-
Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Kupplung, die eine Antriebsverbindung
zwischen Bauteilen erzeugt, wenn deren Relativdrehung in der einen
Richtung verläuft,
und freiläuft,
wenn die Relativdrehung in der entgegengesetzten Richtung verläuft. Insbesondere
betrifft die Erfindung solche Kupplungen mit Sperrklinken, die infolge
der Wirkung der auf die Sperrklinke wirkenden Zentrifugalkraft wenigstens
teilweise in oder außer
Eingriff stehen.
-
Herkömmliche
Einwegkupplungen zum Erzeugen einer Einweg-Antriebsverbindung zwischen Innen- und
Außenlaufringen
der Kupplung weisen Mitnehmer oder Rollen zum lösbaren antreibbaren Verbinden
der Laufringe und der Bauteile einer mechanischen Anordnung auf,
die mit den Laufringen verbunden ist. Solche Kupplungen werden üblicherweise
im Antriebsstrang oder Getriebe eines Kraftfahrzeuges verwendet.
Einwegkupplungen arbeiten in vielen Fällen zufriedenstellend, jedoch
erfordern bestimmte Anwendungen, wie jene, bei welchen hohe Drehmomente
von der Kupplung übertragen werden,
oder jene, die nur einen geringen Raum für die Kupplung bereitstellen,
andere Einwegkupplungen als die herkömmliche Kupplung des Mitnehmer- oder
Rollentyps, um die gewünschten
Anforderungen zu erfüllen.
-
Herkömmliche
Einwegkupplungen haben wenigstens einen Mitnehmer oder eine Rolle,
welche zwei genutete oder ausgesparte Laufringe in der einen Drehrichtung
gemeinsam antreibbar miteinander verriegelt und ermöglicht,
dass sich die Laufringe in der anderen Richtung frei drehen. Einwegkupplungen
des Sperrklinken- und Mitnehmertyps können das Drehmoment für eine bestimmte
Gehäusegröße im Vergleich
zu einer Kupplung des Rollentyps erhöhen, jedoch sind sie im Allgemeinen
durch die von dem Kontakt der Sperrklinken oder Mitnehmer mit den
Laufringen verursachten Kontakt- oder Lagerspannungen in der Drehmomentübertragung
begrenzt.
-
Um
diese und andere Schwierigkeiten zu bewältigen, weist eine im US-Patent
5,070,978 beschriebene Einweg-Freilaufkupplung
ein Antriebselement und ein Antriebselement auf, welche zur Drehung
im und entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um eine gemeinsame Achse
montiert sind. Das Antriebselement weist eine ebene Antriebsfläche senkrecht zur
gemeinsamen Achse auf, welche mit einer Antriebsquelle zum Drehen
der ebenen Antriebsfläche entweder
im oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn verbunden ist. Das Antriebselement
weist eine ebene Antriebsfläche
auf, die in enger Nähe
und gegenüberliegend
zu der Antriebsfläche
positioniert ist. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind über eine
Reihe von Aussparungen in einer der Flächen und eine Mehrzahl von
zusammenwirkenden Stützen,
die von der anderen Fläche
getragen werden, miteinander gekuppelt, so dass, wenn das Antriebselement
entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn angetrieben wird, dieses das Antriebselement
zusammen mit dem Antriebselement antreibt. Wenn das Antriebselement
im Uhrzeigersinn angetrieben wird, treibt dieses das Abtriebselement
nicht an, sondern dreht sich frei relativ zu dem Abtriebselement. Die
Knickfestigkeit der Stütze,
welche die Torsionsbelastung zwischen den Laufringen überträgt, ist
ein wichtiger Faktor bei der Konstruktion.
-
Das
US-Patent 5,954,174 offenbart eine Einwegkupplung des Ratschentyps
mit einem Innenlaufring mit Nuten, einem Außenlaufring mit Aussparungen,
und Sperrklinken, die in den Aussparungen angeordnet sind, um in
die Nuten einzugreifen. Die Sperrklinken weisen einen Schwenkrücken auf,
welcher mit einem Scheitel oder einer Auskehlung in den Aussparungen
des Außenlaufringes
zusammenpasst, um die Sperrklinke in der Aussparung zu positionieren.
Der Massenschwerpunkt jeder Sperrklinke ist derart gelegt, dass
die Sperrklinke dazu neigt, mit einer Nut in dem Innenlauf ring
in oder außer
Eingriff zu gelangen. Eine Feder wird verwendet, um an jeder Sperrklinke
eine Kippkraft zu schaffen, die in Eingriffsrichtung der Sperrklinke
mit einer Nut wirkt.
-
Herkömmliche
Einwegkupplungen entwickeln eine relativ große Ringspannung in den Laufringen,
wenn ein Drehmoment durch die Kupplung übertragen wird, so dass die
Laufringe der herkömmlichen
Einwegkupplungen aus Lagerstahl geformt werden, um der Ringspannung
beim Betrieb standzuhalten. Da die in den obigen Patenten offenbarten Kupplungen
beim Betrieb relativ geringe Ringspannungen entwickeln, können sie
aus Sintermetall geformt werden. Kupplungen aus Sintermetall können unter
Umständen
mit relativ geringen Kosten im Vergleich zu den Kosten zum Formen
und Herstellen einer herkömmlichen
Kupplung aus Edelstahl erzeugt werden, vorausgesetzt, dass eine
kostenaufwendige Bearbeitung vermieden wird.
-
Die
in den obigen Patenten beschriebenen Kupplungen erfordern jedoch
einen beträchtlichen Bearbeitungsaufwand
für die
Bauteile, die aus Sintermetall geformt werden. Ein übermäßiges inneres Spiel,
welches Lärm
auf unzumutbarem Niveau erzeugen kann, ist ein potentielles Problem
unter bestimmten Betriebsbedingungen bei diesen Kupplungen.
-
Daher
besteht ein Bedarf an einer kostengünstigen und zuverlässigen Einwegkupplung,
die geringe Lagerspannungen beim Betrieb erzeugt und aus Sintermetall
leicht geformt werden kann. Die Kupplung sollte einen geringen Raum
einnehmen, den Lärm
beim Betrieb minimieren und geringe oder gar keine Bearbeitung erfordern.
Vorzugsweise sollte die gewünschte
Kupplung Merkmale aufweisen, die ihre Montage in einem Antriebssystem
erleichtern.
-
Mit
der Erfindung wird eine Einwegkupplung geschaffen, die einen Innenlauf
ring, einen Außenlaufring
und schwenkbare Sperrklinken aufweist, welche die Laufringe in der
einen Drehrichtung antreibbar miteinander verbinden und in der entgegengesetzten
Richtung freilaufen lassen. Die Kupplung ist vorzugsweise aus Sintermetall
geformt. Die Sperrklinken sind in einem der Laufringe derart angeordnet,
dass die Kupplung eine Zentrifugalkraft anwenden kann, um den Außereingriff
der Sperrklinken von einer Nutplatte in einem Freilaufzustand durch
Vorspannen der Sperrklinken zum Wegschwenken von der Nutplatte zu
unterstützen.
Alternativ kann die Kupplung eine Zentrifugalkraft anwenden, um
den Eingriff der Sperrklinken mit einer Nutplatte durch Drücken der
Sperrklinken zum Schwenken in Richtung zu der Nutplatte zu unterstützen.
-
Die
Form einer Aussparungsplatte, welche die Sperrklinken aufnimmt,
erfordert eindeutig keine zusätzlichen
Bearbeitungsvorgänge
für irgendeinen Zweck,
so dass Agglomeratoren und Deagglomeratoren bei den Sintermetallbauteilen
ausgeschlossen werden. Die Bauteile der Kupplung, die aus Sintermetall
geformt sind, erfordern keine Bearbeitung nach dem Formen.
-
Das
eine axiale Ende der Aussparungen ist blind oder von einer Fläche abgeschlossen,
und das gegenüberliegende
axiale Ende ist offen. Jede Sperrklinke ist mit einer eindeutigen
Hinterschneidung versehen, und jede Aussparung ist mit einem Rückhaltevorsprung
versehen, der sich in die hinterschnittene Aussparung hinein erstreckt
und verhindert, dass sich die Sperrklinke aus ihrer Aussparung durch
Passieren eines Durchlasses entfernt. Eine Halteplatte, die an der
Sperrklinkenplatte zur Drehung als eine Einheit befestigt ist, schließt das offene
axiale Ende der Aussparungen und das offene axiale Ende von Federvertiefungen,
um einen Abrieb und eine Abnutzung der Sperrklinken und Federn zu
verhindern.
-
Die
Sperrklinkenplatte und die Nockenplatte haben im gegenseitigen Eingriff
stehende Führungsflächen, welche
deren axiale Relativbewegung während
der Montage führen
und eine gegenseitige Lagerabstützung
schaffen, wenn sie sich drehen.
-
Die
Anzahl von Nuten für
einen bestimmten Durchmesser ist größer als bei anderen Einwegkupplungen,
wodurch das Spiel erheblich reduziert wird. Die Konstruktion eignet
sich infolge deren Konfiguration für eine leichte Montage. Eine
Aussparungsplatten-Unterbaugruppe enthält die Sperrklinken und eine
Rückstellfeder
für jede
Sperrklinke. Vor ihrer Montage in der Kupplung begrenzt die Aussparungsplatten-Unterbaugruppe die
Fähigkeit
jeder Sperrklinke, in die Aussparung zu schwenken, und die Kraft
der jeweiligen Rückstellfeder
verhindert durch Drücken
der Sperrklinke in den Kontakt mit ihrer Aussparung, dass die Sperrklinke
seitlich aus der Aussparung austritt. Diese Anordnung ermöglicht,
dass die Unterbaugruppe vor ihrem Einbau in die Kupplung mit den
Sperrklinken und Federn, die bereits in der Aussparungsplatten-Unterbaugruppe
eingebaut sind, zu hantieren und zu transportieren ist.
-
Eine
Freilauf-Einwegkupplung gemäß der Erfindung
weist eine Nockenplatte, die mit Nocken versehen ist, die im Winkelabstand
voneinander um eine Mittelachse angeordnet sind, und eine Sperrklinkenplatte
auf, die im Winkelabstand voneinander um die Mittelachse angeordnete
Aussparungen aufweist. Jede Aussparung weist eine erste konkave
Fläche mit
einer Mitte auf, die innerhalb der Aussparung liegt und durch welche
eine Schwenkachse hindurchtritt. Jede Aussparung enthält eine
Sperrklinke, die eine erste konvexe Fläche aufweist, die komplementär zu der
ersten konkaven Fläche
ist und zumindest teilweise von dieser umschlossen wird. Federn,
die an der Sperrklinkenplatte abgestützt sind, drängen jeweils
eine Sperrklinke derart, dass sie um die Schwenkachse in Richtung
zu der Nockenplatte schwenkt.
-
Einzelne
Flüssigkeitspassagen,
die teilweise durch bogenförmige
Keilnutflächen
gebildet werden, und Kanäle
sind vorgesehen, um Schmiermittel an kritische Flächen der
Sperrklinken und Nuten zu führen.
Jede Aussparung ist an dem einen axialen Ende geschlossen, um eine
strukturelle Kontinuität,
Steifigkeit und Festigkeit zu schaffen, um Kräfte aufzunehmen, die aus dem
Eingriff der Sperrklinken mit den Nuten resultieren, wenn die Kupplung
in Eingriff ist. Eine Keilzahnspitze ist in der Nähe jeder
Aussparung angeordnet und relativ zu der Aussparung indiziert, um
eine zusätzliche
strukturelle Festigkeit und Steifigkeit zu schaffen, um diese Eingriffsbelastungen aufzunehmen.
-
Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht einer Kupplung gemäß der Erfindung,
bei der Sperrklinken in einem Innenlaufring angeordnet sind und
mit Nuten in einem Außenlauf
ring in Eingriff stehen;
-
2 eine
isometrische Ansicht der Kupplung aus 1, deren
Bauteile im gemeinsamen axialen Abstand voneinander angeordnet sind;
-
3 eine
isometrische Ansicht der Kupplung aus 2 teilweise
im Schnitt durch eine diametrale Ebene, wobei die Bauteile im Abstand
voneinander zu sehen sind;
-
4 eine
isometrische Ansicht der Kupplung aus 2 teilweise
im Schnitt durch eine diametrale Ebene, wobei die Bauteile zusammengebaut sind;
-
5 eine
Seitenansicht teilweise im Schnitt durch eine diametrale Ebene,
wobei die Bauteile zusammengebaut sind;
-
6 eine
Seitenansicht eines Abschnitts eines Innenlaufrings mit einer Sperrklinke,
einer Aussparung und einer Rückstellfeder;
-
7 eine
Seitenansicht eines Abschnitts eines Innenlaufrings mit einer Sperrklinke,
einer Aussparung, einer Rückstellfeder
und einem CF-Vektor;
-
8 eine
Seitenansicht einer Kupplung gemäß der Erfindung,
bei der Sperrklinken in einem Außenlaufring angeordnet sind
und mit Nuten in einem Innenlauf ring in Eingriff stehen;
-
9 eine
Seitenansicht eines Abschnitts eines Außenlaufrings mit einer Sperrklinke,
einer Aussparung, einer Rückstellfeder
und einem CF-Vektor;
-
10 eine
Seitenansicht einer Zickzack-Rückstellfeder;
-
11 eine
Seitenansicht einer Schrauben-Rückstellfeder;
-
12 einen
Schnitt einer Einwegkupplung gemäß der Erfindung
entlang einer diametralen Ebene;
-
13 eine
Vorderansicht einer Halteplatte;
-
14 eine
Seitenansicht der Halteplatte aus 13;
-
15 eine
Teilansicht der Halteplatte in Richtung des Pfeils 15 in 13;
-
16 eine
Seitenansicht einer Sperrklinkenplatte aus 12 in
Richtung zu dem axialen Ende, das dem offenen axialen Ende der Aussparungen gegenüberliegt;
-
17 eine
Seitenansicht einer Sperrklinkenplatte aus 12 in
Richtung zu dem offenen axialen Ende der Aussparungen;
-
18 einen
Schnitt entlang der Ebene 18-18 in 16;
-
19 einen
Schnitt entlang der Ebene 19-19 in 17;
-
20 eine
Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Nockenplatte;
-
21 einen
Schnitt durch eine diametrale Ebene einer Nockenplatte und einer
Sperrklinkenplatte, die zur geführten
Anordnung an Lagerflächen positioniert
ist;
-
22 eine
teilweise Seitenansicht der Einwegkupplung, bei der die Aussparungsplatte
in der Nockenplatte installiert ist;
-
23 eine
Vorderansicht einer Sperrklinke;
-
24 eine
Seitenansicht der Sperrklinke aus 23;
-
25 eine
teilweise Seitenansicht der Einwegkupplung, wobei die Sperrklinkenplatte
in der Nockenplatte installiert ist, eine Sperrklinke in einer Aussparung
angeordnet ist, und die Sperrklinke außer Eingriff von den Nocken
ist und an diesen freiläuft, wenn
sich die Nocken entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn relativ zu der
Sperrklinkenplatte drehen;
-
26 eine
teilweise Seitenansicht der Einwegkupplung wie in 25,
wobei eine Sperrklinke um die Kontaktfläche eines Nockens herum in
Eingriff gelangt;
-
27 eine
teilweise Seitenansicht der Einwegkupplung wie in 25,
wobei eine Sperrklinke mit der Kontaktfläche eines Nockens in Eingriff
steht;
-
28 den
Massenschwerpunkt einer Sperrklinke, der angeordnet ist, um den
Eingriff mit den Nocken zu unterstützen;
-
29 den
Massenschwerpunkt einer Sperrlinke, der entgegengesetzt zudem Eingriff
mit den Nocken angeordnet ist;
-
30 eine
schematische Darstellung der Wirkungslinie einer Kraft, die zwischen
einem Nocken und einer Aussparung der Sperrklinke übertragen
wird, wenn die Kupplung in Eingriff ist;
-
31 eine
schematische Darstellung des Angriffswinkels zwischen der Wirkungslinie
aus 30 und einer Linie senkrecht zu einer radialen
Linie durch die Schwenkachse hindurch;
-
32 eine
teilweise Seitenansicht der Einwegkupplung, wobei die Sperrklinkenplatte
in der Nockenplatte installiert ist und die Sperrklinke außer Eingriff
von den Nocken ist und an diesen freiläuft, wenn sie sich entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn relativ zu der Sperrklinkenplatte drehen; und
-
33 eine
perspektivische Ansicht einer Einwegkupplung, die in einer Anordnung
mit Lagerflächen
und Körperflächen an
dem Innenlaufring und Außenlauf
ring installiert ist.
-
Mit
Bezug auf 1 weist eine Einwegkupplung 20 gemäß der Erfindung
eine Sperrklinkenplatte oder einen Innenlaufring 22, eine
Nockenplatte oder einen Außenlauf
ring 24, und eine Mehrzahl von Sperrklinken 26 auf,
die in jeweiligen Aussparungen 28 liegen, welche in dem
Innenlaufring 22 im gemeinsamen Winkelabstand voneinander
um eine Mittelachse 30 ausgebildet sind. Der Innenumfang
des Außenlauf
rings 24 ist mit einer Mehrzahl von Nuten 32 versehen,
die im gemeinsamen Winkelabstand voneinander um die Mittelachse 30 angeordnet
sind. Bei der in 1 gezeigten Kupplung gibt es
zwölf Sperrklinken 26 und
Aussparungen 28 sowie sechsunddreißig Nuten 32.
-
Wenn
sich der Innenlaufring 22 im Uhrzeigersinn schneller als
der Außenlaufring 24 dreht, schwenkt
infolge des Kontaktes der Sperrklinken 26 mit der radialen
Innenfläche
des Außenlauf
rings 24 jede Sperrklinke 26 entgegengesetzt zum
Uhrzeigersinn in ihre Aussparung 28 von dem Eingriff mit
den Nuten 32 weg. Dies ermöglicht, dass sich der Innenlaufring 22 relativ
zu dem Außenlauf
ring 24 im Uhrzeigersinn um die Mittelachse 30 frei
drehen kann. Wenn der Innenlaufring 22 versucht, sich relativ
zu dem Außenlauf
ring 24 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn zu drehen, gelangen
der Innenlaufring 22 und der Außenlauf ring 24 durch
den Eingriff der Sperrklinken 26 mit den Nuten 32 in
Eingriff oder werden gemeinsam antreibbar miteinander verbunden.
-
Wenn
die Kupplung 20 in Eingriff steht, überträgt jede Sperrklinke 26 infolge
ihres Kontaktes mit einer Innenfläche 34 der Aussparung 28 und
mit einer radial gerichteten Fläche 36 der
Nut 32 eine Kraft F zwischen dem Innenlaufring 22 und
dem Außenlaufring 24.
-
In
jeder Aussparung 28 ist eine Vertiefung 40 ausgebildet,
die eine Feder, wie eine schraubenförmig gewundene Druckfeder 42 oder
eine Zickzack-Druckfeder 44 aufnimmt, um die jeweilige Sperrklinke 26 zu
zwingen, in ihrer Aussparung 28 in den Eingriff mit den
Nuten 32 zu schwenken.
-
2–5 zeigen
die Kupplung mit dem Innenlaufring 22 (Sperrklinkenplatte),
in dem die im Winkelabstand voneinander angeordneten Aussparungen 28 mit
den Vertiefungen 40 ausgebildet sind, wobei jede Aussparung 28 die
Sperrklinke 26 aufweist, welche in der jeweiligen Aussparung 28 abwechselnd
mit den in der radialen Innenfläche
des Außenlauf
rings 24 (Nockenplatte) ausgebildeten Nuten 32 in
und außer
Eingriff steht. Ein Führungsring 46 aus
Sintermetall ist in den Außenlaufring 24 eingepasst.
-
Wie
am besten aus 5 ersichtlich, kontaktiert,
wenn die Kupplung 20 zusammengebaut ist, eine axiale Fläche des
Führungsrings 46 eine
axiale Innenfläche 48 eines
Flansches 50. Die Innenfläche 48 ist mit radial
gerichteten Nuten 52 versehen, welche flüssiges Schmiermittel,
vorzugsweise Getriebeöl,
radial nach außen
zu einer radialen Innenfläche 51 des
Führungsrings 46 führen. Das Öl tritt über Öffnungen 49,
die in einem mit der Kupplung 20 verbundenen Antriebssystembauteil 72 ausgebildet
sind, in die Radialnuten 52 ein. Das Öl läuft axial nach links über die
radiale Innenfläche 51 an
dem Führungsring 46 in
einen radialen Raum 53, welcher das Öl radial nach außen zu einer
Fläche 55 über die
Breite des Innenlauf rings 22 und über die Fläche der Sperrklinken 26 führt. Der
Führungsring 46 führt den
Innenlaufring 22 und den Außenlaufring 24 und
vermeidet eine Bearbeitung entlang der Nocken oder Nuten 32 des
Außenlauf
rings 24 oder von radialen Außenflächenabschnitten 66 des
Innenlauf rings 22. Das Schmieröl wird genau radial entlang
der Radialnuten 52 zu dem Führungsring 46 und
dann axial zwischen einer Außenfläche 68 an
dem Innenlaufring 22 und der Innenfläche 51 des Führungsrings 46 zu
den Sperrklinken 26 geführt.
Das Schmiermittel fließt
entlang dieses Pfades infolge einer Zentrifugaldruckhöhe, die
entwickelt wird, wenn sich die Kupplung um die Mittelachse 30 dreht.
-
Die
radiale Außenfläche des
Außenlauf
rings 24 ist mit Keilnuten 54 versehen, über welche
der Außenlaufring 24 mit
einem Antriebssystem antreibbar verbunden ist. Gleichermaßen ist
die radiale Innenfläche
des Innenlauf rings 22 mit Keilnuten 56 versehen, über welche
der Innenlauf ring 22 mit einem Bauteil des Antriebssystems
antreibbar verbunden ist.
-
Eine
axiale Fläche 58 des
Innenlauf rings 22 kontaktiert einen Haltering 60,
welcher das axiale Ende jeder Aussparung 28 schließt und durch
einen Sprengring 62 in der Position gehalten wird, welcher in
eine Ausnehmung 64 eingreift, die in dem Außenlauf
ring 24 ausgebildet ist.
-
3 und 4 zeigen
die Bauteile der Kupplung 20 im Abstand voneinander angeordnet bzw.
im zusammengebauten Zustand. Bei der Kupplung 20 ist der
Außenlauf
ring 24 mit einer Trommel 72 eines Fahrzeugantriebssystems über daran
ausgebildete Keilnuten 70 antreibbar verbunden.
-
Mit
Bezug auf 6 kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
eine Sperrklinke 26 mehrere Flächen 80, 82, 84, 86, 88 und
einen definierten Drehmittelpunkt 90 aufweisen. Die Sperrklinkenflächen 80 und 82 sind
beide kreisförmige
zylindrische Flächen,
deren Kreisbögen
konzentrisch zu dem Drehmittelpunkt 90 sind. Die Sperrklinkenflächen 80 und 82 führen die
Drehung oder Schwenkung der Sperrklinke 26 und begrenzen
diese Schwenkung auf einen Freiheitsgrad. Die Kreisbögen der
beiden Sperrklinkenflächen 80 und 82 müssen derart
ausreichend sein, dass der Hals- oder Stützabschnitt 92 der
Sperrklinke 26 schmaler als der Gegengewichtsabschnitt
ist, um die Sperrklinke 26 in der Radialrichtung von dem
Drehmittelpunkt 90 zu halten.
-
Die
Sperrklinkenfläche 80 ist
eine Führungsfläche. Wenn
die Kraft F ausgeübt
wird, während
die Kupplung angetrieben wird und die Sperrklinken 26 mit
den Nuten 32 in Eingriff stehen, wird vorzugsweise keine
Reaktionskraft an der Sperrklinkenfläche 80 entwickelt.
Die Sperrklinkenfläche 82 ist
eine Fläche, an
welcher die Reaktion auf die Kraft F entwickelt wird, wenn die Kupplung 20 ein
Drehmoment zwischen dem Außenlaufring 24 und
dem Innenlaufring 22 über
die Sperrklinken 26 überträgt. Da die
Mitte der Sperrklinkenfläche 82 in
dem Drehmittelpunkt 90 liegt, wird die Reaktion auf die
Kraft F entlang der auf den Drehmittelpunkt 90 bezogenen
Sperrklinkenfläche 82 verteilt und
erzeugt kein Drehmoment, das zum Schwenken der Sperrklinke 26 um
den Drehmittelpunkt 90 tendiert.
-
Die
Sperrklinkenfläche 84 begrenzt
die Schwenkbewegung der Sperrklinke 26 im Uhrzeigersinn
und unterstützt
die Anordnung der Laufringe 22 und 24 mit den
Aussparungen 28, den Sperrklinken 26 und den Federn 42, 44.
Der Innenlauf ring 22 wird durch Einsetzen einer Sperrklinke 26 in
jede Aussparung 28 und Platzieren einer Feder 42, 44 in
jede Vertiefung 40 für
den Einbau vorbereitet. Die von der Feder 42, 44 auf
die jeweilige Sperrklinke 26 ausgeübte Kraft schwenkt die Sperrklinke 26 in
die in 6 gezeigte Position, wo die Sperrklinkenfläche 84 eine Grundfläche 96 der
Aussparung 28 kontaktiert. Die Federkraft und ihre Reaktionskraft
an der Aussparungsfläche 96 halten
die Sperrklinke 26 in der Aussparung 28 ohne dem
Beisein des Außenlaufringes 24 oder
einer Montagehilfe. Der Innenlauf ring 22, der die Sperrklinken 26 aufnimmt,
kann in diesem Zustand als vorbereitete Unterbaugruppe in die Kupplung 20 eingebaut
werden.
-
Durch
Begrenzen der Schwenkbewegung der Sperrklinke 26 um den
Drehmittelpunkt 90 wird eine Gegenreaktionsdrehkraft auf
die Abstützung
an der Sperrklinkenfläche 84 erzeugt,
wenn die Kupplung 20 angetrieben wird oder in Eingriff
steht. Wenn die Kupplung 20 angetrieben wird, erzeugt die
auf die Sperrklinkenfläche 86 ausgeübte Kraft
F ein Drehmoment im Uhrzeigersinn an der Sperrklinke 26 um
den Drehmittelpunkt 90. Dem von der Kraft F erzeugten Drehmoment
um den Drehmittelpunkt 90 wirkt eine Kraft P1 entgegen,
wo die Sperrklinkenfläche 84 die Aussparungsfläche 96 kontaktiert.
Ohne die Sperrklinkenfläche 84 würde das
gesamte Reaktionsdrehmoment anderswo wirken. Wenn zum Beispiel die gesamte
Torsionsreaktion auf die Kraft F an der Sperrklinkenfläche 88 einwirken
würde,
könnte
eine große
Ringspannung an dem durch die Sperrklinkenfläche 88 kontaktierten
Außenlauf
ring 24 erzeugt werden, was infolge eines hohen Einfallswinkels
der Reaktionskraft zu einer Scherung an der Wand des Außenlaufrings 24 führt. Wenn
die Torsionsreaktion auf die Kraft F an der Sperrklinkenfläche 82 einwirken würde, könnte diese
auf den Rand des Innenlaufrings 22 an seiner schwächsten Stelle
ausgeübt
werden. Vorzugsweise wird die Torsionsreaktion auf die Kraft F senkrecht
zu der Aussparungsfläche 96 an
die Sperrklinkenflächen 84 und 82 gelegt,
wo infolge des Kontaktes mit der Aussparung 28 Reibung
erzeugt wird.
-
Die
Sperrklinkenfläche 86 ist
die Fläche,
an welcher die Kraft F ausgeübt
wird, wenn die Kupplung 20 angetrieben wird und die Sperrklinken 26 mit den
Radialflächen 36 der
Nuten 32 in Eingriff stehen. Die Sperrklinkenfläche 86 führt diese
Funktion aus, indem sie einen mechanischen Eingriff erzeugt, wenn die
Sperrklinke 26 in die Eingriffsposition geschwenkt wird.
-
Die
Sperrklinkenfläche 88,
die an dem Umriss eines Stützabschnitts 92 der
Sperrklinke 26 liegt, kontaktiert den Scheitelpunkt 98 der
Radialflächen 36 der
Nuten 32, um sicherzustellen, dass kein Eingriff auftritt,
wenn die Kupplung 20 freiläuft und die Sperrklinken 26 von
den Nuten 32 außer
Eingriff sind. Die Sperrklinkenfläche 88 ist gekrümmt, um
die Bildung eines Schmiermittelfilms zu erleichtern, wenn die Kupplung 20 freiläuft, und
um den Zusammenstoß mit
den Scheitelpunkten 98 beim Freilaufen der Kupplung 20 durch
Schaffung von Übergangspositionen
zu minimieren, was das Maß der
Schwenkung der Sperrklinke 26 in die Aussparung 28 relativ
zu dem Maß der
Drehung des Außenlauf
rings 24 minimiert. Dies minimiert die Winkelbeschleunigung
an der Sperrklinke 26, wenn die Kupplung 20 freiläuft.
-
Der
Massenschwerpunkt 100 der Sperrklinke 26 kann
in Bezug auf den Drehmittelpunkt 90 derart gelegt werden,
dass die Zentrifugalkraft je nachdem, ob die Sperrklinke 26 an
dem Außenlauf
ring 24 oder an dem Innenlauf ring 22 angeordnet
ist, zum Eingriff oder Außereingriff
mit der Sperrklinke 26 tendiert.
-
Mit
Bezug auf 7 liegt der Massenschwerpunkt 100 von
einer die Mittelachse 30 mit dem Drehmittelpunkt 90 verbindenden
Linie nach rechts, und die Sperrklinke 26 wird in der Aussparung 28 geführt, die
in dem Innenlauf ring 22 ausgebildet ist. Wenn sich die
Kupplung 20 um die Mittelachse 30 dreht, ist die
Zentrifugalkraft an der Sperrklinke 26 radial nach außen entlang
einer Linie 102 ausgerichtet, die durch die Mittelachse 30 und
den Massenschwerpunkt 100 verläuft, wodurch die Sperrklinke 26 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn um den Drehmittelpunkt 90 schwenkt. Diese
Schwenkbewegung der Sperrklinke 26 entgegengesetzt zum
Uhrzeigersinn ist der Kraft der Feder 42, 44 entgegengerichtet
und schwenkt die Sperrklinkenfläche 86 von
dem Kontakt mit der Aussparungsfläche 36 an dem Außenlauf
ring 24 weg. Die Schwenkbewegung der Sperrklinke 26 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn bewegt die Sperrklinke 26 in eine Außereingriffsposition
und ermöglicht,
dass der Innenlauf ring 22 freiläuft und die Kupplung 20 außer Eingriff
ist. Die Größe des Moments
um den Drehmittelpunkt 90, welches ein Zusammendrücken der
Feder 42, 44 und ein Schwenken der Sperrklinke 26 in
die Außereingriffsposition bewirkt,
variiert mit der Drehzahl des Innenlaufrings 22 und dem
Abstand des Massenschwerpunkts 100 von dem Drehmittelpunkt 90.
-
Alternativ
kann der Massenschwerpunkt von der die Mittelachse 30 mit
dem Drehmittelpunkt 90 verbindenden Linie nach links gelegt
sein, wenn die Sperrklinke 26 in der Aussparung 28 geführt wird,
die in dem Innenlauf ring 22 ausgebildet ist. In diesem Falle
bewirkt, wenn sich die Kupplung 20 um die Mittelachse 30 dreht,
die Zentrifugalkraft an der Sperrklinke 26 eine Schwenkbewegung
der Sperrklinke 26 im Uhrzeigersinn um den Drehmittelpunkt 90.
Diese Schwenkbewegung der Sperrklinke 26 im Uhrzeigersinn
trägt zu
der Wirkung der Kraft der Feder 42, 44 bei und
bewegt die Sperrklinkenfläche 86 in
Kontakt mit der Radialfläche 36 an
dem Außenlaufring 24, d.h.
sie schwenkt die Sperrklinke 26 in die Eingriffsposition
und bewirkt einen Eingriff der Kupplung 20.
-
8 zeigt
eine Kupplung 120 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Die Kupplung 120 weist eine Nockenplatte
oder einen Innenlauf ring 122, eine Sperrklinkenplatte
oder einen Außenlauf ring 124,
und eine Mehrzahl von Sperrklinken 126 auf, die in jeweiligen
Aussparungen 128 liegen, welche in dem Außenlauf
ring 24 im gemeinsamen Winkelabstand voneinander um eine
Mittelachse 130 ausgebildet sind. Der Außenumfang
des Innenlauf rings 122 ist mit einer Mehrzahl von Nocken
oder Nuten 132 versehen, die im gemeinsamen Winkelabstand
voneinander um die Mittelachse 30 angeordnet sind. Bei
der in 8 gezeigten Kupplung gibt es neun Sperrklinken 126 und
Aussparungen 128 sowie sechsunddreißig Nuten 132.
-
Wenn
sich der Außenlaufring 124 im
Uhrzeigersinn schneller als der Innenlauf ring 122 dreht, schwenkt
infolge des Kontaktes der Sperrklinken 126 mit der radialen
Außenfläche des
Innenlauf rings 122 jede Sperrklinke 126 im Uhrzeigersinn
in ihre Aussparung 128 von dem Eingriff mit den Nuten 132 weg.
Dies ermöglicht,
dass sich der Außenlauf
ring 124 relativ zu dem Innenlauf ring 122 im
Uhrzeigersinn um die Mittelachse 130 frei drehen kann.
Wenn der Außenlaufring 124 versucht,
sich relativ zu dem Innenlauf ring 122 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn zu drehen, gelangen der Innenlauf ring 122 und der
Außenlauf
ring 124 durch den Eingriff der Sperrklinken 126 mit
den Nuten 132 in Eingriff oder werden gemeinsam antreibbar
miteinander verbunden.
-
Wenn
die Kupplung 120 in Eingriff steht, überträgt jede Sperrklinke 126 infolge
ihres Kontaktes mit einer Innenfläche 134 der Aussparung 128 und
mit einer radial gerichteten Fläche 136 der
Nut 132 eine Kraft F1 zwischen
dem Innenlaufring 122 und dem Außenlaufring 124.
-
In
jeder Aussparung 128 ist eine Vertiefung 140 ausgebildet,
die eine Feder, wie eine schraubenförmig gewundene Druckfeder 142 oder
eine Zickzack-Druckfeder 144 aufnimmt, um die jeweilige Sperrklinke 126 zu
zwingen, in ihrer Aussparung 128 in den Eingriff mit den
Nuten 132 zu schwenken.
-
Mit
Bezug auf 9 liegt bei der Kupplung 120 der
Massenschwerpunkt 150 jeder Sperrklinke 126 von
einer die Mittelachse 130 mit dem Drehmittelpunkt 152 verbindenden
Linie nach rechts. Wenn sich der Außenlauf ring 124 um
die Mittelachse 130 dreht, ist die Zentrifugalkraft an
der Sperrklinke 126 radial nach außen entlang einer Linie 154 ausgerichtet,
die durch die Mittelachse 130 und den Massenschwerpunkt 150 verläuft, wodurch
die Sperrklinke 126 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um
den Drehmittelpunkt 152 schwenkt. Diese Schwenkbewegung
der Sperrklinke 126 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn wirkt
mit der Kraft der Feder 142, 144 zusammen und
schwenkt die Sperrklinke 126 in eine Eingriffsposition
mit der Aussparungsfläche 136,
so dass die Kupplung 120 in Eingriff gebracht ist.
-
Alternativ
kann bei der Kupplung 120 der Massenschwerpunkt 150 von
der die Mittelachse 130 mit dem Drehmittelpunkt 152 verbindenden
Linie nach links gelegt sein. In diesem Falle bewirkt, wenn sich
der Außenlauf
ring 124 um die Mittelachse 130 dreht, die Zentrifugalkraft
an der Sperrklinke 126 eine Schwenkbewegung der Sperrklinke 126 im
Uhrzeigersinn um den Drehmittelpunkt 152. Diese Schwenkbewegung
der Sperrklinke 126 im Uhrzeigersinn ist der Wirkung der
Kraft der Feder 142, 144 entgegengerichtet und
bewegt die Sperrklinkenfläche 186 von
dem Kontakt mit der Radialfläche 136 an dem
Innenlauf ring 122 weg, d.h. sie schwenkt die Sperrklinke 126 in
eine Außereingriffsposition
und ermöglicht
ein Freilaufen der Kupplung 120 und deren Außereingriff.
-
Mit
Bezug auf 12 weist eine alternative Kupplung
wie in 1 und 8 eine Nockenplatte 160 auf,
die mit Nockenflächen
oder Nuten 162, einem radialen Flansch 164, der
an einem axialen Ende der Nockenplatte 160 angeordnet ist,
einer zylindrischen inneren Lagerfläche 180, und einer
Ausnehmung 166 versehen ist, die in der Lagerfläche 180 ausgebildet
und dem Flansch 164 axial gegenüberliegend angeordnet ist.
-
Eine
Sperrklinkenplatte 168 ist mit mehreren Aussparungen 170 versehen,
die im gleichen Winkelabstand voneinander um eine Mittellängsachse 172 angeordnet
sind, wobei jede Aussparung 170 eine Sperrklinke 174 aufnimmt.
Jede Aussparung 170 ist blind, d.h. an dem einen axialen
Ende von einer Fläche 176 einer
Trennwand abgeschlossen, und weist ein axiales offenes Ende auf,
das der Fläche 176 axial
gegenüberliegt.
Die Trennwand weist eine Außenfläche 196 auf,
die von der Fläche 176 axial nach
außen
gerichtet ist. Jede Aussparung 170 weist einen Durchlass
auf, der an ihrem radialen Umfang angeordnet und den Nockenflächen 162 zugewandt ist,
wie 1 und 8 für die Kupplungen 20 und 120 zeigen.
Ein Abschnitt jeder Sperrklinke 174 schwenkt in den Durchlass
der jeweiligen Aussparung 170 hinein, wenn die Sperrklinke 174 in
Richtung zu den Nockenflächen 162 an
der Nockenplatte 160 schwenkt. Wenn die Kupplung freiläuft, läuft jede Sperrklinke 174 an
den Nockenflächen 162 entlang, da
die Nockenflächen 162 die
Sperrklinken 174 kontaktieren und an diesen vorbei drehen.
Das offene Ende 177 jeder Aussparung 170 und ein
axiales Ende jeder Federvertiefung 40, 140 sind
durch eine Halteplatte 178 abgedeckt. Durch die Halteplatte 178 wird
eine Abnutzung infolge des Kontaktes der Sperrklinke 174 und
der Feder an einer zu dem Ende 177 benachbarten Fläche verhindert.
-
In
der Ausführungsform
aus 12 ist die Nockenplatte 160 ist mit der
inneren, axial gerichteten zylindrischen Lagerfläche 180 versehen,
und die Sperrklinkenplatte 168 ist mit einer äußeren, axial
gerichteten zylindrischen Lagerfläche 182 versehen. Die
Nockenplatte 160 und die Sperrklinkenplatte 168 werden
an den Lagerflächen 180, 182 zur
Axialbewegung in die in 12 gezeigte
Montageposition geführt.
Nach dem Einbau sind die Lagerflächen 180, 182 im
gegenseitigen Eingriff miteinander und schaffen eine Lagerabstützung für die Relativdrehung
der Nockenplatte 160 und der Sperrklinkenplatte 168. Ein
Haltering 184 sitzt in der Ausnehmung 166, um die
Sperrklinkenplatte 168 gegen die Axialbewegung relativ
zu der Nockenplatte 160 nach deren Montage und während des
Betriebs zu sichern.
-
13–15 zugewandt,
ist die Halteplatte 178 ein im Wesentlichen ebener kreisförmiger Ring 190,
dessen axiale Innenfläche
benachbart zu dem offenen axialen Ende 177 der Aussparungen 170 liegt.
Im Winkelabstand angeordnete Laschen 192 erstrecken sich
axial von der Fläche
des Rings 190 zu der Sperrklinkenplatte 168, an
welcher die Halteplatte 178 zur Drehung mit der Sperrklinkenplatte 168 befestigt
ist. Ein Innenumfang 194 der Halteplatte 178 hat
einen Umriss wie eine Keilverzahnung mit abwechselnden Spitzen und
Tälern,
die im Winkelabstand voneinander um die Achse 172 angeordnet
sind. 15 zeigt eine typische axial
gerichtete Lasche 192, die sich von der Ebene der Fläche 190 der
Halteplatte 178 und benachbarten Profilausnehmungen 191 erstreckt,
welche das Biegen der Laschen 192 in die Position erleichtern.
-
In
einer alternativen Form kann die Halteplatte 178 eine Scheibe
sein, die vorzugsweise durch Kondensatorentladungsschweißen an die
Sperrklinkenplatte 168 geschweißt wird. In diesem Falle werden
die im Winkelabstand voneinander angeordneten Laschen 192,
die sich axial von der Fläche
des Rings 190 zu der Sperrklinkenplatte 168 erstrecken, und
die in 17 gezeigten Laschenausnehmungen 220 von
der Sperrklinkenplatte 168 beseitigt.
-
Mit
Bezug auf 16 ist die Fläche 196 der Sperrklinkenplatte 168,
die dem offenen axialen Ende 177 der Aussparungen 170 axial
gegenüberliegt,
an ihrer radialen Innenfläche
mit einer inneren Keilverzahnung versehen, welche sich axial über die Sperrklinkenplatte 168 erstreckt.
Der Umriss der Keilverzahnung weist abwechselnde Spitzen 202 und Täler 204 auf,
die im Winkelabstand voneinander um die Achse 172 angeordnet
und über
Zahnflächen 203 miteinander
verbunden sind. Die innere Keilverzahnung, welche einen Außendurchmesser 206 hat, steht
mit einer äußeren Keilverzahnung
an einem Bauteil im antreibbaren Eingriff. Die Täler 204 der Keilverzahnung
haben jeweils eine bogenförmige Basis,
die einen Raum für
eine Flüssigkeitspassage 208 zwischen
dem Außendurchmesser 206 und
der Basis des Tals 204 schafft.
-
18 zeigt,
dass die Flüssigkeitspassagen 208 axial über die
Sperrklinkenplatte 168 von der Fläche 196 zu dem offenen
axialen Ende 177 jeder Aussparung 170 und von
der Achse 172 radial nach außen gerichtet sind. Ein flüssiges Schmiermittel,
das in den Flüssigkeitspassagen 208 zu
der Halteplatte 178 geführt
wird, fließt
zwischen einer Sperrklinkenplattenfläche 210 und einer
axialen Innenfläche 212 der Halteplatte 178 in
die Aussparung 170 und radial nach außen gegen die Nuten 162 der
Nockenplatte 160. Auf diese Art und Weise werden die Sperrklinke, die
Aussparung und die Nuten kontinuierlich geschmiert.
-
Mit
Bezug auf 17 und 19 ist
die Fläche 210 der
Sperrklinkenplatte 168, welche der Fläche 196 axial gegenüberliegt,
mit im Winkelabstand angeordneten radialen Kanälen 216 versehen,
die jeweils zwischen aufeinanderfolgenden benachbarten Aussparungen 170 angeordnet
sind. Jeder Kanal 216 erstreckt sich von den Tälern 204 der
Keilverzahnung radial über
die Fläche 210 und
wird von der Halteplatte 178 abgedeckt. Das flüssige Schmiermittel, das
die Kanäle 216 verlässt, wird
radial nach außen gegen
die Flächen
der Nuten 162 an der Nockenplatte 160 geführt.
-
Die
axiale Fläche 210 ist
auch mit im Winkelabstand voneinander angeordneten Laschenausnehmungen 220 versehen,
welche derart angeordnet und bemessen sind, dass sie die Laschen 192 der Halteplatte 178 aufnehmen.
Wenn die Laschen 192 mit den Ausnehmungen 220 in
Eingriff stehen, ist die Halteplatte 178 benachbart zu
der axialen Fläche 210 der
Sperrklinkenplatte 168 angeordnet, und die Halteplatte 178 ist
an der Sperrklinkenplatte 168 derart befestigt, dass sie
sich als eine Einheit drehen.
-
Wenn
die Kupplung in Eingriff ist, steht zumindest eine Sperrklinke in
einer Aussparung 170 der Sperrklinkenplatte 168 mit
einer Nut 162 in der Nockenplatte 160 in Eingriff,
und eine Kraft F wird auf die Sperrklinke 174 ausgeübt, wie
in 1 gezeigt ist. Die äußere Kraft, die auf die in
Eingriff stehende Sperrklinke ausgeübt wird, wird an eine Ecke
der jeweiligen Aussparung 170 übertragen, wo die Resultierende
der ausgeübten
Kraft F auf die Sperrklinkenplatte 168 einwirkt.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist die innere Keilverzahnung an dem
radialen Innenumfang der Sperrklinkenplatte 168 im Winkel
um die Achse 172 und relativ zu der Ecke jeder Aussparung 170 derart
positioniert und indiziert, dass die Spitze 202 der Keilverzahnung
an einer Verlängerung
der Wirkungslinie der von dem Vektor F dargestellten Kraft liegt.
Die Wirkungslinie der Kraft F erstreckt sich von dem Mittelpunkt
an der Fläche 86 einer
mit einem Nocken 36 in Eingriff stehenden Sperrklinke 26 zu der
gegenüberliegenden
Ecke der Aussparung, wo die von dem Nocken ausgeübte Eingriffskraft auf die Aussparungswand
einwirkt. Wie 17 zeigt, ist die bevorzugte
Lage der Spitze 202 der Keilverzahnung derart, dass die
Wirkungslinie der Kraft F durch die Spitze 202 im Punkt 224 im
Wesentlichen in der Mitte zwischen den winkligen Enden der Spitze 202 verläuft.
-
Um
sicherzustellen, dass die Spitze 202 der Keilverzahnung
so positioniert und indiziert ist, dass der gewünschte strukturelle Vorteil
geschaffen wird, der sich durch ihre richtige Lage ergibt, wird
die Spitze 202 der Keilverzahnung radial unter die nächstliegende
Aussparung 170 und deren Ecke und im Winkel versetzt zu
diesen angeordnet, und das Tal 204 der Keilverzahnung,
das der jeweiligen Aussparung 170 am nächsten liegt, wird radial unter
die Aussparung 170 und im Winkel zu dieser ausgerichtet
angeordnet.
-
Mit
Bezug auf 20 und 21 weist
eine Einwegkupplung wie die aus 12 eine
kreisförmige
Nockenplatte 300, die mit Nocken 302 versehen ist,
welche im Winkelabstand voneinander um eine Mittellängsachse 304 angeordnet
sind, einen radialen Flansch 303, der an einem axialen
Ende der Nockenplatte 300 angeordnet ist, und eine Ausnehmung 305 auf,
die an dem gegenüberliegenden
axialen Ende der Nockenplatte 300 angeordnet ist. Jeder Nocken 302 weist
eine Kontaktfläche 308,
eine konvexe Nockenfläche 306,
die radial nach außen
und winklig um die Achse 304 ausgerichtet ist, und eine Hinterschneidung 310 oder
einen Übergangsradius auf,
um einen Übergang
zwischen einer Kontaktfläche 308 und
der Nockenfläche 306 zu
bilden. Die Hinterschneidung 310 schafft eine Entlastung
gegen eine Spannungskonzentration, die ansonsten vorhanden sein
würde,
wenn die Kontaktfläche 308 die Nockenfläche 306 im
spitzen Winkel schneidet. Es gibt etwa siebenunddreiflig Nocken,
die an dem Innenumfang der Nockenplatte 300 ausgebildet
sind. Die Flächen 306, 308 und 310 erstrecken
sich zu einer Innenfläche 315 des
radialen Flansches 303 und axial parallel zu der Mittelachse 304.
-
Eine
Lagerfläche 312 zum
Abstützen
einer Sperrklinkenplatte 320, die mit einer zusammenpassenden
Lagerfläche 318 versehen
ist, wird von einer Ausnehmung 305 unterbrochen, welche
einen Sprengring aufnimmt, der in die Ausnehmung 305 federnd
eingepasst ist. Die Nockenplatte 300 ist mit der inneren,
axial ausgerichteten zylindrischen Lagerfläche 312 versehen,
und die Sperrklinkenplatte 320 ist mit der äußeren, axial
ausgerichteten zylindrischen Lagerfläche 318 versehen.
Die Nockenplatte 300 und die Sperrklinkenplatte 320 werden
an den Lagerflächen 312, 318 zur
axialen Bewegung in die Montageposition geführt. Nach der Montage stehen
die Lagerflächen 312, 318 im
gemeinsamen Eingriff miteinander und schaffen eine Lagerabstützung für die Relativdrehung
der Nockenplatte 300 und der Sperrklinkenplatte 320.
Der Sprengring sitzt in der Ausnehmung 305, um die Sperrklinkenplatte 320 gegen
axiale Bewegung relativ zu der Nockenplatte 300 nach ihrer
Montage und während
des Betriebs zu sichern.
-
Wie
mit Bezug auf die in 12–19 gezeigte
Kupplung beschrieben, fließt
Schmiermittel an der Innenfläche 315 des
Flansches 303 radial nach außen, nachdem es aus den Flüssigkeitspassagen 204, 208 austritt.
Das Schmiermittel fließt
gegen die konkave Nockenfläche 306 und
die Kontaktfläche 308 und
lagert sich in jeder Hinterschneidung 310 ab.
-
Die
Kontaktfläche 308 jedes
Nockens 302 ist im Wesentlichen parallel zu einer jeweiligen
Ebene 314 und im Abstand von dieser angeordnet, welche sich
von der Mittelachse 304 radial nach außen erstreckt und an jeder
Stelle des Nockens 302 im Winkel um die Mittelachse 304 angeordnet
ist. Die Nockenfläche 306 ist
aus mehreren Kreisbögen
gebildet, welche allmählich
radial nach außen
in Richtung zu der Hinterschneidung 310 und im Winkel um
die Mittelachse 304 übergehen.
-
17 zeigt
eine Sperrklinkenplatte 168, die mit sieben Aussparungen 170 versehen
ist, welche im Winkelabstand um die Mittelachse 172 angeordnet
sind. 22 zeigt einen Abschnitt einer
alternativen Sperrklinkenplatte 320, die in den inneren
radialen Umfang der Nockenplatte 300 eingepasst ist. Die Sperrklinkenplatte 320 weist
ebenfalls sieben Aussparungen 322 auf, die in gleichen
Winkelabständen voneinander
um die Mittelachse 304 angeordnet sind. Die Basis jeder
Aussparung 322 ist mit einer ersten konkaven zylindrischen
Fläche 324,
einer zweiten konkaven zylindrischen Fläche 326 und einer
ebenen Fläche 328 tangential
zu den Flächen 324, 326 versehen.
Das radial äußere Ende
der Federvertiefung 327 geht über einen Übergangsradius 325 in
eine ebene Fläche 330 über. Der Übergang von
der ebenen Fläche 330 zu
der zylindrischen Fläche 324 ist
durch einen Sperrklinkenrückhaltevorsprung 332 gestaltet,
dessen Mitte von der Aussparung 322 nach außen liegt.
Die Mitte der zylindrischen Fläche 324 liegt
an einer Schwenkachse 334, welche axial durch die Dicke
der Sperrklinkenplatte 320 hindurch tritt und im Wesentlichen
parallel zu der Mittelachse 304 ist.
-
Jede
Aussparung 322 ist blind, d.h. an dem einen axialen Ende
von der Fläche 176 abgeschlossen,
und ist an dem axial gegenüberliegenden
Ende 177 offen. Jede Aussparung 322 weist an radial äußeren Umfang
eine Öffnung
oder einen Durchlass 323 auf, durch welchen ein Abschnitt
der jeweiligen Sperrklinke 340 hindurchtritt, wenn dieser
schwenkt, um mit den Nocken 302 in und außer Eingriff
zu gelangen, welche den Aussparungen 322 zugewandt sind.
Jedoch kann die Sperrklinke 340 nicht über den Durchlass 323 aus
ihrer Aussparung 322 entfernt werden, da die eingebaute
Sperrklinke 340 durch den Rückhaltevorsprung 332 zurückgehalten
wird oder, dort eingeschlossen ist. 25 zeigt
die Sperrklinke 340, die infolge des Kontaktes zwischen
dem Rückhaltevorsprung 332 und
einer Hinterschneidung 354 der Sperrklinke 340 und
den Kontaktflächen 324, 326 in
der Aussparung 322 zurückgehalten
wird. Daher wird jede Sperrklinke 340 über den an dem offenen Ende 177 an
der axialen Endfläche 210 vorgesehenen
Zugang in die jeweilige Aussparung 322 eingesetzt oder
montiert und aus dieser entfernt.
-
Eine
Sperrklinke 340 der in jeder Aussparung 322 eingebauten
Art ist in 23 und 24 gezeigt.
Die Sperrklinke 340 weist eine erste konvexe zylindrische
Fläche 342,
welche komplementär
zu der Sperrklinkenfläche 324 ist,
eine zweite konvexe zylindrische Fläche 346, welche komplementär zu der
Sperrklinkenfläche 326 ist,
und eine konkave oder ausgesparte Fläche 352 auf, die tangential
in die Flächen 342, 346 übergeht.
Die Sperrklinkenfläche 342 hat
bei 344 eine Mitte, welcher nach der Montage der Sperrklinke 340 in
der Aussparung 322 im Wesentlichen parallel zu der Schwenkachse 334 der
Aussparung 322 ist oder mit dieser übereinstimmt. Die Ausnehmung 352 verhindert,
dass die Sperrklinke 340 die ebene Fläche 328 der Aussparung 322 kontaktiert.
-
Die
Sperrklinke 340 ist mit dem Übergangsradius 354 versehen,
dessen Mitte bei 356 liegt. Der Übergangsradius 354 und
dessen benachbarte Flächen 358, 360 bilden
eine Hinterschneidung, welche die Sperrklinke 340 in der
Aussparung 322 zurückhält, und
verhindert, dass die Sperrklinke 340 über den Durchlass 323 radial
aus der Aussparung 322 austritt. Die Sperrklinke 340 erstreckt
sich von der Hinterschneidung 354 zu einer Eingriffsfläche 362, welche
mit der Kontaktfläche 308 des
Nockens 302 in Eingriff steht, wenn die Kupplung in Eingriff
ist. Eine radial äußere Fläche 364 der
Sperrklinke 340 ist aus verschiedenen Kreisbögen gebildet,
von denen einer die Mitte bei 366 hat, wobei andere Bögen einen sanften Übergang
zu der Sperrklinkenfläche 346 vollenden.
-
Der
Umriss der Fläche 364 ist
derart geformt, dass ein Raum, der zwischen einem Längenabschnitt
der Fläche 364 und
einem Umrissabschnitt der Nockenfläche 306 ausgebildet
ist, wenn die Kupplung freiläuft
und die Sperrklinke 340 an der Nockenplatte 300 entlang
läuft,
Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise
Schmiermittel oder Automatikgetriebeflüssigkeit aufnimmt, welche der
Nockenfläche 306 zugeführt wurde,
wie mit Bezug auf 16–19 beschrieben
ist. 25 und 26 zeigen
Hydraulikflüssigkeit 376 in
dem Raum zwischen den Umrissen der Nockenfläche 306 und der Sperrklinkenfläche 364.
-
24 zeigt
die ungefähre
Lage des Massenschwerpunkts 350 der Sperrklinke 340,
der in der Mitte zwischen den Endflächen und näher zu den Flächen 342, 346 als
zu der Eingriffsfläche 362 liegt.
-
25 zeigt
die Sperrklinke 340, die von der Nockenplatte 300 außer Eingriff
ist und an den Nocken 302 entlang läuft, da sich die Nocken 302 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn relativ zu der Sperrklinkenplatte 320 drehen.
Die Sperrklinkenfläche 342 steht
mit der Aussparungsfläche 324 in
Eingriff, so dass die Sperrklinke 340 in einer Gelenkverbindung
in die Aussparung 322 eingreift. Eine Feder 370,
die in der Federvertiefung 327 angeordnet ist, zwingt die
Sperrklinke 340 zum Schwenken um die Schwenkachse 334 derart,
dass die Sperrklinkenfläche 364 in
Richtung des Eingriffs mit der Fläche 306 jedes Nockens 302 und
in Kontakt mit dieser um die Schwenkachse 334 schwenkt,
wenn die Nockenfläche 306 die
Sperrklinke 340 passiert. Die Sperrklinke 340 wird
infolge des Eingriffs ihrer Hinterschneidung 354 mit dem
Rückhaltevorsprung 332 der
Aussparung 322 am Austreten aus der Aussparung 322 zurückgehalten.
Ein Tropfen der an der Nockenfläche 306 vorhandenen
Hydraulikflüssigkeit 376 befindet sich
zwischen der Nockenfläche 306 und
der radial äußeren Fläche 364 der
Sperrklinke 340, wodurch der Kontakt zwischen der Sperrklinke 340 und
dem Nocken 302 gedämpft
oder abgefedert wird, wenn die Kupplung freiläuft.
-
Die
Sperrklinken 340 bleiben freilaufend an den Nocken 302,
während
sich die Nockenplatte 300 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
relativ zu der Sperrklinkenplatte 320 dreht. Wie 26 zeigt,
federt, wenn eine Ecke 372 jeder Sperrklinke 340 eine Ecke 374 der
Kontaktfläche 308 des
Nockens 302 überspringt,
die Sperrklinke 340 radial nach außen in Kontakt mit der Nockenfläche 306. 26 zeigt
die Sperrklinke 340, welche die Ecke 374 der Kontaktfläche 308 übersprungen
hat, jedoch bevor die Eingriffsfläche 362 mit der Kontaktfläche 308 in
Eingriff steht. Die an der Nockenfläche 306 vorhandene
Hydraulikflüssigkeit 376 gelangt
zwischen die Nockenfläche 306 und
die radial äußere Fläche 364 der Sperrklinke 340,
wodurch der Kontakt zwischen der Sperrklinke 340 und dem
Nocken 302 gedämpft
oder abgefedert wird. Wenn die Sperrklinke 340 an den Nocken 302 entlang
läuft,
wird das an der Nockenfläche 306 und
der Fläche
der Hinterschneidung 310 befindliche Schmiermittel 376 durch
die Freilaufbewegung der Sperrklinke 340 komprimiert und
axial von dem radialen Flansch 303 der Nockenplatte 300 und
den Nockenflächen 306, 308, 310 zu
der Lagerfläche 312 gepumpt.
In dem hier beschriebenen Beispiel schafft diese Pumpwirkung, welche
auftritt, wenn jeder der siebenunddreißig Nocken 302 über die
sieben Sperrklinken 340 pro Umdrehung der Nockenplatte 300 relativ
zu der Sperrklinkenplatte 320 entlang läuft, einen kontinuierlichen
Schmiermittelfluss zu der Lagerfläche 312 der Nockenplatte 300 und
der zusammenpassenden Lagerfläche 318 der Sperrklinkenplatte 320.
-
Die
Kupplung läuft
frei, wenn sich die Nockenplatte 300 schneller als die
Sperrklinkenplatte 320 und in derselben Richtung wie diese
dreht. Wenn die Geschwindigkeit der Sperrklinkenplatte 320 gleich
oder größer als
die der Nockenplatte 300 ist oder die Nockenplatte 300 sich
in der entgegengesetzten Richtung zu der Sperrklinkenplatte 320 dreht, ist
die Kupplung in Eingriff. Der Eingriff tritt ein, wenn die Ecke 372 einer
Sperrklinke 340 die Ecke 374 der Kontaktfläche 308 des
Nockens 302 überspringt,
wodurch die Eingriffsfläche 362 der
Sperrklinke 340 mit der Kontaktfläche 308 des Nockens 302 in
Eingriff gelangen kann. Wenn dieser Eingriff eintritt, schwenkt
die Sperrklinke 340 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 334 aus
der Position in 25 und 26, und
die Sperrklinkenfläche 346 wird
gegen die Aussparungsfläche 326 gedrängt, wie
in 27 gezeigt ist. Wenn die Kupplung in Eingriff
ist, drängt
eine Kraft F, welche zwischen der Sperrklinkenplatte 320 und
der Nockenplatte 300 übertragen wird,
wie mit Bezug auf 17 beschrieben ist, die Sperrklinkenfläche 346 gegen
die Aussparungsfläche 326,
und öffnet
einen Freiraum zwischen der Aussparungsfläche 324 und der benachbarten
Sperrklinkenfläche 342.
-
In 28 stellt
die Richtung einer radialen Linie 380, die von der Mittelachse 304 durch
die Schwenkachse 334 gezogen ist, die Radialrichtung einer
Zentrifugalkraft dar, die auf die Bauteile der Kupplung wirkt. Die
Linie 382 ist eine gerade Linie, welche die Punkte der
Schwenkachse 334 und des Massenschwerpunkts 350 der
Sperrklinke 340 miteinander verbindet. Wenn sich die Sperrklinkenplatte 320 um
die Mittelachse 304 dreht, ist die Zentrifugalkraft der
Sperrklinke 340, die von dem Vektor J verkörpert wird,
radial von der Mittelachse 304 durch den Massenschwerpunkt 350 der
Sperrklinke 340 hindurch ausgerichtet. Die Sperrklinke 340 ist
in 28 vollständig
in der Aussparung 322 zurückgezogen gezeigt, d.h. die
Sperrklinke 340 wird in die Aussparung 322 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 334 gedreht, bis
der Kontakt zwischen der Sperrklinke 340 und der Sperrklinkenplatte 320 eine
weitere Drehung verhindert. Mit der Sperrklinke 340 in
dieser Position liegt der Massenschwerpunkt 350 der Sperrklinke 340 relativ
zu der Schwenkachse 334 derart, dass die auf die Sperrklinke 340 ausgeübte Zentrifugalkraft
J bewirkt, dass die Sperrklinke 340 im Uhrzeigersinn um
die Schwenkachse 334 schwenkt, wodurch die Kraft der Feder 370 beim
Schwenken der Sperrklinke 340 in Richtung zu dem Eingriff
mit den Nocken 302 unterstützt wird. Jedoch überschreitet
bei der in ihrem normalen Drehzahlbereich arbeitenden Kupplung die Größe der Zentrifugalkraft
J weit die Größe der von der
Feder 370 erzeugten Kraft.
-
Die
Zentrifugalkraft J schwenkt jede Sperrklinke 340 um die
Schwenkachse 334 derart, dass sich die äußere Fläche 364 der Sperrklinke 340 durch den
Durchlass 323 hindurch an der Fläche der Nockenplatte 300 in
der in 25 gezeigten Position erstreckt,
wo die Getriebeflüssigkeit 376 oder
eine andere Hydraulikflüssigkeit
den sich wiederholenden Kontakt zwischen den Nockenflächen 306 und
den äußeren Flächen 364 der
Sperrklinke 340 dämpft oder
abfedert, wenn die Kupplung freiläuft.
-
Da
die Federkraft relativ zu der Größe der Zentrifugalkraft
der Sperrklinke 340 gering ist, sind die Richtung und Lage
der Zentrifugalkraft J die Hauptgrößen, die einen bevorzugten
Winkelbereich der Sperrklinke 340 um die Schwenkachse 334 bestimmen,
wenn die Kupplung freiläuft. 28 zeigt die
Sperrklinke 340 in einem bevorzugten Bereich. Es wurde
ermittelt, dass, wenn die Sperrklinke 340 vollständig in
der Aussparung 322 zurückgezogen ist,
ein bevorzugter Bereich eines spitzen Winkels 384, der
durch den Schnittpunkt der radialen Linie 380 und der Linie 382 gebildet
wird, im Bereich zwischen 0 und 20 Grad liegt.
-
In 29 ist
die Sperrklinke 340' vollständig in
der Aussparung 322 zurückgezogen
gezeigt, d.h. die Sperrklinke 340' wird in die Aussparung entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 334 geschwenkt, bis
der Kontakt zwischen der Sperrklinke 340' und der Nockenplatte 300 eine
weitere Drehung verhindert. Der Massenschwerpunkt 350' der Sperrklinke 340' liegt relativ
zu der Schwenkachse 334 derart, dass die radial von dem Massenschwerpunkt 350' ausgerichtete
Zentrifugalkraft K der Sperrklinke 340' bewirkt, dass die Sperrklinke 340' entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 334 von den Nocken 302 weg entgegen
der Kraft der Feder 370 schwenkt. Jedoch ist Kraft der
Feder 370, welche dem Schwenken der Sperrklinke entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn bei geringer Drehzahl entgegenwirkt, relativ zu
der Zentrifugalkraft an der Sperrklinke groß. Die radiale Linie 380 erstreckt
sich von der Mittelachse 304 durch die Schwenkachse 334,
und eine Linie 386 erstreckt sich von der Schwenkachse 334 zu
dem Massenschwerpunkt 350' der
Sperrklinke 340'.
In dem Falle, dass die Zentrifugalkraft wirkt, um die Kupplung außer Eingriff
zu bringen, und die Sperrklinke 340' vollständig in der Aussparung 322 zurückgezogen
ist, liegt ein bevorzugter Bereich eines spitzen Winkels 388,
der von dem Schnittpunkt der radialen Linie 380 und der Linie 386 gebildet
wird, im Bereich zwischen 0 und 20 Grad.
-
Wenn
ein Nocken 302 mit einer Sperrklinke 340 in Eingriff
steht, können
die Kraft F, die von dem mit der Sperrklinke 340 in Eingriff
stehenden Nocken 302 auf die Sperrklinke 340 ausgeübt wird,
und deren Reaktionskraft R in der Aussparung 322, wo die Sperrklinke 340 angeordnet
ist, durch eine gerade Linie 390 dargestellt werden. Die
Linie 390 verbindet einen Mittelpunkt 392 des
Kontaktbereichs zwischen der Sperrklinke 340 und der Kontaktfläche 308 des
in Eingriff stehenden Nockens 302 und einen Mittelpunkt 394 des
Kontaktbereichs zwischen der zweiten konkaven zylindrischen Fläche 326 und
der konvexen Sperrklinkenfläche 346. 30 und 31 zeigen
diese Punkte, Linien und Flächen.
-
Die
tangentiale Komponente der Kraft F, welche senkrecht zu der radialen
Linie 380 verläuft,
erzeugt ein Torsionsmoment in der Sperrklinkenplatte 320 um
die Mittelachse 304, so dass die Sperrklinkenplatte 320 mit
der Nockenplatte 300 als eine Einheit um die Mittelachse 304 gedreht
wird. Die mit der Reaktionskraft R auf die Aussparung 322 ausgeübte Belastung
wird winklig um die Mitte der zylindrischen Fläche 326 und axial über die
Tiefe der Aussparung 322 verteilt. Die verteilte Belastung
hat einen Spitzenwert an der Linie 390 und einen verringerten
Wert mit zunehmendem Abstand von der Linie 390. Der Spitzenwert
der verteilten Belastung liegt entlang der Linie 390 vor
und hat keine radiale Komponente um die Mitte der Aussparungsfläche 326.
Jedoch erzeugen die radialen Komponenten der verteilten Belastung
eine Zugspannung in der Nockenplatte 300.
-
Um
einen Spannungsfehler der Nockenplatte 300 infolge dieser
Belastung zu vermeiden, ist ein axiales Ende 176 jeder
Aussparung 322 durch eine Trennwandfläche 196 geschlossen,
die dem offenen axialen Ende 177 axial gegenüberliegend
angeordnet ist, wodurch eine radiale Spannungskontinuität über die
Aussparungsöffnung
geschaffen wird. Die Steifigkeit der Trennwand bewirkt ferner, dass
die durch die Kraft F verursachte verteilte Belastung an der Aussparung 322 an
dem der Trennwand am nächsten
liegenden axialen Ende der Aussparung 322 konzentriert
werden kann.
-
Mit
Bezug auf 31 wird, wenn ein Nocken 302 mit
einer Sperrklinke 340 in Eingriff steht, ein Winkel 398 zwischen
der Wirkungslinie 390 und einer Linie 400 gebildet,
die senkrecht zu der radialen Linie 380 verläuft, die
sich von der Mittelachse 304 zu der Schwenkachse 334 erstreckt.
Wenn der Winkel 398 groß ist, ist die radiale Komponente
der Kraft F parallel zu der Linie 380 relativ groß, und die
tangentiale Komponente parallel zu der Linie 400 ist gering.
Daher neigt, wenn der Winkel 398 groß ist, die Kraft F weniger
dazu, die Sperrklinkenplatte 320 um die Mittelachse 304 zu
drehen, und mehr dazu, die Sperrklinkenplatte 320 radial
in Richtung zu der Mittelachse 304 zu drängen. Jedoch
ist, wenn der Winkel 398 kleiner ist, die radiale Komponente
der Kraft F, die parallel zu der Linie 380 liegt und dazu
neigt, die Sperrklinkenplatte 320 um die Mittelachse 304 zu
drehen, relativ groß,
und die tangentiale Komponente der Kraft F ist gering. Es wurde
ermittelt, dass ein bevorzugter Bereich des Winkels 398 zwischen
0 und 45 Grad liegt. In diesem Bereich ist die Größe der Materialspannung,
die durch die radial gerichtete Kraft in der Sperrklinkenplatte 320 erzeugt
wird, geringer als das Spannungsvermögen des Materials der Sperrklinkenplatte 320.
-
Mit
Bezug auf 32, in welcher eine Sperrklinkenplatte 320 gezeigt
ist, die in einer Nockenplatte 300 eingebaut ist, läuft die
in der Aussparung 322 angeordnete Sperrklinke 340 frei
an den Nocken 302 entlang, wenn sich die Nockenplatte 300 entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinn relativ zu der Sperrklinkenplatte 320 dreht.
Die Nockenplatte 300 und die Sperrklinkenplatte 320 sind
derart angeordnet, dass die äußere Fläche 364 der
Sperrklinke 340 mit der Nockenfläche 306 an einer Linie 410 in
Kontakt steht, deren Spur in 32 als
ein Punkt erscheint, in welchem die Flächen 364 und 306 zuerst
einen Kontakt bilden, wenn sich die Nocken 302 entgegengesetzt zum
Uhrzeigersinn über
die Sperrklinke 340 bewegen. Die Linie 380 ist
eine gerade radiale Linie, die sich von der Mittelachse 304 durch
die Schwenkachse 334 erstreckt. Die Linie 412 ist
eine gerade Linie, welche die Schwenkachse 334 mit der
Mitte des Linienkontakts 410 an der Sperrklinkenfläche 364 verbindet.
Ein Winkel 414 wird durch den Schnittpunkt der Linien 380 und 412 gebildet.
-
Um
die Größe der radialen
Komponente der von dem Kontakt zwischen der Sperrklinkenfläche 364 und
der Nockenfläche 306 erzeugten
Kraft zu minimieren, tritt vorzugsweise der erste Kontakt 410 zwischen
der Sperrklinke 340 und dem Nocken 302 an der
nachlaufenden Seite der radialen Linie 380 auf, d.h. nachdem
sich der Nocken 302 an der Linie 380 vorbei dreht.
Vorzugsweise ist der Winkelversatz des ersten Kontakts 410 von
der radialen Linie 380 ausreichend, um die Größe der radialen
Komponente der Kontaktkraft zu minimieren. Es wurde ermittelt, dass
der Winkel 414 bevorzugt größer als 10 Grad ist und im
Bereich 10–45
Grad liegen sollte.
-
21 und 33 zeigen
eine Technik zum Führen
der Nockenplatte 300 und der Sperrklinkenplatte 320 in
ihre Montagepositionen. In 21 ist die
Nockenplatte 300 mit einer inneren, axial ausgerichteten
zylindrischen Führungs- oder Lagerfläche 312 versehen.
Die Sperrklinkenplatte 320 ist mit einer äußeren, axial
ausgerichteten zylindrischen Führungs-
oder Lagerfläche 318 versehen,
an welcher die Lagerfläche 312 der
Nockenplatte 300 zur axialen Bewegung in die Montageposition
geführt
wird. Nach der Montage stehen die Flächen 312, 318 im
gemeinsamen Eingriff und schaffen eine Lagerabstützung für die Relativdrehung der Nockenplatte 300 und
der Sperrklinkenplatte 320. Ein Haltering sitzt in der
Ausnehmung 305, um die Sperrklinkenplatte 320 gegen axiale
Bewegung relativ zu der Nockenplatte 300 nach ihrer Montage
und während
des Betriebs zu sichern.
-
33 zeigt
die Sperrklinken-Einwegkupplung, deren Nockenplatte 300 die
Sperrklinkenplatte 320 umschließt. Eine Nabe 420,
die in dem Getriebe an einem nichtdrehenden Träger angeordnet ist, ist der
Hauptbezugspunkt der Anordnung. Obwohl es ein Spiel zwischen der
Nabe 420 und der Sperrklinkenplatte 320 gibt,
um deren Montage zu ermöglichen,
können
diese auch zusammengepresst oder aus einem einzigen Teil geformt
sein. Der Träger (nicht
gezeigt) ist mit einem Getriebegehäuse verbunden und dreht sich
nicht. Die Nabe 420 ist mit anderen Getriebebauteilen verbunden,
welche Energie an der Nabe aufbringen, um deren Drehung zu bewirken.
-
Die
Sperrklinkenplatte 320, welche in 33 als
ein Innenlauf ring gezeigt ist, kann auch eine Nockenplatte sein,
die mit einem gestuften Querschnitt versehen ist, dessen größerer Durchmesser
derart bearbeitet ist, dass er den Durchmesser der Lagerfläche 318 bildet.
Die Nabe 420 legt die radiale Position der Sperrklinkenplatte 320 fest.
Keile 422 zwischen der Nabe 420 und der Sperrklinkenplatte 320 halten diese
beiden Bauteile zusammen, um die Relativgeschwindigkeit auf Null
zu halten und das Drehmoment zwischen ihnen zu übertragen. Bauteile, die an der
Nabe angebracht sind, legen die Sperrklinkenplatte 320 axial
fest.
-
In
einem Beispiel betragen die minimale und die maximale Abmessung
des Durchmessers der Lagerfläche 318 der
Sperrklinkenplatte 5,0205 bzw. 5,0235. Die minimale und die maximale
Abmessung des Durchmessers einer Körperfläche 424 der Sperrklinkenplatte
betragen 4,8450 bzw. 4,8550.
-
Die
minimale und die maximale Abmessung des Durchmessers der Lagerfläche 312 der
Nockenplatte betragen 5,0265 bzw. 5,0305. Die minimale und die maximale
Abmessung des Durchmessers der Körperfläche 302 der
Nockenplatte betragen 4,8725 bzw. 4,8775.
-
Aus
diesen Abmessungen ist ersichtlich, dass das maximale Spiel zwischen
den Ringen der Nockenplatte 300 und der Sperrklinkenplatte 320 an den
Durchmessern der Körperflächen 424, 302 auftritt,
wo das maximale und das minimale Spiel 0,0325 bzw.
0,0175 betragen. Das minimale Spiel zwischen den beiden Platten
tritt an den Lagerflächen 312, 318 auf,
wo das maximale und das minimale Spiel 0,0100 bzw.
0,0030 betragen.
-
Ein
Grund dafür,
dass das Spiel zwischen den Lagerflächen 312, 318 geringer
als das Spiel zwischen den Körperflächen 424, 302 ist,
ist es, sicherzustellen, dass die Körperfläche 424 der Sperrklinkenplatte
nicht mit der Körperfläche 302 der
Nockenplatte in Kontakt gelangt. Die einander benachbarten Körperflächen sind
zylindrische intermittierende Flächen,
die von den Sperrklinkendurchlässen 323 unterbrochen
werden, welche ein sofortiges Verriegeln der beiden Platten bei
hoher Freilaufgeschwindigkeit bewirken würden, wenn es nicht die oben
beschriebenen Spieldimensionierungsmaßnahmen gäbe. Die Durchmesser der Lagerflächen halten
auch die Position der Nockenplatte 300 relativ zu Sperrklinkenplatte 320 während der
Verriegelung aufrecht. Es ist möglich,
dass nur eine Sperrklinke 340 mit einem Nocken 302 während der
Verriegelung in Eingriff gelangen kann. Wenn dies auftritt, neigt
die Nockenplatte 300 dazu, sich um die in Eingriff stehende
Sperrklinke in dem Bereich des Kontakteingriffs zu drehen. Das geringe
Spiel zwischen den Lagerflächen 312, 318 ermöglicht,
dass sich die Nockenplatte 300 nur um einen geringen Weg
dreht, bevor die Lagerflächen 312, 318 in
gemeinsamen Kontakt miteinander gelangen. Das enge Spiel an den Lagerflächen begrenzt
das Radialspiel der Nockenplatte 300 in Bezug auf den Abstand
zu der Sperrklinkenplatte 320 während aller Betriebsarten,
d.h. Freilauf, Übergang
und Verriegelung.
-
Die
Lagerflächen 312, 318 sind
zylindrische Flächen.
Die Lagerfläche 318 wird
an der Lagerfläche 312 geführt, wodurch
die Möglichkeit
des Zusammenschweißens
der beiden Flächen
reduziert wird. Die scharfen Ränder
der Hinterschneidungen 310 an der Nockenplatte 300 neigen
dazu, den Ölfilm
zu unterbrechen, der sich an der Grenzfläche bildet. Wenn die beiden
Flächen
unterbrochen wären,
würden
die Sperrklinkenplatte 320 und die Nockenplatte 300 an diesen
hochbelasteten Stellen kontaktieren und könnten verschweißen oder
verkleben. Die kontinuierliche Lagerfläche verteilt die Belastung,
wodurch die Möglichkeit
des Aufschweißens
reduziert wird.
-
Alternativ
kann das Führen
der Platten 300, 320 mittels eines dritten Bauteils,
wie der Nabe 420, durchgeführt werden. In diesem Falle
wird eine relativ enge Abmessungstoleranz zwischen dem Durchmesser
einer Fläche 416 der
Nockenplatte 300 und dem Durchmesser einer Fläche 430 der
Nabe 420 gebildet, die durch Erweiterung des Flansches 303 radial
in Richtung zu der Nabenfläche 430 nahe
der Fläche 416 liegt.
Die Größe des Spiels
zwischen den Durchmessern der Flanschfläche 416 und der Nabenfläche 430 ist
gleich dem oben beschriebenen maximalen und minimalen Spiel zwischen
den Lagerflächen 312, 318 der
Platten.
-
Eine
zweite relativ enge Abmessungstoleranz wird wie bei dem oben beschriebenen
maximalen und minimalen Spiel zwischen den Flächen 312, 318 der
Platten zwischen dem Durchmesser einer Fläche 432 der Sperrklinkenplatte 320 und
dem Durchmesser der Fläche 430 der
Nabe 300 gebildet. Diese beiden Spiele jeweils zwischen
den Flächen 430, 432 und
den Flächen 416, 430 erzeugen
ein vorbestimmtes Spiel zwischen den Lagerflächen 312, 318.
-
Die
Lagerflächen 312, 318 sind
axial im Abstand von den Nocken 302 und den Sperrklinken 340 angeordnet.
Dies ermöglicht,
dass die Anzahl der Nocken maximiert werden kann, wodurch der Totgang reduziert
werden kann, welcher ein störendes
Geräusch,
wie ein klirrendes Geräusch,
erzeugen kann. Bei anderen Freilaufkupplungen nach dem Stand der Technik
wird versucht, die Körperdurchmesser
zum Führen
der Sperrklinkenplatte und der Nockenplatte zu verwenden. Bei diesen
Kupplungen muss zum Führen
ein beträchtlicher
Teil der Körperfläche der Nockenplatte
glatt und ununterbrochen sein, wodurch die Größe der übrigen Fläche reduziert wird und weniger
Nocken an dieser Fläche
ausgebildet sein können,
so dass das Risiko des Totgangs erhöht wird.