DE102011083087A1

DE102011083087A1 - Aktuator zur Betätigung einer Mehrwegkupplung

Info

Publication number: DE102011083087A1
Application number: DE102011083087A
Authority: DE
Inventors: Brian Lee
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US20120067686A1; US8662270B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Multimodus-Mehrweg-Freilaufkupplung. Der Aktuator weist einen axial verschiebbaren Wellenabschnitt, einen mit dem Wellenabschnitt verbundenen Klemmabschnitt und ein federelastisches Segment zur Verschiebung eines Klemmkolbens zum Einrücken der Kupplung. Ein Verriegelungsabschnitt ist mit dem Wellenabschnitt verbundenen und dient zur Verschiebung eines Aktuatorstifts zum Verriegeln der Kupplung. In einem Ausführungsbeispiel ist die Kupplung eine Dreimodus-Zweiweg-Freilaufkupplung. In einigen Ausführungsbeispielen ist das federelastische Segment in radiale Richtung biegsam. In einigen Ausführungsbeispielen weist der Klemmabschnitt einen rohrförmigen Abschnitt auf, der mit einer Mehrzahl von umfangsverteilten axialen Schlitzen versehen ist, wobei das federelastische Segment am Umfang zwischen entsprechenden axialen Schlitzen angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf einen Aktuator zur Betätigung einer Zweiweg-Kupplung insbesondere eine Aktuatorwelle für einen sequenziellen Übergang von zum Beispiel einem Freilaufmodus in einen Klemmmodus und einen Verriegelungsmodus in einer Multimodus-Mehrweg-Freilaufkupplung.
Hintergrund der Erfindung
Im Dreimodus-Betrieb funktionierende Zweiweg-Freilaufkupplungen sind bekannt. Ein Beispiel hiervon ist in der gemeinschaftlich übertragenen US Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008/0099294 unter dem Titel DREIMODUS-ZWEIWEG-FREILAUFKUPPLUNG gezeigt. Diese Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin integriert, als wenn sie hier vollständig beschrieben worden wäre. In dieser Patentanmeldung wird ein Klemmmodus durch eine koaxial montierte konische Nabe oder durch eine Mehrzahl von hydraulischen Kolben hergestellt, welche durch hydraulische Flüssigkeit führende Kanäle mit einander verbunden sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Mindestens einige der hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte der Erfindung beziehen sich auf einen Aktuator zur Betätigung einer Multimodus-Mehrweg-Freilaufkupplung mit einem axial verschiebbaren Wellenabschnitt, einem mit dem Wellenabschnitt verbundenen Klemmabschnitt und einem federelastischen Segment zur Verschiebung eines Klemmkolbens zum Einrücken der Kupplung, und einem mit dem Wellenabschnitt verbundenen Verriegelungsabschnitt zur Verschiebung eines Aktuatorstifts zum Verriegeln der Kupplung. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kupplung eine Dreimodus-Zweiweg-Freilaufkupplung. In einigen Ausführungsbeispielen ist das federelastische Segment in radiale Richtung biegsam. In einigen Ausführungsbeispielen weist der Klemmabschnitt einen rohrförmigen Abschnitt auf, der mit einer Mehrzahl von umfangsverteilten axialen Schlitzen versehen ist, und das federelastische Segment am Umfang zwischen entsprechenden axialen Schlitzen angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel weist das federelastische Segment eine Umfangsfläche mit einem Profil auf, und mindestens ein Abschnitt des Profils ist derart angeordnet, dass er eine zunehmende Kraft auf den Klemmkolben ausübt, wenn der Wellenabschnitt sich in axiale Richtung relativ zu einer Nabe der Kupplung verschiebt. Ein anderer Abschnitt des Profils ist derart angeordnet, dass er eine konstante Kraft auf den Kolben ausübt, wenn der Wellenabschnitt sich in axiale Richtung relativ zu einer Nabe der Kupplung verschiebt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Verriegelungsabschnitt derart angeordnet, dass er den Aktuatorstift verschiebt.
Weitere beispielhafte Aspekte beziehen sich auf eine Multimodus-Mehrweg-Freilaufkupplung, die einen geschlitzten, rohrförmigen Gleitring aufweist, wobei eine Mehrzahl von Ausnehmungen in einer Oberfläche dieses Rings geformt sind, und die Kupplung weiterhin eine zum Gleitring konzentrische Nabe aufweist, in deren Oberfläche eine Mehrzahl von Ausnehmungen geformt sind. Weiter weist die Kupplung eine Mehrzahl von Rollen auf, die radial zwischen dem Gleitring und der Nabe in den Ausnehmungen des Gleitrings und der Nabe angeordnet sind, sowie eine Mehrzahl von radial verschiebbaren Kolben zum Übertragen einer aufgebrachten Radialkraft auf den Gleitring, und eine Aktuatorwelle mit einem Klemmabschnitt zur Aufbringung der Radialkraft auf die Kolben, welche auf den Gleitring übertragen wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kupplung einen radial verschiebbaren Aktuatorstift für eine selektive Begrenzung der relativen Umfangsbewegung zwischen dem Gleitring und der Nabe auf, und die Aktuatorwelle weist einen Verriegelungsabchnitt zur Verschiebung des Aktuatorstifts auf. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung weist der Klemmabschnitt ein radial biegsames, federelastisches Segment auf. Der Klemmabschnitt weist einen rohrförmigen Abschnitt auf, der mit einer Mehrzahl von umfangsverteilten axialen Schlitzen versehen ist, wobei das federelastische Segment am Umfang zwischen entsprechenden axialen Schlitzen angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das federelastische Segment eine Fläche mit einem Profil auf, und mindestens ein Abschnitt des Profils ist derart angeordnet, dass er eine zunehmende Kraft auf die Mehrzahl von Kolben ausübt, wenn die Aktuatorwelle sich in axiale Richtung relativ zu der Nabe verschiebt. Ein anderer Abschnitt des Profils ist derart angeordnet, dass er eine konstante Kraft auf die Mehrzahl von Kolben ausübt, wenn die Aktuatorwelle sich in axiale Richtung relativ zu der Nabe verschiebt.
Weitere hierin beschrieben beispielhafte Aspekte beziehen sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Betätigung einer Gleitkupplung bestehend aus: einem axialen Verschieben einer Welle in eine erste Stellung und aus einem radialen Verschieben eines Klemmkolbens in Richtung eines Gleitrings der Gleitkupplung durch einen Abschnitt der Welle, um eine radiale Kraft auf den Gleitring zum Einrücken der Kupplung aufzubringen. In einer beispielhaften Ausführung weist die Welle zum Verschieben des Klemmkolbens ein federelastisches Segment auf. In einigen beispielhaften Ausführungen besteht das Verfahren aus einem axialen Verschieben der Welle in eine zweite Stellung und einem radialen Verschieben eines Aktuatorstifts in eine vom Gleitring wegführende Richtung, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Gleitring und einer Nabe zu ermöglichen und die Kupplung somit zu verriegeln. In einer beispielhaften Ausführung ist der Aktuatorstift in einem Verriegelungsabschnitt der Welle angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Art und Weise der Funktion von hier beschriebenen beispielhaften Aspekten wird nachfolgend durch eine ausführliche Beschreibung solcher Aspekt mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1A eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems zur Veranschaulichung der hierin verwendeten Raumbegriffe;
1B eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands im zylindrischen Koordinaten-System gemäß 1A zur Veranschaulichung der hierin verwendeten Raumbegriffe;
2 eine perspektivische Ansicht einer mit einem Zahnrad nach einem der beispielhaften Aspekte zusammengebauten Zweiwegkupplung;
3 eine Ansicht der zusammengebauten Zweiwegkupplung gemäß 2, wobei ein Abschnitt entfernt wurde;
4 eine Schnittansicht der zusammengebauten Zweiwegkupplung gemäß 2;
5 eine Schnittansicht der zusammengebauten Zweiwegkupplung gemäß 2, generell entlang der Linie 5-5 in 4;
6 eine Ansicht eines Teils der zusammengebauten Zweiwegkupplung gemäß 2 in einem Teilschnitt, wobei ein Abschnitt entfernt wurde;
7 eine Detailansicht einer Aktuatorwelle gemäß einem der hierin beschriebenen Aspekte;
7a eine vergrößerte Ansicht eines Endabschnitts der Aktuatorwelle gemäß 7;
8 eine Querschnittsansicht eines Klemmabschnitts der Aktuatorwelle gemäß 7;
9 ein Diagramm der radialen Last in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung der Aktuatorwelle gemäß 7;
10A eine schematische Darstellung eines ersten, Freilauf-Modus einer Zweiweg-Freilaufkupplung;
10B eine schematische Darstellung eines zweiten, Klemm-Modus der Zweiweg-Freilaufkupplung und
10C eine schematische Darstellung eines dritten, Verriegelungsmodus der Zweiweg-Freilaufkupplung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen beziehen sich auf identische oder auf funktionsgleiche Bauteile.
Die vorliegende Erfindung begrenzt sich nicht nur auf die konkreten Ausführungen, Verfahren, Werkstoffe und Modifikationen und kann als solche natürlich auch abgeändert werden. Weiter dienen die hier verwendeten Begriffe nur dem Zweck der Beschreibung konkreter, beispielhafter Aspekte und sollen nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung einschränken, welche nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt ist.
Wenn nicht anderweitig definiert, besitzen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie sie ein Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung generell versteht. Obwohl es möglich ist, beliebige ähnliche oder gleichwertige Verfahren, Vorrichtungen bzw. Werkstoffe wie die hier beschriebenen in der Praxis oder zu Versuchszwecken zu verwenden, werden jetzt beispielhafte Verfahren, Vorrichtungen und Werkstoffe beschrieben.
1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems 80, welche die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Raumbegriffe veranschaulicht, die zumindest teilweise im Rahmen eines beispielhaften zylindrischen Koordinaten-Systems erläutert werden. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezug für die nun folgenden Richtungsbegriffe und Raumbegriffe dient. Die Eigenschaftswörter „axial”, „radial” und „Umfangs-” verstehen sich mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der orthogonal zur Achse 81 verläuft) bzw. zum Umfang 83 erstreckt. Die Eigenschaftswörter „axial”, „radial” und „Umfangs” verstehen sich auch mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zu entsprechenden Ebenen erstreckt. Die Anordnung der verschiedenen Ebenen wird an Hand von Gegenständen 84, 85 und 86 erläutert. Die Oberfläche 87 des Gegenstands 84 bildet eine axiale Ebene. Dies bedeutet, dass die Achse 81 eine Linie entlang der Oberfläche bildet. Die Oberfläche 88 des Gegenstands 85 bildet eine radiale Ebene, was bedeutet, dass der Radius 82 eine Linie entlang diese Oberfläche bildet. Die Oberfläche 89 des Gegenstands 86 bildet eine Umfangsebene, was bedeutet, dass der Umfang 83 eine Linie entlang diese Oberfläche bildet. Als weiteres Beispiel: eine axiale Bewegung oder Anordnung verläuft parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Anordnung verläuft parallel zur Achse 82, und eine Umfangsbewegung oder Anordnung verläuft parallel zum Umfang 83. Eine Drehbewegung findet mit Bezug auf die Achse 81 statt.
Die Umstandswörter „axial”, „radial” und „Umfangs-„ verstehen sich mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zur Achse 81, zum Radius 82 bzw. zum Umfang 83 erstreckt. Die Umstandswörter „axial” „radial” und „Umfangs-” verstehen sich auch mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zu entsprechenden Ebenen erstreckt.
1B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands 90 im zylindrischen Koordinaten-Systems 80 gemäß 1A, welche die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe veranschaulicht. Der zylindrische Gegenstand 90 steht stellvertretend für einen zylindrischen Gegenstand in einem zylindrischen Koordinaten-System und soll in keiner Weise die vorliegende Erfindung begrenzen. Der Gegenstand 90 weist eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93 auf. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Oberfläche 92 ist Teil einer radialen Ebene und die Oberfläche 93 ist Teil einer Umfangsebene.
In der nun folgenden Beschreibung wird Bezug genommen auf die 2–5. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer mit einem Zahnrad 200 nach einem der beispielhaften Aspekte zusammengebauten Zweiwegkupplung 100. 3 zeigt eine Schnittansicht der zusammengebauten Zweiwegkupplung 100 gemäß 2, wobei ein Abschnitt entfernt wurde. 4 zeigt eine Schnittansicht der zusammengebauten Zweiwegkupplung 100 gemäß 2. 5 zeigt eine Schnittansicht der zusammengebauten Zweiwegkupplung 100 gemäß 2, generell entlang der Linie 5-5 in 4.
In einem Ausführungsbeispiel ist die zusammengebaute Zweiwegkupplung 100 eine Multimodus-(z. B. Dreimodus-)Zweiweg-Freilaufkupplung. In einem Dreimodus-Beispiel bedeutet dies, wie nachfolgend beschrieben, dass die Kupplung 100 für den Betrieb in drei Modus geeignet ist, und zwar, in einem Freilaufmodus, in einem Klemm-Modus und in einem verriegelten Modus. Weiterhin kann die Kupplung 100 eine Mehrwegkupplung sein wie zum Beispiel eine Zweiwegkupplung. Dies bedeutet, in einem Beispiel, dass das Funktionieren der Kupplung 100 unabhängig von einer Drehrichtung ist. Beispielsweise funktioniert die Kupplung 100 gleich gut bei einer Drehung im Uhrzeigersinn wie im Gegenuhrzeigersinn.
Die Kupplung 100 weist einen Gleitring 102 auf. Der Gleitring 102 weist eine innere Umfangsfläche 104 mit einer Mehrzahl von konkaven Ausnehmungen 106 auf (4 und 5). In einem Ausführungsbeispiel ist der Ring 102 geschlitzt. Das heißt, der Ring 102 ist über seinen Umfang an der geschlitzten Stelle (z. B. ein Spalt oder eine unterbrochene Stelle) 108 unterbrochen. Der Schlitz 108 ermöglicht eine radiale Ausdehnung des Rings 102, so dass eine äußere Umfangsfläche 110 des Rings 102 in Eingriff kommen kann mit einer inneren Umfangsfläche 202 des Zahnrads 200, wie nachfolgend beschrieben.
Die Kupplung 100 weist weiterhin eine Nabe 112 auf, die radial innerhalb des Rings 102 und konzentrisch mit diesem angeordnet ist. Kragen 111 und 113 sind radial außerhalb der Nabe 112 angeordnet und halten die axiale Stellung der inneren Bauteile der Kupplung 100 und des Zahnrads 200 relativ zur Nabe 112 aufrecht. Die Nabe 112 weist eine äußere Umfangsfläche 114 mit einer Mehrzahl von konkaven Ausnehmungen 116 auf. Rollen 118 sind radial zwischen Gleitring 102 und Nabe 112 in jeweils aus den konkaven Ausnehmungen 106 und 116 des Gleitrings bzw. der Nabe 112 bestehenden Paaren angeordnet. Der Aktuatorstift 120 ist radial verschiebbar, um in Eingriff mit dem Aktuatorring 122 zu kommen und somit eine Umfangsbewegung des Gleitrings 102 relativ zur Nabe 112 zu begrenzen.
Der Ring 102 weist axiale, in Ausnehmungen 126 (3) des Aktuatorrings 122 angeordnete Vorsprünge 124 (4) auf, so dass der Ring 102 und der Ring 122 gemeinsam miteinander rotieren. Der Stift 120 ist in einer Öffnung (nicht gezeigt) in der Nabe 112 angeordnet, so dass der Stift 120 und die Nabe 112 gemeinsam miteinander rotieren. Durch radiale Verschiebung greift der Stift 120 in die Öffnung 128 im Aktuatorring 122 ein, so dass der Stift 120 und der Aktuatorring 122 gemeinsam miteinander rotieren. Auf diese Weise sind, durch die radiale Verschiebung des Stifts 120, die Nabe 112, der Gleitring 102 und der Aktuatorring 122 mit Bezug aufeinander in Umfangsrichtung positioniert, so dass die Rollen 118 in jeweiligen Tälern der Ausnehmungen 106 und 116 angeordnet sind.
Die Kupplung 100 weist radial verschiebbare Kolben 130 auf, die eine Übertragung einer radialen Kraft auf den Gleitring 102 während eines Klemm-Modus ermöglichen. Das heißt, dass die Kolben 130 in der Nabe 112 angeordnet sind und mit den Rollen 118 in Eingriff kommen können, um einen Reibverschluss zwischen der äußeren Fläche 110 des Gleitrings und der inneren Fläche 202 des Zahnrads zu bewirken. Wie weiter unten beschrieben, können die Kolben 130 durch eine Aktuatorwelle verschoben werden, um in Eingriff mit den Rollen 118 zu kommen. Obwohl die Kolben 130 in der Darstellung im Eingriff mit dem Gleitring 102 gezeigt werden, können andere Ausführungen (nicht dargestellt) Kolben 130 aufweisen, welche direkt, oder durch andere geeignete Elemente neben Rollen, mit dem Gleitring 102 im Eingriff stehen.
Die nun folgende Beschreibung geschieht mit Bezug auf die 6, 7 und 7a. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Teils der zusammengebauten Zweiwegkupplung 100 gemäß 2, wobei ein Abschnitt entfernt wurde. 7 zeigt eine Detailansicht der Aktuatorwelle 132 gemäß einem der hierin beschriebenen Aspekte. 7a zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Endabschnitts der Aktuatorwelle gemäß 7. Die Aktuatorwelle 132 ist innerhalb der Nabe 112 angeordnet. Wie weiter unten beschrieben, spannt eine wahlweise vorgesehene Feder 133 die Welle 132 in axiale Richtung in eine verriegelte Stellung der Kupplung 100 vor. Zum Beispiel bei einer Fehlfunktion einer externen Positionierungsvorrichtung der Welle 132 stellt die Feder 133 sicher, dass die Kupplung 100 verriegelt bleibt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Feder 133 bei einer Fehlfunktion der Positionierungsvorrichtung zum Entriegeln der Kupplung 100 verwendet werden.
Die Welle 132 weist einen Klemmabschnitt 134 zur Aufbringung einer Radialkraft auf die Kolben 130 und einen Verriegelungsabschnitt 136 zur Verschiebung des Aktuatorstifts 120 auf. Der Klemmabschnitt 134 weist ein federelastisches Segment 138 auf. In einem Ausführungsbeispiel besteht das federelastische Segment 138 aus einer Mehrzahl von federelastischen Segmenten, kann aber in einem anderen Beispiel lediglich aus einem einzelnen Segment bestehen. Das Segment 138 kann aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein und ist, zum Beispiel, flexibel in radialer Richtung. Das heißt, das Segment 138 ist in radialer Richtung biegsam. Der Klemmabschnitt 134 weist einen rohrförmigen Abschnitt 140 auf, der mit umfangsverteilten axialen Schlitzen 142 versehen ist. Das federelastische Segment 138 ist in Umfangsrichtung zwischen einem Paar von axialen Schlitzen 142 angeordnet.
Die nun folgende Beschreibung geschieht mit Bezug auf die 8–9. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Klemmabschnitts 134 der Aktuatorwelle 132 gemäß 7. 9 zeigt ein Diagramm der radialen Last in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung der Aktuatorwelle 132 gemäß 7. Das Segment 138 weist für einen Eingriff mit dem radialen Kolben 130 (7) eine Umfangsfläche 144 mit einem Profil 146 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist das Profil 146 in mehrere Segmente geteilt, zum Beispiel vier Segmente gekennzeichnet als I, II, III und IV in 8.
Das Segment I ist ein zylindrischer Abschnitt, der den Kolben 130 in einem mit Spiel behafteten Zustand positioniert, in welchem der Gleitring 102 nicht im Reibverschluss mit dem Zahnrad 200 ist. Das Segment II ist ein kegelförmiger Abschnitt, in dem der Kolben 130 für einen Eingriff mit den Rollen 118 positioniert ist, um den Gleitring 102 in Kontakt mit dem Zahnrad 200 zu bringen. Das Segment III ist ein zylindrischer Abschnitt, in dem der Kolben 130 eine zunehmende radiale Kraft auf die Rollen 130 in dem Maße ausübt, wie eine axiale Stellung des Kolbens 130 sich dem festgelegten Ende 148 nähert (d. h. einem nicht geschlitzten Abschnitt der Aktuatorwelle 134), wodurch die Länge des freitragenden Trägerteils des Segments 138 sich wirksam verkürzt, um die radiale Kraft auf dem Kolben 130 zu erhöhen. Dies bedeutet, dass der in 8 mit III gekennzeichnete Abschnitt des Profils 146 derart angeordnet ist, dass er eine zunehmende Kraft auf den Kolben 130 aufbringt, wenn der Aktuator 132 relativ zur Nabe 112 axial verschoben wird.
Das Segment IV ist ein kegelförmiger Abschnitt, in dem der Kolben 130 eine konstante radiale Kraft auf die Rollen 118 in dem Maße aufbringt, wie die axiale Stellung des Kolbens 130 sich dem festgelegten Ende 148 nähert. Dies bedeutet, dass der in 8 mit IV gekennzeichnete Abschnitt des Profils 146 derart angeordnet ist, dass er eine konstante Kraft auf den Kolben 130 aufbringt, wenn der Aktuator 132 relativ zur Nabe 112 axial verschoben wird. Weil die effektive Länge des freitragenden Trägerteils des Segments 138 abnimmt, würde eine gleichförmige zylindrische Fläche zu einer zunehmenden Kraft am Segment IV führen. Die kegelförmige Fläche jedoch ist derart angeordnet, dass sie der zunehmenden radialen Kraft des freitragenden Trägerteils entgegenwirkt, so dass die durch den Kolben 130 aufgebrachte radiale Kraft konstant bleibt.
Ein Beispiel der durch das Segment 138 auf den Kolben 130 ausgeübten Kraft ist in 9 gezeigt. Wie im Diagramm dargestellt, ist der Betrag der radialen Kraft gleich 0, wenn der Kolben 130 sich auf der zylindrischen Fläche im Segment I befindet. Das Segment II zeigt eine steile Zunahme der radialen Last in der Phase, wo der Kolben 130 in Kontakt mit dem Gleitring 102 kommt. Das Segment III zeigt eine kontinuierliche Zunahme der radialen Kraft bei fortschreitender Verschiebung der Aktuatorwelle 132. Dies ist der Klemmabschnitt, in dem die von dem Kolben 130 auf den Gleitring 102 aufgebrachte Reibungskraft anfängt, die Drehgeschwindigkeiten der Nabe 112 und des Zahnrads 200 zu synchronisieren, d. h. die Geschwindigkeit der Nabe 112 und des Zahnrads 200 sich dem Gleichgewichtszustand nähern. Das Segment IV zeigt eine im Wesentlichen konstante radiale Kraft während einer weiteren axialen Verschiebung der Aktuatorwelle 132, wodurch eine radiale Verschiebung des Aktuatorstifts 120 und eine Verriegelung der Kupplung 100 ermöglicht werden.
Die nun folgende Beschreibung geschieht mit Bezug auf die 10A bis 10C. 10A ist ein schematisches Diagramm, in dem ein erstes, Freilaufmodus einer freilaufenden Zweiwegkupplung gezeigt wird. 10B ist ein schematisches Diagramm, in dem ein zweites, Klemmmodus der freilaufenden Zweiwegkupplung gezeigt wird. 10C ist ein schematisches Diagramm, in dem ein drittes, Verriegelungsmodus der freilaufenden Zweiwegkupplung gezeigt wird. Wie in 10A zu sehen ist, befindet sich der Aktuatorstift 120 in einer erhöhten Stellung, wodurch der Gleitring 102 und die Nabe 112 zueinander ausgerichtet werden, so dass die Rolle 118 in den Ausnehmungen 106 und 116 des Rings 102 bzw. der Nabe 112 positioniert ist. Der Stift 120 ist schematisch im Eingriff mit dem Verriegelungsabschnitt 136 durch die Linie 137 dargestellt. Der Kolben 130 ist radial nach innen angeordnet und übt keine Kraft auf die Rolle 118 aus. Das federelastische Segment 138 ist in den 10A bis 10C schematisch als Feder dargestellt, obwohl es sich versteht, dass das Segment 138 auch, wie oben beschrieben, ein radial verschiebbares Segment des Klemmabschnitts 134 sein kann. Nun auf 10B zu kommen, wird mit einer Verschiebung der Aktuatorwelle 132 in Richtung des Pfeils 150 der Kolben durch das Segment 138 (Segmente II und III in 8) radial nach außen verschoben und spannt somit die Rolle 118 in Richtung des Gleitrings 102 vor. Zunächst kommt der Ring 102 in Kontakt mit dem Zahnrad 200 (Segment II) und übt dann eine radiale Kraft auf das Zahnrad 200 aus (Segment III), so dass, wie durch den Pfeil 150 angedeutet, ein Teil des Drehmoments im Zahnrad 200 durch den Stift 120 auf die Nabe 116 übertragen wird. Der Stift 120 verbleibt in der radial äußeren Stellung, so dass der Ring 102 und die Nabe 112 zueinander ausgerichtet bleiben. Weitere axiale Bewegung der Welle 132 richtet den Stift 120 zu einem tieferen Teil der Nabenöffnung aus (angedeutet durch die Linie 155 in 10C), wobei der Stift 120 radial nach innen in Richtung des Pfeils 156 verschoben wird, und eine Verschiebung des Rings 102 relativ zur Nabe 112 ermöglicht. Eine relative Verschiebung zwischen Ring 102 und Nabe 112 verriegelt die Kupplung 100, wie oben beschrieben, durch die Wirkung der Rolle 118 in den Ausnehmungen 106 und 116. In diesem Zustand wird das gesamte Drehmoment von dem Zahnrad 200 durch den Gleitring 102 und die Rolle 118 auf die Nabe 112 übertragen, wie durch den Pfeil 158 angedeutet.
Die Aktuatorwelle 132 stellt eine kompakte Einrückvorrichtung für die Kupplung 100 dar. Weiterhin stellen die Kolben 130 einen Klemmabschnitt für die Funktion der Kupplung 100 zur Verfügung, wodurch die Verlangsamung der Einrückzeit für eine sanftere Drehmomentübertragung sorgt.
Es versteht sich, dass Veränderungen und Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungen dem Fachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres offensichtlich werden, ohne dass er sich von dem Geist oder dem Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung entfernt. Obwohl die Erfindung an Hand von konkreten, bevorzugten und/oder beispielhaften Ausführungen beschrieben worden ist, ist es klar, dass weitere Varianten der beanspruchten Erfindung möglich sind, ohne dass man sich vom Geltungsbereich oder Geist der Erfindung entfernt.

Claims

Aktuator zur Betätigung einer Multimodus-Mehrweg-Freilaufkupplung, wobei der Aktuator mit einem axial verschiebbaren Wellenabschnitt, einem mit dem Wellenabschnitt verbundenen Klemmabschnitt und mindestens einem federelastischen Segment zur Verschiebung eines Klemmkolbens zum Einrücken der Kupplung und einem mit dem Wellenabschnitt verbundenen Verriegelungsabschnitt zur Verschiebung eines Aktuatorstifts zum Verriegeln der Kupplung versehen ist.
Aktuator nach Anspruch 1, in dem die Kupplung eine Dreimodus-Zweiweg-Freilauf-Kupplung ist.
Aktuator nach Anspruch 1, in dem das mindestens eine federelastische Segment in radiale Richtung biegsam ist.
Aktuator nach Anspruch 3, in dem der Klemmabschnitt einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der mit einer Mehrzahl von umfangsverteilten axialen Schlitzen versehen ist, und das mindestens eine federelastische Segment am Umfang zwischen entsprechenden axialen Schlitzen angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 4, in dem das mindestens eine federelastische Segment eine Fläche mit einem Profil aufweist, und mindestens ein Abschnitt des Profils derart angeordnet ist, dass er eine zunehmende Kraft auf den Klemmkolben ausübt, wenn der Wellenabschnitt sich In axiale Richtung relativ zu einer Nabe der Kupplung verschiebt.
Aktuator nach Anspruch 5, in dem ein weiterer Abschnitt des Profils derart angeordnet ist, dass er eine konstante Kraft auf den Kolben ausübt, wenn der Wellenabschnitt sich in axiale Richtung relativ zu einer Nabe der Kupplung verschiebt.
Aktuator nach Anspruch 1, in dem der Verriegelungsabschnitt derart angeordnet ist, dass er den Aktuatorstift verschiebt.
Multimodus-Mehrweg-Freilaufkupplung, die einen geschlitzten, rohrförmigen Gleitring aufweist, wobei eine Mehrzahl von Ausnehmungen in einer Oberfläche dieses Rings geformt sind, und die Kupplung weiterhin eine zum Gleitring konzentrische Nabe aufweist, in deren Oberfläche eine Mehrzahl von Ausnehmungen geformt sind, wobei die Kupplung weiter eine Mehrzahl von Rollen aufweist, die radial zwischen dem Gleitring und der Nabe in den Ausnehmungen des Gleitrings und der Nabe angeordnet sind, sowie eine Mehrzahl von radial verschiebbaren Kolben zum Übertragen einer aufgebrachten Radialkraft auf den Gleitring, und eine Aktuatorwelle mit einem Klemmabschnitt zur Aufbringung der Radialkraft auf die Kolben, welche auf den Gleitring übertragen wird.
Kupplung nach Anspruch 8, in der die Kupplung eine Dreimodus-Zweiweg-Freilauf-Kupplung ist.
Kupplung nach Anspruch 8, in der die Kupplung weiterhin einen radial verschiebbaren Aktuatorstift für eine selektive Begrenzung der relativen Umfangsbewegung zwischen dem Gleitring und der Nabe aufweist, wobei die Aktuatorwelle einen Verriegelungsabchnitt zur Verschiebung des Aktuatorstifts aufweist.
Kupplung nach Anspruch 8, in der der Klemmabschnitt mindestens ein radial biegsames, federelastisches Segment aufweist.
Kupplung nach Anspruch 11, in der der Klemmabschnitt einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der mit einer Mehrzahl von umfangsverteilten axialen Schlitzen versehen ist, und das mindestens eine federelastische Segment am Umfang zwischen entsprechenden axialen Schlitzen angeordnet ist.
Kupplung nach Anspruch 12, in der das mindestens eine federelastische Segment eine Fläche mit einem Profil aufweist, und mindestens ein Abschnitt des Profils derart angeordnet ist, dass er eine zunehmende Kraft auf die Mehrzahl von Kolben ausübt, wenn die Aktuatorwelle sich in axiale Richtung relativ zu der Nabe verschiebt.
Kupplung nach Anspruch 13, in der ein anderer Abschnitt des Profils derart angeordnet ist, dass er eine konstante Kraft auf die Mehrzahl von Kolben ausübt, wenn die Aktuatorwelle sich in axiale Richtung relativ zu der Nabe verschiebt.
Verfahren zur Betätigung einer Gleitkupplung bestehend aus einem axialen Verschieben einer Welle in eine erste Stellung, und aus einem radialen Verschieben eines Klemmkolbens in Richtung eines Gleitrings der Gleitkupplung durch einen Abschnitt der Welle, um eine radiale Kraft auf den Gleitring zum Einrücken der Kupplung aufzubringen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Welle ein federelastisches Segment zur Verschiebung des Klemmkolbens aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15 bestehend aus einem axialen Verschieben der Welle in eine zweite Stellung und einem radialen Verschieben eines Aktuatorstifts in eine vom Gleitring wegführende Richtung, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Gleitring und einer Nabe zu ermöglichen und die Kupplung somit zu verriegeln.
Verfahren nach Anspruch 17, in dem der Aktuatorstift in einem Verriegelungsabschnitt der Welle angeordnet ist.