用在滑动衬套上。因此，滑动衬套12能够在连接操作期间以低摩擦方式且没有轴向力地旋转，并且在其在轴向方向上处于漂移的危险中时仅被支承在环形活塞18或压力环20上。

如图1中所示，滑动衬套12利用轴向向外突出的承载颈圈26在压力盘20和环形活塞18之间的间隙中接合。该活塞18具有相对于承载颈圈的轴向材料厚度的这样的宽度尺寸，以确保上述间隙。原则上，可在环形活塞18和承载颈圈26之间和/或在承载颈圈26和压力盘20之间设置附加的滚柱构件，其中在图1所示的实施例中已经省略了滚柱构件。这具有如下背景，即在这些位置处仅需要支承在解除耦接操作(将滑动衬套从齿形接合部脱离)或者耦接操作(将滑动衬套在齿形接合部中接合)期间必须施加的力。已经发现存在于提及位置处的滑动轴承对于该目的是足够的。

环形活塞18还具有形成在环形活塞中的润滑油孔24，并且当环形活塞18位于连接位置时，润滑油孔24移动到与差速器壳体中的入口孔25对准，使得润滑油可通过环形活塞实现供应。

图2示出了作为图1中所示实施例的替代实施例的轮轴差速器的实施例。只有相对于图1的显著差异在下面强调。

该差异基本上涉及的是，相对于压力活塞、弹性元件和制动环在差速器壳体中的位置和相对于滑动衬套12，在一侧的压力活塞18和在另一侧的弹性元件21和制动环23的布置已经调换。压力活塞23径向地位于弹性元件21和制动环23以内并且径向地位于滑动衬套12以内。滑动衬套12因此具有径向向内突出的承载颈圈26。

虽然该实施例的缺点是任何加压油孔必须通过差速器壳体壁被引导至压力活塞18(图2中未示出)以便能够引导加压油通过左半轴6的凸缘，图2中所示的实施例也仍然具有优点。

图1和图3中所示的弹簧组件可以用单个弹性元件、特别是单个盘形弹簧板21(还参见图4)代替，这是因为该元件由于更大的直径而能够单独地确保必要的弹簧行程。通过合适的材料选择和材料厚度的选择可容易地影响弹性力，并且在耦接操作期间超过零位置的变形也是可能的，但是更有利的，真正的负弹性特性可更好地相对于图1中所示的弹簧组件产生，所述弹簧组件仅具有单个盘形弹簧板，在下面描述的图3和图4示出。

图2中所示的实施例的另一个特定特征是内差速器壳仅支承在输出构件上，也可以在图1所示的实施例中使用该特征。没有设置径向轴承，内差速器壳10经由径向轴承支承在差速器壳体2中。

图4示出了已经在上面讨论的作为单个盘形弹簧的弹性元件21，并且图3将弹性元件示出为处于三种不同状态(a)、(b)和(c)中的盘形弹簧组件。状态(a)示出断开状态，其中没有外部致动力作用在弹性元件上，并且制动装置提供制动力。状态(c)示出了连接状态，其中弹性元件21在图3和图4中所示的示例中被压缩超过零位置，这在盘形弹簧组件中由于间隔构件22的布置的结果是可能的，间隔构件可在轴向方向上位移并且将组件的各个盘形弹簧彼此间隔开以便确保期望的递减的弹性特性。状态(b)解释了中间状态，在这种情况下大约是弹性元件的相应零位置。

关于单个盘形弹簧的弹性特性，该特性在图4中示出并且在相关的部分区域中是负的，可看出，尽管弹性元件继续接合，旨在施加至承载盘和为了压缩弹簧组件(开始耦接操作断开＝>连接)所必需的弹性力F_a比将弹簧组件保持在状态(c)(连接操作)所必需的弹性力F_c更大。为了继续耦接操作，旨在在通过零位置期间最小地施加至弹簧组件的弹性力F_b从而优选地在F_a和F_c之间(F_a>F_b>F_c)。

当使用图3中所示的盘形弹簧组件时，真正的负弹性特性不能容易地以合理水平的结构复杂性产生，使得用作弹性元件的盘形弹簧组件在与所描述的应用相关部分中具有基本上递减的特性，其中尽管继续压缩弹簧组件，旨在施加至承载盘并且为了压缩弹簧组件(开始耦接操作断开＝>连接)所必需的弹性力F_a仅仅比为了将弹簧组件保持在状态(c)(连接操作)所需的弹性力F_c略小。

在连接操作期间必须永久提供的主动致动力因此可以被最小化而同时确保高的被动制动致动力。

附图标记列表

1 差速器

2 差速器壳体

3 齿圈

4 外差速器壳

5 差速器机构

6 输出构件

7 补偿轮架

8 补偿轮

9 侧向轮

10 内差速器壳

11 耦接和同步装置

12 滑动衬套

13 承载环

14 同步环

15 同步装置

16 滚柱轴承(外差速器壳的轴承)

17 滚柱轴承(内差速器壳的轴承)

18 环形活塞

19 加压油孔

20 承载盘

21 盘形弹簧组件

22 间隔环

23 制动环

24 润滑油孔

25 入口孔

26 承载颈圈