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DE102024109177A1 - Limited-slip differential - Google Patents

Limited-slip differential

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Publication number
DE102024109177A1
DE102024109177A1 DE102024109177.0A DE102024109177A DE102024109177A1 DE 102024109177 A1 DE102024109177 A1 DE 102024109177A1 DE 102024109177 A DE102024109177 A DE 102024109177A DE 102024109177 A1 DE102024109177 A1 DE 102024109177A1
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DE
Germany
Prior art keywords
limited
slip differential
ramp
ramp ring
spring
Prior art date
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Pending
Application number
DE102024109177.0A
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German (de)
Inventor
Philipp Tepper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

In einem Sperrdifferential (1) wird ein Sperrmoment durch die Verdrehung von Rampenringen (11, 12) gegeneinander eingestellt. Ein elastisches Element (15) koppelt die Rampenringe (11, 12) aneinander und bewirkt eine Rückstellkraft auf die Rampenringe (11, 12), die eine passive Selbstöffnung des Sperrdifferentials (1) unterstützt.In a limited-slip differential (1), a locking torque is set by rotating ramp rings (11, 12) relative to each other. An elastic element (15) couples the ramp rings (11, 12) together and exerts a restoring force on the ramp rings (11, 12), which supports passive self-opening of the limited-slip differential (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferential, vorwiegend für den Kraftfahrzeugbereich.The invention relates to a limited-slip differential, primarily for the automotive sector.

Im Kraftfahrzeugbereich sind Sperrdifferentiale seit Langem bekannt. Es ist auch bekannt, dass dabei ein Sperrmoment eines Sperrdifferentials variabel eingestellt werden kann. Dies kann in bekannter Weise, etwa über Rampenringe, erfolgen. Durch Verdrehung der Rampenringe gegeneinander wird ein axialer Abstand zwischen den Rampenringen geändert, was wiederum eine Veränderung des Sperrmoments des Sperrdifferentials bewirkt.Limited-slip differentials have long been known in the automotive sector. It is also known that the locking torque of a limited-slip differential can be variably adjusted. This can be achieved in a conventional manner, for example, using ramp rings. By rotating the ramp rings relative to each other, the axial distance between the ramp rings is changed, which in turn changes the locking torque of the limited-slip differential.

Zu den Anforderungen an ein modernes Sperrdifferential gehört einerseits, dass ein gewünschtes, insbesondere auch das dem jeweiligen Sperrdifferential maximal mögliche, Sperrmoment zuverlässig in einer vorgegebenen Zeitspanne eingestellt werden kann. Hierzu findet ein Aktor, häufig ein elektrischer Aktor, Anwendung. Andererseits muss das Sperrdifferential auch ohne Wirkung des Aktors, also passiv, in der Lage sein, zu öffnen, das heißt, das Sperrmoment zu reduzieren, auf einen Wert Null oder nahe bei Null, oder auf einen vorgegebenen Wert, der geringer ist, als der maximal mögliche Wert. Dies ist deshalb besonders bedeutsam, da ein zu hoher Wert des Sperrmoments des Sperrdifferentials dazu führen kann, dass Systeme wie ABS/ESP nicht in jeder Situation korrekt funktionieren, was wiederum ein Sicherheitsrisiko darstellt.One of the requirements for a modern limited-slip differential is, on the one hand, that a desired locking torque, in particular the maximum possible for the respective limited-slip differential, can be reliably set within a specified time period. An actuator, often an electric actuator, is used for this purpose. On the other hand, the limited-slip differential must be able to open passively, even without the action of the actuator, i.e., to reduce the locking torque to a value of zero or close to zero, or to a specified value that is lower than the maximum possible value. This is particularly important because an excessively high locking torque of the limited-slip differential can lead to systems such as ABS/ESP not functioning correctly in all situations, which in turn represents a safety risk.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Sperrdifferential anzugeben, bei dem eine zuverlässige Reduzierung des Sperrmoments möglich ist.The object of the invention is to provide a limited-slip differential in which a reliable reduction of the locking torque is possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sperrdifferential gemäß Anspruch 1. Anspruch 7 bezieht sich auf einen Antriebsstrang mit solch einem Sperrdifferential und Anspruch 8 auf ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Antriebsstrang.This object is achieved by a limited-slip differential according to claim 1. Claim 7 relates to a drive train with such a limited-slip differential and claim 8 to a motor vehicle with a corresponding drive train.

Das erfindungsgemäße Sperrdifferential umfasst einen ersten Rampenring und einen zweiten Rampenring, die, letztlich in bekannter Weise, so angeordnet sind, dass eine Verdrehung des ersten Rampenrings gegen den zweiten Rampenring eine Veränderung eines Sperrmoments des Sperrdifferentials bewirkt. Gemäß der Erfindung ist ein elastisches Element vorgesehen, das mit dem ersten und zweiten Rampenring verbunden ist. Die Verbindung ist so gestaltet, dass bei einer Verdrehung der Rampenringe gegeneinander derart, dass das Sperrmoment erhöht wird, das elastische Element eine Rückstellkraft auf die Rampenringe ausübt.The limited-slip differential according to the invention comprises a first ramp ring and a second ramp ring, which are arranged, ultimately in a known manner, such that a rotation of the first ramp ring relative to the second ramp ring causes a change in the locking torque of the limited-slip differential. According to the invention, an elastic element is provided that is connected to the first and second ramp rings. The connection is designed such that when the ramp rings rotate relative to one another in such a way that the locking torque is increased, the elastic element exerts a restoring force on the ramp rings.

Diese Rückstellkraft unterstützt das Öffnen, d.h. die Reduzierung des Sperrmoments, des Sperrdifferentials. Damit ist diese Reduzierung zuverlässiger möglich als im Stand der Technik.This restoring force supports the opening, i.e., the reduction of the locking torque, of the limited-slip differential. This reduction is thus possible more reliably than with the current technology.

In einer Ausführungsform ist ein elektrischer Aktor vorgesehen, um eine Verdrehung des ersten Rampenrings gegen den zweiten Rampenring zu bewirken. Wird dieser Aktor benutzt, um das Sperrmoment zu erhöhen und fällt dann aus, oder ist vorgesehen, dass das Öffnen des Sperrdifferentials passiv, also ohne Aktorbetätigung, erfolgt, so ist durch die von dem elastischen Element ausgeübte Rückstellkraft eine zuverlässige Reduzierung des Sperrmoments möglich.In one embodiment, an electric actuator is provided to cause the first ramp ring to rotate relative to the second ramp ring. If this actuator is used to increase the locking torque and then fails, or if the locking differential is intended to open passively, i.e., without actuator actuation, a reliable reduction of the locking torque is possible due to the restoring force exerted by the elastic element.

In einer Ausführungsform weisen der erste und der zweite Rampenring jeweils einen Vorsprung auf. Dieser Vorsprung kann beispielsweise am jeweiligen Rampenring radial nach außen ragen. Das elastische Element verbindet die beiden Vorsprünge mechanisch miteinander. Eine Verdrehung der Rampenringe gegeneinander derart, dass das Sperrmoment erhöht wird, führt zu einer Veränderung eines Abstands zwischen den Vorsprüngen und so zu einer Dehnung oder Stauchung des elastischen Elements, woraus sich eine Rückstellkraft ergibt, die das elastische Element auf die Vorsprünge und dadurch auf die Rampenringe ausübt.In one embodiment, the first and second ramp rings each have a projection. This projection can, for example, protrude radially outward on the respective ramp ring. The elastic element mechanically connects the two projections. A rotation of the ramp rings relative to each other in such a way that the locking torque is increased leads to a change in the distance between the projections and thus to an extension or compression of the elastic element, resulting in a restoring force that the elastic element exerts on the projections and thus on the ramp rings.

Das elastische Element kann ein Federelement sein, beispielsweise, aber ohne die Erfindung darauf zu beschränken, eine Zugfeder, eine Druckfeder, eine Bogenfeder, eine Schlingfeder, eine Torsionsfeder oder eine Spiralfeder.The elastic element may be a spring element, for example, but without limiting the invention thereto, a tension spring, a compression spring, a bow spring, a wrap spring, a torsion spring or a spiral spring.

In einer Ausführungsform ist das elastische Element so gestaltet und an den Rampenringen angebracht, dass durch die vom elastischen Element ausgeübte Rückstellkraft die Rampenringe nur so weit verdreht werden, dass ein definiertes Sperrmoment verbleibt, welches ungleich Null ist.In one embodiment, the elastic element is designed and attached to the ramp rings in such a way that the restoring force exerted by the elastic element only rotates the ramp rings to such an extent that a defined locking torque remains which is not equal to zero.

Ein Antriebsstrang gemäß der Erfindung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential wie vorstehend beschrieben. Die zuverlässigere Reduzierung des Sperrmoments verbessert die Funktion des Antriebsstrangs und ermöglicht es ferner, dass weitere im Antriebsstrang implementierte Funktionen, beispielsweise ABS oder ESP, nicht durch ein zu hohes verbleibendes Sperrmoment beeinträchtigt werden.A drivetrain according to the invention for a motor vehicle comprises a limited-slip differential according to the invention as described above. The more reliable reduction of the locking torque improves the function of the drivetrain and also ensures that other functions implemented in the drivetrain, such as ABS or ESP, are not impaired by an excessively high residual locking torque.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist einen vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Antriebsstrang auf. Durch die Vorteile des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist ein sichererer Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich.A motor vehicle according to the invention has a drive train according to the invention as described above. The advantages of the drive train according to the invention enable safer operation of the motor vehicle.

Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

  • 1 zeigt ein Sperrdifferential mit Rampenringen und Aktor nach dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
The invention and its advantages are described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
  • 1 shows a limited-slip differential with ramp rings and actuator according to the state of the art.
  • 2 shows a limited-slip differential according to the invention.
  • 3 shows a motor vehicle according to the invention with a drive train according to the invention.

Die Zeichnungen zeigen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung und sind nicht als Beschränkung der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele aufzufassen.The drawings show only embodiments of the invention and are not to be construed as limiting the invention to the illustrated embodiments.

1 zeigt ein Sperrdifferential 1 nach dem Stand der Technik. Dargestellt sind das eigentliche Differentialgetriebe 2, der erste Rampenring 11, der zweite Rampenring 12 und der Aktor 3, mit Elektromotor 31 und Aktorgetriebe 32. Der Aktor 3 ist dazu vorgesehen, durch Betrieb des Elektromotors 31 über Aktorgetriebe 32 den ersten Rampenring 11 gegen den zweiten Rampenring 12 um Achse 100 zu verdrehen. Diese Verdrehung bewirkt, dass ein Abstand in Richtung der Achse 100 (axialer Abstand) zwischen dem ersten Rampenring 11 und dem zweiten Rampenring 12 verändert wird. Durch diese relative Verschiebung in axialer Richtung werden Elemente des Sperrdifferentials 1 in einer Weise beeinflusst, die eine Veränderung des Sperrmoments des Sperrdifferentials 1 bewirkt. 1 shows a limited-slip differential 1 according to the prior art. Shown are the actual differential gear 2, the first ramp ring 11, the second ramp ring 12, and the actuator 3, with electric motor 31 and actuator gear 32. The actuator 3 is designed to rotate the first ramp ring 11 relative to the second ramp ring 12 about axis 100 by operating the electric motor 31 via actuator gear 32. This rotation causes a distance in the direction of axis 100 (axial distance) between the first ramp ring 11 and the second ramp ring 12 to change. This relative displacement in the axial direction influences elements of the limited-slip differential 1 in a manner that causes a change in the locking torque of the limited-slip differential 1.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential 1 in einer Schnittansicht. Dargestellt sind das eigentliche Differentialgetriebe 2, der erste Rampenring 11 und der zweite Rampenring 12, sowie ein Aktor 3, der dazu vorgesehen ist, den ersten Rampenring 11 gegen den zweiten Rampenring 12 um Achse 100 zu verdrehen. Wie auch im Stand der Technik und mit Bezug auf 1 erläutert, bewirkt hier eine Verdrehung des ersten Rampenrings 11 gegen den zweiten Rampenring 12 um Achse 100 eine Veränderung eines Abstands in Richtung der Achse 100 zwischen dem ersten Rampenring 11 und dem zweiten Rampenring 12, und damit letztlich eine Veränderung des Sperrmoments des Sperrdifferentials 1. 2 shows a limited-slip differential 1 according to the invention in a sectional view. Shown are the actual differential gear 2, the first ramp ring 11 and the second ramp ring 12, as well as an actuator 3, which is intended to rotate the first ramp ring 11 relative to the second ramp ring 12 about axis 100. As in the prior art and with reference to 1 As explained, a rotation of the first ramp ring 11 relative to the second ramp ring 12 about axis 100 causes a change in the distance in the direction of axis 100 between the first ramp ring 11 and the second ramp ring 12, and thus ultimately a change in the locking torque of the limited-slip differential 1.

Am ersten Rampenring 11 ist ein Vorsprung 13 vorgesehen, am zweiten Rampenring 12 ein Vorsprung 14. Die Vorsprünge 13 und 14 sind über ein elastisches Element, hier genauer eine Feder 15, miteinander verbunden. Die Feder 15 ist mit jeweils einem Verbindungselement 16 an jedem der Vorsprünge 13, 14 befestigt.A projection 13 is provided on the first ramp ring 11, and a projection 14 on the second ramp ring 12. The projections 13 and 14 are connected to each other via an elastic element, more precisely a spring 15. The spring 15 is attached to each of the projections 13, 14 with a connecting element 16.

Bei einer Drehung des ersten Rampenrings 11 gegen den zweiten Rampenring 12 in eine Richtung, die zu einer Zunahme des Sperrmoments des Sperrdifferentials 1 führt, bewegen sich die Vorsprünge 13 und 14 relativ zueinander derart, dass die Feder 15 gedehnt wird. Die daraus resultierende Federkraft wirkt als Rückstellkraft auf die Rampenringe 11 und 12. Diese Rückstellkraft ist also so gerichtet, dass sie eine Drehung der Rampenringe 11 und 12 in eine Richtung bewirken kann, die zu einer Reduzierung des Sperrmoments des Sperrdifferentials 1 führt. Die Rückstellkraft unterstützt das passive Öffnen des Sperrdifferentials 1.When the first ramp ring 11 rotates relative to the second ramp ring 12 in a direction that increases the locking torque of the limited-slip differential 1, the projections 13 and 14 move relative to each other in such a way that the spring 15 is stretched. The resulting spring force acts as a restoring force on the ramp rings 11 and 12. This restoring force is thus directed in such a way that it can cause the ramp rings 11 and 12 to rotate in a direction that leads to a reduction in the locking torque of the limited-slip differential 1. The restoring force supports the passive opening of the limited-slip differential 1.

Soll die Wirkung der Rückstellkraft nur soweit anhalten, bis ein definiertes Sperrmoment ungleich Null erreicht ist, so wäre eine Möglichkeit, dies bei der gezeigten Konfiguration zu erreichen, ein Verbindungselement 16 oder beide Verbindungselemente 16 in einer geeigneten Länge zu gestalten, so dass bei einer Bewegung der Rampenringe 11, 12 zur Erhöhung des Sperrmoments die (ohne relevante Elastizität angenommenen) Verbindungselemente 16 zunächst gestrafft werden, ehe die weitere Bewegung der Rampenringe 11, 12 zu einer Dehnung der Feder 15 führt. Bei einer Bewegung zur Reduzierung des Sperrmoments, etwa beim passiven Öffnen des Sperrdifferentials 1, wirkt die Rückstellkraft der Feder 15 nur solange auf die Vorsprünge 13 und 14, und damit auf die Rampenringe 11, 12, wie die Verbindungselemente 16 straff sind. Dies ist der Fall, solange die Feder 15 nicht entspannt ist. Sobald die Feder 15 entspannt ist, wird eine weitere Verdrehung der Rampenringe 11, 12 gegeneinander in Richtung einer Reduzierung des Sperrmoments nicht mehr durch eine Kraft von der Feder 15 unterstützt.If the effect of the restoring force is only to last until a defined locking torque other than zero is reached, one possibility for achieving this with the configuration shown would be to design one connecting element 16 or both connecting elements 16 with a suitable length so that when the ramp rings 11, 12 move to increase the locking torque, the connecting elements 16 (assumed without relevant elasticity) are initially tightened before further movement of the ramp rings 11, 12 leads to an extension of the spring 15. During a movement to reduce the locking torque, for example when the limited-slip differential 1 is passively opened, the restoring force of the spring 15 only acts on the projections 13 and 14, and thus on the ramp rings 11, 12, as long as the connecting elements 16 are taut. This is the case as long as the spring 15 is not relaxed. As soon as the spring 15 is relaxed, a further rotation of the ramp rings 11, 12 against each other in the direction of a reduction of the locking torque is no longer supported by a force from the spring 15.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 200 mit erfindungsgemäßem Antriebsstrang 201, der einen Elektromotor 210 und ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential 1 beinhaltet. Der Elektromotor 210 wird aus einer Batterie 220 mit Energie versorgt. 3 shows a motor vehicle 200 according to the invention with a drive train 201 according to the invention, which includes an electric motor 210 and a limited-slip differential 1 according to the invention. The electric motor 210 is supplied with energy from a battery 220.

Liste der BezugszeichenList of reference symbols

11
Sperrdifferentiallimited-slip differential
22
Differentialgetriebedifferential gear
33
AktorActuator
1111
erster Rampenringfirst ramp ring
1212
zweiter Rampenringsecond ramp ring
1313
Vorsprung (am ersten Rampenring)Lead (at the first ramp ring)
1414
Vorsprung (am zweiten Rampenring)Lead (on the second ramp ring)
1515
FederFeather
1616
Verbindungselementconnecting element
3131
Elektromotorelectric motor
3232
AktorgetriebeActuator gear
100100
Achseaxis
200200
Kraftfahrzeugmotor vehicle
201201
AntriebsstrangPowertrain
210210
Elektromotorelectric motor
220220
Batteriebattery

Claims (8)

Sperrdifferential (1) umfassend: einen ersten Rampenring (11) und einen zweiten Rampenring (12), die so angeordnet sind, dass eine Verdrehung des ersten Rampenrings (11) gegen den zweiten Rampenring (12) eine Veränderung eines Sperrmoments des Sperrdifferentials (1) bewirkt, gekennzeichnet durch ein elastisches Element (15), das mit dem ersten (11) und zweiten Rampenring (12) derart verbunden ist, dass bei einer Verdrehung der Rampenringe (11, 12) gegeneinander derart, dass das Sperrmoment erhöht wird, das elastische Element (15) eine Rückstellkraft auf die Rampenringe (11, 12) ausübt.Limited-slip differential (1) comprising: a first ramp ring (11) and a second ramp ring (12), which are arranged such that a rotation of the first ramp ring (11) against the second ramp ring (12) causes a change in a locking torque of the limited-slip differential (1), characterized by an elastic element (15) which is connected to the first (11) and second ramp ring (12) such that when the ramp rings (11, 12) are rotated against one another such that the locking torque is increased, the elastic element (15) exerts a restoring force on the ramp rings (11, 12). Sperrdifferential (1) nach Anspruch 1, wobei ein elektrischer Aktor (3) vorgesehen ist, um eine Verdrehung des ersten Rampenrings (11) gegen den zweiten Rampenring (12) zu bewirken.Limited-slip differential (1) after Claim 1 , wherein an electrical actuator (3) is provided to cause a rotation of the first ramp ring (11) against the second ramp ring (12). Sperrdifferential (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste (11) und der zweite Rampenring (12) jeweils einen Vorsprung (13, 14) aufweisen und das elastische Element (15) die beiden Vorsprünge (13, 14) mechanisch miteinander verbindet.Limited-slip differential (1) according to one of the preceding claims, wherein the first (11) and the second ramp ring (12) each have a projection (13, 14) and the elastic element (15) mechanically connects the two projections (13, 14) to one another. Sperrdifferential (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Element ein Federelement (15) ist.Limited-slip differential (1) according to one of the preceding claims, wherein the elastic element is a spring element (15). Sperrdifferential nach Anspruch 4, wobei das Federelement (15) eine Zugfeder, Druckfeder, Bogenfeder, Schlingfeder, Torsionsfeder oder Spiralfeder ist.Limited-slip differential after Claim 4 , wherein the spring element (15) is a tension spring, compression spring, bow spring, wrap spring, torsion spring or spiral spring. Sperrdifferential (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach einer Rückstellung der Rampenringe (11, 12) durch das elastische Element (15) ein definiertes Sperrmoment ungleich Null verbleibt.Limited-slip differential (1) according to one of the preceding claims, wherein after a reset of the ramp rings (11, 12) by the elastic element (15), a defined locking torque not equal to zero remains. Antriebsstrang (201) für ein Kraftfahrzeug (200) mit einem Sperrdifferential (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Drive train (201) for a motor vehicle (200) with a limited-slip differential (1) according to one of the Claims 1 until 6 . Kraftfahrzeug (200) mit einem Antriebsstrang (201) nach Anspruch 7.Motor vehicle (200) with a drive train (201) according to Claim 7 .
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