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Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Einwegkupplungen und spezieller
eine vereinfachte Einwegkupplungsanordnung mit einer hohen Drehmomentkapazität.
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Hintergrund
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen
bereit, die zu der vorliegenden Offenbarung gehören und den Stand der Technik
darstellen können
oder nicht.
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In
Lastschaltgetriebevorrichtungen, die zwischen zwei oder mehr Drehzahlverhältnissen
umschalten, wie Fahrzeug-Automatikgetriebe und bestimmte Elektrowerkzeuge,
werden häufig
Einwegkupplungen eingesetzt, um ein stufenloses und zuverlässiges Umschalten
zu gewährleisten.
Einwegkupplungen sind Vorrichtungen, die ein Drehmoment in eine
relative Drehrichtung übertragen,
das Drehmoment aber nicht in die entgegengesetzte relative Drehrichtung übertragen.
Es gibt verschiedene unterschiedliche Arten von Einwegkupplungen,
die gegenwärtig
in Gebrauch sind. Walzenkupplungen, Klemmkörperkupplungen, Wippenkupplungen
und Klauenkupplungen sind die Arten, auf die man gewöhnlicher trifft.
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Walzeneinwegkupplungen
nutzen wie der Name andeutet mehrere Walzen, die zwischen eingebetteten
ringförmigen
Elementen mit rampenartigen oder mit Nocken versehenen Oberflächen angeordnet
sind, gegen die sich die Walzen in einer Richtung der relativen
Drehung verkeilen und in der entgegengesetzten Richtung der relativen
Drehung lösen.
Klemmkörperkupplungen
sind ähnlich
und nutzen Dipol- oder Hundeknochenelemente an Stelle der Walzen,
wobei beide auf Reibung beruhen, um das Drehmoment im in Eingriff
befindlichen Zustand zu übertragen.
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Ein
Gegensatz zu Walzen- und Klemmkörpereinwegkupplungen
sind Wippenkupplungen oder Klauenkupplungen. Anstatt eines auf Reibung
basierenden Mechanismus beruhen diese Kupplungen auf die robustere
Wirkungsweise des Anschlags und Eingriffs von gegenüberliegenden
Flächen
mehrerer Kupplungselemente. Da der Drehmomentübertragungsmodus durch bewegliche
Elemente wie Streben erreicht wird, die mit inneren und äußeren ringförmigen Elementen
kraftschlüssig
in Eingriff gelangen und diese koppeln, sind bei dieser Ausführung höhere Drehmomentkapazitäten möglich.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte und vereinfachte
Einwegkupplung mit einer hohen Drehmomentkapazität, die mehrere bewegliche Streben
aufweist.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Einwegkupplung mit einer hohen
Drehmomentkapazität
mit einem ersten, inneren Ring, der in einem zweiten, äußeren Ring
eingebettet ist, vor. Der erste, innere Ring umfasst mehrere quer
gerichtete Nuten oder Taschen an seiner äußeren Oberfläche sowie
eine mittig angeordnete umlaufende Nut. Eine gleiche Anzahl von
beweglichen Kupplungselementen wie Streben, die eine mittlere Öffnung aufweisen,
werden in jeweiligen Taschen im inneren Ring aufgenommen und dort
durch ein umlaufendes Halteband gehalten, das durch die Öffnungen
in den Streben geführt
und in der umlaufenden Nut aufge nommen wird. Der zweite, äußere Ring
umfasst mehrere quer gerichtete Nuten oder Taschen an seiner inneren
Oberfläche
und nimmt den inneren Ring, Kupplungselemente und das umlaufende
Band auf. Bei der relativen Drehung des inneren und äußeren Ringes
in einer Richtung gelangen die Streben mit den Nuten im inneren
und äußeren Ring
in Eingriff und hemmen die Drehung zwischen den Ringen, wodurch
das Drehmoment übertragen
wird. Bei der relativen Drehung des inneren und äußeren Ringes in die entgegengesetzte Richtung
gleiten die Streben entlang der inneren Oberfläche des äußeren Ringes, ohne in Eingriff
zu gelangen und übertragen
damit kein Drehmoment.
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Es
ist damit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einwegkupplung
mit hoher Drehmomentkapazität
vorzusehen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einwegkupplung
mit hoher Drehmomentkapazität
vorzusehen, die einen ersten, inneren Ring mit mehreren quer gerichteten
Nuten und einer umlaufenden Nut an seiner äußeren Oberfläche aufweist.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einwegkupplung
mit hoher Drehmomentkapazität
vorzusehen, die einen zweiten, äußeren Ring
mit mehreren quer gerichteten Nuten an seiner inneren Oberfläche aufweist.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einwegkupplung
mit hoher Drehmomentkapazität
vorzusehen, die mehrere Streben aufweist, die jeweils eine Öffnung zur
Aufnahme eines umlaufenden Haltebandes definieren.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einwegkupplung
mit hoher Drehmomentkapazität
vorzusehen, die ein umlaufendes Halteband aufweist, das um den Umfang
eines inneren Kupplungsringes angeordnet ist, um mehrere Kupplungselemente
zu halten.
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Weitere
Aufgaben, Vorteile und Bereiche der Anwendbarkeit werden anhand
der hier vorgesehenen Beschreibung deutlich. Es sollte verständlich sein,
dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zum Zweck
der Veranschaulichung bestimmt sind und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung
nicht einschränken
sollen.
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Zeichnungen
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen sind nur für Veranschaulichungszwecke
vorgesehen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung
in keiner Weise einschränken.
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1 ist
eine bruchstückhafte
Halbschnittansicht eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug, das eine
Einwegkupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung einbezieht;
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2 ist
eine Perspektivansicht eines inneren Ringes einer Einwegkupplung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine vergrößerte Perspektivansicht einer
Strebe einer Einwegkupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine seitliche Aufrissansicht einer Einwegkupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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5 ist
eine vergrößerte, bruchstückhafte seitliche
Aufrissansicht einer Einwegkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
folgende Beschreibung ist im Wesen lediglich beispielhaft und soll
die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken.
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Mit
Bezug auf 1 ist ein Teil eines Automatikgetriebes,
das die vorliegende Erfindung einbezieht, veranschaulicht und im
Allgemeinen durch die Bezugszahl 10 gekennzeichnet. Das
Automatikgetriebe 10 umfasst ein Gehäuse 12, das verschiedene Bauteile
des Automatikgetriebes 10 wie eine Eingangswelle 14,
eine konzentrisch angeordnete röhrenförmige Welle
oder Hohlwelle 16 und einen Drehmomentwandler 18 mit
einem Stator 20 lagert, anordnet und schützt. Das
Automatikgetriebe 10 umfasst typischerweise mehrere Planetenradanordnungen 22,
von denen eines in 1 veranschaulicht ist. Aktive
Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen
wie Kupplungen 24 und Bremsen 26, wobei von beiden eines
in 1 veranschaulicht ist, verbinden selektiv verschiedene
Bauteile des Getriebes 10, um mehrere Vorwärtsgänge oder Übersetzungsverhältnisse
zu erreichen. Zwischen sowohl dem Stator 20 des Drehmomentwandlers 18 und
der Welle oder Hohlwelle 16 als auch einem Bauteil der
Planetenradanordnung 22 und der Kupplung 24 sind
Einweg- oder Freilaufkupplungen 30 mit hoher Drehmomentkapazität gemäß der vorliegenden
Erfindung funktionsfähig
angeordnet.
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Man
wird erkennen, dass die Lagen der veranschaulichten Einwegkupplungen 30 im
Automatikgetriebe 10 nur beispielhaft sind und dass Einwegkupplungen 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung in anderen Lagen und für
andere Zwecke sowohl in Automatikgetrieben als auch in anderen kraftübertragenden
und -steuernden Vorrichtungen genutzt werden können.
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Mit
Bezug nun auf 1 und 2 umfasst die
Einwegkupplung 30 für
ein hohes Drehmoment einen ersten oder inneren Ring 32 mit
inneren oder weiblichen Keilnuten oder Zahnrädern 34, die ihn mit zum
Beispiel komplementären
männlichen
Keilnuten oder Zahnrädern
(nicht dargestellt) an einem Bauteil von zum Beispiel einem Automatikgetriebe
wie der Welle oder Hohlwelle 16 koppeln. Auf Wunsch brauchen
ein oder zwei Keilnuten oder Zahnräder 34 nicht so ausgeschnitten
sein, dass sie einen Keil oder ein Kennzeichnungsmerkmal 36 bilden,
das die Montage des inneren Ringes 32 an einem zugehörigen Bauteil,
zum Beispiel der Welle oder Hohlwelle 16 nur in einer relativen
Winkelposition gewährleistet.
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Der
erste oder innere Ring 32 definiert mehrere, zum Beispiel
12 quer gerichtete Nuten oder Taschen 38 um die äußere Oberfläche 40 des
inneren Ringes 32. Abhängig
vom Durchmesser des inneren Ringes können mehr oder weniger Nuten
oder Taschen 38 verwendet werden; bei Kupplungen mit kleinerem
Durchmesser und geringerer Kapazität können zum Beispiel 3, 4, 6,
8 oder 10 Nuten oder Taschen 38 verwendet werden, wobei
bei Kupplungen mit größerem Durchmesser
und höherer
Kapazität zum
Beispiel 14, 16 oder 20 Nuten oder Taschen 38 verwendet
werden können.
An der äußeren Oberfläche 40 des
inneren Ringes 32 ist ein unregelmäßiger, umlaufender Kanal oder
eine Nut 42 mittig axial angeordnet.
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Wie
in 2 und 3 veranschaulicht ist, befindet
sich vorzugsweise in jeder quer gerichteten Nut oder Tasche 38 ein
bewegliches Kupplungselement oder eine Strebe 44. Jede
der Streben 44 definiert vorzugsweise eine Breite, die
etwas geringer ist als die Breite des inneren Ringes 32 und
um fasst ein erstes, abgerundetes, d. h. zylindrisches Ende 46, das
in der Nut oder Tasche 38 sitzt, ein zweites schräges Ende 48 und
eine schmale Fase 50 entlang der äußeren Oberfläche der
Strebe 44 angrenzend am schrägen Ende 48. Die Streben 44 definieren
außerdem
eine mittig angeordnete rechteckige Öffnung 52. Ein dünner Schlitz 54 stellt
eine Verbindung zwischen der Öffnung 52 und
dem zylindrischen Ende 46 der Strebe 44 her. Die
dünnen
Schlitze unterstützen
den Zusammenbau und die Reparatur der Einwegkupplung 30,
können
aber auf Wunsch weggelassen werden. Eine Haltefeder, ein Haltereifen
oder Halteband 56 erstreckt sich um den Rand des inneren
Ringes 32 in der umlaufenden Nut oder dem Kanal 42 und
wird in jeder rechteckigen Öffnung 52 von jeder
Strebe 44 aufgenommen. Das Halteband 56 ist vorzugsweise
ein Metall wie Federstahl und ist daher flexibel, aber nicht dehnbar.
Vorzugsweise werden die Enden des Haltebandes 56 miteinander
verschweißt
oder durch andere Mittel gesichert, um einen Reifen mit einem Durchmesser
zu bilden, der nur etwas größer als
der nominale Außendurchmesser des
inneren Ringes 32 ist. Das Halteband 56 hält die mehreren
Streben 44 nicht nur in einer jeweiligen der Nuten oder
Taschen 38, sondern auch axial zentriert in den Taschen 38 in
der äußeren Oberfläche 40 des inneren
Ringes 32. Das Halteband 56 sieht außerdem eine
Vorspannkraft für
die Streben 44 vor, die sie von der äußeren Oberfläche 40 des
inneren Ringes 32 wegbewegen, wie in 2 veranschaulicht
ist.
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Mit
Bezug nun auf 4 umfasst die Einwegkupplung 30 für ein hohes
Drehmoment außerdem
einen zweiten oder äußeren Ring 60.
Der zweite, äußere Ring 60 umfasst
männliche
oder äußere Keilnuten
oder Zahnräder 62,
die zum äußeren Ring 60 komplementär sind und
ihn mit zum Beispiel einem Bauteil des Automatikgetriebes 10 wie
dem Stator 20 koppeln. Die innere Oberfläche des
zweiten, äußeren Ringes 60 definiert
mehrere quer gerichtete Nuten oder Kerben 64, die durch
die Streben 44 in Eingriff gebracht werden können.
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Die
tatsächliche
Anzahl der Streben 44 (und der Taschen 38) am
ersten, inneren Ring 32 und der Kerben 64 am zweiten, äußeren Ring 60 und
das Verhältnis
oder die Beziehung zwischen ihnen sind Aufgabe verschiedener technischer Überlegungen. Je
höher einerseits
die Anzahl der Streben 44 ist, die gleichzeitig in Eingriff
gelangen, umso höher
ist die Drehmomentkapazität
der Kupplung 30. Dies legt nahe, dass bei 12 Streben 44 der äußere Ring 12 Kerben 64 oder
ein Vielfaches davon, zum Beispiel vierundzwanzig, sechsunddreißig oder
achtundvierzig aufweisen sollte. Angesichts vernünftiger Fertigungstoleranzen
ist es jedoch unrealistisch, zu erwarten, dass alle 12 Streben 44 vollständig in
Eingriff gelangen und gleiche Lasten übertragen. Darüber hinaus kann
diese Konfiguration, besonders bei einer kleineren Anzahl von Kerben 64,
zu einem erheblichen Gegenspiel führen, d. h., eine Bewegung,
die nach der Umkehrung der Drehung, aber vor dem Verriegeln der
Kupplung auftritt. Wenn ein signifikantes Drehmoment unmittelbar
bei der Umkehrung der Drehung vorhanden ist, folgt typischerweise
ein abruptes und hartes Eingreifen der Kupplung. Abhängig von
der Anwendung kann dies akzeptabel sein oder nicht, es verursacht
aber stets eine beschleunigte Abnutzung der Kupplungsbauteile.
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Andererseits
wird ein Nichtvielfaches der Beziehungen oder Verhältnisse
zwischen der Anzahl der Taschen 38 (und der Streben 44)
und der Kerben 64 zu einer kleineren Anzahl gleichzeitig
in Eingriff befindlicher Streben 44 und damit zu einer
nominal geringeren Drehmomentkapazität, aber einem erheblich verringerten
Gegenspiel führen.
Zum Beispiel gibt es im veranschaulichten Ausführungsbeispiel und wie angemerkt
zwölf Taschen 38 und
zwölf Streben 44 am
inneren Ring 32. Man hat festgestellt, dass eine ausgezeichnete
Funktion, d. h. schnelles und stufenloses Verriegeln mit akzeptablem
Gegenspiel bei fünfzig
quer gerichteten Nuten oder Kerben 64 im äußeren Ring 60 stattfindet.
Bei dieser Konfiguration befinden sich nur zwei der Streben 44,
die um 180° beabstandet
sind, zu jeder Zeit gleichzeitig in Eingriff. Demzufolge sollte
erkannt werden, dass die Anzahl der Taschen 38 und der
Streben 44 am inneren Ring 32 und die Anzahl der
Kerben 64 am äußeren Ring 60,
die in Kombination verwendet werden, variieren können, aber vorzugsweise den
gleichzeitigen Eingriff von zwei, drei, vier oder mehr Streben 44, die
um den inneren Ring 32 gleichmäßig, d. h., 180°, 120° oder 90° beabstandet
sind, unterstützen
werden.
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Mit
Bezug nun auf 5 wird die Funktionsweise der
Einwegkupplung 30 für
ein hohes Drehmoment jetzt beschrieben. Man wird erkennen, dass
der erste, innere Ring 32 von einem zugehörigen kreisförmigen Element
mit Keilnuten oder Zahnrädern,
die zu den weiblichen Keilnuten oder Zahnrädern 34 komplementär sind,
angetrieben werden oder dieses antreiben kann. Desgleichen kann
der zweite, äußere Ring 60 ein
zugehöriges
kreisförmiges
Element mit Keilnuten oder Zahnrädern,
die zu den männlichen Keilnuten
oder Zahnrädern 62 komplementär sind, antreiben,
von ihm angetrieben oder in einer stationären Position gehalten werden.
In einer Richtung der relativen Drehung zwischen dem inneren Ring 32 und
dem äußeren Ring 60,
zum Beispiel wenn sich der innere Ring 32 gegen den Uhrzeigersinn
relativ zum äußeren Ring 60 dreht,
gleiten die Streben 44 entlang der Kerben 64,
wobei kein Drehmoment übertragen
wird. Wenn der innere Ring 32 jedoch versucht, sich im
Uhrzeigersinn relativ zum äußeren Ring 60 zu
drehen, gelangen die Streben 44, die radial nach außen durch
das Halteband 56 vorgespannt sind, schnell und bei minimaler
Drehung mit den Kerben 64 in Eingriff, wobei der innere
Ring 32 mit dem äußeren Ring 60 gekoppelt
und ein Drehmoment dazwischen übertragen
wird. Man wird erkennen, dass erhebliche Drehmomentpegel durch die Einwegkupplung 30 für ein hohes
Drehmoment gemäß der vorliegenden
Erfindung übertragen
werden können,
da sie Anschlagflächen
der Streben 44 nutzt, um das Drehmoment zu übertragen,
statt Reibungselemente. Die Drehmomentkapazität der Einwegkupplung 30 kann
ohne weiteres erhöht
werden, indem die Breite des inneren und äußeren Ringes 32 und 60 sowie
der Streben 44 erhöht
wird.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist im Wesentlichen lediglich beispielhaft,
wobei sich Variationen, die nicht vom Wesentlichen der Erfindung
abweichen, im Schutzumfang der Erfindung befinden sollen. Derartige
Variationen sollen nicht als ein Abweichen von Gedanken und Schutzumfang
der Erfindung angesehen werden.