DE10162561A1

DE10162561A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE10162561A1
Application number: DE10162561A
Authority: DE
Inventors: Martin Fink; Karl Smirra
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische, eingangsdrehmomentabhängige Kupplung, die in Abhängigkeit von einem anliegenden Drehmoment ein- bzw. auskuppeln kann. Die Kupplung umfasst einen Eintriebsmechanismus (2) mit einem Eintriebselement (4) und einen Abtriebsmechanismus (3) mit einem Abtriebselement (5). Das Eintriebselement (4) bzw. das Abtriebselement (5) stehen jeweils mit einem ersten Kupplungselement (6, 16) bzw. einem zweiten Kupplungselement (7, 17) in Verbindung. Weiterhin ist ein Federelement (8, 9) und eine mechanische Zwangssteuerung (11; 28) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung, welche in Abhängigkeit von einem anliegenden Drehmoment automatisch in Eingriff bringbar ist und welche bei keinem anliegenden Drehmoment automatisch außer Eingriff bringbar ist.
Derartige Kupplungen können beispielsweise zum automatischen Schalten eines Getriebes verwendet werden. Hierbei wird üblicherweise eine Welle mittels eines Elektromotors angetrieben, so dass die Kupplung in Eingriff tritt, um das Drehmoment übertragen zu können. Nach Übertragung des Drehmoments wird der Elektromotor durch Umpolung bzw. durch Rückwärtslaufenlassen umgekehrt, um eine Rückstellung der Kupplung, d. h. ein Außereingriffbringen der Kupplung, zu ermöglichen. Eine derartige Anordnung weist jedoch eine hohe Komplexität der Ansteuerelektronik auf und macht eine Verwendung eines Positionserfassungssystems mit Auswerteelektronik notwendig, wodurch eine derartige Kupplung sehr kompliziert aufgebaut und teuer ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Kupplung bereitzustellen, welche in Abhängigkeit von einem anliegenden bzw. nicht anliegenden Drehmoment in Eingriff bzw. außer Eingriff tritt.
Diese Aufgabe wird durch eine Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Kupplung umfasst einen Eintriebsmechanismus mit einem Eintriebselement und einen Abtriebsmechanismus mit einem Abtriebselement. Weiterhin ist ein erstes mit dem Eintriebselement in Verbindung stehendes Kupplungselement und ein zweites mit dem Abtriebselement in Verbindung stehendes Kupplungselement sowie wenigstens ein elastisches Element, insbesondere ein Federelement, vorgesehen. Eine mechanische Zwangssteuerung bringt bei Anliegen eines Eingangsdrehmoments am Eintriebselement das erste und das zweite Kupplungselement miteinander in Eingriff und spannt das elastische Element vor. Erfindungsgemäß wird dabei das erste und das zweite Kupplungselement durch Rückstellung (Entspannung) des vorgespannten elastischen Elements außer Eingriff gebracht, wenn am Eintriebselement kein Eingangsdrehmoment anliegt. Somit ist erfindungsgemäß eine mechanische automatische Entkopplung des Abtriebsmechanismus vom Eintriebsmechanismus nach Abschalten einer das Eintriebselement antreibenden Antriebseinheit gewährleistet. Durch diese automatische Auskupplung bei Nichtanliegen eines Drehmoments kann auf die im Stand der Technik notwendigen Umkehrungen der Antriebseinheit bzw. Positionserfassungssysteme verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Kupplung stellt somit nur eine Kupplungsfunktion bereit, wenn ein Eingangsdrehmoment am Eintriebsmechanismus anliegt. Die vorliegende Erfindung kann somit eine einfach aufgebaute und kompakte sowie ein geringes Gewicht aufweisende automatische, vom Eingangsdrehmoment abhängige Kupplung bereitstellen.
Um eine sichere Kupplungsfunktion bereitstellen zu können, ist vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement eine formschlüssige Verbindung für den Kupplungseingriff ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die formschlüssige Verbindung dabei als Mitnahmeverzahnung an zwei scheibenförmigen Kupplungselementen ausgebildet.
Damit die erfindungsgemäße Kupplung einen besonders kompakten Aufbau aufweist, umfasst der Abtriebsmechanismus vorzugsweise ein trommelförmiges Element, in welchem die mechanische Zwangssteuerung der Kupplung angeordnet ist.
Um eine möglichst geringe Teileanzahl aufzuweisen, ist das zweite Kupplungselement vorzugsweise einstückig mit dem Abtriebselement ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Abtriebsmechanismus, welcher aus dem zweiten Kupplungselement und zumindest dem Abtriebselement besteht, als ein einziges Bauteil vorgesehen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das zweite Kupplungselement jedoch auch als ein separates Bauteil ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist die mechanische Zwangssteuerung als Nockensteuerung ausgebildet, welche einfach und kostengünstig bereitgestellt werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Nockensteuerung dabei ein Nockenrad und einen Verdrängerstift. Der Verdrängerstift tastet das Nockenrad in Axialrichtung ab und führt eine dementsprechende Bewegung aus, so dass die Kupplung in Eingriff bzw. außer Eingriff kommt. Vorzugsweise wird dabei das Nockenrad über ein Mitnehmerelement bei Drehung der Eintriebswelle erst nach Drehung um einen gewissen Drehwinkel, z. B. 90°, mitgenommen. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Nockensteuerung eine Nockenwalze mit einem darin gebildeten Führungskanal. Dadurch wird eine Zwangsführung beim Einkuppeln und beim Auskuppeln erreicht. Vorzugsweise greift in den Führungskanal ein Führungselement ein, welches einstückig am trommelförmigen Element des Abtriebsmechanismus gebildet ist, oder es greift ein Führungselement ein, welches einstückig am Verdrängerstift ausgebildet ist. Es sei angemerkt, dass selbstverständlich die Führungsbahnen bzw. die Abtastelemente dieser Führungsbahnen (Verdrängerstift usw.) entweder an dem einen oder dem anderen Bauteil bzw. umgekehrt vorgesehen werden können, da die erfindungsgemäße Funktion der mechanischen Zwangssteuerung durch eine Nockensteuerung immer unabhängig von ihrer Anordnung an Einzelbauteilen gewährleistet ist. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, dass die mechanische Zwangssteuerung einseitig (d. h. nur in eine Richtung, Einkuppeln oder Auskuppeln) oder zweiseitig (d. h. in beide Richtungen) ausgebildet ist.
Um eine sicherere und redundante automatische Rückstellung der erfindungsgemäßen Kupplung zu ermöglichen, ist als elastisches Element vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement ein erstes Federelement und zwischen der Eintriebswelle und der mechanischen Zwangssteuerung ein zweites Federelement angeordnet. Dabei drückt das erste Federelement die beiden Kupplungselemente auseinander, so dass auch der Einkupplungsvorgang entgegen der Federkraft des ersten Federelements erfolgen muss. Weiterhin muss die von der mechanischen Zwangssteuerung ausgeführte Bewegung auch entgegen der Federkraft des zweiten Federelements erfolgen, da dieses ebenfalls für die automatische Rückstellung vorgesehen ist und bei Anliegen eines Eingangsdrehmoments vorgespannt wird.
Besonders bevorzugt ist das erste Federelement dabei als Schraubenfeder ausgebildet und das zweite Federelement ist als Spiralfeder ausgebildet. Hierdurch können die beiden Federelemente besonders einfach und kostengünstig sowie platzsparend bereitgestellt werden.
Um einen noch kompakteren Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplung zu ermöglichen, ist am Außenumfang des Abtriebsmechanismus eine Verzahnung als Abtriebselement vorgesehen, um das durch die Kupplung übertragene Drehmoment abzugeben. Es sei angemerkt, dass das Abtriebselement selbstverständlich auch eine Abtriebswelle oder auch eine Verzahnung und eine Abtriebswelle sein kann, wobei im letzteren Fall dann zwei Abtriebselemente vorgesehen wären. Besonders bevorzugt ist das Abtriebselement als Abtriebswelle und das Eintriebselement als Eintriebswelle ausgebildet.
Um einen kleinen und kompakten Aufbau bereitzustellen, ist vorzugsweise die Eintriebswelle im Abtriebsmechanismus gelagert.
Vorzugsweise erfolgt der Antrieb des Eintriebselements mittels eines Elektromotors. Dabei ist es weiterhin möglich, dass auch ein Zwischengetriebe zwischen das Eintriebselement und den Elektromotor geschaltet wird.
Die erfindungsgemäße Kupplung wird vorzugsweise bei sogenannten Shift-by-wire-Systemen für Fahrzeuge verwendet, bei denen ein Schaltvorgang beispielsweise durch Betätigung eines Schalters oder Kipphebels ausgelöst wird und elektrisch an einen Elektromotor weitergeleitet wird, welcher mechanische Stellelemente, wie z. B. die erfindungsgemäße Kupplung, betätigt.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Kupplung auch in einem Automatikgetriebe verwendet werden. Hierbei ist die Kupplung vorzugsweise Bestandteil eines redundanten Systems, um bei einem defekt im Automatikgetriebe den defekten Kreis zu umgehen und das Automatikgetriebe in eine vorbestimmte Position, insbesondere die Park-Position, zu stellen. Hierzu ist die Kupplung mit einem separaten Elektromotor verbunden, um diesen Schaltvorgang ausführen zu können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer Kupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Kupplung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im eingekuppelten Zustand,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Kupplung im eingekuppelten Zustand,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der in Fig. 5 gezeigten Kupplung im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 8 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der in Fig. 7 gezeigten Kupplung im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Kupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 10 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der in Fig. 9 gezeigten Kupplung im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im ausgekuppelten Zustand, und
Fig. 12 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht der in Fig. 11 gezeigten Kupplung im ausgekuppelten Zustand.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 eine Kupplung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Kupplung 1 einen Eintriebsmechanismus 2 sowie einen Abtriebsmechanismus 3. Der Eintriebsmechanismus 2 umfasst eine Eintriebswelle 4, eine als erstes Kupplungselement vorgesehene Antriebsscheibe 6 mit einer Verzahnung 16, sowie zwei um 180° einander gegenüberliegend auf der Eintriebswelle 4 angeordnete Mitnehmernasen 19. Der Abtriebsmechanismus 3 besteht aus einem trommelförmigen Abtriebselement 10, einer damit einstückig gebildeten Abtriebswelle 5 und einem als zweites Kupplungselement ausgebildeten Klauenrad 7.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Kupplung eine zwischen dem Klauenrad 7 und der Andrückscheibe 6 angeordnete Schraubenfeder 8 und eine auf der Welle 4 befestigte Spiralfeder 9. Die Spiralfeder 9 steht über einen zylinderförmigen Vorsprung 23 (Stift) mit einem Nockenrad 11 in Verbindung. Am Nockenrad 11 ist eine in Axialrichtung der Welle 4 weisende Nockenfläche in Form von auflaufenden Nockenflächen 12 bzw. ablaufenden Nockenflächen 13 gebildet. Die Nockenflächen 12, 13 stehen dabei jeweils mit einem Verdrängerstift 18, 18' in Kontakt, der an der Rückseite, d. h. der der Verzahnung 17 gegenüberliegenden Seite, des Klauenrads 7 angeordnet ist (vgl. Fig. 2).
Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Welle 4 zum einen an einem Lager 15 gelagert, welches an einem Gehäuse 21 ausgebildet ist, und zum anderen an einem Lager 14 gelagert, welches am Abtriebsmechanismus 3 ausgebildet ist. Durch die Lagerung 14 ist der Abtriebsmechanismus 2 somit auch drehbar um die Eintriebswelle 4 gelagert.
Weiterhin ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, am Nockenrad 11 eine Nockenradmitnehmernase 20 ausgebildet, welche in Kontakt mit der Mitnehmernase 19 des Eintriebsmechanismus 2 kommt, so dass sich bei Kontakt zwischen diesen beiden Teilen das Nockenrad 11 gemeinsam mit der Eintriebswelle 4 dreht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist dabei im Ausgangszustand die Mitnehmernase 19 in Umfangsrichtung von der Nockenradmitnehmernase 20 versetzt angeordnet, so dass bei Beginn der Drehung der Eintriebswelle 4 das Nockenrad 11 nicht sofort mitgedreht wird, sondern erst nach Drehung der Eintriebswelle 4 um einen vorbestimmten Winkel α. Somit ist das Nockenrad 11 drehbar und verschiebbar auf der Welle 4 gelagert.
Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 6 erkennbar ist, ist die Spiralfeder 9 zwischen der Eintriebswelle 4 und dem Nockenrad 11 derart angeordnet, dass sie sich bei einer Relativdrehung zwischen der Eintriebswelle 4 und dem Nockenrad 11 vorspannt und dabei eine Zugkraft aufbaut.
Weiterhin ist das Nockenrad 11 derart aufgebaut, dass es einen oder mehrere Nocken mit auflaufender und ablaufender Flanke 12, 13 sowie ein Zwischenplateau aufweist. Es sei angemerkt, dass dabei die Anzahl der Nocken von der Anzahl der Verdrängerstifte 18 am Klauenrad 7, die verdrängt werden sollen, abhängig ist. Die Nocken können dabei individuell definiert werden, insbesondere in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel zwischen dem Eintrieb bis zum Mitnahmepunkt, von der Verdrängerstiftfestigkeit, von Symmetrieanforderungen, von Abmessungen und von Einbauverhältnissen.
Nachfolgend wird die Funktion der Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Beim Antreiben eines mit der Eintriebswelle 4 verbundenen Elektromotors (nicht dargestellt) wird die Welle 4 gedreht. Dadurch drehen sich auch die an der Welle 4 angeordneten Mitnehmernasen 19. Ebenso dreht sich die fest auf der Welle angeordnete Andrückscheibe 6 gemeinsam mit der Eintriebswelle 4. Da das Nockenrad 11 noch stillsteht, wird die zwischen dem Nockenrad 11 und der Eintriebswelle 4 angeordnete Spiralfeder 9 vorgespannt, bis die Mitnehmernasen 19 an die Nockenradmitnehmernasen 20 anstoßen. Wie in Fig. 1 gezeigt, muss dazu die Welle 4 den Drehwinkel α überwinden. Nach Eingriff der Mitnehmernasen 19 mit den Nockenradmitnehmernasen 20 wird das Nockenrad mit der Eintriebswelle 4 mitgedreht.
Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist, dass beim Drehen der Eintriebswelle 4 die Spiralfeder 9 zunächst so weit gespannt wird, dass die dabei aufgebauten Mitnahmekräfte zwischen der Eintriebswelle 4 und dem Nockenrad 11 ausreichen, um das Nockenrad 11 mitzunehmen, ohne dass die Mitnehmernasen 19, 20 in Eingriff sind. Die oben erläuterten Mitnahmekräfte sind dabei abhängig von der Reibung zwischen der Eintriebswelle 4 und dem Nockenrad 11, von Haftkräften von den Verdrängerstiften 18 auf der auflaufenden bzw. ablaufenden Nockenflanke 12, 13 und der Nockenradträgheit. Bei hohen Haftkräften des drehbar und schiebbar auf der Eintriebswelle 4 gelagerten Nockenrades 11 dreht sich die Eintriebswelle 4 so weit, bis die Mitnehmernasen 19, 20 des Nockenrades bzw. der Eintriebswelle miteinander in Eingriff kommen, wobei die Spiralfeder 9 voll gespannt wird.
Wenn das Nockenrad 11 nun von der Eintriebswelle 4 mitgenommen wird, dreht es so, dass durch die auflaufenden Nockenflanken 12 auf dem Nockenrad 11 die durch das trommelförmige Abtriebselement 10 in Bohrungen 22 axial verschiebbar angeordneten Verdrängerstifte 18, 18' axial verschoben werden. Da die Verdrängerstifte 18, 18' unmittelbar mit dem Klauenrad 7 (zweites Kupplungselement) einstückig gebildet sind, wird somit das Klauenrad 7 in Axialrichtung in Richtung der ortsfest auf der Eintriebswelle 4 angeordneten Andrückscheibe 6 verschoben. Die auflaufenden Nockenflanken 12 verschieben die Verdrängerstifte 18, 18' so weit in Axialrichtung, bis das Klauenrad 7 vollständig mit der Andrückscheibe 6 in Eingriff kommt. Genauer kommen die Verzahnungen 16 der Andrückscheibe 6 und die Verzahnungen 17 des Klauenrades 7 miteinander in Eingriff.
Während des Verschiebens des Klauenrades 7 in Axialrichtung müssen dabei die durch die Schraubenfeder 8 bereitgestellten Federkräfte überwunden werden. Somit ist im oben erläuterten Zustand die Eintriebswelle 4 über die Verzahnungen 16, 17 und die in den Bohrungen 22 angeordneten Verdrängerstifte 18, 18' des Klauenrades 7 drehfest mit dem trommelförmigen Abtriebselement 10 verbunden. Somit sind der Eintrieb und der Abtrieb der Kupplung miteinander gekuppelt und die Abtriebswelle 5 wird von dem Elektromotor mitgedreht. Zum besseren Verständnis sei nochmals angemerkt, dass in den Fig. 3 und 4 der eingekuppelte Zustand der Kupplung dargestellt ist, wohingegen in den Fig. 1, 5 und 6 der ausgekuppelte Zustand der Kupplung gezeigt ist.
Wird der Elektromotor abgeschaltet, so dass an der Eintriebswelle 4 kein Drehmoment mehr anliegt, verdreht sich aufgrund eines Entspannungsvorgangs der zu Beginn der Drehmomentübertragung gespannten Spiralfeder 9 das Nockenrad 11 relativ gegenüber der Eintriebswelle 4, wobei gleichzeitig durch Entspannung der Schraubenfeder 8 die Verdrängerstifte 18, 18' an der ablaufenden Flanke 13 des Nockenrades 11 anliegen. Durch diesen Vorgang wird die Kupplung 1 wieder automatisch außer Eingriff gebracht, sobald kein Drehmoment an der Eintriebswelle 4 anliegt. Mit anderen Worten laufen die Verdrängerstifte 18, 18' des Klauenrades 7 an der ablaufenden Nockenflanke 13 herunter, so dass das Klauenrad 7 und die Andrückscheibe 6 außer Eingriff gebracht werden, wobei die Schraubenfeder 8 zusätzlich noch die Drehung des Nockenrades 11 unterstützt. Somit werden der Eintrieb und der Abtrieb automatisch voneinander entkoppelt und der Abtrieb ist frei und unabhängig vom Eintrieb drehbar. Die Spiralfeder 9 wird wieder vollständig entspannt und das Nockenrad 11 ist bei einem erneuten Anliegen eines Drehmoments an der Eintriebswelle 4 bereit, den Eintrieb automatisch mit dem Abtrieb zu kuppeln, indem die Verdrängerstifte 18, 18' wieder beim erneuten Drehen der Nockenscheibe 11 auf die auflaufende Nocke 12 geschoben werden.
Somit kann erfindungsgemäß eine automatische, eingangsdrehmomentabhängige Kupplung bereitgestellt werden, deren Abtrieb nur bei Anliegen eines Drehmoments am Kupplungseintrieb 4 automatisch eingekuppelt wird und bei Nichtvorhandensein eines Drehmoments an der Eintriebswelle automatisch ausgekuppelt wird. Die erfindungsgemäße, mechanische, automatische Ein- bzw. Entkopplung zwischen Antrieb und Abtrieb kann dabei besonders kostengünstig und mit einer geringen Anzahl von Teilen, bei einem besonders kompakten Aufbau bereitgestellt werden. Hierbei sind erfindungsgemäß weder eine aufwendige Sensorik noch eine aufwendige Ansteuer- bzw. Auswertelektronik notwendig.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei werden im zweiten Ausführungsbeispiel für gleiche bzw. funktional gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
Wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist, wird an Stelle des Nockenrades 11 des ersten Ausführungsbeispiels eine Nockenwalze 28 verwendet. Dabei ist im Unterschied zum Nockenrad in der Nockenwalze 28 eine krummlinige Nut 24 vorgesehen, welche bei Drehung der Nockenwalze 28 die Axialbewegung der Verdrängerstifte 18, 18' bzw. des Klauenrades 7 vorgibt. Wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist hierzu an den Verdrängerstiften 18, 18' jeweils ein Führungselement 25, 25' ausgebildet, welches vorstehend in der Nockennut 24 angeordnet ist.
Es sei angemerkt, dass die Funktion der Kupplung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels ist, nur dass die Axialverschiebung der Verdrängerstifte 18, 18' nicht mehr unmittelbar an einer Nockenflanke, sondern über die Führungselemente 25, 25' und die Nut 24 in der Nockenwalze 28 erfolgt.
Durch die Verwendung der Nockenwalze 28 mit dem in der Nut 24 angeordneten Führungselement 25, 25' wird das Klauenrad 7 sowohl beim Einkuppeln als auch beim Auskuppeln zwangsgeführt. Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel auf die Andrückfeder verzichtet werden, da die Rückstellung bei Nichtanliegen eines Drehmoments an der Eintriebswelle 4 durch die Zwangssteuerung mittels der Nut 24 erfolgt, wenn sich die Spiralfeder 9 entspannt. Weiterhin kann der Außendurchmesser dieser konstruktiven Ausführung gegenüber der Nockenradvariante des ersten Ausführungsbeispiels einen geringeren Außendurchmesser aufweisen.
Es sei angemerkt, dass an Stelle der Spiralfeder 9 auch nur eine zwischen den Kupplungselementen 16, 17 angeordnete Feder verwendet werden kann. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 eine Kupplung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Wie insbesondere aus Fig. 10 ersichtlich ist, ist bei der Kupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel keine Abtriebswelle 5 mehr vorgesehen, sondern der Abtrieb erfolgt am Außenmantel des trommelförmigen Abtriebselements 10 mittels einer Außenverzahnung 26. Weiterhin ist der Abtriebsmechanismus 3 in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführt und umfasst die Außenverzahnung 26, das trommelförmige Abtriebselement 10, eine unmittelbar an der zur Andrückscheibe 6 gerichteten Stirnseite des trommelförmigen Abtriebselements 10 angeordnete Verzahnung 17 und ein am inneren Umfang des trommelförmigen Abtriebselements 10 angeordnetes Führungselement 27 (vgl. Fig. 10). Im dritten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement 27 in einer Nockennut 24 angeordnet, welche in einer Nockenwalze 28 vorgesehen ist. Bei dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel kann somit das Drehmoment unmittelbar an der Außenverzahnung 26 abgenommen werden. Während des Eingriffs zwischen der Verzahnung 17 und der Verzahnung 16 wird dabei der gesamt Abtriebsmechanismus 3 in Axialrichtung auf die Andrückscheibe 6 bewegt, bis die beiden Verzahnungen 16 und 17 miteinander in Eingriff getreten sind und das Eintriebsdrehmoment von der Eintriebswelle 4 unmittelbar auf die Außenverzahnung 26 übertragen wird.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird zwar im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der gesamte Abtriebsmechanismus 3 in Pfeilrichtung R bewegt, jedoch weist das dritte Ausführungsbeispiel eine minimale Anzahl von Teilen auf, so dass es besonders montagefreundlich und kostengünstig hergestellt werden kann. Wie weiterhin aus Fig. 10 ersichtlich ist, dient der Abtriebsmechanismus 3 auch gleichzeitig noch zur Bereitstellung des Lagers 14 zur Lagerung der Eintriebswelle 4.
Ansonsten entspricht insbesondere die Funktion des dritten Ausführungsbeispiels den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf eine eingehende Beschreibung verzichtet werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 eine Kupplung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel, nur dass an Stelle der Abgabe des übertragenen Drehmoments über die Außenverzahnung 26 das übertragene Drehmoment an einer Abtriebswelle 5 abgegeben wird. Wie in den Fig. 11 und 12 durch einen Pfeil R angedeutet, wird beim vierten Ausführungsbeispiel während des Eingreifens bzw. Außereingriffbringens der Kupplung die Abtriebswelle 5 in Axialrichtung bewegt. Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, ist hierbei die Abtriebswelle 5 ebenfalls einstückig mit dem trommelförmigen Abtriebselement 10, der Verzahnung 17 sowie dem Führungselement 27 gebildet. Dadurch kann dieses Ausführungsbeispiel besonders kostengünstig bereitgestellt werden.
Weiterhin sei angemerkt, dass selbstverständlich die Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise kombiniert werden können, insbesondere das dritte und vierte Ausführungsbeispiel, so dass ein Drehmoment sowohl an einer Abtriebswelle 5 als auch an einer Außenverzahnung 26 abgegeben werden könnte.
Allgemein wird die in den obigen Ausführungsbeispielen beschriebene erfindungsgemäße Kupplung insbesondere bei sogenannten Shift-by-wire-Anwendungen eingesetzt. Dabei weist die erfindungsgemäße Kupplung ein besonders geringes Gewicht und einen sehr einfachen und kompakten Aufbau auf und kann deutlich kostengünstiger als im Vergleich mit dem Stand der Technik bereitgestellt werden.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine automatische, eingangsdrehmomentabhängige Kupplung, die in Abhängigkeit von einem anliegenden Drehmoment ein- bzw. auskuppeln kann. Die Kupplung umfasst einen Eintriebsmechanismus 2 mit einem Eintriebselement 4 und einen Abtriebsmechanismus 3 mit einem Abtriebselement 5. Das Eintriebselement 4 bzw. das Abtriebselement 5 stehen jeweils mit einem ersten Kupplungselement 6, 16 bzw. einem zweiten Kupplungselement 7, 17 in Verbindung. Weiterhin ist wenigstens ein elastisches Element 8, 9, z. B. ein Federelement oder ein Gummielement, und eine mechanische Zwangssteuerung vorgesehen. Bei Anliegen eines Eingangsdrehmoments an dem Eintriebselement 4 werden das erste und das zweite Kupplungselement miteinander in Eingriff gebracht und das elastische Element 8, 9 vorgespannt. Die ersten und zweiten Kupplungselemente können dabei durch Rückstellung des vorgespannten elastischen Element 8, 9 außer Eingriff gebracht werden, sobald kein Eingangsdrehmoment mehr an dem Eintriebselement 4 anliegt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen.

Claims

1. Kupplung, welche in Abhängigkeit von einem anliegenden Drehmoment automatisch in Eingriff bzw. außer Eingriff bringbar ist, umfassend einen Eintriebsmechanismus (2) mit einem Eintriebselement (4), einen Abtriebsmechanismus (3) mit einem Abtriebselement (5), ein erstes mit dem Eintriebselement (4) in Verbindung stehendes Kupplungselement (6, 16), ein zweites mit dem Abtriebselement (5) in Verbindung stehendes Kupplungselement (7, 17), wenigstens ein elastisches Element (8, 9) und eine mechanische Zwangssteuerung (11; 28), um bei Anliegen eines Eingangsdrehmoments an dem Eingangselement (4) das erste und das zweite Kupplungselement miteinander in Eingriff zu bringen und das elastische Element (8, 9) vorzuspannen, wobei das erste und zweite Kupplungselement durch Rückstellung des vorgespannten elastischen Elements (8, 9) außer Eingriff bringbar ist, wenn kein Eingangsdrehmoment an dem Eintriebselement (4) anliegt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement (6, 7) eine formschlüssige Verbindung für den Kupplungseingriff ausgebildet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung als Mitnahmeverzahnung (16, 17) ausgebildet ist.

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsmechanismus (3) ein trommelförmiges Element (10) umfasst, in welchem die mechanische Zwangssteuerung (11) angeordnet ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (7) unmittelbar einstückig mit dem Abtriebselement (5) ausgebildet ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (7) als separates Bauteil ausgebildet ist.

7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung als Nockensteuerung ausgebildet ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockensteuerung ein Nockenrad (11) und einen Verdrängerstift (18) umfasst.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrad (11) über ein Mitnehmerelement (19) bei Drehung des Eintriebselements (4) erst nach Drehung um einen gewissen Drehwinkel (a) mitgenommen wird.

10. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung einseitig oder zweiseitig ausgebildet ist.

11. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockensteuerung eine Nockenwalze (28) mit einem Führungskanal (24) umfasst.

12. Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungskanal (24) ein Führungselement (27) eingreift, welches einstückig am trommelförmigen Element (10) ausgebildet ist, oder ein Führungselement (25) eingreift, welches einstückig am Verdrängerstift (18, 18') ausgebildet ist.

13. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement (6, 7) ein erstes elastisches Element (8) und zwischen dem Eintriebselement (4) und der mechanischen Zwangssteuerung (11) ein zweites elastisches Element (9) angeordnet ist.

14. Kupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elastisches Element (8) als Schraubenfeder ausgebildet ist und das zweite elastisches Element (9) als Spiralfeder ausgebildet ist.

15. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Abtriebsmechanismus (3) eine Verzahnung (26) ausgebildet ist, um das Drehmoment abzugehen.

16. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (5) als Abtriebswelle und das Eintriebselement (4) als Eintriebswelle ausgebildet sind.

17. Kupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintriebswelle (4) im Abtriebsmechanismus (3) gelagert ist.

18. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Eintriebselements (4) mittels eines Elektromotors erfolgt.

19. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antrieb und dem Eintriebsmechanismus (2) ein Zwischengetriebe geschaltet ist.