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Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, bei der wenigstens ein drehbeweglich auf einer Welle
gelagertes Zahnrad mit gesteuerten Mitteln verbunden ist, um die
Welle und das Zahnrad drehfest zu verbinden, wobei diese Mittel
wenigstens einen einseitig gerichteten Sperrmechanismus, der zwischen
der Welle und dem Zahnrad gelagert ist, und Antriebsmittel zum Antrieb
dieses Mechanismus umfassen.
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In den Patentanmeldungen FR0002482
und FR0003491 der Anmelderin ist bereits eine automatisierte Kraftübertragung
mit Zahnradgetriebe für Kraftfahrzeuge
vorgeschlagen worden, die zwei Kupplungen, welche die Ausgangswelle
eines Verbrennungsmotors mit zwei Eingangswellen der Kraftübertragung
verbinden, auf diesen Eingangswellen gelagerte treibende Zahnräder und
auf der Ausgangswelle der Kraftübertragung
gelagerte getriebene Zahnräder
umfasst, die sich mit den treibenden Zahnrädern im Eingriff befinden und
zusammen mit ihnen Getriebe gänge
definieren, wobei eines der Zahnräder jedes Getriebegangs drehfest
mit seiner Welle verbunden und das andere drehbeweglich auf seiner
Welle gelagert und mit gesteuerten Mitteln zur festen Verbindung
mit seiner Welle verbunden ist, um einen entsprechenden Getriebegang
einzulegen.
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Die mit jedem drehbeweglichen Zahnrad
verbundenen Mittel zur festen Verbindung umfassen zwei Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre, die in entgegengesetzten Richtungen
zwischen dem drehbeweglichen Zahnrad und seiner Welle gelagert sind,
und Antriebsmittel zum Antrieb dieser Mechanismen, die es ermöglichen,
sie wahlweise aktiv oder inaktiv zu schalten.
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In einer Ausführungsart dieser Kraftübertragung
sind die Sperrmechanismen zur einseitig gerichteten Sperre auf den
Flanken der drehbeweglichen Zahnräder angeordnet, und sie umfassen
Sperrorgane, wie etwa Sperrklinken, die mit Rückstellfedern und mit Druckstücken verbunden
sind, um mit Zahnungen in Eingriff zu kommen, die auf den Flanken
der drehbeweglichen Zahnräder
ausgebildet sind, und um sich von diesen Zahnrädern zu entfernen. Nocken,
die beispielsweise im Innern der die drehbeweglichen Zahnräder tragenden
Welle angebracht sind, sind durch eine axiale Stange mit einer Antriebseinrichtung
verbunden und können
auf die Druckstücke
einwirken, um die Sperrklinken mit den Zahnungen der Flanken der
Zahnräder
in Eingriff zu bringen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Verbesserungen der Kraftübertragungen der vorgenannten
Art, um einerseits ihre Funktionsweise zu optimieren und ihre Zuverlässigkeit
zu erhöhen
und um andererseits ihre Montage zu vereinfachen und ihre Kosten
zu verringern. Sie kann außerdem
bei jeder Gangwechselvorrichtung in automatisierter oder nicht automatisierter
Ausführung
mit Einfach- oder Doppelkupplung zur Anwendung kommen.
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Dazu schlägt sie eine Kraftübertragungsvorrichtung,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, vor, mit wenigstens einem drehbeweglich auf einer
Welle gelagerten Zahnrad und gesteuerten Mitteln, um die Welle und
das Zahnrad drehfest zu verbinden, wobei diese Mittel zwei Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre umfassen, die zwischen der Welle und
dem Zahnrad gelagert sind, um die Drehung des Zahnrads im Verhältnis zur
Welle in einer Richtung zu verhindern und diese Drehung in der anderen
Richtung zu ermöglichen,
und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mechanismen
einen Ring umfassen, der auf der Welle dem Zahnrad zugekehrt gelagert
und drehfest mit der Welle verbunden ist, sowie wenigstens zwei
Sperrklappen, die auf einer radialen Fläche des Rings in entgegengesetzten
Richtungen schwenkbar um in etwa radiale Achsen zwischen einer Ruheposition
und einer Sperrposition gelagert sind, Mittel, die auf einer der besagten
radialen Fläche
des Rings zugekehrten radialen Fläche des Zahnrads oder auf einem
angefügten
Teil ausgebildet sind, das fest mit dem Zahnrad verbunden ist, um
anschlagmäßig für eine erste Drehrichtung
des Zahnrads im Verhältnis
zur Achse mit einer ersten Sperrklappe zusammenzuwirken, wenn sich
diese in der Sperrposition befindet, und für die andere Drehrichtung des
Zahnrads im Verhältnis zum
Ring mit einer zweiten Sperrklappe zusammenzuwirken, wenn sich diese
in der Sperrposition befindet, erste Mittel, um die besagte erste
Sperrklappe zwischen ihren Sperr- und Ruhepositionen zu verstellen,
und zweite Mittel, um die besagte zweite Sperrklappe zwischen ihren
Sperr- und Ruhepositionen zu verstellen, wobei die ersten und die
zweiten Mittel voneinander unabhängig
sind und die besagten ersten und zweiten Sperrklappen gleichzeitig
in ihre Sperrposition verstellen können.
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Diese Mechanismen sind daher in Form
eines Rings ausgeführt,
der dem Zahnrad zugekehrt auf der besagten Welle gelagert ist und
der mit dieser Welle, beispielsweise durch formschlüssiges Zusammenwirken,
drehfest verbunden ist. Die Montage gestaltet sich einfach, da man
dazu nur das Zahnrad und den Ring nebeneinander auf der Welle anbringen
muss. Darüber
hinaus werden die Sperrklappen durch ihre radial schwenkbare Lagerung
unempfindlich gegenüber
den Fliehkrafteinwirkungen.
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Die Unabhängigkeit der Mittel zur Verstellung
der ersten und zweiten Sperrklappen zwischen ihren Ruhe- und Sperrpositionen
ermöglicht
es, das Zahnrad auf der Welle in beiden Drehrichtungen zu sperren
und es wahlweise in der einen und/oder in der anderen Drehrichtung
freizugeben.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist
ein ringförmiger
Deckel auf der besagten radialen Fläche des Rings befestigt, und
er umfasst ein Fenster oder einen Ausschnitt in Höhe jeder
Sperrklappe und Auflagemittel zur Auflage auf einem Teil der Sperrklappen,
wobei diese Auflagemittel die Schwenkachsen der Sperrklappen bilden
können.
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Außerdem beaufschlagen zwischen
den Sperrklappen und dem Ring gelagerte Rückstellfedern die Sperrklappen
ständig
zu ihrer Sperrposition hin.
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Wenn der Deckel auf dem Ring befestigt
ist, ermöglicht
er die Schwenkbewegung der Sperrklappen, wobei er das Austreten
dieser Sperrklappen und ihrer Rückstellfedern
verhindert. Die Baueinheit aus Ring, Sperrklappen, Rückstellfedern
und Deckel bildet ein Modul, das unabhängig zusammengebaut werden
kann und das anschließend
nur noch auf der das drehbewegliche Zahnrad tragenden Welle eingesetzt
werden muss.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind
zwei Teile drehbar auf dem Ring gelagert, die jeweils einen Finger
umfassen, der mit einer Sperrklappe zusammenwirkt, um sie von seiner
Sperrposition in seine Ruheposition zu verstellen.
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Diese beiden Teile sind vorteilhafterweise Scheiben,
die zwischen dem vorgenannten Ring und dem vorgenannten Deckel axial übereinander
angeordnet sind.
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Sie ermöglichen es, die Sperrklappen
in ihrer Ruheposition entgegen der auf die Sperrklappen durch ihre
Rückstellfedern
ausgeübten
Kraft zu halten, damit sich das Zahnrad frei in der einen und in der
anderen Richtung auf seiner Welle drehen kann. Jede Scheibe kann
mehrere Finger umfassen, die mit verschiedenen Sperrklappen zusammenwirken
und die gleichmäßig um die
Drehachse verteilt sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist
der vorgenannte Ring zwischen zwei drehbeweglichen Zahnrädern auf
der Welle gelagert, wobei seine beiden radialen Flächen vorgenannte
Sperrklappen zum Sperren jedes der Zahnräder in beiden Drehrichtungen
im Verhältnis
zueinander umfassen.
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Als Variante umfasst der Ring vorgenannte Sperrklappen
nur auf einer seiner radialen Flächen, wobei
er axial zwischen dem Zahnrad und einem ringförmigen Teil gelagert ist, das
auf dem Zahnrad befestigt ist und an der Führung des Zahnrads auf der
Welle mitwirkt.
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In einer Ausführungsart der Erfindung werden
die Scheiben drehend auf der Welle durch radiale Druckstücke, die
im Ring zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition
verstellbar geführt
sind, und durch Rückstellfedern
verstellt, die zwischen den Scheiben und auf dem Ring vorhandenen
Auflageflächen
gelagert sind.
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Es kann insbesondere mit jeder Scheibe
ein Druckstück,
das auf einen fest mit der Scheibe verbundenen Ansatz einwirkt,
um sie in einer Richtung im Verhältnis
zum Ring zu drehen, und eine Rückstellfeder
verbunden sein, die auf die Scheibe einwirkt, um sie in der anderen
Richtung zu drehen.
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Die Druckstücke, die auf die Scheiben der zwei
Sperrmechanismen zur einseitig gerichteten Sperre des Zahnrads einwirken,
erstrecken sich radial in Öffnungen
des Rings und der Welle, wobei Mittel zur radialen Verstellung der
Druckstücke
im Innern der Welle aufgenommen und im Verhältnis zur Welle axial verstellbar
sind.
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Als Variante umgibt wenigstens ein
ringförmiges
Teil außerhalb
der Welle den vorgenannten Ring und ist drehfest mit diesem verbunden,
wobei dieses ringförmige
Teil im Verhältnis
zu dem besagten Ring axial beweglich ist und Rampen umfasst, die
mit radial äußeren Ansätzen der
vorgenannten Scheiben zusammenwirken, um sie drehend zu verstellen,
wobei Mittel vorgesehen sind, um das besagte ringförmige Teil
in einer geradlinigen axialen Bewegung auf dem besagten Ring in
der einen und der anderen Richtung zu verstellen.
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Das Verständnis der Erfindung sowie weiterer
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung wird durch die
nachfolgende Beschreibung erleichtert, die als Beispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen angeführt
wird. Darin zeigen im einzelnen:
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1 eine
schematische Darstellung einer automatisierten Kraftübertragung
mit Rädergetriebe, bei
der die Erfindung anwendbar ist;
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2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips einer einseitig
gerichteten Sperre eines Zahnrads;
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3 eine
auseinandergezogene schematische Perspektivdarstellung einer Baueinheit
aus zwei erfindungsgemäßen Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre;
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4 eine
mit teilweisem Ausbruch ausgeführte,
auseinandergezogene perspektivische Ansicht zur Darstellung eines
Zahnrads, seiner Sperrmittel zur einseitig gerichteten Sperre und
seiner Drehwelle;
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5 eine
perspektivische Ansicht entsprechend Figur 4, die jedoch das Zahnrad
und seine Sperrmittel nach dem Einbau an der Drehwelle darstellt;
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6 eine
perspektivische Ansicht der Baueinheit der in vergrößertem Maßstab dargestellten Sperrmittel;
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7 eine
im Axialschnitt ausgeführte
schematische Teilansicht einer Ausführungsvariante der Erfindung;
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8 und 9 schematische Darstellungen
einer anderen Variante der Erfindung, wobei 9 eine abgewickelte Teilansicht eines
ringförmigen Teils
von 8 darstellt.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die schematisch eine
automatisierte Kraftübertragung
mit Rädergetriebe
für Kraftfahrzeuge
darstellt, welche die Ausgangswelle 10 eines Verbrennungsmotors
M mit einer Welle 12 verbindet, deren Aufgabe darin besteht,
die Antriebsräder
des Fahrzeugs über
ein Differential drehend anzutreiben.
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Die Kraftübertragung umfasst zwei Eingangswellen 14, 16,
die koaxial verlaufen, wobei sich die Welle 16 im Innern
der Welle 14 erstreckt, und die über Kupplungen E1 bzw. E2 mit
der Ausgangswelle 10 des Motors verbunden sind.
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Jede Eingangswelle 14, 16 trägt treibende Zahnräder 18 bzw. 20,
die mit ihrer Welle drehfest verbunden sind und die sich jeweils
mit einem getriebenen Zahnrad 22 bzw. 24 im Eingriff
befinden, wobei die im Eingriff befindlichen Zahnradpaare 18, 22 und 20, 24 Getriebegänge definieren,
die von 1 bis 6 numeriert sind, wobei sich die
treibenden Zahnräder der
Gänge 1, 3 und 5 auf
der ersten Eingangswelle 14 befinden, während die treibenden Zahnräder der Gänge 2, 4 und 6 auf
der zweiten Eingangswelle 16 angeordnet sind.
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Die getriebenen Zahnräder 22, 24 der
Getriebegänge
sind drehbeweglich auf der Welle 12 gelagert und mit Mitteln
zur wahlweisen festen Verbindung mit dieser Welle verbunden.
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Für
jedes getriebene Zahnrad umfassen diese Mittel zur festen Verbindung
zwei Sperrmechanismen 26 zur gesteuerten einseitig gerichteten
Sperre, die in entgegengesetzten Richtungen zwischen dem getriebenen
Zahnrad und der Welle 12 gelagert sind und die jeweils
eine Ruheposition und eine Betriebsposition einnehmen können, wobei
einer dieser Sperrmechanismen das getriebene Zahnrad daran hindert,
sich im Verhältnis
zur Welle 12 in einer ersten Richtung zu drehen, während er
seine Drehung im Verhältnis
zur Welle in der entgegengesetzten Richtung zulässt, wohingegen der andere
Sperrmechanismus die Drehung des getriebenen Zahnrads im Verhältnis zur
Welle 12 in der ersten Richtung zulässt und diese Drehung in der
entgegengesetzten Richtung verhindert.
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Die Antriebsmittel der Sperrmechanismen zur
einseitig gerichteten Sperre 26 sind in diesem Beispiel
im Innern der Welle 12 gelagert und umfassen zwei Nocken 28,
die auf einer axialen Stange 20 im Innern der Welle 12 angebracht
und durch diese Stange mit einer Antriebseinrichtung 32 verbunden sind,
die durch Regelungsmittel zur Regelung der Kraftübertragung gesteuert werden
und die außerdem
die Kupplungen E1 und E2 steuern und mit dem Steuersystem zur Steuerung
des Motors für
einen Informationsaustausch oder für entsprechende Einwirkungen
verbunden sind. Einer der Nocken 30 betätigt die Sperrmechanismen zur
einseitig gerichteten Sperre 26 der getriebenen Zahnräder der
Getriebegänge 1, 3 und 5,
während
der andere Nocken 28 die Sperrmechanismen 26 der
getriebenen Zahnräder der
anderen Getriebegänge 2, 4 und 6 betätigt. Wenn ein
Getriebegang eingelegt ist, befinden sich die beiden Sperrmechanismen 26 seines
getriebenen Zahnrads in der Betriebsposition, während sich die Sperrmechanismen 26 der
getriebenen Zahnräder der
anderen Getriebegänge
in der Ruheposition befinden.
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Um den Getriebegang zu wechseln,
müssen die
beiden Sperrmechanismen des getriebenen Zahnrads des eingelegten
Gangs und die beiden Sperrmechanismen des getriebenen Zahnrads des neuen
Getriebegangs betätigt
werden, um die ersten Mechanismen in die Ruheposition und die zweiten Mechanismen
in die Betriebsposition zu bringen, und zwar vorzugsweise ohne Unterbrechung
der Übertragung
des Antriebsdrehmoments an die Antriebsräder.
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Wie dies in den bereits erwähnten vorangehenden
Patentanmeldungen der Anmelderin beschrieben ist, müssen die
Kupplungen E1 und E2 nach einer bestimmten Abfolge von Vorgängen betätigt werden,
in deren Verlauf eine der Eingangswellen 14, 16 der
Kraftübertragung
kurzzeitig abgebremst werden kann.
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Die Betätigung der Kupplungen E1 und
E2 kann mittels einer einzigen Antriebseinrichtung 34 erfolgen,
die mittels einer Schwenkgabel 36 eine Antriebswelle 38 verstellt,
die koaxial zur ersten Eingangswelle 14 der Kraftübertragung
verläuft
und mit dieser drehfest verbunden ist.
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Die Gabel 36 ist mit einem
Ende der Antriebswelle 38 durch ein Wälzlager 40 verbunden, während das
gegenüberliegende
Ende der Welle 38 durch andere Wälzlager 44 bzw. 46 mit
Druckplatten 42 der Kupplungen E1 und E2 verbunden ist.
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Die beiden Kupplungen E1 und E2 sind fluchtend
angeordnet und einander zugekehrt, wobei sie in etwa den gleichen
Durchmesser aufweisen, aber in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet, und
ihre Druckplatten 42 sind benachbart und zum Ausrücken in
entgegengesetzten Richtungen verstellbar. Dadurch kann ein und dieselbe
Tellerfeder 48 zwischen den Druckplatten eingebaut sein,
um sie in der Einspannposition zu halten, wenn sich die Antriebseinrichtung 34 in
der Ruheposition befindet und wenn sie die Gabel 36 und
die Antriebswelle 38 in der in 1 dargestellten mittleren Position belässt.
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Wenn die Antriebseinrichtung 34 den
oberen Teil der Gabel 36 nach rechts in 1 verstellt, wird die Kupplung E1 gelöst, während die
Kupplung E2 eingespannt gehalten wird. Wenn umgekehrt die Antriebseinrichtung 34 das
obere Ende der Gabel 36 nach links in 1 verstellt, wird die Kupplung E1 eingespannt
gehalten, während
die Kupplung E2 geöffnet
wird.
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Die Antriebswelle 38, die
drehfest mit der ersten Eingangswelle 14 der Kraftübertragung
verbunden ist, wird keinem Drehmoment im Verhältnis zu dieser Welle ausgesetzt
und kann daher problemlos axial geradlinig durch die Öffnungen
des ringförmigen
Teils verstellt werden, das die Welle 14 mit den Reibungskupplungsscheiben
der Kupplung E1 verbindet.
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Außerdem ist festzustellen, dass
ein gemeinsamer Bremsmechanismus 50 gleichzeitig auf die beiden
Eingangswellen 14 und 16 einwirkt, wenn die Drehzahl
einer der Wellen verringert werden muss. Dabei wird natürlich die
Drehzahl der Eingangswelle, deren Kupplung E1 oder E2 gelöst ist,
verringert, wenn der Bremsmechanismus 50 betätigt wird,
wobei das an die Eingangswellen angelegte Bremsmoment deutlich niedriger
als das durch den Motor M gelieferte Drehmoment ausfällt und
gerade ausreicht, um die Welle 14 oder 16, die
drehbeweglich gelagert ist, abzubremsen.
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In 2 ist
das Prinzip eines Sperrmechanismus zur einseitig gerichteten Sperre 26 dargestellt,
der mit einem getriebenen Zahnrad 22 oder 24 verbunden
ist, um es bei einer gegebenen Drehrichtung wahlweise mit seiner
Welle 12 fest zu verbinden.
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Dieser mit dem getriebenen Zahnrad,
beispielsweise 22, verbundene Sperrmechanismus 26 verläuft koaxial
zum Zahnrad und umfasst im wesentlichen einen Ring 52,
der drehfest mit der Welle 12 verbunden ist und der auf
seiner radialen Fläche 54, die
sich gegenüber
einer entsprechenden radialen Fläche 56 des
Zahnrads 22 befindet, eine Sperrklappe 58 umfasst,
die in einer Austiefung 60 der radialen Fläche 54 aufgenommen
ist und um eine Achse 62, die in etwa radial im Verhältnis zur
Drehachse 64 des Rings 52 und des Zahnrads 22 verläuft, zwischen
einer in 2 mit durchgezogenen
Linien dargestellten Position und einer mit gestrichelten Linien
dargestellten Position schwenken kann, bei der es sich um eine Sperrposition
handelt.
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In dieser Position befindet sich
das Ende 66 der Sperrklappe, das der Schwenkachse 62 gegenüberliegt,
im Anschlag an einem Ende 68 einer Austiefung 70,
die in der radialen Fläche 56 des
Zahnrads 22 ausgebildet ist. In dieser Position der Sperrklappe 58 kann
sich das Zahnrad 22 im Verhältnis zum Ring 52 in
der durch den Pfeil 72 angegebenen Richtung um die Achse 64 drehen,
wohingegen es sich in der entgegengesetzten Richtung nicht um den
Ring 52 drehen kann.
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Die Sperrklappe 58 wird
ständig
zu ihrer Sperrposition hin durch eine Rückstellfeder 74 beaufschlagt,
die in einem Blindloch 76 aufgenommen ist, das in den Boden
der Austiefung 60 parallel zur Drehachse 64 eingearbeitet
ist.
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Wie dies im folgenden außerdem darzulegen sein
wird, besteht die Schwenkachse 62 der Sperrklappe 58 aus
einem oder mehreren Fingern 78 eines Deckels 80,
der die radiale Fläche 54 des
Rings 52 wenigstens teilweise bedeckt und an diesem Ring befestigt
ist, wobei der oder die Finger 78 des Deckels in Löcher oder
in eine radiale Nut 82 der freien Fläche der Sperrklappe 58 in
einem Abstand von der Rückstellfeder 74 eingesetzt
sind.
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Ein bewegliches Element 84 ist
verstellbar zwischen der radialen Fläche 54 des Rings 52 und dem
Deckel 80 geführt,
wie dies durch den Doppelpfeil angedeutet ist, um in eine Nut 86 der
freien Fläche
der Sperrklappe 52 einzugreifen und diese in ihre Ruheposition
zurückzubringen,
indem die Feder 74 zusammengedrückt wird, wie dies in 2 dargestellt ist. Dieses
bewegliche Element 84 wird durch eine Rück stellfeder zu seiner Eingriffsposition
an der Sperrklappe 58 beaufschlagt und ist in einer Freigabeposition
der Sperrklappe durch ein Antriebsorgan, wie etwa ein Druckstück oder
einen Außenring,
verstellbar, wie dies im folgenden eingehender zu beschreiben sein
wird.
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Der andere Sperrmechanismus zur einseitig gerichteten
Sperre 26, der mit dem Zahnrad 22 verbunden ist,
um es in der durch den Pfeil 72 angedeuteten Drehrichtung
fest mit seiner Welle zu verbinden, ist auf dem gleichen Ring 52 mittels
wenigstens einer anderen Sperrklappe 58 ausgebildet, die
umgekehrt zu der in 2 dargestellten
Sperrklappe gelagert ist, das heißt, dass die Positionen der
Drehachse und der Rückstellfeder
dieser anderen Sperrklappe im Verhältnis zu den in 2 dargestellten Positionen
umgekehrt sind und dass das freie Ende 66 dieser anderen
Sperrklappe am anderen Ende 68' der Austiefung 70 des
Zahnrads in der Sperrposition zum Anschlag kommen kann.
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Die beiden Sperrmechanismen zur einseitig gerichteten
Sperre 26, die mit dem getriebenen Zahnrad 22 verbunden
sind, sind daher auf der gleichen radialen Fläche des Rings 52 gelagert.
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Jeder dieser Sperrmechanismen kann
natürlich
mehrere Sperrklappen 58 umfassen, die gleichmäßig um die
Drehachse 64 verteilt sind, wobei die radiale Fläche 56 des
getriebenen Zahnrads eine Mehrzahl von gleichmäßig auf einem gleichen Kreis um
die Achse 64 verteilten Austiefungen 70 umfassen
kann. Die Sperrklappen 58 der beiden Sperrmechanismen zur
einseitig gerichteten Sperre befinden sich vorteilhafterweise auf
einem gleichen Kreis, wobei sich die Austiefungen 70, die
zu ihrer Aufnahme in der Sperrposition bestimmt sind, ebenfalls
auf einem gleichen auf die Achse 64 zentrierten Kreis befinden.
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Als Variante sind die Austiefungen 70 in
einem angefügten
Teil ausgebildet, das fest mit dem Zahnrad 22 verbunden
ist.
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Einer der Vorteile dieser Sperrmechanismen besteht
darin, dass die Verstellungen der Sperrklappen 58 zwischen
ihrer Ruheposition und ihrer Sperrposition parallel zur Drehachse 64 stattfinden
und dadurch gegenüber
den Fliehkräften
unempfindlich sind.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre besteht in ihrer ausgeprägten axialen
Kompaktheit.
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Da sich die beiden Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre eines Zahnrads auf der gleichen
radialen Fläche 54 des
Rings 52 befinden, kann zudem die andere radiale Fläche dieses
Rings die beiden Sperrmechanismen zur einseitig gerichteten Sperre
eines Zahnrads aufnehmen, das gegenüber dieser anderen radialen
Fläche
angeordnet ist. Dadurch kann ein zwischen zwei Zahnrädern gelagerter
Ring 52 die vier mit diesen Zahnrädern verbundenen einseitig
gerichteten Sperrmechanismen tragen, was sich im Hinblick auf den
axialen Bauraumbedarf sehr vorteilhaft auswirkt.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sperrmechanismen
besteht in ihrer großen
Einfachheit sowie in ihrer Zusammenbau- und Montagefreundlichkeit.
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Es folgt nun die Beschreibung einer
besonderen Ausführungsart
dieser Sperrmechanismen und ihrer Antriebsmittel unter Bezugnahme
auf die 3 bis 6.
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In 3 erkennt
man wiederum den Ring 52, dessen radiale Fläche 54 vier
Austiefungen 60 enthält,
die dazu bestimmt sind, jeweils eine Sperrklappe 58 aufzunehmen,
wobei zwei dieser Sperrklappen, die einander diametral gegenüberliegen,
einen Sperrmechanismus zur einseitig gerichteten Sperre eines Zahnrads
in einer Drehrichtung bilden, während
die zwei anderen diametral gegenüberliegenden
Sperr klappen 58 den anderen Sperrmechanismus zur einseitig
gerichteten Sperre des Zahnrads für die andere Drehrichtung bilden.
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Der Deckel 80, der dazu
bestimmt ist, die radiale Fläche 54 des
Rings 52 zu überdecken,
enthält vier Öffnungen
oder Fenster 88 für
den Durchgang der in den vorgenannten Austiefungen 60 des
Rings 52 aufgenommenen Sperrklappen 58. Ein radialer Rand
jedes Fensters 88 umfasst zwei Finger 78, die parallel
zur Drehachse um 90° nach
innen umgebogen und dazu bestimmt sind, in zwei entsprechend Austiefungen 82 einer
Sperrklappe 58 eingesetzt zu werden, um die Sperrklappe 58 in
der entsprechenden Austiefung 60 des Rings 52 zu
halten und um gegebenenfalls die Schwenkachse 62 dieser
Sperrklappe zu bilden, wobei diese Achse auch durch andere Mittel
gebildet werden kann.
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Die vorgenannten beweglichen Elemente, die
es ermöglichen,
die Sperrklappen 58 in ihre Ruheposition zu bringen, bestehen
aus zwei Scheiben 84, die zwischen der radialen Fläche 54 des
Rings 52 und dem Deckel 80 aufgenommen sind. In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Scheiben 84 axial übereinander angeordnet und
in einer Nut 92 mit entsprechender Form aufgenommen, die
in die radiale Fläche 54 des
Rings 52 eingearbeitet ist.
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Jede Scheibe 84 umfasst
zwei diametral gegenüberliegende
Finger 94, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und die
dazu bestimmt sind, in die Nuten 86 der Sperrklappen 58 einzugreifen,
um sie in ihre Ruheposition zu bringen.
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Darüber hinaus umfasst jede Scheibe 84 wenigstens
einen Ansatz 96, der sich von der Scheibe aus schräg nach außen erstreckt
und dessen Aufgabe darin besteht, mit einem radialen Druckstück 98 zusammenzuwirken,
um die Scheibe 84 um einen relativ kleinen Winkel im Verhältnis zur
Drehachse zu drehen.
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In diesem Zusammenhang ist darauf
hinzuweisen, dass die zwei Scheiben 84 symmetrisch ausgeführt und
im Verhältnis
zueinander umgekehrt in der Nut 92 der radialen Fläche 54 des
Rings 52 gelagert sind.
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Die Druckstücke 98 zur Betätigung dieser zwei
Scheiben 84 erstrecken sich radial einerseits in Öffnungen 100 der
zylindrischen Innenfläche
des Rings 52, die in der vorgenannten Nut 92 münden, und
andererseits in radialen Bohrungen 102 der rohrförmigen Welle 12,
wie dies in 4 dargestellt
ist.
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Diese beiden Druckstücke 98 sind
einander diametral gegenüberliegend
angeordnet und befinden sich in einer gleichen Querebene bezogen
auf die Drehachse. Die anderen beiden radialen Druckstücke 98,
die einander diametral gegenüberliegen und
sich senkrecht zu den vorgenannten Druckstücken 98 erstrecken,
sind im Verhältnis
zu letzteren axial versetzt und haben die Aufgabe, Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre zu betätigen, die auf der anderen
radialen Fläche
des Rings 52 gelagert sind.
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Die in die zylindrische Innenfläche des
Rings 52 eingearbeiteten Öffnungen 100 haben
vorzugsweise eine bestimmte axiale Abmessung, um den Einbau zu vereinfachen
und die Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen, und sie können an
der radialen Fläche 54 des
Rings münden,
wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist. Wenn der Ring 52 vier Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre trägt, münden zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 100 auf
einer radialen Fläche
dieses Rings, während
die beiden anderen diametral gegenüberliegenden Öffnungen 100 auf
der anderen radialen Fläche
des Rings münden.
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Die Druckstücke 98 werden durch
einen Nocken 104 mit zylindrischer Gesamtform betätigt, der im
Innern der Welle 12 axial verstellbar ist und der drehbeweglich
auf einem axialen Rohr 106 gelagert ist, von dem ein Ende
durch eine axiale Stange 30 mit der in 1 schematisch dargestellten Antriebseinrichtung 32 verbunden
ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel dreht sich der Nocken 104 zusammen
mit der Welle 12, während das
Rohr 106 drehfest gelagert ist.
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Die radial inneren Enden der Druckstücke 98 kommen
an Längsrampen 108 des
Nockens 104 zur Anlage, so dass die Druckstücke 98 radial
in der einen oder der anderen Richtung verstellt werden, wenn der
Nocken 104 in der einen oder der anderen Richtung im Innern
der Welle 12 verstellt wird. Die radiale Verstellung eines
Druckstücks 98 nach
außen bewirkt
eine begrenzte Drehung der Scheibe 84, deren Ansatz 96 sich
mit dem radial äußeren Ende
des Druckstücks 98 in
Kontakt befindet. Die Drehrichtung der Scheibe 84 wird
in 6 durch einen Pfeil 110 angegeben.
Diese Drehung ermöglicht
es den beiden Fingern 94 der Scheibe 84, aus den
Nuten 86 der Sperrklappen 58 auszutreten, die
dann durch ihre Rückstellfedern 74 in
ihre Sperrpositionen gebracht werden können.
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Wenn die axiale Verstellung des Nockens 104 in
der Welle 12 eine radiale Verstellung der Druckstücke 98 nach
innen ermöglicht,
drehen die mit den Scheiben 84 verbundenen Rückstellmittel diese
Scheiben in der Richtung, in der ihre Finger 94 in die
Nuten 86 der Sperrklappen 58 eingreifen, um diese
in die Ruheposition zu bringen. Diese Rückstellmittel sind beispielsweise
Federn, wie die in 2 bei 112 dargestellten
Federn, oder elastisch verformbare Zungen, die sich in der Nut 92 erstrecken
und die zum Beispiel auf dem ringförmigen Deckel 80 ausgebildet
sind.
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Die Funktionsweise dieser Sperrmechanismen
entspricht der Funktionsweise, die bereits in den vorgenannten früheren Patentanmeldungen
der Anmelderin beschrieben worden ist. Die zwei mit einem Zahnrad
verbundenen Sperrmechanismen werden jeweils durch ein Druckstück 98 betätigt. Wenn
sich die beiden Druckstücke
in einer radial inneren Position befinden, sind die zwei Sperrmechanismen
ausgeschaltet, so dass das Zahnrad drehbeweglich auf der Welle 12 gelagert
ist. Wenn eines der Druckstücke 98 durch
den Nocken 104 radial nach außen verstellt wird, wird der
entsprechende Sperrmechanismus eingeschaltet, und das Zahnrad kann
sich im Verhältnis
zur Welle 12 in einer einzigen Drehrichtung drehen. Wenn
beide Druckstücke 98 durch
den Nocken 104 radial nach außen verstellt worden sind, sind
beide Sperrmechanismen eingeschaltet, und das Zahnrad ist drehfest
mit der Welle 12 verbunden.
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Der die Sperrmechanismen tragende
Ring 52 ist durch jedes geeignete Mittel drehfest an der Welle 12 gelagert.
Dabei sind zum Beispiel Längsnuten
auf der zylindrischen Innenfläche
des Rings 52 ausgebildet, die mit entsprechenden Längsnuten
zusammenwirken, die auf der Welle 12 ausgebildet sind.
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Die axiale Position des Rings 52 auf
der Welle 12 wird vorzugsweise durch eine Schulter der
zylindrischen Außenfläche dieser
Welle bestimmt.
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Das axiale Spiel zwischen dem Zahnrad 22 und
dem Ring 52 fällt
gering aus (typischerweise einige Zehntel Millimeter).
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Die Montage und der Zusammenbau der
erfindungsgemäßen einseitig
gerichteten Sperrmechanismen gestalten sich überaus einfach:
Zunächst werden
die Sperrklappen 58 in die Austiefungen 60 des
Rings eingesetzt, wobei ihre Rückstellfedern 74 in
die Löcher 76 eingelegt
werden, woraufhin die Scheiben 84 angebracht werden und
der ringförmige
Deckel 80 auf der entsprechenden Seite des Rings 52 aufgesetzt
und durch jedes geeignete Mittel, beispielsweise durch Aufpressen
oder ähnliches,
daran befestigt wird.
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Für
die Anbringung an der Welle 12 werden die Zahnräder 22, 24 und
die Ringe 52 abwechselnd auf der Welle 12 aufgesteckt,
wobei sich die Druckstücke 98 vollständig im
Innern der Welle 12 befinden, wie dies in 4 dargestellt ist.
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Anschließend wird der Nocken 104 ins
Innere der Welle 12 geschoben. Das kegelstumpfartige Ende
des Nockens 104 verschiebt die Druckstücke 98 radial nach
außen,
woraufhin diese sich wieder auf den Rampen 108 absenken.
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Druckstücke 98, die
sich in radialer Anlage an den Rampen 108 des Nockens 104 befinden,
die drehfeste Verbindung des Nockens 104 mit der Welle 12 ermöglichen.
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Wie in 7 dargestellt,
umfasst als Variante jeder Ring 52 zwei Sperrmechanismen
zur einseitig gerichteten Sperre, die in entgegengesetzten Richtungen
auf nur einer seiner radialen Flächen
arbeiten, wobei er mit nur einem getriebenen Zahnrad 22 oder 24 verbunden
ist. In diesem Fall ist der Ring 52 zwischen dem Zahnrad 22 oder 24 und
einem ringförmigen
Teil 114 gelagert, das eine axiale Randleiste 116 zur
festen Verbindung mit dem Zahnrad umfasst und das an der Drehführung dieses
Zahnrads auf der Welle 12 mitwirkt. Auf der Welle sind
Abstandsringe 118 zwischen den Ringen 52 gelagert, wobei
sie die getriebenen Zahnräder 22 oder 24 und die
Teile 114 tragen.
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In einer anderen Ausführungsvariante,
die in den 8 und 9 dargestellt ist, sind die
Antriebsmittel der Sperrmechanismen zur einseitig gerichteten Sperre
nicht im Innern der Welle 12 gelagert, sondern sie sind
um die vorgenannten Ringe 52 herum angeordnet. Im Beispiel
der 8 und 9 trägt jeder Ring 52,
der auf der Welle 12 zwischen zwei getriebenen Zahnrädern 22 oder 24 gelagert
ist, zwei Sperrmechanismen zur einseitig gerichteten Sperre auf
jeder seiner radialen Flächen,
wobei er von zwei ringförmigen
Teilen 120 umgeben ist, deren Aufgabe darin besteht, die
Sperrmechanismen zu betätigen
und die jeweils drehfest mit dem Ring 52 verbunden und
an diesem axial geradlinig verstellbar sind, was beispielsweise
anhand einer (nicht dargestellten) Gabel erfolgt, die in eine Nut
oder Umfangsauskehlung 122 des entsprechenden ringförmigen Teils 120 eingesetzt
ist.
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Die Sperrmechanismen zur einseitig
gerichteten Sperre haben eine ähnliche
Struktur, wie sie in 3 dargestellt
ist, wobei jedoch die Scheiben 84, anstelle der mit den
Druckstücken 98 zusammenwirkenden
Ansätze 96,
mit radial nach außen
ausgerichteten Ansätzen
ausgebildet sind, die in 9 (bei
der es sich um eine abgewickelte Teilansicht eines ringförmigen Teils 120 handelt)
durch die Bezugsnummern 124 bezeichnet werden und deren
Enden in Nuten 126 geführt
sind, die in den zylindrischen Innenflächen der ringförmigen Teile 120 ausgebildet
sind und die eine teilweise zur Drehachse 64 parallele
Gesamtausrichtung aufweisen.
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Wie dies in 9 dargestellt ist, kann eine zusätzliche
Nut 128, die parallel zur Achse verläuft, in der zylindrischen Innenfläche jedes
ringförmigen Teils 120 ausgebildet
sein, um einen Vorsprung aufzunehmen, der auf einer entsprechenden
Fläche
des Rings 52 ausgebildet ist, wodurch eine drehfeste Verbindung
des Teils 120 und des Rings 52 ermöglicht wird,
während
gleichzeitig eine axiale Verstellung des Teils 120 um den
Ring 52 herum stattfinden kann.
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Jede Nut 126, die das Ende
eines radialen Ansatzes 124 eines Rings 84 aufnimmt,
umfasst zwei Teile 130, die parallel zur Achse verlaufen
und durch einen im Verhältnis
zur Achse schrägen
Teil 132 miteinander verbunden sind, wobei die Schrägteile 132 der
beiden Nuten 126 im Verhältnis zueinander axial versetzt
sind.
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Wenn unter diesen Bedingungen ein
ringförmiges
Teil 120 durch geradlinige axiale Verschiebung auf dem
Ring 52 zwischen den drei in 9 durch die
Nummern 0, 1 und 2 bezeichneten Positionen verstellt wird, dann
werden die Scheiben 84 wie folgt drehend um die Achse 64 verstellt:
- – Wenn
sich der Ring 52 im Verhältnis zu den Teilen 120 von
der Position 0 zur Position 1 bewegt, wird ein erster Ansatz 124 (der
obere Ansatz in 9) winklig
um die Drehachse verstellt, während
der andere Ansatz seine Winkelposition beibehält.
- – Wenn
der Ring 52 im Verhältnis
zum ringförmigen
Teil 120 von der Position 1 zur Position 2 verstellt wird,
dann behält
der Ansatz 124 der ersten Scheibe 84 seine Winkelposition
bei, während
der Ansatz 124 der anderen Scheibe 84 winklig
um die Achse 64 verstellt wird.
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Wenn daher das ringförmige Teil 122 zwischen
den Positionen 0 und 2 verstellt wird, dann ändern die zwei mit einem getriebenen
Zahnrad verbundenen einseitig gerichteten Sperrmechanismen ihren Zustand,
wobei das Zahnrad drehbeweglich auf der Welle 12 gelagert
ist, wenn es vorher drehfest mit dieser Welle verbunden war, und
umgekehrt.
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Die zwei ringförmigen Teile 120 können auf dem
Ring 52 durch geradlinige Verschiebung um zwei Schritte
in der gleichen Richtung zwischen der Position 0 und der Position
2 verstellbar sein, und umgekehrt, oder die beiden Teile 120 können um
einen Schritt auf einer und auf der anderen Seite von der mittleren
Position 1 aus verstellbar sein.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragung zwischen
einem Zahnrad (22), das drehbeweglich um eine Welle gelagert
ist, und einem gesteuerten Sperrmechanismus zur einseitig gerichteten
Sperre (26), um das Zahnrad (22) und seine Welle
in einer Drehrichtung drehfest zu verbinden, wobei dieser Mechanismus
einen Ring (52) umfasst, der drehfest mit der Welle verbunden
ist und auf einer radialen Fläche
(54) wenigstens zwei Sperrklappen (58) umfasst,
die schwenkbar um radiale Achsen (62) zwischen Ruhepositionen
und Sperrpositionen am Zahnrad gelagert sind, in denen sie die Drehung
des Zahnrads im Verhältnis
zur Welle verhindern. Die Erfindung kommt insbesondere bei (4)