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QERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht Priorität
auf die am 31.Mai 2006 eingereichte vorläufige
US-Patentanmeldung Nr. 60/803,556 ,
die hier insgesamt bezugsweise aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wippenkupplungen mit selektiv
variablen Betriebsarten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Herkömmliche
Kraftfahrzeuge umfassen einen Triebstrang, der aus einer Maschine,
einem mehrstufigen Getriebe und einem Differential- oder Ausgleichsgetriebesystem
besteht. Das mehrstufige Getriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich
des Fahrzeugs, da die Maschine etliche Male über ihren Drehzahlbereich arbeiten
darf. Die Anzahl von in dem Getriebe verfügbaren Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnissen
gibt an, wie oft der Maschinendrehzahlbereich wiederholt wird.
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Automatikgetriebe
(z.B. vom Typ Planetengetriebe) und Handschaltgetriebe (z.B. vom
Typ Gegenwelle) bilden die zwei Hauptarten von Kraftfahrzeuggetrieben.
Frühe Automatikgetriebe
hatten zwei Drehzahlbereiche. Dies begrenzte stark den Gesamtdrehzahlbereich
des Fahrzeugs und erfordert deshalb eine relativ große Maschine,
die einen weiten Drehzahl- und
Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass die Maschine
während
des Reisens auf einem spezifischen Kraftstoffverbrauchs niveau arbeitete,
das nicht dem effizientesten Niveau entsprach. Deshalb waren historisch handgeschaltete
Getriebe am populärsten.
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Mit
dem Aufkommen von Drei- und Viergangautomatikgetrieben gewann das
Automatikschaltgetriebe an Popularität beim Auto fahrenden Publikum. Diese
Getriebe verbesserten die Betriebsleistung und die Wirtschaftlichkeit
des Fahrzeugs. Durch die Erhöhung
der Anzahl von Geschwindigkeitsverhältnissen in einem Automatikgetriebe
wird die Schrittgröße zwischen
jedem Verhältnis
reduziert, womit die Schaltqualität des Getriebes verbessert
wird, indem die Verhältniswechsel
bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im wesentlichen unmerklich für den Fahrer
gemacht sind. Indem die Übersetzungsverhältnisse
variiert werden, kann die Brennkraftmaschine unter der maximalen
Drehzahl und bevorzugt nahe an dem Maschinendrehzahlbereich arbeiten, der
die beste Leistung und/oder Wirtschaftlichkeit liefert.
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Automatikgetriebe
führen
allgemein eine Verhältnisänderung
durch, indem der Leistungsabgabepfad nach selektiver Betätigung eines
oder mehrerer Reibelemente verändert
wird, was üblicherweise entweder
als Kupplungs- oder Bremsmechanismus bezeichnet wird. Die oben erwähnten Reibelemente können z.B.
eine Einwegkupplung umfassen, die dazu konfiguriert ist, selektiv
Drehmoment in einer ersten Richtung zu übertragen und die Übertragung von
Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung zu unterbrechen. Als
ein Beispiel kann eine Einwegkupplung implementiert sein, um Drehmoment
von einer Maschine zu dem Getriebe zu übertragen und die Übertragung
von Umkehrdrehmoment vom Getriebe zu der Maschine zu unterbrechen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine wählbare
Einwegwippenkupplungsanordnung mit einem ersten Laufring vorgesehen,
der radial bezüglich
eines zweiten Laufrings angeordnet ist. Der erste Laufring definiert
eine Vielzahl von Taschen, während
der zweite Laufring eine Vielzahl von Zähnen definiert. Eine Vielzahl
von Wippen ist wenigstens teilweise jeweils in einer aus der Vielzahl
von Taschen positioniert und konfiguriert, um mit den Zähnen des
zweiten Laufrings in Eingriff zu gelangen, um dadurch einer Drehung
des ersten Laufrings relativ zu dem zweiten Laufring zu widerstehen oder
diese zu verhindern. Die wählbare
Einwegwippenkupplungsanordnung umfasst auch ein Selektorelement,
das radial bezüglich
des ersten und des zweiten Laufrings angeordnet ist. Das Selektorelement
ist selektiv zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten
Position drehbar und konfiguriert, um den Eingriff wenigstens einer
aus der Vielzahl von Wippen mit den Zähnen des zweiten Laufrings
zu verhindern, wenn sich der Selektor in der zweiten Position befindet.
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Bevorzugt
definiert die oben erwähnte
Vielzahl von Wippen eine erste und eine zweite Vielzahl von Wippen.
Die erste Vielzahl von Wippen ist konfiguriert, um die Drehung des äußeren Laufrings
bezüglich
des inneren Laufrings in einer ersten Richtung zu verhindern, wenn
sie mit den Zähnen
des zweiten Laufrings in Eingriff steht. Die zweite Vielzahl von
Wippen ist konfiguriert, um die Drehung des äußeren Laufrings bezüglich des
inneren Laufrings in einer zweiten Richtung zu verhindern, wenn
sie mit den Zähnen
des zweiten Laufrings in Eingriff steht.
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Idealerweise
umfasst die wählbare
Einwegwippenkupplungsanordnung auch eine Andrückplatte. Die Andrückplatte
ist konfiguriert, um entlang einer gemeinsamen Drehachse zu dem
Selektorelement hin oder davon weg zu übersetzen, um selektiv mit
dem Selektorelement in Eingriff zu ge langen oder es anzukoppeln,
um dadurch die Position des Selektorelements bezüglich der ersten und der zweiten Vielzahl
von Wippen zu steuern. Ein Stellglied kann auch wirksam mit der
Andrückplatte
verbunden sein, um die oben erwähnte
selektive Translation der Andrückplatte
zu dem Selektorelement hin oder davon weg vorzusehen.
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Ferner
ist bevorzugt, dass die wählbare
Einwegwippenkupplungsanordnung eine Vielzahl von Vorspannelementen
wie Federn umfasst. Im übrigen ist
auch bevorzugt, dass jede der ersten und der zweiten Vielzahl von
Wippen jeweils von einer der Federn in Eingriff mit den Zähnen des
zweiten Laufrings vorgespannt ist, um dadurch der Drehung des ersten
Laufrings relativ zu dem zweiten Laufring zu widerstehen.
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Es
ist darüber
hinaus bevorzugt, dass das Selektorelement allgemein kranzförmig oder
ringförmig
und wenigstens teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring
angeordnet ist. Idealerweise definiert das Selektorelement eine
Vielzahl von Öffnungen
oder Fenstern, die konfiguriert sind, um sich die erste und die
zweite Vielzahl von Wippen hindurch erstrecken zu lassen, wenn sich
das Selektorelement in der ersten Position befindet. Dazu definiert
das Selektorelement auch einen Körperabschnitt,
der konfiguriert ist, um den Eingriff wenigstens der zweiten Vielzahl
von Wippen mit den Zähnen
des zweiten Laufrings zu verhindern, wenn sich das Selektorelement
in der zweiten Position befindet.
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Besonders
kann der erste Laufring radial innerhalb des zweiten Laufrings angeordnet
sein, und umgekehrt kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung der zweite Laufring radial innerhalb des ersten Laufrings
angeordnet sein.
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Die
obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen und
besten Arten zur Durchführung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eine Wippenkupplungsanordnung
mit einer Andrückplatte,
einem Selektorring, inneren und äußeren Laufringen,
einer Buchse und einer Vielzahl von Wippen nach der vorliegenden
Erfindung;
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2a ist
eine schematische Seitenansicht der Kupplungsanordnung von 1 entlang
einer Ebene, die senkrecht zu einer Drehachse liegt, zur Veranschaulichung
des Selektorrings in einer ersten Position;
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2b ist
eine schematische, fragmentarische Aufrissabbildung von zwei der
Wippen und dem Selektorring von 2a in
einer ersten Position;
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2c ist
eine schematische, fragmentarische Seitenansicht zur Veranschaulichung
einer aus der ersten Vielzahl von Wippen von 2a in
einer ersten Wechselwirkung mit dem äußeren Laufring;
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2d ist
eine schematische, fragmentarische Seitenansicht zur Veranschaulichung
einer der Wippen von 2a in einer zweiten Wechselwirkung mit
dem äußeren Laufring;
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2e ist
eine schematische, fragmentarische Seitenansicht einer aus der zweiten
Vielzahl von Wippen von 2d in Wechselwirkung mit dem äußeren Laufring;
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3a ist
eine schematische Seitenansicht der Kupplungsanordnung von
-
1 entlang
einer Ebene, die senkrecht zu einer Drehachse liegt, zur Veranschaulichung
des Selektorrings in einer zweiten Position;
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3b ist
eine schematische, fragmentarische Aufrissabbildung der zwei Wippen
von 3a mit dem Selektorring in einer zweiten Position;
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3c ist
eine schematische, fragmentarische Seitenansicht zur Veranschaulichung
einer aus der zweiten Vielzahl von Wippen von 3a in
einer eingezogenen Position;
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4a ist eine schematische Seitenansichtabbildung
eines Abschnitts der Kupplungsanordnung von 1, der wirksam
mit einem Stellglied verbunden ist, das konfiguriert ist, um selektiv
die Andrückplatte
und damit den Selektorring zwischen der ersten und der zweiten Position
zu bewegen;
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5 ist
eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines beispielhaften
Handschaltgetriebes mit zwei an der Eingangswelle angebrachten,
wählbaren
Einwegwippenkupplungsanordnungen;
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6 ist
eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines beispielhaften
Doppelkupplungsgetriebes oder DCT, einer Architektur, die eine Vielzahl
von an der Eingangswelle angebrachten, wählbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen
der vorliegenden Erfindung verwendet; und
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7 ist
eine schematische Abbildung der verschiedenen Komponenten eines
beispielhaften Hybridtriebstrangsystems, das eine Vielzahl der wählbaren
Einwegwippenanordnungen der vorliegenden Erfindung verwendet.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezug auf die Zeichnungen, wo gleiche Bezugsziffern die gleichen
Komponenten bezeichnen, zeigt 1 eine Explosionsansicht
einer wählbaren
Einwegwippenkupplungsanordnung 10. Die Wippenkupplungsanordnung 10 ist
steuerbar, um Drehmoment in zwei Drehrichtungen zu übertragen (d.h.
im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) oder Drehmoment in
einer Richtung zu übertragen und
in der entgegengesetzten Richtung ausgekuppelt zu sein (d.h. Freilauf
in einem ausgerückten
Zustand). Die Wippenkupplungsanordnung 10 kann z.B. dazu
verwendet werden, die Drehmomentübertragung
in einem Automatikgetriebe, einem Handschaltgetriebe, einem Hybridfahrzeuggetriebe,
einem Doppelkupplungsgetriebe, einem Verteilergetriebe oder einem
Maschinenhilfsantrieb zu steuern.
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Die
Wippenkupplungsanordnung 10 umfasst einen allgemein ringförmigen inneren
Laufring 12 und einen allgemein ringförmigen äußeren Laufring 14,
wobei der innere und der äußere Laufring 12, 14 koaxial
um eine Drehachse 16 positioniert sind (am besten in 2a zu
sehen). Eine Buchse 18 ist bevorzugt vorgesehen, um den äußeren Laufring 14 anzusteuern
oder zu führen,
wenn er sich relativ zu dem inneren Laufring 12 dreht.
Ein Selektorelement wie ein Selektorring 20 ist radial
zwischen dem inneren Laufring 12 und dem äußeren Laufring 14 positioniert.
Die Wippenkupplungsanordnung 10 umfasst auch ein Andrückelement
wie eine Andrückplatte 22, die
selektiv in einer axialen Richtung übersetzbar ist, d.h. entlang
der Achse 16 von 2, um den
Selektorring 20 zu drehen, was unten im einzelnen beschrieben
wird.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung ist der Status der Wippenkuppplungsanordnung 10 entweder „verriegelt" oder „gelöst". Die Wippenkupplungsanordnung 10 ist „verriegelt", wenn der innere und
der äußere Laufring 12, 14 zusammengekuppelt sind,
so dass Drehmoment in beiden Richtungen über die Wippenkupplungsanordnung 10 übertragen werden
kann. Die Wippenkupplungsanordnung 10 ist „gelöst", wenn sich der innere
und der äußere Laufring 12, 14 unabhängig drehen,
so dass Drehmoment in wenigstens einer Richtung nicht über die
Wippenkupplungsanordnung 10 übertragen werden kann.
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Der
innere Laufring 12 definiert eine Innenfläche 24,
die bevorzugt genutet ist, um die Befestigung an einem Wellenelement,
z.B. der Eingangswel le von 5 zu erleichtern.
Die Außenfläche 26 des
inneren Laufrings 12 definiert eine Vielzahl von Taschen 28,
die jeweils konfiguriert sind, um eine Wippe 30 zu halten.
Jede Tasche 28 umfasst eine bei 23 in 2a gezeigte
Ausnehmung, die dazu geeignet ist, ein Vorspannelement wie beispielsweise
die Schraubenfeder 34 von 2a zu
halten. Die Federn 34 erstrecken sich jeweils von einer
Ausnehmung 32 und greifen derart an einer Wippe 30 an,
dass ein Abschnitt der Wippe 30 in Eingriff mit dem äußeren Laufring 14 vorgespannt
ist, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird.
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Wieder
unter Bezug auf 1 definiert der äußere Laufring 14 eine
Außenfläche, die
bevorzugt genutet ist, um die Befestigung an einem (nicht gezeigten)
Wellenelement oder Zahnrad wie dem ersten und zweiten Zahnrad 240 bzw. 240A von 5 zu
erleichtern. Die Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 definiert
eine Vielzahl von Zähnen 40,
die dazwischen Schlitze 41 definieren.
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Alternativ
kann die Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 eine
Vielzahl von Taschen, die konfiguriert sind, um eine Vielzahl von
Wippen darin zu halten, und Ausnehmungen definieren, die dazu geeignet
sind, Vorspannelemente zu halten, die so funktionieren, wie dies
oben bezüglich
der Taschen 28, Wippen 30, Ausnehmungen 32,
der Feder 34 und der Außenfläche 26 des inneren
Laufrings 12 beschrieben wurde. Diesbezüglich würde die Außenfläche 26 des inneren
Laufrings 12 eine Vielzahl von Zähnen definieren, die zum selektiven
Eingriff mit Wippen konfiguriert sind und so funktionieren, wie dies
oben bezüglich
der Zähne 40 und
der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 beschrieben
wurde.
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Der
Selektorring 20 umfasst einen allgemein kranzförmigen Körperabschnitt 50,
der eine Vielzahl von Öffnungen
oder Fenstern 42 und eine Vielzahl von Führungsschlitzen 44 definiert.
Die Fenster 42 sind konfiguriert, um jeweils eine Wippe 30 in
einer radialen Richtung vorrücken
oder durchtreten zu lassen, an einem der Zähne 40 an dem äußeren Laufring 14 anzukoppeln
oder damit in Eingriff zu gelangen und dadurch die Wippenkupplungsanordnung 10 zu
sperren. Ein Körperabschnitt 50 des
Selektorrings 20 funktioniert so, dass er eine jeweilige
Wippe 30 daran hindert, mit dem äußeren Laufring 14 in
Eingriff zu gelangen, so dass die Wippenkupplungsanordnung 10 in
einer oder beiden Richtungen ausgekuppelt sein kann. Wie im folgenden
im einzelnen beschrieben wird, ist deshalb der Status der Kupplung (d.h.
entweder verriegelt oder gelöst)
wählbar,
indem der Körperabschnitt 50 und
die Fenster 42 des Selektorrings 20 relativ zu
den Wippen positioniert werden.
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Die
Vielzahl von Wippen 30 umfasst eine erste Vielzahl von
Wippen 30A und eine zweite Vielzahl von Wippen 30B.
Die erste und die zweite Vielzahl von Wippen 30A, 30B sind
allgemein identisch, aber unterschiedlich innerhalb des inneren
Laufrings 12 positioniert. Genauer ist die erste Vielzahl
von Wippen 30A idealerweise konfiguriert, um mit der Vielzahl
von Zähnen 40 in
Eingriff zu gelangen und dadurch der Drehung CW des äußeren Laufrings 14 im
Uhrzeigersinn relativ zu dem inneren Laufring 12 zu widerstehen.
Darüber
hinaus ist die zweite Vielzahl von Wippen 30B idealerweise
konfiguriert, um mit der Vielzahl von Zähnen 40 in Eingriff
zu gelangen und dadurch der Drehung CCW des äußeren Laufrings 14 gegen
den Uhrzeigersinn relativ zu dem inneren Laufring 12 zu
widerstehen.
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Die
Schlitze 44 sind bevorzugt in einem Winkel von etwa 45
Grad relativ zu der Drehachse ausgebildet, die durch den allgemein
kranzförmigen
Selektorring 20 definiert ist (z.B. die Achse 16 von 3). Jeder Schlitz 44 definiert
eine erste Fläche 46 und
eine zweite Fläche 48,
die entsprechend in einem Winkel von etwa 45 Grad ausgebildet sind.
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Noch
unter Bezug auf 1 hat die Andrückplatte 22 eine
radial äußere Fläche 52,
die eine Vielzahl von Zähnen 54 definiert,
und eine radial innere Fläche 60,
die eine Vielzahl von Stiften 62 definiert. Die Zähne 54 sind
konfiguriert, um mit einem komplementären Merkmal an einem externen
Element (z.B. dem stationären
Element 112, 4) in Eingriff zu gelangen,
so dass die Andrückplatte 22 an
einer Drehung um die Achse 16, 2a gehindert
wird. Die Stifte 62 sind im wesentlichen axial mit den
Führungsschlitzen 44 des
Selektorrings ausgerichtet. Wenn die Andrückplatte 22 in einer
axialen Richtung zu dem inneren Laufring 12 hin übersetzt
wird, greift jeder Stift 62 an der ersten Fläche 46 eines
komplementären
Schlitzes 44 an und verleiht ihr eine Kraft. Der Winkel
von etwa 45 Grad der ersten Fläche 46 wandelt
die axial aufgebrachte Kraft von dem Stift 62 in eine radial
aufgebrachte Kraft um, wodurch der Selektorring 20 tendenziell
in einer Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Ähnlich greift dann,
wenn die Andrückplatte 22 in
einer axialen Richtung von dem inneren Laufring 12 weg übersetzt wird,
jeder Stift 62 an der zweiten Fläche 48 eines komplementären Schlitzes 44 an
und verleiht ihr eine Kraft. Der Winkel von etwa 45 Grad der zweiten
Fläche 48 wandelt
die axial aufgebrachte Kraft von dem Stift 62 in eine radial
aufgebrachte Kraft um, wodurch der Selektorring 20 tendenziell
in einer Richtung CW im Uhrzeigersinn gedreht wird.
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Idealerweise
wird die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung
CCW gegen den Uhrzeigersinn die Fenster 42 derart ausrichten,
anordnen oder lokalisieren, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in
einer eingerückten
oder aktiven ersten Position befindet, wobei sich sowohl die erste
als auch die zweite Vielzahl von Wippen 30A, 30B in
einem einrückbaren
Zustand mit der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 befinden.
Vgl. 2a–2e.
Umgekehrt wird die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung
CW im Uhrzeigersinn die Fenster 42 bevorzugt derart ausrichten,
anordnen oder lokalisieren, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in
einer neutralen oder gelösten
zweiten Position befindet, wobei sich nur die erste Vielzahl von
Wippen 30A in einem einrückbaren Zustand mit der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 befindet.
Vgl. 3a–3c.
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Der
Winkel der ersten und der zweiten Fläche 46, 48 und
deshalb der Führungsschlitze 44 kann sich
merklich von dem in 1 veranschaulichten 45-Grad-Winkel
unterscheiden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Außerdem können die
Umfangsanordnung der Führungsschlitze 44 und
entsprechende Anordnungen von zusammenpassenden Komponenten (z.B.
Fenster 42 und der Körperabschnitt 50),
wie dies in 1 abgebildet ist, umgekehrt
sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen. Beispielsweise
könnte
die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung CW im
Uhrzeigersinn die Fenster 42 und den Körperabschnitt 50 derart
lokalisieren, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in der
aktiven Position befindet, während
die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung CCW
gegen den Uhrzeigersinn die Fenster 42 und den Körperabschnitt 50 folglich
derart lokalisieren würde,
dass sich die Kupplungsanordnung 10 in der neutralen Position
befindet, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wenden
wir uns nun 2a zu, wo gleiche Bezugsziffern
die gleichen Komponenten aus 1 bezeichnen,
so ist eine detaillierte schematische Seitenansicht der Wippenkupplungsanordnung 10 vorgesehen.
Der äußere Laufring 14 ist
derart konzentrisch um den inneren Laufring 12 angeordnet,
dass sich die Außenfläche 26 des
inneren Laufrings 12 in Nebeneinanderstellung mit der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 befindet,
und dass die Taschen 28 in Richtung der Zähne 40 offen
sind. Jede aus der ersten Vielzahl von Wippen 30A und jede
aus der zweiten Vielzahl von Wippen 30B ist wenigstens
teilweise innerhalb einer jeweiligen Tasche 28 angeordnet
und durch eine jeweilige Feder 34 in Eingriff mit den Zähnen 40 vorgespannt.
Der äußere Laufring 14 ist
selektiv bezüglich
des inneren Laufrings 12 um die Achse 16 drehbar.
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2a zeigt
die Wippenkupplungsanordnung 10, während sie sowohl in Richtung
CW im Uhrzeigersinn als auch in Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn
derart verriegelt (oder aktiv) ist, dass sich der äußere Laufring 14 nicht
in einer Richtung relativ zu dem inneren Laufring 12 drehen
kann. Der Selektorring 20 ist radial zwischen dem inneren
Laufring 12 und dem äußeren Laufring 14 angeordnet
und in 2a und 2b in
der ersten Position abgebildet. Wenn sich der Selektorring 20 in
der ersten Position befindet, ist jedes Fenster 42 derart
positioniert, dass sich jeweils eine aus der ersten Vielzahl von
Wippen 30A radial hindurch erstrecken kann. Außerdem ist dann,
wenn sich der Selektorring 20 in der ersten Position befindet,
jedes Fenster 42 derart positioniert, dass sich jeweils
eine aus der zweiten Vielzahl von Wippen 30B radial hindurch
erstrecken kann.
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Wenden
wird uns 2c zu, dann ist eine Wippe 30A in
Wechselwirkung mit dem inneren Laufrad 12 und dem äußeren Laufring 14 abgebildet;
die in 2c abgebildete Wippe 30A steht
für alle
aus der ersten Vielzahl von Wippen 30A. Die Wippe 30A umfasst
einen Körperabschnitt 70 und
einen Eingriffsarm oder eine Klaue 72, die von dem Körperabschnitt 70 vorsteht.
Nach der bevorzugten Ausführungsform
definiert das Eingriffsende 72 allgemein gegenüberliegende
erste und zweite Flächen 76 bzw. 78 und
eine terminale Endfläche 80.
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Nach
der bevorzugten Ausführungsform
definiert der Körperabschnitt 70 jeder
Wippe 30A ein Schwenkzentrum oder eine Achse 74 und
umfasst eine erste, zweite und dritte Fläche 90 bzw. 92 und 94.
Die erste und die zweite Fläche 90, 92 sind
beide kreiszylindrische Flächen,
deren Bögen
konzentrisch zu dem Schwenkzentrum 74 sind. Die erste und
die zweite Fläche 90, 92 sind
konfiguriert, um die Drehung oder Verschwenkung der Wippe 30A zu
führen und
diese Verschwenkung auf einen Freiheitsgrad zu begrenzen.
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Wie
oben kurz bemerkt, kontaktiert die Feder 34 die Fläche 78,
wobei sie den Eingriffsarm 72 der Wippe 30A radial
nach außen
zu dem äußeren Laufring 14 hin
drängt,
so dass der Eingriffsarm 72 positioniert ist, um mit den
Zähnen 40 in
Eingriff zu gelangen und dagegen anzuliegen. Im Kontext der vorliegenden
Anmeldung greift ein Eingriffsarm 72 und deshalb eine Wippe 30A, 30B an
den Zähnen 40 an, wenn
sich ein Abschnitt der Wippe 30A, 30B oder der Eingriffsarm 72 in
einem radialen Abstand von der Achse befindet (in 2a bei 16 gezeigt),
der ausreicht, um einen der Zähne 40 zu
kontaktieren. Bei der abgebildeten Ausführungsform spannt die Feder 34 den
Eingriffsarm 72 ausreichend radial nach außen vor,
so dass sich bei Abwesenheit einer entgegenwirkenden Kraft der Eingriffsarm 72 in
einen der Schlitze 41 erstreckt, die zwischen den Zähnen 40 des äußeren Laufrings 14 definiert
sind.
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Jede
Wippe 30A ist konfiguriert, um eine Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 um die Achse 16 in einer
ersten Richtung zuzulassen und eine Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 um die Achse 16 in einer
zweiten Richtung zu verhindern, wenn die Wippe 30A mit
den Zähnen 40 des äußeren Laufrings 14 in
Eingriff steht. Mit anderen Worten, die erste Vielzahl von Wippen 30A ist
konfiguriert, um Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in
der zweiten Richtung zu übertragen
und kein Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in der
ersten Richtung zu übertragen.
Genauer ist jede Wippe 30A derart konfiguriert, dass dann,
wenn sich der äußere Laufring 14 gegen
den Uhrzeigersinn relativ zu dem inneren Laufring 12 dreht,
einer der Zähne 40 die
Fläche 76 jeder
Wippe 30A kontaktiert. Die Orientierung der Fläche 76 und
der Winkel, in dem der Zahn 40 die Fläche 76 kontaktiert,
ist derart, dass der Zahn 40 eine Kraft auf die Fläche 76 aufbringt,
die den Eingriffsarm 72 der Wippe 30A um die Schwenkachse 74 weg
von dem äußeren Laufring 14 dreht, wobei
die Feder 34 zusammengedrückt wird. Die Drehung des Eingriffsarms 72 läßt den Zahn 40 während der
Relativdrehung des äußeren Laufrings
bezüglich
des inneren Laufrings in Richtung gegen den Uhrzeigersinn gleiten.
Die Wippen 30A verhindern also nicht eine Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn.
Idealerweise liegt das Schwenkzentrum oder die Achse 74 jeder
Wippe 30A parallel zu der Achse 16.
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Unter
Bezug auf 2d, wo gleiche Bezugsziffern
die gleichen Komponenten von 1–2c bezeichnen,
ist die Wippe 30A mit dem Eingriffsarm 72 abgebildet,
der sich radial nach außen
in den Schlitz 41 erstreckt. Wenn sich der äußere Laufring 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn erstreckt, kontaktiert
ein Zahn 40 die Fläche 80 des
Eingriffsarms 72. Die Orientierung der Fläche 80 und
der Winkel, in dem der Zahn 40 die Fläche 80 kontaktiert,
ist derart, dass der Zahn 40 eine Kraft F auf die Fläche 80 aufbringt,
und die Fläche überträgt eine
entsprechende Reaktionskraft auf den Zahn 40, die verhindert,
dass sich der äußere Laufring 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn dreht.
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Wenn
die Fläche 80 mit
einem Zahn 40 in Kontakt steht, wird eine Reaktionskraft,
die allgemein beispielhaft durch den Pfeil F2 in 2d dargestellt ist,
auf die Fläche 92 von
dem inneren Laufring 12 aufgebracht. Da das Drehzentrum
der Fläche 92 bevorzugt
an dem Schwenkzentrum 74 angeordnet ist, wird die Reaktionskraft
F2 entlang der Fläche 92 verteilt
und erzeugt kein Drehmoment, das dazu neigt, die Wippe 30A um
das Schwenkzentrum 74 zu verschwenken. Optimal funktioniert
die Fläche 90 als eine
Führungsfläche – wenn die
Wippe 30A mit einem Zahn 40 in Eingriff steht,
wird bevorzugt keine Reaktionskraft auf die Fläche 90 aufgebracht.
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Die
Fläche 94 ist
konfiguriert, um die Drehung oder Verschwenkung der Wippe 30A entweder im
Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu begrenzen. Ein Massenzentrum 96 der
Wippe 30A kann in Beziehung zu dem Schwenkzentrum 74 derart
angeordnet sein, dass die Zentrifugalkraft dazu neigt, die Wippe 30A entweder
einzurücken
oder auszurücken,
je nachdem, ob die Tasche 28 und dadurch die relative Anordnung
der Wippe 30A bezüglich
des inneren Laufrings 12 oder des äußeren Laufrings 14 definiert
ist.
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Wenden
wir uns nun 2e zu, dann ist die Wippe 30B in
Wechselwirkung mit dem inneren Laufring 12 und dem äußeren Laufring 14 abgebildet;
die in 2e abgebildete Wippe 30B steht
für alle
aus der zweiten Vielzahl von Wippen 30B. Die Wippen 30B sind
geometrisch im wesentlichen identisch mit den Wippen 30A,
abgesehen von ihrer Orientierung bezüglich des inneren und des äußeren Laufrings 12, 14.
Genauer sind die Wippen 30B derart orientiert, dass jede
Wippe 30B die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 in der zweiten Richtung zuläßt (z.B.
im Uhrzeigersinn) und die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren
Laufrings 12 in der ersten Richtung (z.B. gegen den Uhrzeigersinn)
verhindert, wenn die Wippe 30B mit den Zähnen 40 des äußeren Laufrings 14 in Eingriff
steht. Mit anderen Worten, die Wippen 30B sind konfiguriert,
um Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in
der ersten Richtung zu über tragen
und kein Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in
der zweiten Richtung zu übertragen,
wenn die Wippen 30B mit den Zähnen 40 in Eingriff
stehen.
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Die
Feder 34 spannt den Eingriffsarm 72 der Wippe 30B in
den Schlitz 41 und in Eingriff mit den Zähnen 40 vor.
Wenn sich der äußere Laufring 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 gegen den Uhrzeigersinn dreht, kontaktiert
einer der Zähne 40 die
Fläche 80 der
Wippe 30B, und die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 gegen den Uhrzeigersinn wird auf die
gleiche Weise verhindert, wie die Wippen 30A die Drehung
des äußeren Laufrings 14 im
Uhrzeigersinn verhindern. Wenn sich der äußere Laufring 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn dreht, kontaktieren
die Zähne 40 die
Fläche 76 die
Wippe 30B derart, dass die Wippe 30B schwenkt
und zuläßt, dass
die Zähne über die
Fläche 76 gleitet,
wodurch die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des
inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn zugelassen wird.
-
Unter
Bezug auf 3a und 3b, wo
gleiche Bezugsziffern die gleichen Komponenten aus 1–2e bezeichnen,
ist der Selektorring 20 selektiv in axialer Richtung aus
der (in 2a und 2b gezeigten)
ersten Position in die in 3a und 3b gezeigte
zweite Position übersetzbar. Befindet
er sich in der zweiten Position, dann läßt der Selektorring 20 zu,
dass die erste Vielzahl von Wippen 30A mit den Zähnen 40 des äußeren Rings 14 sowohl
in der ersten als auch der zweiten Richtung in Eingriff gelangt.
Die Funktion der Wippen 30A ist also identisch, wenn sich
der Selektorring 20 entweder in der ersten oder der zweiten
Position befindet. Wenn sich der Selektorring 20 jedoch
in der zweiten Position befindet, 2a, dann
ist der Körperabschnitt 50 des
Selektorrings 20 radial zwischen der zweiten Vielzahl von
Wippen 30B und dem äußeren Laufring 14 positioniert,
wodurch der Eingriff der Wippen 30B mit den Zähnen des äußeren Laufrings 14 verhindert ist.
-
Genauer
und unter Bezug auf 3c bewirkt die Bewegung des
Rings 20 aus der ersten in die zweite Position, dass der
Körperabschnitt 50 die
Fläche 76 der
Wippe 30B kontaktiert und der Vorspannung der Feder 34 entgegenwirkt,
wodurch die Wippe 30B außer Eingriff mit den Zähnen 40 des äußeren Laufrings
verschwenkt wird. Mit anderen Worten, der Selektorring 20 hält die Wippen 30B in
einer eingezogenen Position, in welcher sich kein Teil der Wippen 30B ausreichend
radial nach außen
erstreckt, um die Zähne 40 oder
die Kerben 41 zu kontaktieren oder anders mit ihnen in
Wechselwirkung zu treten, wenn er sich in der zweiten Position befindet.
-
Befindet
sich also der Selektorring 20 in der zweiten Position,
verhindern die Wippen 30A die Drehung des äußeren Laufrings 14 in
Richtung CW im Uhrzeigersinn, und die Wippen 30B gelangen
nicht mit den Zähnen
in Eingriff, wodurch sie den äußeren Laufring
relativ zu dem inneren Laufring 12 in Richtung CCW gegen
den Uhrzeigersinn drehen lassen. Die Fähigkeit der Kupplungsanordnung 10,
Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring 12, 14 in
einer Richtung zu übermitteln,
ist durch Drehen des Selektorelements 20 selektiv variabel.
Die Bewegung des Selektorelements 20 aus der ersten Position,
z.B. 2a–2e,
in die zweite Position, z.B. 3a–3c bewirkt,
dass sich die Drehmomentführfähigkeit
der Kupplungsanordnung 10 von zweidirektional zu eindirektional ändert.
-
Unter
Bezug auf 4 ist schematisch abgebildet,
dass die Kupplungsanordnung 10 von 1–3c in
einem Fahrzeug eingebaut ist, das allgemein als 102 dargestellt
ist, und zwar als Teil einer Triebstrangkomponente 106,
die z.B. ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT), ein Hybridtriebstrang,
ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein Maschinenhilfsantrieb
usw., sein kann und im folgenden ausführlich beschrieben wird. Der
innere Laufring 12 ist bezüglich eines stationären Elements 112 wie
einem Getriebegehäuse
oder einer Rückenplatte,
einem Fahrwerk oder dem Fahrzeugaufbau angebracht, um die Drehung
des inneren Laufrings 12 bezüglich des stationären Elements 112 zu
verhindern. Der äußere Laufring 14 ist
bezüglich
eines drehbaren Elements, das allgemein als 117 dargestellt
ist, zur Drehung damit angebracht. Bei der in 4 abgebildeten
Ausführungsform
ist das drehbare Element 117 bevorzugt ein Element eines
Planetengetriebes 116. Die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht auf die Struktur von 4 beschränkt, wobei
das drehbare Element z.B. ein Bereichsrad in einem (nicht gezeigten)
Ausgleichswellengetriebe oder ähnliches sein.
-
Ein
Stellglied 124 wie ein hydraulisch oder pneumatisch betätigter Kolben,
ein Elektromagnet oder ähnliches
ist bezüglich
des stationären
Elements 112 angebracht. Das Stellglied 124 ist
wirksam mit der Andrückplatte 22 verbunden
und konfiguriert, um selektiv den Selektorring 20 relativ
zu dem stationären
Element 112 zwischen der ersten gezeigten Position und
der (in 4 als 22A gestrichelt
veranschaulichten) über
die Translation von Stiften 62 in Führungsschlitzen 44 zu
verlegen, wie dies oben bezüglich 2b und 3b erörtert wurde.
-
Eine
Rückholfeder 128 verbindet
das stationäre
Element 112 und den Selektorring 20 wirksam miteinander,
um den Selektorring 20 in der ersten Position vorzuspannen.
Alternativ kann die Rückholfeder 128 das
stationäre
Element 112 und die Andrückplatte 22 miteinander
verbinden, um den Selektorring 20 in der ersten Position
vorzuspannen. Als eine weitere Alternative kann die Rückholfeder 128 konfiguriert
sein, um den Selektorring 20 in der zweiten Position vorzuspannen.
-
Der
Selektorring 20 ist bei der Drehung bezüglich des stationären Elements 112 und
deshalb bezüglich
des inneren Laufrings 12 begrenzt, wie durch seine Verbindung
mit der Andrückplatte 22 über Stifte 62 und
Führungsschlitze 44 von 1,
so dass die Fenster 42 des Selektorrings 20 jeweils
ihre Ausrichtung mit einer Wippe 30 aufrechterhalten. Die Andrückplatte 22 ist
bezüglich
des stationären
Elements 112 verzahnt oder gekoppelt, wie über die
(in 1 bei 54 gezeigten) Zähne, so dass die Andrückplatte 22 axial übersetzbar,
aber nicht drehbar bezüglich
des stationären
Elements 112 und des inneren Laufrings 12 ist.
-
Es
sei bemerkt, dass dann, wenn das Stellglied 124 durch einen
ungenügenden
linearen Weg gekennzeichnet ist, um den Selektorring 20 zwischen der
ersten und der zweiten Position zu bewegen, verschiedene (nicht
gezeigte) lineare Wegverstärker verwendet
werden können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
können
radial orientierte Hebel das Stellglied und den Ring miteinander
verbinden. Alternativ kann anstelle eines Hebels eine einzige geschlitzte
Scheibe verwendet werden. Die Scheibe kann auch als eine Kolbenrückstellfeder
dienen, wenn sie aus einem elastischen Material gebildet ist.
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5 ist
eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines Getriebes 206,
die veranschaulicht, dass die erste und die zweite Wippenkupplung 210 und 210A an
einer Eingangswelle 236 angebracht sind. Die erste und
die zweite Wippenkupplung 210 und 210A arbeiten,
um die Zahnräder 241 bzw. 241A im
wesentlichen mit der Eingangswelle 236 des Getriebes 206 zu
verriegeln, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse
vorzusehen. Das erste und das zweite Zahnrad 241, 241A sind
bezüglich der
Eingangswelle 236 durch ein erstes Lager und ein zweites
Lager 243 bzw. 243A drehbar angebracht. Der erste
und der zweite innere Laufring 212, 212A jeder
Kupplung 210 bzw. 210A sind bevorzugt fest angebracht
(z.B. über
genutete Innenflächen ähnlich der
Fläche 24 von 1)
und bezüglich
der Eingangswelle 236 koaxial orientiert.
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Der
erste und der zweite äußere Laufring 214, 214A jeder
Kupplung 210 bzw. 210A sind am Umfang um den ersten
und den zweiten inneren Laufring 212 bzw. 212A angeordnet
und damit bezüglich
der Eingangswelle 236 koaxial orientiert. Ähnlich sind
der erste und der zweite äußere Laufring 214, 214A bezüglich des
ersten und des zweiten Zahnrades 214, 214A starr
angebracht (z.B. über
genutete Außenflächen ähnlich der
Fläche 36 von 1).
Der erste und der zweite innere Laufring 212, 212A definieren
eine Vielzahl von Taschen 228 bzw. 228A, die jeweils
konfiguriert sind, um eine erste und eine zweite Gruppe von Wippen 230 bzw. 230A zu halten.
Die erste und die zweite Innenfläche 238, 238A der äußeren Laufringe 214 bzw. 214A definieren
eine Vielzahl von Zähnen 240, 240A.
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Noch
unter Bezug auf 5 kann der selektive Eingriff
der Zahnräder 241 und 241A durch
die Translationsbewegung einer Schaltgabel 250 durchgeführt werden,
die gleitend an einer Welle 252 angebracht ist. Die Schaltgabel 250 wird
mit einer Selektorhülse 254 in
Eingriff gelangen, die drei axiale Positionen relativ zu den Wippenkupplungen 210 und 210A hat.
Diese drei axialen Positionen werden von einem Rastmechanismus 256 aufrechterhalten.
Der Rastmechanismus 256 umfasst eine Feder 258,
die zu betrieben ist, um eine Kugel 260 vorzuspannen, die
arbeitet, um mit einer ersten, zweiten und dritten Raste oder Ausnehmung 264 bzw. 266 und 268 in Eingriff
gelangen, die an der Selektorhülse 254 ausgebildet
sind. Die erste und die zweite Andrückplatte 222, 222A koppeln
zusammenwirkend die Selektorhüse 254 an
und sind zu betreiben, um se lektiv mit dem ersten und dem zweiten
Selektorring 220 bzw. 220A in Eingriff zu gelangen,
die funktionieren, wie dies oben bezüglich der Andrückplatte 22 und
dem Selektorring 20 beschrieben wurde.
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Durch
Ausrichten oder Anordnen der Selektorhülse 254 in der Mittelposition,
die der zweiten Raste 266 von 5 entspricht
und bevorzugt die Standardposition der Selektorhülse 254 ist, sind
beide Wippenkupplungen 210 und 210A in einem neutralen
oder gelösten
Zustand. Mit anderen Worten, wenn sich die Selektorhülse 254 in
der Mittelposition/zweiten Raste 266 befindet, ist der
erste Selektorring 220 positioniert, um wenigstens eine
Wippe zu deaktivieren, die durch eine erste Gruppe von Wippen 230 definiert
ist. Ähnlich
ist dann, wenn sich die Selektorhülse 254 in der Mittelposition/zweiten
Raste 266 befindet, ist der zweite Selektorring 220A positioniert,
um wenigstens eine Wippe zu deaktivieren, die durch eine erste Gruppe
von Wippen 230 definiert ist.
-
Durch
Schieben, Verstellen oder Übersetzen der
Schaltgabel 250 nach rechts, z.B. nach dem Pfeil R in 5,
wird die Selektorhülse 254 in
die dritte Rastposition 268 gedrängt oder gezwungen und die erste
und die zweite Andrückplatte 222, 222A axial nach
rechts übersetzen.
Wenn sich bei der Ausführungsform
von 5 die Andrückplatten 222, 222A axial
nach rechts verschieben, wird der erste Selektorring 220 gedreht
(z.B. durch Verlegen des Stifts 62 innerhalb eines entsprechenden
Schlitzes 44, vgl. 2a), um
dadurch die erste Wippenkupplung 210 zu aktivieren oder
einzurücken.
Genauer können
beide von den ersten Wippen 230 definierten Sätze von Wippen
mit den Zähnen 240 des
ersten äußeren Laufrings 214 in
Eingriff gelangen (z.B. die erste und die zweite Vielzahl von Wippen 30A und 30B,
die oben bezüglich 2a–2e beschrieben
wurden). Der zweite Selektorring 220A wird jedoch nicht gedreht,
wenn die Schaltgabel 250 nach rechts verschoben oder verstellt
wird, und bleibt deshalb in einer neutralen Position.
-
Noch
unter Bezug auf 5 wird die Selektorhülse 254 durch
Schieben, Verstellen oder Übersetzen
der Schaltgabel 250 nach links, z.B. nach dem Pfeil L,
in die erste Rastposition 264 gedrängt oder gezwungen und die
erste und die zweite Andrückplatte 222, 222A axial
nach links übersetzen.
Demnach wird der zweite Selektorring 220A gedreht (z.B.
durch Verlegen des Stifts 62 innerhalb eines entsprechenden
Schlitzes 44, vgl. 2a), um
dadurch die zweite Wippenkupplung 210A zu aktivieren oder
einzurücken.
Genauer können
beide von den zweiten Wippen 230A definierten Sätze von
Wippen mit den Zähnen 240A des
zweiten äußeren Laufrings 214A in Eingriff
gelangen (z.B. die erste und die zweite Vielzahl von Wippen 30A und 30B,
die oben bezüglich 2a–2e beschrieben
wurden). Der erste Selektorring 220 wird jedoch nicht gedreht,
wenn die Schaltgabel 250 nach rechts verschoben oder verstellt
wird, und bleibt deshalb in einer neutralen Position.
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6 ist
eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines Doppelkupplungsgetriebes
(oder DCT) 306, das eine Vielzahl von selektiv in Eingriff
bringbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen verwendet, die bezüglich einer
ersten Eingangswelle 336 angebracht sind, hier dargestellt durch
die erste und die dritte Wippenkupplung 310 bzw. 310A.
Außerdem
sind eine Vielzahl von selektiv in Eingriff bringbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen
bezüglich
der zweiten Eingangswelle 336A angebracht, hier dargestellt
durch die zweite und die vierte Wippenkupplung 310B bzw. 310C.
Die Verwendung der Einwegwippenkupplungsanordnungen 310, 310A, 310B, 310C innerhalb
des DCT 306 wird Idealerweise das Kontrollschema der ersten
und der zweiten Getriebeeingangs kupplungen 372 und 372A vereinfachen,
was im folgenden beschrieben wird.
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Bevorzugt
sind die erste und die dritte Einwegwippenkupplung 310, 310A bezüglich der
ersten Eingangswelle 336 fest angebracht, die auf drehbare Weise
einen ersten und einen dritten Radsatz 376 bzw. 376A stützt, die
hier auch kumulativ als ungeradzahlige Radsätze bezeichnet sind. Ähnlich sind die
zweite und die vierte Einwegwippenkupplung 310B, 310C bevorzugt
bezüglich
der zweiten Eingangswelle 336A fest angebracht, die auf
drehbare Weise einen zweiten und einen vierten Radsatz 376B bzw. 376C stützt, die
hier auch kumulativ als geradzahlige Radsätze bezeichnet sind. Außerdem muss zum Übertragen
von Drehmoment von einer Maschine 377 zu dem DCT 306 über eine
Maschinenausgangswelle 379 wenigstens eine der ersten und
der zweiten Eingangskupplungen 372 bzw. 372A wirksam
eingerückt
sein.
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Die
Schaltoperation des DCT 306 kann am besten wie folgt verstanden
werden: im ersten Gang (der bevorzugt einem ersten Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnis entspricht)
wird die erste Einwegwippenkupplungsanordnung 310 eingerückt, um
den ersten Radsatz 376 mit der ersten Eingangswelle 336 zu
verriegeln oder zu verbinden, wodurch das erforderliche Übersetzungsverhältnis zu
der Getriebeausgangswelle 378 vorzusehen. In analoger Funktion
zu dem ersten Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnis ist die
zweite Einwegwippenkupplungsanordnung 310B zu betreiben,
um den zweiten Radsatz 376B, der dem zweiten Vorwärtsbereich
entspricht, mit der zweiten Eingangswelle 336A zu verriegeln,
in Eingriff zu bringen oder zu verbinden.
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Die
Vielzahl von in 6 abgebildeten wählbaren
Einwegwippenkupplungen, z.B. 310, 310A, 310B, 310C werden über die
Translationsbewegung der entsprechenden ersten und dritten Schaltgabel 350, 350A,
die gleitend an einer ersten Welle 352 angebracht sind,
und der entsprechenden zweiten und vierten Schaltgabel 350B, 350C,
die gleitend an einer ersten Welle 352 angebracht sind,
eingerückt/aktiviert
oder ausgerückt/gelöst, die
synonym zu der oben bezüglich 5 beschriebenen
Schaltgabel 250 funktionieren. Insbesondere gelangen die Schaltgabeln 350, 350A, 350B, 350C mit
den entsprechenden Selektorhülsen 354, 354A, 354B, 354C in
Eingriff, um über
die Andrückplatten 322 bzw. 322A, 322B, 322C zusammenwirkend
die passenden Selektorringe 320, 320A, 320B, 320C anzukoppeln
und zu verlegen.
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Insbesondere
kann die zweite Wippenkupplung 310B von 6 mit
dem zweiten Radsatz 376B in Eingriff gelangen, während der
erste Radsatz 376 eingerückt ist. Die zweite Eingangskupplung 372B muss
jedoch während
dieser Vorwahloperation ausgerückt
sein (d.h. deaktiviert, so dass kein Drehmoment von der Maschine 377 zu
der zweiten Eingangswelle übertragen
wird), um eine Arretierung oder Blockierung des DCT 306 zu
vermeiden. Vor dem Schalten zu dem zweiten Radsatz 376B bleibt die
erste Wippenkupplungsanordnung 310 in Eingriff mit dem
ersten Radsatz 376, aber ist auf einen „Freilauf"-Bereitschaftszustand eingestellt. Wenn
die oben erwähnte
Schaltung gewünscht
wird, wird die zweite Eingangskupplung 372A eingerückt, und
die erste Wippenkupplungsanordnung 310 wird auf „Freilauf" eingestellt. Ist
die erste Wippenkupplungsanordnung 310 „im Freilauf", dann ist ein Auskuppeln der
ersten Eingangskupplung 372 während des Schaltens nicht notwendigerweise
erforderlich, z.B. wird das Schalten des DCT 306 eine geringe
Drehmomentunterbrechung bewirken und deshalb den Fahrzeugbedienern
und Passagieren ein glattes Schaltgefühl vermitteln. Diese Charakteristik
kann die Komplexität
des Steuersystems für
den Betrieb des DCT 306 reduzieren. Schaltvorgänge von
dem zweiten Radsatz 376B zu dem dritten und dem vierten
Radsatz 376A, 376C sowie Herunterschalten folgen
einer ähnlichen
Sequenz.
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Sehen
wir uns nun 7 an, ein schematisches Diagramm
zur Veranschaulichung eines beispielhaften Hybridtriebstrangsystems 400 mit
einer Maschine 479, dem Hybridgetriebe 406 und
einem Endantrieb 483. Bei der abgebildeten Ausführungsform
kann die Maschine 479 eine fossile Brennstoffmaschine wie
eine Dieselmaschine sein, die leicht dazu geeignet ist, ihren verfügbaren Leistungsausgang
vorzusehen, der typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen
min–1 (RPM)
geliefert wird.
-
Das
Hybridgetriebe 400 verwendet eine Vielzahl von wählbaren
Einwegwippenanordnungen, die in 7 durch
eine erste und eine zweite Wippenkupplungsanordnung 410 bzw. 410A in
Verbindung mit einem oder mehreren Generatoren oder Motoren dargestellt
sind, die in 7 durch einen ersten und einen
zweiten Motor/Generator 482 und 482A dargestellt
sind. Das Hybridgetriebe 406 verwendet eine Vielzahl von
Differentialradsätzen,
bevorzugt in Form von einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe 416 und 416A,
die selektiv durch die erste und die zweite Wippenkupplungsanordnung 410 und 410A in Eingriff
gebracht werden können.
Idealerweise ist der Stator des ersten Motors/Generators 482 an
einem stationären
Element oder Masse wie dem Getriebegehäuse 460 befestigt
ist, während
der Rotor des ersten Motors/Generators 482 z.B. über das
Hohlradelement R an dem ersten Planetengetriebe 416 befestigt
ist. Ähnlich
ist der Stator des zweiten Motors/Generators 482A an dem
Getriebegehäuse 460 befestigt,
während
der Rotor des zweiten Motors/Generators 482A z.B. über das
Hohlradelement R2 an dem zweiten Planetengetriebe 416A befestigt
ist.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
von 7 verwendet das erste Planetengetriebe 416 ein äußeres Radelement,
das typischerweise als das Hohlrad R bezeichnet ist. Das Hohlradelement
R umschreibt ein inneres Radelement, das typischerweise als das
Sonnenrad S bezeichnet ist. Ein Trägerelement C stützt drehbar
eine (nicht gezeigte) Vielzahl von Planetenrädern, so dass jedes der Planetenräder kämmend sowohl
an dem äußeren Hohlradelement
R als auch an dem inneren Sonnenradelement S des ersten Planetengetriebes 416 eingreift.
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Ähnlich wie
das erste Planetengetriebe 416 hat das zweite Planetengetriebe 416A auch
ein äußeres Radelement
wie das Hohlrad R2, das ein inneres Radelement wie das Sonnenradelement
S2 umschreibt. Eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Planetenrädern sind
auch drehbar in einem Trägerelement C2
angebracht, so dass jedes Planetenradelement gleichzeitig und kämmend sowohl
an dem äußeren Hohlradelement
R2 als auch an dem inneren Sonnenradelement S2 des ersten Planetengetriebes 416 eingreift.
-
Das
Hybridtriebstrangsystem 400 wird mehrfache Betriebsarten
gegebenenfalls mit höherem Systemwirkungsgrad
ermöglichen.
Die erste und die zweite Wippenkupplungsanordnung 410 und 410 werden
verwendet, um die Auswahl von Betriebsarten des Hybridgetriebes 400 zu
unterstützen.
Das Schalten aus einer Betriebsart in eine andere ist aufgrund der
minimalen Schlupfgeschwindigkeit über die Wippenkupplungsanordnungen 410, 410A synchron.
Diese Konfiguration kann auch eine verbesserte Packung und geringere
Drallverluste als herkömmliche
Kupplungsmechanismen ergeben.
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Die
erste Wippenkupplungsanordnung 410 kann anstelle einer
herkömmlichen
(nicht gezeigten) hydraulisch betätigten plattenartigen Kupplung
in das Hybridgetriebe 400 integriert sein. Die Wippenkupplungsanordnungen 410 und 410A können hydraulische
Stellglieder 488 bzw. 488 verwenden, um das Einrücken zu
bewirken, wobei die Stellglieder 488 und 488A ähnlich wie
die Stellglieder funktionieren, die für das hydraulische Einrücken einer
plattenartigen Kupplung verwendet werden. Die hydraulischen Stellglieder 488 und 488A sind
jedoch zu betreiben, um die Andrückplatten 420, 420A selektiv
mit den Selektorringen 422 bzw. 422A in Eingriff
zu bringen. Beispielsweise wird das hydraulische Stellglied 488 für Betriebsarten
abgeregelt, die das Einrücken
der ersten Wippenkupplungsanordnung 410 erfordern. Umgekehrt
wird dann, wenn das hydraulische Stellglied 488 aufgeregelt
ist, die erste Wippenkupplungsanordnung 410 „freilaufen". Das gleiche Betriebsprinzip
gilt für
die zweite Wippenkupplungsanordnung 410A und das Stellglied 488A.
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Eine
zusätzliche
wählbare
Einwegwippenkupplungsanordnung 410B innerhalb des Hybridgetriebes 400 ist
ebenfalls in 7 gezeigt. Die zusätzliche
Kupplung 410B ist zur Verwendung gedacht, um Verdrehungsfedern 490 zu
umgehen, die innerhalb eines Dämpfers 491 angeordnet
sind, wenn die Maschine 479 gestartet oder abgeschaltet
wird. Bei dieser Ausführungsform
wird ein hydraulisches Stellglied 494 die Einwegwippenkupplungsanordnung 410B einrücken und
ausrücken.
Der Dämpfer 491 arbeitet,
um das Getriebe 400 gegen die Drehschwingungen zu isolieren,
die durch die Zündimpulse
der Maschine 479 bewirkt werden. Wenn jedoch die Maschine 479 abgeschaltet
oder neu gestartet wird, wie beim Übergang in und aus dem elektrischen
Modus, kann die Nachgiebigkeit des Dämpfers 491 dem Hybridgetriebe 400 eine
Resonanz verleihen. Deshalb ist es günstig, die Federn 490 zu
umgehen, wenn die Maschine 479 abgeschaltet oder neu gestartet
wird. Die Wippenkupplungsanordnung 410 kann eine verbesserte
Packung und geringere Drehmomentverluste als herkömmliche
Kupplungsmechanismen ergeben.
-
Während die
besten Arten der Durchführung der
Erfindung im einzelnen beschrieben worden sind, werden diejenigen,
die mit dem Gebiet vertraut sind, das diese Erfindung betrifft,
verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen zur Ausführung der
Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.