-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft Verbesserungen an Vorrichtungen zur Kraftübertragung
zwischen einer rotatorischen Antriebseinheit (zum Beispiel dem Motor
einer Motorfahrzeugs) und einer rotatorisch angetriebenen Einheit
(zum Beispiel dem Automatikgetriebe in dem Motorfahrzeug). Insbesondere
betrifft die Erfindung einen Freilauf mit hydraulischer Dämpfung und
einer Sperrscheibe aus gehärtetem
Stahl.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Ein
Freilauf mit hydraulischer Dämpfung
wird in der an denselben Anmelder abgetretenen und deshalb nicht
zu zitierenden US-Patentanmeldung Nr. 11/796 316, mit dem Titel „ONE-WAY
CLUTCH WITH DAMPENING",
eingereicht am 27. April 2007, beschrieben. Zwischen den Freilaufscheiben
des Freilaufs ist eine Sperrscheibe angeordnet. Die Sperrscheibe
besteht aus ungehärtetem
Stahl, um die Bildung von Zungen und so die Verbindung der Sperrscheibe
mit einer Flüssigkeitssperrscheibe
zu ermöglichen.
Da die Sperrscheibe ungehärtet
ist, führen
die durch Rampen oder andere Vorsprünge an der Sperrscheibe während des
Freilaufmodus einwirkenden Kräfte
zum Verschleiß der
relativ weichen Sperrscheibe. Ferner nimmt die Sperrscheibe aufgrund
ihrer Gestaltung im Freilauf zusätzlichen
axialen Raum ein.
-
Deshalb
besteht seit langem ein Bedarf an einem Freilauf mit einer haltbareren
Sperrscheibe, die in der Kupplung weniger axialen Raum einnimmt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Freilauf, der
Folgendes beinhaltet: ein erstes ringförmiges Element; ein zweites
ringförmiges
Element, das in das erste ringförmige
Element einrastet, damit das zweite ringförmige Element in einer ersten
Drehrichtung eine relative Drehbewegung in Bezug auf das erste ringförmige Element
ausführen
kann; ein drittes ringförmiges
Element, das zumindest teilweise um die Achse drehbar ist und axial zwischen
dem ersten und dem zweiten Element angeordnet ist; und ein viertes
ringförmiges
Element, das zumindest teilweise um die Achse drehbar ist und einen
radial angeordneten Körper
und einen aus dem Körper
ragenden axialen Vorsprung beinhaltet, der mit dem dritten Element
verbunden ist. Der axiale Vorsprung bildet einen Teil eines Zwischenraums, der
zumindest teilweise eine Flüssigkeit
zum Dämpfen
der mit dem Einrasten des ersten und des zweiten ringförmigen Elements
verbundenen Energie aufnimmt, und das erste oder das zweite Element
ist axial zwischen dem dritten und dem vierten Element angeordnet.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
ist das erste ringförmige
Element in Bezug auf eine Längsachse
des Freilaufs drehfest angebracht ist drehfest, das zweite ringförmige Element
ist um die Achse drehbar, und das erste Element ist axial zwischen dem
dritten und dem vierten Element angeordnet.
-
Der
axiale Vorsprung ragt durch eine Öffnung im ersten oder im zweiten
Element, der Zwischenraum wird zumindest teilweise durch den Körper, das
dritte Element und mindestens eine Fläche der Öffnung gebildet, und zum Ausführen einer
relativen Drehung in der ersten Richtung greift das zweite Element
in das dritte oder in das vierte Element ein und dreht den axialen
Vorsprung in der ersten Richtung, um die eingeschlossene Flüssigkeit
zumindest teilweise zu verdrängen.
Die Drehung des zweiten Elements in der ersten Richtung kann durch
die zumindest teilweise Verdrängung
der eingeschlossenen Flüssigkeit
zumindest teilweise gebremst werden.
-
Um
eine relative Drehung in Bezug auf das erste Element in einer der
ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung auszuführen, kann das
zweite Element in das dritte oder das vierte Element eingreifen,
um das vierte Element so zu drehen, dass es die Öffnung zumindest teilweise
bedeckt. Um eine relative Drehung in der ersten Drehrichtung auszuführen, kann
das zweite Element in das dritte oder in das vierte Element eingreifen,
um das dritte Element so zu drehen, dass es die Öffnung zumindest teilweise
freilegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsart beinhaltet der axiale
Vorsprung einen ersten Teil, der über das dritte Element gebogen
ist und zum ersten oder zum zweiten Element hin zeigt, um das dritte
und das vierte Element drehfest miteinander zu verbinden, wobei
das erste oder das zweite Element einen Vorsprung und mindestens
einen Schlitz nahe einem entlang dem Umfang liegenden Ende des Vorsprungs
beinhaltet, wobei während
der Drehung des zweiten Elements in der ersten Drehrichtung mindestens
ein zweiter Teil des axialen Vorsprungs zumindest teilweise in dem
mindestens einen Schlitz angeordnet ist.
-
Der
Vorsprung erstreckt sich über
eine erste axiale Strecke, der mindestens eine zweite Teil kann über eine
zweite axiale Strecke in den mindestens einen Schlitz ragen, und
die erste axiale Strecke ist größer als
die zweite axiale Strecke.
-
Das
erste oder das zweite Element beinhaltet ein Aufnahmeelement und
das jeweils andere, das zweite oder das erste Element, beinhaltet
einen Vorsprung, und damit das zweite Element eine Drehung in der
ersten Drehrichtung ausführt,
kann der Vorsprung mit dem Aufnahmeelement in Eingriff gebracht
werden, um das erste und das zweite Element drehfest miteinander
zu verbinden. Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist der Vorsprung
so angeordnet, dass er durch eine Öffnung im dritten Element ragt,
oder der Vorsprung beinhaltet eine Rampe und das Aufnahmeelement
beinhaltet eine Öffnung.
Zum Ausführen
einer relativen Drehung des zweiten Elements in Bezug auf das erste
Element in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung
kann der Vorsprung gleitend in Eingriff mit dem ersten und dem dritten
Element gebracht werden.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
ragt der axiale Vorsprung durch eine Öffnung, die ein Aufnahmeelement
umfasst, oder der axiale Vorsprung ragt durch eine Öffnung im
ersten oder im zweiten Element, und die Öffnung ist vom Aufnahmeelement zumindest
teilweise getrennt.
-
Eine
allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Freilauf mit hydraulischer Dämpfung
der Sperrfunktion und mit verbesserter Haltbarkeit der Sperrscheiben
bereitzustellen.
-
Diese
sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen klar.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Das
Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden nun
in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beiliegenden Figuren ausführlicher
beschrieben, wobei:
-
1A eine
perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist;
-
1B eine
perspektivische Ansicht eines Objekts in dem in 1A gezeigten
Zylinderkoordinatensystem ist;
-
2 eine
Draufsicht eines Freilaufs gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Stator ist;
-
3 eine
Querschnittsansicht des in 2 gezeigten
Freilaufs entlang der Schnittlinie 3-3 in 2 ist;
-
4 eine
perspektivische Teilansicht des in 2 gezeigten
Freilaufs von hinten in Explosionsdarstellung ist;
-
5 eine
perspektivische Teilansicht des in 2 gezeigten
Freilaufs von vorn in Explosionsdarstellung ist;
-
6 eine
perspektivische Draufsicht auf Teile eines Freilaufs gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
7 eine
perspektivische Draufsicht auf die Teile eines in 6 gezeigten
Freilaufs in Explosionsdarstellung ist; und
-
8 eine
Querschnittsansicht des in 6 gezeigten
Freilaufs entlang der Schnittlinie 8-8 in 6 ist.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Von
vornherein sollte klar sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen
Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der
Erfindung bezeichnen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug
auf die gegenwärtig als
bevorzugt angesehenen Aspekte beschrieben wird, sollte klar sein,
dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Aspekte
beschränkt
ist.
-
Außerdem ist
klar, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen
Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren
kann. Ferner ist klar, dass die hier gebrauchten Begriffe nur zur
Beschreibung bestimmter Aspekte dienen und nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs
der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, der nur durch die
angehängten
Ansprüche
eingeschränkt
wird.
-
Sofern
nicht anderweitig definiert, haben alle hier gebrauchten technischen
und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie einem Fachmann
geläufig
ist, an den sich diese Erfindung richtet. Obwohl zum Durchführen oder
Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einrichtungen oder Materialien
verwendet werden können,
die den hier beschriebenen ähnlich
oder gleichwertig sind, werden im Folgenden die bevorzugten Verfahren,
Einrichtungen und Materialien beschrieben.
-
Der
Begriff „Vorder-" betrifft eine axiale
Ausrichtung in Richtung eines Motors, mit dem ein Drehmomentwandler
verbunden ist, und der Begriff „Rück-" betrifft eine axiale Ausrichtung in
Richtung eines Getriebes, mit dem der Drehmomentwandler verbunden
ist. Es sollte klar sein, dass die Bedeutung dieser Begriffe umgekehrt
werden kann. Ferner ist klar, dass ein Freilauf gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigte axiale Ausrichtung
beschränkt
ist. Zum Beispiel kann die Ausrichtung für ein und dieselbe Anordnung
von Motor und Getriebe axial umgekehrt sein.
-
1A ist
eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 10,
das die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen
Begriffe veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung wird zumindest
teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben.
Das System 10 weist eine Längsachse 11 auf, die
als Referenz für die
folgenden räumlichen
und Richtungsbegriffe dient. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf
eine Ausrichtung parallel zur Achse 11, zum Radius 12 (der
senkrecht zur Achse 11 ist) bzw. zum Umfang 13.
Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs" beziehen sich auch
auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen. Zur Verdeutlichung
der Lage der verschiedenen Ebenen dienen die Objekte 14, 15 und 16.
Die Fläche 17 des
Objekts 14 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die
Achse 11 bildet entlang der Fläche eine Linie. Die Fläche 18 des
Objekts 15 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der
Radius 12 bildet entlang der Fläche eine Linie. Die Fläche 19 des
Objekts 16 bildet eine Umfangsebene. Das heißt, der
Umfang 13 bildet entlang der Fläche eine Linie. Ein weiteres
Beispiel zeigt, dass eine axiale Bewegung oder Lage parallel zur Achse 11 verläuft, eine
radiale Bewegung oder Lage parallel zum Radius 12 verläuft und
eine Umfangsbewegung oder Lage auf dem Umfang parallel zum Umfang 13 verläuft. Eine
Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 11.
-
Die
Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf
eine Ausrichtung parallel zur Achse 11, zum Radius 12 bzw.
zum Umfang 13. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs" beziehen sich auch auf
eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen.
-
1B ist
eine perspektivische Ansicht eines Objekts 20 in dem Zylinderkoordinatensystem 10 von 1A,
welche die in der vorliegenden Patentanmeldung verwendeten räumlichen
Begriffe zeigt. Das zylindrische Objekt 20 repräsentiert
ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem und
ist keinesfalls als Einschränkung
der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Das Objekt 20 beinhaltet eine
axiale Fläche 21,
eine radiale Fläche 22 und eine
Umfangsfläche 23.
Die Fläche 21 ist
Teil einer axialen Ebene, die Fläche 22 ist
Teil einer radialen Ebene, und die Fläche 23 ist Teil einer
Umfangsebene.
-
Die
folgenden Figuren und Beschreibungen betreffen einen Freilauf gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Drehmomentwandler, jedoch sollte klar sein, dass
die Figuren und Beschreibungen allgemein auf einen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer beliebigen Antriebskomponente für Kraftfahrzeuge angewendet
werden können.
Bei der Komponente kann es sich um eine beliebige Antriebskomponente
für Kraftfahrzeuge
handeln, einschließlich,
aber nicht darauf beschränkt,
eines Getriebes und einer Zusatzantriebseinheit, um beispielsweise
eine Klimaanlage zu betreiben, während eine
Antriebseinheit in einem Fahrzeug abgeschaltet ist. Ein Freilauf
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann für
eine beliebige Freilaufanwendung in einem Drehmomentwandler verwendet
werden. Gemäß einigen
Aspekten handelt es sich bei dem Freilauf um einen Statorfreilauf,
der in den folgenden Figuren beschrieben wird.
-
Die
folgenden Figuren und Beschreibungen betreffen einen Freilauf gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Drehmomentwandler, jedoch sollte klar sein, dass
die Figuren und Beschreibungen allgemein auf einen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer Antriebskomponente für
Kraftfahrzeuge gemäß der obigen
Beschreibung verwendet werden können.
Das heißt,
die in den Figuren gezeigten Freiläufe können allgemein auf eine andere
Antriebskomponente für
Kraftfahrzeuge als auf einen Drehmomentwandler angewendet werden,
zum Beispiel auf ein Getriebe oder auf eine Zusatzantriebseinheit.
Mit anderen Worten, die hydraulische oder mechanische Dämpfung eines
Freilaufs und die Gestaltung der Freilaufkomponenten, die in den
Figuren gezeigt und in den Beschreibungen der Figuren erörtert werden,
können
nicht nur auf einen Drehmomentwandler, sondern auch auf eine andere
Antriebskomponente für
Kraftfahrzeuge angewendet werden, zum Beispiel auf ein Getriebe
oder auf eine Zusatzantriebseinheit.
-
Ein
Freilauf gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet ein erstes und ein zweites ringförmiges Element,
das in das jeweils andere Element einrastet und in Bezug auf dieses
eine relative Drehung ausführt,
zum Beispiel eine relative Drehung des zweiten Elements in Bezug
auf das erste Element in einer ersten Drehrichtung. Somit können beide
Elemente drehbar sein, oder das erste Element kann drehfest sein.
In den folgenden Figuren und in der folgenden Beschreibung ist eines
der einrastenden ringförmigen
Elemente als drehfest gezeigt; jedoch sollte klar sein, dass beide
Elemente drehbar sein können.
-
2 ist
eine Draufsicht auf einen Freilauf 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Stator.
-
3 ist
eine Querschnittsansicht des in 2 gezeigten
Freilaufs 100 entlang der Schnittlinie 3-3 in 2.
-
4 ist
eine perspektivische Teilansicht des in 2 gezeigten
Freilaufs 100 von hinten in Explosionsdarstellung.
-
5 ist
eine perspektivische Teilansicht des in 2 gezeigten
Freilaufs 100 von vorn in Explosionsdarstellung.
-
Die
folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 5 zu
sehen. Der Freilauf 100 beinhaltet ringförmige oder
radial angeordnete Element oder Scheiben 102 und 104.
Die Scheibe 102 ist in Bezug auf die Längsachse 106 des Freilaufs drehfest
angebracht. Das heißt,
die Scheibe dreht sich nicht in Bezug auf die Achse. Die Scheibe 104 ist um
die Achse drehbar gelagert und kann in die Scheibe 102 einrasten,
um gemäß der folgenden
Beschreibung eine Drehung in der Drehrichtung 108 auszuführen, die
auch als Arbeitsrichtung bekannt ist. Obwohl die Scheibe 102 drehfest
dargestellt ist, sollte klar sein, dass auch die umgekehrte Anordnung
möglich
ist, das heißt,
dass die Scheibe 104 drehfest und die Scheibe 102 drehbar
sein kann.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
beinhaltet die Scheibe 104 mindestens einen Vorsprung 110.
Bei einer Ausführungsform
bestehen die Vorsprünge
aus Rampen. Bei einer bevorzugten Ausführungsart beinhaltet die Scheibe 102 mindestens
ein Aufnahmeelement 112. Bei einer Ausführungsform handelt es sich
bei den Aufnahmeelementen um Öffnungen.
Es sollte klar sein, dass der Freilauf 100 nicht auf eine
bestimmte Anzahl von Vorsprüngen 110 und
Elementen 112 beschränkt
ist und die Anzahl der Vorsprünge 110 nicht
unbedingt mit der Anzahl der Elemente 112 übereinstimmen
muss. Die Vorsprünge
und Elemente greifen in der unten beschriebenen Weise ineinander,
um die Scheiben 102 und 104 zu verriegeln. Bei
der folgenden Erörterung dienen
die Rampen und Öffnungen
als Beispiele, die nicht als Einschränkung zu verstehen sind.
-
Der
Freilauf 100 beinhaltet auch ringförmige oder radial angeordnete
Elemente oder Scheiben 114 und 116, die sich jeweils
zumindest teilweise um die Achse drehen können. Das heißt, gemäß der folgenden
Beschreibung sind die Elemente 114 und 116 jeweils
in der Lage, mindestens in begrenztem Maße eine Drehbewegung in Bezug
auf die Achse auszuführen.
Das Element 114 ist axial zwischen den Elementen 102 und 104 und
das Element 102 axial zwischen den Scheiben 114 und 116 angeordnet.
Obwohl die Scheibe 102 mit Aufnahmeelementen und die Scheibe 104 mit
Vorsprüngen
dargestellt ist, sollte klar sein, dass auch die umgekehrte Anordnung möglich ist,
das heißt,
die Scheibe 104 kann die Aufnahmeelemente und die Scheibe 102 kann
die Vorsprünge
beinhalten. In diesem Fall würde
die Scheibe 116 axial „gespiegelt", sodass die Scheiben 114 und 116 die
Scheibe 104 einschließen.
-
Die
Scheibe 116 beinhaltet einen radial angeordneten Körper 118 und
aus diesem herausragende Vorsprünge
oder Zungen 120. Die Zunge verbindet das Element 116 mit
dem Element 114, zum Beispiel ist der Teil 122 so über die
Fläche 124 des Elements 114 gebogen,
dass der Teil zur Scheibe 104 hin zeigt. Die Zunge verbindet
die Scheiben 114 und 116 drehfest miteinander.
Unter drehfest miteinander verbunden oder befestigt ist zu verstehen, dass
die Scheiben so miteinander verbunden sind, dass sie sich gemeinsam drehen,
das heißt,
die beiden Komponenten sind in Bezug auf die Drehung fest miteinander
verbunden. Durch eine drehfeste Verbindung von zwei Komponenten
ist nicht unbedingt auch eine Relativbewegung in anderen Richtungen
eingeschränkt.
Zum Beispiel können
zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten mittels einer Zahnkranzverbindung
eine axiale Bewegung in Bezug aufeinander ausführen. Es sollte jedoch klar
sein, dass eine drehfeste Bewegung nicht unbedingt bedeutet, dass
eine Bewegung in anderen Richtungen vorliegt. Zum Beispiel können zwei
drehfest miteinander verbundene Komponenten axial fest miteinander
verbunden sein. Die vorhergehende Erläuterung der drehfesten Verbindung
kann auf die folgenden Erörterungen
angewendet werden.
-
Der
axiale Vorsprung bildet einen Teil des Zwischenraums 126,
der zumindest teilweise eine (nicht gezeigte) Flüssigkeit zur Dämpfung der
Energie umschließt,
die beim Einrasten der Elemente 102 und 104 (siehe
vorhergehende Beschreibung), zum Beispiel mit dem Einrasten der
oben beschriebenen Rampen und Öffnungen,
verbunden ist. Der axiale Vorsprung ragt durch die Öffnung 112 im
Element 102 und durch die Öffnung 128 im Element 114.
Der Zwischenraum wird zumindest teilweise durch den Körper 118,
die Zunge, das Element 114 und mindestens eine der Flächen 130 der Öffnung 112 gebildet, zum
Beispiel liegt der Zwischenraum in den Öffnungen 112. Es sollte
klar sein, dass der Freilauf 100 nicht auf eine bestimmte
Anzahl von Öffnungen 112 und 128 beschränkt ist.
Außerdem
brauchen die jeweiligen Anzahlen der Öffnungen 112 und 128 nicht unbedingt
gleich zu sein.
-
Um
eine Drehung in der Richtung 108 auszuführen, rastet die Scheibe 104 in
die Scheiben 114 und/oder 116 ein, zum Beispiel
mit der Zunge 120, um das Element 116 in der Richtung 108 zu
drehen und so die im Zwischenraum 126 eingeschlossene Flüssigkeit
zumindest teilweise zu verdrängen.
Das heißt,
die Zunge 120 wird zur Fläche 130A hin verschoben,
wodurch das Volumen des Zwischenraums verringert und folglich die
Flüssigkeit
aus dem Zwischenraum verdrängt
wird. Mit anderen Worten, aufgrund des Widerstandes durch die verdrängte Flüssigkeit
wird die Drehung des Elements 104 in der Richtung 108 zumindest
teilweise abgebremst und die mit der Drehung verbundene Energie
zumindest teilweise gedämpft.
Zum Beispiel wird zum Verdrängen
der Flüssigkeit
Energie benötigt.
Durch diese Dämpfung
werden auf vorteilhafte Weise Schwingungen und damit Geräusche verringert,
die mit dem Einrasten der Scheiben 102 und 104 verbunden
sind.
-
Damit
das Element 104 eine Drehung in der der Richtung 108 entgegengesetzten
Drehrichtung 132 ausführt,
die auch als Freilaufrichtung bekannt ist, kann die Scheibe 104 zum
Beispiel durch Reibung mit den Scheiben 114 und/oder 116 gekoppelt werden,
um die Scheibe 114 so weit zu drehen, dass sie zumindest
teilweise die Öffnungen 112 abdeckt. Damit
das Element 104 eine Drehung in der Richtung 108 ausführt, kann
die Scheibe 104 mit den Elementen 114 und/oder 116 gekoppelt
werden, um das Element 114 so weit zu drehen, dass es die Öffnungen 112 zumindest
teilweise freigibt. Dieser Arbeitsschritt wird im Folgenden beschrieben.
-
Der
Freilauf 100 beinhaltet auch ein elastisch verformbares
Andruckelement 133, das die Scheibe 104 in die
axiale Richtung 134, zum Beispiel gegen die Scheibe 102,
drückt.
Bei dem Element 133 kann es sich um ein beliebiges in der
Technik bekanntes Andruckelement handeln, zum Beispiel um eine Tellerfeder.
Durch das Schieben oder Drücken
der Scheibe 104 in der Richtung 134 wird die Reibungskopplung
der oben erwähnten
Scheiben 104 und 114 und/oder 116 unterstützt. Die
Funktionsweise der Scheiben 102 und 104, des Andruckelements 133, der Öffnungen 112 und
der Vorsprünge 110 werden in
der an denselben Anmelder abgetretenen und deshalb nicht zu zitierenden
US-Patentanmeldung Nr. 11/796,316 mit dem Titel „ONE-WAY CLUTCH WITH DAMPENING", eingereicht am
27. April 2007 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen
wird.
-
Der
Freilauf 100 und dessen Funktionsweise werden nun ausführlich beschrieben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Scheibe 116 aus einem nicht wärmebehandelten
formbaren Stahl, um das zur Bildung der Zungen 120 erforderliche
Biegen und Formen zu erleichtern. Die Zungen 120 werden
gebildet, indem in der Scheibe 116 Öffnungen 136 erzeugt
werden. Die Scheibe 114 liegt an den Enden 138 der
Zungen an, die durch die Öffnungen 112 ragen.
Die axiale Länge 140 der
Zungen wird so gewählt,
dass zwischen den Scheiben 102, 114 und 116 entsprechende
vorgegebene axiale Abstände bestehen,
um zwischen den Scheiben eine Drehbewegung zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform beträgt der entsprechende
Abstand ungefähr
0,2 mm. Die Zungen ragen durch die Öffnungen 128 und sind
so umgebogen, wie oben beschrieben wurde. Im Allgemeinen können die
Löcher 112 axial
auf die Löcher 136 ausgerichtet
werden.
-
Im
Freilaufmodus (bei Drehung der Scheibe 104 in der Richtung 132)
rastet die Scheibe 104 ein und dreht die Scheiben 114 und 116 in
der Richtung 132, bis die Drehung der Scheiben durch die
Kopplung mit der Scheibe aufgehalten wird, zum Beispiel indem die
Zungen 120 an die Seiten 130B der Öffnungen 112 anstoßen. Der
Körper 118 und
die Scheibe 114 decken die Öffnungen 112 ab und
erzeugen Zwischenräume
oder Hohlräume,
die mit Flüssigkeit gefüllt sind.
Wenn sich die Scheibe dreht, drückt
das Element 133 die Scheibe 104 gegen die Scheiben 114 und 102,
die Rampen 110 gleiten über
die Scheibe 114 und die durch die Öffnungen 128 erreichbaren Teile
der Scheibe 102 ein. Das heißt, die Rampen gleiten über die
Scheibe und die freiliegenden Teile, während sich die Rampen drehen.
Somit wird verhindert, dass die Rampen in die Öffnungen 112 gelangen.
Da die Scheibe 114 aus gehärtetem Stahl besteht, widersteht
die Scheibe auf vorteilhafte Weise der Verformung, wenn die Rampen über die
Scheibe 114 gleiten und diese gegen die Öffnungen 112 drücken. Ferner
behält
die Scheibe 114 ihren Verformungswiderstand auch bei einer
kleineren axialen Dicke bei, wodurch die axiale Gesamtlänge des
Freilaufs auf vorteilhafte Weise verringert wird. Außerdem wird
auch der Verschleiß an
den Kanten 142 der Öffnungen 128 stark
verringert. Diese Eigenschaften lösen die oben erwähnten Probleme.
Ferner wird durch die robuste Konstruktion und den Verformungswiderstand
der Scheibe 114 die Verwendung eines stärkeren Andruckelements ermöglicht,
wodurch das Einrasten zwischen den Scheiben 102 und 104 auf
vorteilhafte Weise verbessert wird. Außerdem ist die Scheibe 114 dünner, sodass
die Rampen beim Gleiten über
die Scheibe und die freiliegenden Teile der Scheibe 102 im
Freilaufmodus weniger Schwingungen und Geräusche erzeugen.
-
Im
Antriebsmodus (bei Drehung der Scheibe 104 in der Richtung 108)
wird die Scheibe 104 mit der Scheibe 116 gekoppelt
und versetzt die Scheiben 114 und 116 in der Richtung 108 in
Drehung, zum Beispiel rasten im Wesentlichen axiale Flächen 144 der
Rampen in die Scheibe 116 ein und versetzen die Scheiben 114 und 116 in
Drehung. Sobald sich die Scheiben drehen, wird die Öffnung 112 freigegeben, und
die Rampen beginnen unter dem Druck durch das Element 113 in
die Öffnungen
zu gleiten. Im weiteren Verlauf des Eindringens in die Öffnungen
drücken
die Rampen den Teil 120 in der oben beschriebenen Weise
gegen die Seite 130A, verdrängen die eingeschlossene Flüssigkeit
und dämpfen
den möglichen
Zusammenstoß der
Rampen mit der Scheibe 102. An dem entlang dem Umfang liegenden
Ende 150 der Rampen sind in der Scheibe 104 Schlitze
angebracht. Die Schlitze nehmen die umgebogenen Teile 122 der
Zungen auf, sodass die Rampen in die innere Scheibe einrasten können, das
heißt,
die Zungen gelangen nicht in Kontakt mit der Fläche 151 der Scheibe 104,
um die Scheibe 104 von der Scheibe 102 fernzuhalten.
-
Wenn
die Drehung der Scheibe 104 wieder in Freilaufrichtung
stattfindet, gleiten die Rampen auf der schrägen Fläche 152 entlang, werden
aus den Öffnungen 112 befördert und
drehen die Scheiben 114 und 116 so weit, dass
die Öffnungen 112 abgedeckt
werden. Um diese einleitende Bewegung zu bewerkstelligen, drehen
sich die Teile 122 durch die Schlitze 148. Bei
einer bevorzugten Ausführungsart ist
die axiale Höhe 154 der
Rampen größer als
die axiale Ausdehnung 156 der Teile 122, sodass
die Teile 122 im Freilaufmodus nicht mit den Scheiben 114 oder 102 im
Eingriff stehen. Das heißt,
die Rampen trennen die Fläche 151 weit
genug von den Teilen 122.
-
In
den Figuren ist der Freilauf 100 in einem Stator 160 für einen
(nicht gezeigten) Drehmomentwandler dargestellt; es sollte jedoch
klar sein, dass der Freilauf 100 nicht auf die ausschließliche Verwendung
mit einem Stator beschränkt
ist. Der Stator 160 beinhaltet ein durch eine (nicht gezeigte)
Flüssigkeit angetriebenes
Statorgussteil 162; ein Innengehäuse 164, das zum Beispiel
durch einen Zahnkranz 166 drehfest mit dem Gussteil verbunden
ist, und Gegenscheiben zum Zentrieren der (nicht gezeigten) Drucklager
und zum Abhalten der Last von den Lagern. Der Stator beinhaltet
auch eine Buchse 170, die das Innengehäuse zentriert; und Sprengringe 172,
welche die Gegenscheiben sichern. Es sollte jedoch klar sein, dass
der Freilauf 100 nicht auf die Verwendung mit den in den
Komponenten und der Anordnung beschränkt ist, wie sie in den Figuren
dargestellt sind, und dass der Freilauf 100 in Verbindung
mit Statoren verwendet werden kann, die andere Komponenten und Anordnungen
aufweisen.
-
6 ist
eine perspektivische Draufsicht auf Teile eines Freilaufs 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
7 ist
eine perspektivische Draufsicht auf die Teile eines in 6 gezeigten
Freilaufs 200 in Explosionsdarstellung.
-
8 ist
eine Querschnittsansicht des in 6 gezeigten
Freilaufs 200 entlang der Schnittlinie 8-8 in 6.
Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 8 zu
sehen. Der Freilauf 200 beinhaltet ringförmige oder
radial angeordnete Elemente oder Scheiben 202 und 204.
Die Scheibe 202 ist drehfest bezüglich der Längsachse 206 des Freilaufs
fixiert. Das heißt,
die Scheibe dreht sich nicht in Bezug auf die Achse. Die Scheibe 204 ist um
die Achse drehbar gelagert und kann in die Scheibe 202 einrasten,
um gemäß der folgenden
Beschreibung eine Drehung in der Drehrichtung 208 auszuführen, die
auch als Antriebsrichtung bekannt ist. Obwohl die Scheibe 202 drehfest
dargestellt ist, sollte klar sein, dass auch die umgekehrte Anordnung
möglich
ist, das heißt,
dass die Scheibe 204 drehfest und die Scheibe 202 drehbar
sein kann.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
beinhaltet die Scheibe 204 mindestens einen Vorsprung 210.
Bei einer Ausführungsform
handelt es sich bei den Vorsprüngen
um Rampen. Bei einer bevorzugten Ausführungsart beinhaltet die Scheibe 202 mindestens
ein Aufnahmeelement 212. Bei einer Ausführungsform handelt es sich
bei den die Aufnahmeelementen um Öffnungen. Es sollte klar sein,
dass der Freilauf 200 nicht auf eine bestimmte Anzahl von
Vorsprüngen 210 und
Elementen 212 beschränkt
ist und die Anzahl der Vorsprünge 210 und
der Elemente 212 nicht unbedingt übereinstimmen muss. Die Vorsprünge und
Elemente greifen in der unten beschriebenen Weise ineinander, um
die Scheiben 202 und 204 zu verriegeln. Bei der
folgenden Erörterung
dienen die Rampen und Öffnungen
als Beispiele, die nicht als Einschränkung zu verstehen sind.
-
Der
Freilauf 200 beinhaltet auch ringförmige oder radial angeordnete
Elemente oder Scheiben 214 und 216, die sich jeweils
zumindest teilweise um die Achse drehen können. Das heißt, gemäß der folgenden
Beschreibung sind die Elemente 214 und 216 jeweils
in der Lage, mindestens in begrenztem Maße eine Drehbewegung in Bezug
auf die Achse auszuführen.
Das Element 214 ist axial zwischen den Elementen 202 und 204 und
das Element 202 axial zwischen den Scheiben 214 und 216 angeordnet. Obwohl
die Scheibe 202 mit Aufnahmeelementen und die Scheibe 204 mit
Vorsprüngen
dargestellt ist, sollte klar sein, dass auch die umgekehrte Anordnung
möglich
ist, das heißt,
die Scheibe 204 kann die Aufnahmeelemente und die Scheibe 202 kann
die Vorsprünge
beinhalten. In diesem Fall würde
die Scheibe 216 axial „gespiegelt", sodass die Scheiben 214 und 216 die
Scheibe 204 einschließen.
-
Die
Scheibe 216 beinhaltet einen radial angeordneten Körper 218 und
aus diesem herausragende Vorsprünge
oder Zungen 220. Die Zunge verbindet das Element 216 mit
dem Element 214, zum Beispiel ist der Teil 222 so über die
Fläche 224 des Elements 214 gebogen,
dass der Teil zur Scheibe 204 hin zeigt. Die Zunge 220 verbindet
die Scheiben 214 und 216 drehfest miteinander.
-
Im
Gegensatz zur Scheibe 102 im Freilauf 100 ragt
die Zunge nicht durch dieselben Öffnungen wie
die Vorsprünge 210.
Stattdessen werden die Zungen durch Löcher oder Öffnungen 225 in der Scheibe 202 aufgenommen,
die zumindest teilweise von den Öffnungen 212 getrennt
sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsart
sind die Öffnungen 212 und 225 vollständig voneinander
getrennt. Der axiale Vorsprung bildet einen Teil des Zwischenraums 226, um
zumindest teilweise eine (nicht gezeigte) Flüssigkeit zur (im Folgenden
beschriebenen) Dämpfung der
beim Einrasten der Elemente 202 und 204 auftretenden
Energie, zum Beispiel bei dem oben beschriebenen Ineinandergreifen
der Rampen und Öffnungen,
zu umschließen.
Der axiale Vorsprung ragt durch die Öffnungen 225 im Element 202 und
durch die Öffnungen 228 im
Element 214. Bei einer bevorzugten Ausführungsart bestehen die Öffnungen 228 aus
Schlitzen, die so dimensioniert sind, dass sie die Zungen passgenau
aufnehmen. Der Zwischenraum wird zumindest teilweise durch den Körper 218,
die Zunge 220, das Element 214 und mindestens
eine der Flächen 230 der Öffnung 225 gebildet,
zum Beispiel befindet sich der Zwischenraum innerhalb der Öffnungen 225.
Es sollte klar sein, dass der Freilauf 200 nicht auf eine
bestimmte Anzahl von Öffnungen 212 und 225 beschränkt ist.
Ferner brauchen die jeweiligen Anzahlen der Öffnungen 212 und 225 nicht unbedingt
gleich zu sein.
-
Die
Scheibe 204 ist so angeordnet, dass sie zum Beispiel durch
die Zunge 220 in die Scheiben 214 und/oder 216 eingreift,
um das Element 216 in der Richtung 208 in Drehung
zu versetzen und die im Zwischenraum 226 eingeschlossene
Flüssigkeit
zumindest teilweise zu verdrängen.
Das heißt,
die Zunge wird gegen die Fläche 230A gedrückt, wodurch sich
das Volumen des Zwischenraums verringert und folglich die Flüssigkeit
aus dem Zwischenraum verdrängt
wird. Mit anderen Worten, die Drehung des Elements 204 in
der Richtung 208 wird zumindest teilweise abgebremst, und
die mit der Drehung verbundene Energie aufgrund des Widerstands
durch die verdrängte
Flüssigkeit
zumindest teilweise gedämpft.
Zum Beispiel wird zum Verdrängen
der Flüssigkeit
Energie verbraucht. Durch diese Dämpfung werden auf vorteilhafte
Weise die beim Einrasten der Scheiben 202 und 204 auftretenden
Schwingungen und die dabei auftretenden Geräusche verringert.
-
Die
Scheibe 214 beinhaltet Öffnungen
oder Löcher 231.
Die Löcher 231 können gemäß der folgenden
Beschreibung axial auf die Öffnungen 212 ausgerichtet
sein. Damit sich das Element 204 in einer der Richtung 208 entgegengesetzten
und als Freilaufrichtung bekannten Drehrichtung 232 dreht, kann
die Scheibe zum Beispiel durch Reibung mit den Scheiben 214 und/oder 216 gekoppelt
werden, um das Element 214 so weit zu drehen, dass es die Öffnungen 212 und 225 zumindest
teilweise abdeckt. Damit sich das Element 204 in der Richtung 208 dreht,
kann die Scheibe 204 mit dem Element 214 und/oder 216 gekoppelt
werden, um das Element 214 so weit zu drehen, dass es die Öffnungen 212 und 225 zumindest
teilweise freigibt. Dieser Arbeitsschritt wird im Folgenden genauer
beschrieben.
-
Der
Freilauf 200 beinhaltet auch ein (nicht gezeigtes) elastisch
verformbares Element, das die Scheibe 204 in axialer Richtung 234 zum
Beispiel gegen die Scheibe 202 drückt. Die Erörterung des Elements 133 im
Freilauf 100 kann auch auf das elastisch verformbare Element
für den
Freilauf 200 angewendet werden. Durch das Schieben oder
Drücken der
Scheibe 204 in der Richtung 234 wird die Reibungskopplung
der oben erwähnten
Scheiben 204 und 214 und/oder 216 unterstützt. Die
Funktionsweise der Scheiben 202 und 204, des Andruckelements, der Öffnungen 212 und
der Vorsprünge 210 werden in
der an denselben Anmelder abgetretenen und deshalb nicht zu zitierenden
US-Patentanmeldung
Nr. 11/796,316 mit dem Titel „ONE-WAY
CLUTCH WITH DAMPENING",
eingereicht am 27. April 2007 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme
aufgenommen wird.
-
Der
Freilauf 200 und dessen Funktionsweise werden nun ausführlich beschrieben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Scheibe 216 aus einem nicht wärmebehandelten
formbaren Stahl, um das zur Bildung der Zungen 220 erforderliche
Biegen und Formen zu erleichtern. Die Zungen 220 werden
gebildet, indem in der Scheibe 216 Öffnungen 236 erzeugt
werden. Die Scheibe 214 liegt auf den Enden 238 der
Zungen auf, die durch die Öffnungen 225 ragen.
Die axiale Länge 240 der
Zungen wird so gewählt,
dass zwischen den Scheiben 202, 214 und 216 entsprechende
vorgegebene axiale Abstände bestehen,
um zwischen den Scheiben eine Drehbewegung zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform beträgt der entsprechende
Abstand ungefähr
0,2 mm. Die Zungen ragen durch die Öffnungen 228 und sind
so umgebogen, wie oben beschrieben wurde. Im Allgemeinen können die
Löcher 231 axial
auf die Löcher 212 und
die Öffnungen 236 axial
auf die Öffnungen 225 ausgerichtet
werden.
-
Im
Freilaufmodus (bei Drehung der Scheibe 204 in der Richtung 232)
greift die Scheibe 204 ein und dreht die Scheiben 214 und 216 in
der Richtung 232, bis die Drehung der Scheiben durch die
Kopplung mit der Scheibe aufgehalten wird, zum Beispiel indem die Zungen 220 an
die Seiten 230B der Öffnungen 225 anstoßen. Der
Körper 218 und
die Scheibe 214, zum Beispiel der radial angeordnete Körper 241,
decken die Öffnungen 212 und 225 ab.
Durch das Abdecken der Öffnungen 225 werden
Zwischenräume
oder Hohlräume
gebildet, die mit Flüssigkeit gefüllt sind.
Wenn sich die Scheibe dreht, drückt
das Andruckelement die Scheibe 204 gegen die Scheiben 214 und 202,
und die Rampen 210 gleiten über die Scheibe 214 und
die durch die Öffnungen 231 erreichbaren
Teile der Scheibe 202. Das heißt, die Rampen gleiten über die
Scheibe und die freiliegenden Teile, während sich die Rampen drehen.
Somit wird verhindert, dass die Rampen in die Öffnungen 212 gelangen.
Da die Scheibe 214 aus gehärtetem Stahl besteht, widersteht
die Scheibe auf vorteilhafte Weise der Verformung, wenn die Rampen über die Scheibe 214 gleiten
und diese gegen die Öffnungen 212 drücken. Ferner
behält
die Scheibe 214 ihren Verformungswiderstand auch bei einer
kleineren axialen Dicke bei. Außerdem
wird auch der Verschleiß an
den Kanten 244 der Öffnungen 231 stark
verringert. Diese Eigenschaften lösen die oben erwähnten Probleme.
Ferner wird durch die robuste Konstruktion und den Verformungswiderstand
der Scheibe 214 die Verwendung eines stärkeren Andruckelements ermöglicht,
wodurch das Einrasten zwischen den Scheiben 202 und 204 auf
vorteilhafte Weise verbessert wird. Außerdem ist die Scheibe 214 dünner, sodass
die Rampen beim Gleiten über
die Scheibe und die freiliegenden Teile der Scheibe 202 im
Freilaufmodus weniger Schwingungen und Geräusche erzeugen.
-
Im
Antriebsmodus (bei Drehung der Scheibe 204 in der Richtung 208)
wird die Scheibe 204 mit den Scheiben 214 und/oder 216 gekoppelt
und versetzt die Scheiben 214 und 216 in der Richtung 208 in
Drehung, zum Beispiel rasten im Wesentlichen axiale Flächen 246 der
Rampen in die Kanten 244 der Scheibe 214 ein und
versetzen die Scheiben 214 und 216 in Drehung.
Sobald sich die Scheiben drehen, wird die Öffnung 212 freigegeben,
und die Rampen beginnen unter dem Druck durch das Andruckelement
in die Öffnungen
zu gleiten. Im weiteren Verlauf des Eindringens in die Öffnungen
drücken
die Rampen den Teil 220 in der oben beschriebenen Weise gegen
die Seite 230A, verdrängen
die eingeschlossene Flüssigkeit
und dämpfen
den möglichen
Zusammenstoß der
Rampen mit der Scheibe 202. In der Scheibe 204 sind Öffnungen 248 angebracht.
Die Öffnungen
nehmen die umgebogenen Teile 222 der Zungen auf, sodass
die Rampen in die innere Scheibe einrasten können, das heißt, die
Zungen gelangen nicht in Kontakt mit der Fläche 250 der Scheibe 204, um
die Scheibe 204 von der Scheibe 202 fernzuhalten.
-
Wenn
die Drehung der Scheibe 204 wieder in Freilaufrichtung
stattfindet, gleiten die Rampen auf der schrägen Fläche 252 entlang, werden
aus den Öffnungen 212 befördert und
drehen die Scheiben 214 und 216 so weit, dass
die Öffnungen 212 und 225 abgedeckt
werden. Um diese einleitende Bewegung zu bewerkstelligen, drehen
sich die Teile 222 durch die Schlitze 248. Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
ist die axiale Höhe 254 der
Rampen größer als
die axiale Ausdehnung 256 der Teile 238, sodass
die Teile 238 im Freilaufmodus nicht mit den Scheiben 214 oder 202 im
Eingriff stehen. Das heißt, die
Rampen trennen die Fläche 250 weit
genug von den Teilen 238.
-
Obwohl
in den Figuren nicht gezeigt, kann der Freilauf 200 in
Verbindung mit einem Stator für
einen Drehmomentwandler verwendet werden. Allgemein kann die Erörterung
des Stators 160 in Bezug auf den Freilauf 100 auf
den Freilauf 200 angewendet werden.
-
Die
Scheiben 102 und 202 und die Scheiben 104 und 204 sind
mit bestimmten Anzahlen und Anordnung der Aufnahmeelemente 112 und 212 bzw. der
Vorsprünge 110 und 210 dargestellt.
Es sollte jedoch klar sein, dass ein Freilauf gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Anordnung von Aufnahmeelementen
oder Vorsprüngen
beschränkt
ist und dass in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung
auch andere Anzahlen oder Anordnungen der Aufnahmeelemente oder
Vorsprünge
enthalten sind. Zum Beispiel können
die Anzahl und die Anordnung der Aufnahmeelemente und Vorsprünge entsprechend
dem Drehmoment gewählt
werden, das vom Drehmomentübertragungselement
(zum Beispiel von den Scheiben 102 und 104) zu
erwarten ist. Das heißt
die Auswahl hängt
von der gewünschten
Drehmomentkapazität
des Freilaufs ab.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
werden die Scheiben 114, 116, 214 und 216 durch
Stanzen gebildet.
-
Somit
ist zu erkennen, dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wirksam
gelöst
werden, obwohl sich der Fachmann Modifikationen und Änderungen
der Erfindung vorstellen kann, die in Geist und Geltungsbereich
der beanspruchten Erfindung enthalten sind. Ferner ist klar, dass
die obige Beschreibung nur zur Veranschaulichung der vorliegenden
Erfindung dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Deshalb
sind andere Ausführungsarten der
vorliegenden Erfindung möglich,
ohne von Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.