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Diese
Erfindung betrifft Freilaufdrehmoment-Übertragungsmechanismen zur
Verwendung mit einer Vorrichtung zur Umwandlung von Drehmoment in
Schub bzw. einer Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung.
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Freilaufdrehmoment-Übertragungsmechanismen
oder mechanische Dioden sind im Allgemeinen vom Typ eines Bolzens,
eines Zylinders oder einer Strebe und sind entworfen, um ein Überholen
zwischen zwei Elementen in einer Betriebsrichtung zu vermeiden,
während
sie ein Überholen
eines Elements in der entgegengesetzten Richtung zulassen. Diese
Einrichtungen können
entweder Drehmoment übertragende
Mechanismen vom Rotationstyp sein oder Drehmoment übertragende
Mechanismen, die einen feststehenden Betrieb vorsehen, wie beispielsweise
eine Bremse. Diese Freilaufeinrichtungen haben bei Lastschaltgetrieben
eine häufige
Anwendung gefunden, bei denen es wünschenswert ist, mindestens
einen Gang herzustellen, so dass die Freilaufeinrichtung bei einem
Gangwechsel einfach überholt, wobei
eine Änderung
in dem Zahnradzug eines Lastschaltgetriebes zugelassen wird.
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Kürzlich wurde
vorgeschlagen, die Reibungseinrichtungen eines Lastschaltgetriebes
durch Drehmoment/Schub-Mechanismen zu betätigen. Typen von Drehmoment/Schub-Drehmomentübertragungsvorrichtungen
oder -mechanismen sind in der US-Veröffentlichung Nr. 2004-0099071,
veröffentlicht am
27. Mai 2004; in der US-Veröffentlichung
Nr. 2004-0112792,
veröffentlicht
am 17. Juni 2004; in der US Seriennummer 10/738,564, eingereicht
am 17. Dezember 2003; und in der US Seriennummer 10/946,759, eingereicht
am 22. September 2004, gezeigt. Jede dieser Patentanmeldungen ist
an die Inhaberin der vorliegenden Anmeldung übertragen.
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Bei
einer Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung in einer Automatikgetriebeanwendung
wird ein Elektromotor im Allgemeinen eingesetzt, um eine Antriebsdrehung
durch ein Drehelement vorzusehen, das mit einem linearen Schubelement über eine
Nockenanordnung in Wirkverbindung steht, so dass bei einer Drehung
des Elektromotors das lineare Element eine Einrückungskraft auf einen über Reibung
arbeitenden Drehmomentübertragungsmechanismus
wie beispielsweise eine Kupplung oder Bremse vorsieht. Um die Kupplung
oder Bremse in Eingriff zu halten, muss der Elektromotor mit Energie
beaufschlagt werden oder eine erhebliche Reibung muss in der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
aufgebaut werden.
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Die
vorliegende Erfindung strebt an, die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
durch Vorsehen eines Mechanismus zum Halten des Eingriffs des Drehmomentübertragungsmechanismus zu
verbessern, jedoch mit wenig Reibung bei dem Einrückungshub,
der die erforderte Motorgröße bestimmt.
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Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
mit einem Überholzustand
in einer Betriebsrichtung und einem Mechanismus zum beschränkten Halten
in der entgegengesetzten Richtung vorzusehen.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Reibungsmechanismus
zwischen einem Laufring des Drehmomentübertragungsmechanismus und
einem feststehenden Wandelement angeordnet.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der eine Laufring
der Freilaufeinrichtung in Ansprechen auf eine Schubkraft, mit der
ein Drehmoment/Schubmechanismus beaufschlagt wird, durch den Reibungsmechanismus
feststehend gehalten.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht die Freilaufeinrichtung
einen Antrieb mit einem niedrigen Widerstand in einer Drehrichtung
und einen Antrieb mit einem hohen Widerstand in der entgegengesetzten
Drehrichtung vor.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die
Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung eine über Reibung betätigte Freilaufeinrichtung,
um einen beschränkten
Haltekraftwert vorzusehen und somit die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
in einer betriebsbereiten Position zu halten.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben;
in dieser zeigt:
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1 einen
Aufriss im Schnitt eines Abschnitts einer Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung,
der die vorliegende Erfindung enthält;
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2 eine
weitere Ausführungsform,
die eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung zeigt,
die die vorliegende Erfindung einsetzt;
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3 wieder
eine andere Ausführungsform, die
die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung beschreibt, die die
vorliegende Erfindung einsetzt;
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4 eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
die vorliegende Erfindung einsetzt, und in welcher die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
einen Hydraulikmechanismus umfasst;
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5 eine
Reihe von Kurven, die ein Motordrehmoment mit einer Klemmlast in
Beziehung bringen, wobei einige der Betriebsmerkmale der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden.
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In 1 ist
eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung gezeigt, die im Allgemeinen mit 10 bezeichnet
ist. Die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 weist
einen Elektromotor 12 auf, der ein Antriebszahnrad 14 antreibt,
das mit einem Abtriebszahnrad 16 kämmt.
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Eine
linear bewegbare Schubplatte 18 ist treibend mit dem Zahnrad 16 durch
einen Nockenmechanismus 20 verbunden, der eine Oberfläche oder Bahn 22,
die an dem Abtriebszahnrad 16 ausgebildet ist, und eine
Oberfläche
oder Bahn 24 umfasst, die an der Schubplatte 18 ausgebildet
ist. Das Abtriebszahnrad 16 weist einen inneren Durchmesser 26 auf, der
drehbar durch ein Lager 30 an einer Oberfläche 28 befestigt
ist. Die Schubplatte 18 ist auf Anschlag mit einer Feder 32 angeordnet,
die eine Reibungsplatte 34 berührt, welche ein Element eines
Reibungsdrehmomentübertragungsmechanismus 36 ist.
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Der
Reibungsdrehmomentübertragungsmechanismus 36 umfasst
die Reibungsplatte 34 und Reibungsplatten 38,
die zwischen Reibungsplatten 40 in Eingriff stehen. Die
Reibungsplatten 34 und 38 sind über eine
Kerbverzahnung oder Keilnuten mit einem Gehäuse 42 verbunden,
und die Reibungsplatten 40 sind über eine Kerbverzahnung oder
Keilnuten mit einem Gehäuse 44 verbunden.
Die Reibungsplatten 34, 38 und 40 sowie
die Gehäuse 42 und 44 bilden
einen herkömmlichen
reibungsbetätigten
Drehmomentübertragungsmechanismus.
Die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 stellt die Einrückungskraft
bereit, die den Reibungseingriff zwischen den Platten 34, 38 und 40 erzeugt.
Diese Arten von Einrichtungen wurden in vorhergehenden Patentanmeldungen
offenbart.
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Das
Abtriebszahnrad 16 weist einen zylindrischen Abschnitt 46 auf,
der einen inneren Laufring für einen
Freilaufmechanismus oder eine mechanische Diode 48 bildet.
Der Freilaufmechanismus 48 weist einen äußeren Laufring 50 und
eine Vielzahl an Zylinder-, Bolzen- oder Strebenelementen 52 auf,
die zwischen dem inneren Laufring 46 und dem äußeren Laufring 50 angeordnet
sind.
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Ein
Drucklager 54 ist zwischen einer radialen Außenfläche 56 des
Abtriebzahnrads 16 angeordnet. Das Drucklager 54 ist
ein reibungsminderndes Lager, das einen sehr kleinen Widerstand
auf die relative Drehung zwischen der Außenfläche 56 und dem äußeren Laufring 50 ausübt.
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Eine
Reibungsplatte 58 ist zwischen dem äußeren Laufring 50 und
einer feststehenden Wand 60 angeordnet. Die Reibungsplatte 58 wird,
wenn der äußere Laufring 50 an
ihr anschlägt,
die Drehung des äußeren Laufrings 50 hemmen
oder blockieren. Wenn jedoch der äußere Laufring 50 festgehalten wird,
wird der innere Laufring 46, wie es bei Freilaufmechanis men
weithin bekannt ist, frei sein, um sich in eine Richtung zu drehen,
während
eine Drehung in die andere Richtung gebremst wird.
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Wenn
der Elektromotor 12 für
die Zahnräder 14 und 16 eine
Vorwärtsdrehung
vorsieht, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 36 durch eine
lineare Bewegung der Schubplatte 18 in Eingriff gelangen.
Der Schubkraft auf der Platte 18 wird durch das Zahnrad 16 auf
den äußeren Laufring 50 entgegengewirkt,
wobei ein Eingriff zwischen dem äußeren Laufring 50 und
der Reibungsplatte 58 erzwungen wird. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 36 vollständig in
Eingriff steht, kann die Energie von dem Elektromotor 12 weggenommen werden.
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In
einer gewöhnlichen
oder herkömmlichen Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
würde der
zwischen der Platte 18 und dem Zahnrad 16 aufgebrachte
Schub eine Rückwärtsdrehung
des Zahnrads 16 verursachen, wenn die Antriebskraft des
Elektromotors unterbrochen werden würde. Jedoch verhindert der
Freilaufmechanismus 48 durch die Arbeit des äußeren Laufrings 50 und
der Reibungsplatte 58 eine Rückwärtsdrehung des Zahnrads 16,
wodurch der Drehmomentübertragungsmechanismus 36 in
Eingriff gehalten wird.
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Die
Reibungseigenschaften zwischen dem äußeren Laufring 50 und
der Reibungsplatte 58 sind derart, dass der Elektromotor 12 bei
einer Rückwärtsdrehung
diese Reibungskraft überwinden
kann, wodurch das Zahnrad 16 in die entgegengesetzte Richtung
angetrieben wird, um ein Außereingrifftreten
des Drehmomentübertragungsmechanismus 36 zuzulassen.
Wenn das Zahnrad 16 in der Rückwärtsdrehung angetrieben wird,
reduziert sich die Schubkraft der Grenzfläche der Bahnen 22 und 24 entsprechend, wodurch
die Menge an bei dem Elektromotor 12 erforderlicher Energie
reduziert wird. Diese Kraftübertragung
ist in 5 gezeigt.
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Wenn
man in 5 eine reibungslose Position annimmt, würde die
gestrichelte Linie A sowohl das eingehende Motordrehmoment, das
benötigt wird,
als auch das ausgehende Motordrehmoment darstellen, das benötigt wird,
um die Klemmkraft oder Klemmlast, die auf der vertikalen Achse gezeigt
ist, zu liefern. Da Systeme jedoch nicht reibungslos sind, muss
das eingehende Motordrehmoment entlang der Linie B laufen oder sich
entlang dieser verschieben, was natürlich ein größeres Motordrehmoment
als die Idealsituation erfordert.
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Um
die Klemmlast zu lösen,
wäre in
einem herkömmlichen
Drehmoment/Schub-Umwandlungszustand ein Motordrehmoment entlang
der Linie C erforderlich. Somit kann die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
außer
Eingriff treten, es sei denn, in dem Motor wird eine Kraft gehalten.
Während
in dem System genügend
Reibung aufgebaut werden kann, erhöht es das Motordrehmoment stark. Die
Linie D stellt das Motordrehmoment dar, das erforderlich ist, um
genügend
Reibung bereitzustellen, so dass die Loslöselast für das Motordrehmoment der Linie
E folgt. Somit ist eine beträchtliche
Menge an Energie, die durch den Abstand F dargestellt ist, erforderlich,
um das Sperrmerkmal vorzusehen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung erhöht
sich das eingehende Motordrehmoment entlang der Linie B, was die
Reibung und die Klemmlast in dem System erfordern, und wenn die
gewünschte
Klemmlast und der umfasste Reibungsmechanismus erreicht sind, gelangen
der äußere Laufring 50 und
die Reibungsplatte 58 durch Umkehren der Drehrichtung in Eingriff.
Wenn der Reibungsmechanismus gedreht wird, um die Klemmlast zu entfernen,
kann Energie von dem Motor 12 weggenommen werden. Der Freilaufmechanismus 48 und
der Reibungsmechanismus werden durch Beaufschlagen des Motors 12 mit
Energie gelöst,
wenn in der umgekehr ten Richtung gewünscht wird, die Schublast der
Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 zu
reduzieren. Dies wird erfordern, dass ein Motordrehmoment bis zu
dem Punkt G erhöht
wird, bevor die Löselast
an der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 vorhanden
ist. Somit wird die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung in der
Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist, mit einem herkömmlichen Motordrehmoment eingerückt und
durch ein Umkehren des Motordrehmoments, das groß genug ist, um die Reibungsplatte 58 zu überwinden,
gelöst.
Es sollte jedoch klar sein, dass der Motor 12 nicht mit
Energie beaufschlagt werden muss, um die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 in dem
betätigten
Zustand zu halten.
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2 beschreibt
eine alternative Ausführungsform,
in der die Drehung des Zahnradelements 16A dazu dient,
auf eine der in 1 beschriebenen ähnliche
Weise eine Schubkraft an einer Schubplatte 18A bereitzustellen.
Das Zahnrad 16A weist eine zylindrische Oberfläche 80 auf,
die den äußeren Laufring
einer Freilaufeinrichtung oder mechanischen Diode 82 bildet.
Der innere Laufring der Freilaufeinrichtung 82 ist ein
zylindrisches Bauelement 84. Die Freilaufeinrichtung 82 weist
eine Vielzahl an Zylindern, Bolzen oder Streben 86 auf,
die zwischen dem äußeren Laufring 80 und
dem inneren Laufring 84 angeordnet sind. Der innere Laufring 84 ist
axial ausgerichtet, um an eine Reibungsplatte 88 anzuschlagen, die
durch ein Gehäuse 90 feststehend
gehalten wird.
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Wie
es bei der Einrichtung in 1 beschrieben
ist, erhöht
die Reibungsplatte 88 nicht die erforderliche Last des
Antriebs des Zahnrads 16A, da die Freilaufeinrichtung 82 überholen
kann, wodurch der Reibungseingriff des inneren Laufrings 84 mit
der Reibungsplatte 88 über
eine freie Drehung über
das Drucklager 89 umgangen wird. Wenn jedoch eine Schubkraft
auf die Platte 18A aufgebracht wird, gelangt die Reibungsplatte 88 in Eingriff,
so dass bei einem vollständigen
Eingriff eines zugehörigen
Drehmomentübertragungsmechanismus
die Reibungskraft an dem inneren Laufring 84 das Zahnrad 16A feststehend
halten wird, bis eine Antriebskraft von dem Elektromotor vorhanden
ist, um ein Außereingrifftreten
zu bewirken.
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In 3 ist
ein Drehmoment/Schub-Umwandlungsfreilaufmechanismus oder ein in
einer Richtung wirkender Drehmoment/Schub-Umwandlungsmechanismus 92 gezeigt.
Ein Zahnradelement 94 ist in Kombination mit einer Schubplatte 96 und
einem Nockenmechanismus 98 betreibbar, um eine Schubkraft
bereitzustellen und somit einen herkömmlichen reibungsbetätigten Drehmomentübertragungsmechanismus
in Eingriff zu bringen. Das Zahnradelement 94 weist eine
zylindrische Oberfläche 100 auf,
die den inneren Laufring eines Freilaufdrehmomentübertragungsmechanismus
oder einer mechanischen Diode 102 bildet. Ein zylindrischer Körper 104 bildet
den äußeren Laufring
des Drehmomentübertragungsmechanismus 102.
Ein Drucklager 106 stellt ein reibungsminderndes Element
zwischen dem Zahnradelement 94 und einem feststehenden Gehäuse 108 bereit.
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Eine
Bellville- oder Tellerfeder 110 ist zwischen einem Arretierring 112,
der an dem Gehäuse 108 befestigt
ist, und einem Arretierring 114, der an dem äußeren Laufring 104 befestigt
ist, angeordnet. Die Feder 110 zwingt den äußeren Laufring 104 nach links
in Eingriff mit einem Reibungselement oder einer Reibungsplatte 116.
Die Feder 110 stellt daher die axiale Kraft, die erforderlich
ist, um die Reibungsplatte 116 in Eingriff zu bringen,
bereit. Dies würde eine
konstante Kraft an der Reibungsgrenzfläche zwischen dem äußeren Laufring 104 und
der Reibungsplatte 116 liefern.
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Die
Vorwärtsdrehung
des Zahnrads 94 wird durch diese konstante Reibungskraft
nicht blockiert, da das Drucklager 106 und Freilaufzylinder,
-bolzen oder -streben 118 in dieser Drehrichtung im Wesentlichen
reibungslose Lager sind. Jedoch muss bei der Rückwärtsdrehung des Zahnrads 94 dem
System ausreichend Energie zugeführt
werden, so dass der Punkt G in der Kurve, die in 5 gezeigt
ist, erreicht wird. Die erforderliche Antriebslast wäre in dieser
Situation jedoch entlang der Linie H konstant, da die Reibungskraft
nicht mit der Schubkraft zwischen dem Zahnrad 94 und der
Schubplatte 96 in Beziehung steht.
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In 4 ist
eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 200 gezeigt.
Dieser Mechanismus umfasst einen Elektromotor 202 mit einem
Stator 204 und einem Rotor 206. Der Rotor 206 treibt eine
Hohlwelle 208 an, auf der eine Rollenschraube oder Wälzspindel 210 ausgebildet
ist. Die Rollenschraube 210 treibt ein Abtriebselement 212 in
einer linearen Richtung relativ zu der Drehung des Rotors- 206 an.
Das Element 212 umfasst einen Hauptzylinder 213 mit
einem Kolben 214, der in einem Zylinder 216 verschiebbar
angeordnet ist. Der Zylinder 216 steht mit einem Behälter 218 über einen
Durchgang 220 und mit einer Ausgangs- oder Auslassöffnung 222 über einen
Durchgang 224 in einer Fluidverbindung.
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Wenn
der Kolben 214 vollständig
eingefahren ist, wie es in 4 gezeigt
ist, ist der Durchgang 220 offen gehalten. Wenn der Kolben 214 nach rechts
in den Zylinder 216 getrieben ist, ist der Durchgang 220 geschlossen
und ein Fluid in dem Zylinder 216 wird durch die Auslassöffnung 222 zu
einem Durchgang 226 getrieben oder gepumpt, der mit einer
Kammer 228 verbunden ist, die benachbart zu einem Nebenzylinder 230 angeordnet
ist. Der Nebenzylinder 230 bewegt sich axial, um mit einer
Einrückfeder 232 in
Eingriff zu gelangen, die ein Element eines herkömmlichen reibungsbetätigten Drehmomentübertragungsmechanismus 234 ist.
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Dem
Druck, der in der Kammer 216 erzeugt wird, um einen Eingriff
des Drehmomentübertragungsmechanismus 234 vorzusehen,
wird durch ein Drucklager 236 und eine Hülse 238 auf
einer Reibungsplatte 240 entgegengewirkt. Die Reibungsplatte 240 ist
durch eine Hülse 244 mit
einer feststehenden Wand 242 verbunden.
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Die
Hülse 238 ist
durch eine Freilaufeinrichtung oder mechanische Diode 245 an
einem Gehäuse 246,
das mit dem Rotor 206 drehbar ist, drehbar gelagert. Die
Freilaufeinrichtung 245 erlaubt eine im Wesentlichen ungehinderte
relative Drehung zwischen der Hülse 238 und
dem Gehäuse 246,
wenn der Rotor 206 in einer Richtung gedreht wird, um ein Pumpen
zwischen dem Kolben 214 und dem Zylinder 216 zu
erzeugen. Wenn der Zylinder 216 jedoch mit Druck beaufschlagt
wird, wird die Reaktionslast auf die Hülse 208 über die
Hülse 238 auf
die Reibungsplatte 240 übertragen,
um einen Eingriff zwischen der Reibungsplatte 240, der
Hülse 244 und
der Wand 242 zu bewirken, wodurch der äußere Laufring der Freilaufeinrichtung 245,
der durch die Hülse 238 dargestellt
ist, feststehend gehalten wird und der Kolben 214 in der
ausgefahrenen Position gehalten wird. Eine Drehung in der Einrückungsrichtung
bewirkt, dass eine relative Drehbewegung durch das Lager 236 auftritt,
eine Drehung in der Loslöserichtung treibt
jedoch durch die Freilaufkupplung und bewirkt, dass die relative
Drehbewegung durch die Reibungsplatte 240 auftritt. Um
den Kolben 214 einzufahren, muss das Drehmoment an dem
Motor 202 ausreichend sein, um die Reibung zu überwinden,
die durch die Reibungsplatte 240 dargestellt ist. Dies wird
auf eine der für
das obige System beschriebenen ähnliche
Weise erreicht.
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Wenn
der Drehmomentübertragungsmechanismus 234 vollständig in
Eingriff steht, kann natürlich
von dem Elektromotor 202 Energie wegge nommen werden und
der Fluiddruck in dem Nebenzylinder 230 wird durch die
Torsionsreibungslast auf der Reibungsplatte 240 aufrechterhalten,
die eine Rückwärtsdrehung
des Motors 202 und somit eine Bewegung des Hauptzylinders 213 in
der Loslöserichtung verhindert.
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Zusammengefasst
betrifft die Erfindung eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
mit einem Freilaufmechanismus, der eine freie Drehung sowie eine
Aufbringung von Drehmoment zulässt. Eine
Reibungsplatte, die zwischen einem Abschnitt einer Freilaufeinrichtung
und einem feststehenden Element der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung
angeordnet ist, blockiert eine Rückwärtsdrehung
bei einem vorbestimmten Drehmomentniveau, was das Schubelement der
Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung solange in einem in Eingriff stehenden
eingegriffenen Zustand halten wird, bis eine vorbestimmte Last auf
die Drehseite der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung aufgebracht
wird, um die Reibungslast zu überwinden.