DE102013220224A1 - Schaltbare bidirektionale Keilkupplung - Google Patents

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Abstract

Schaltbare Kupplung, die aufweist: einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, einen inneren Ring, mindestens einen zumindest teilweise radial zwischen dem inneren Ring und den ersten und zweiten äußeren Ringen angeordneten Keilblock, und eine einzige Aktuatorstange, welche, um den mindestens einen Keilblock zu positionieren, verschiebbar ist. In einer ersten Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock sind der erste äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In einer zweiten Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock sind der zweite äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In einer dritten Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock ist der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ring.

Description

  • Querverweise auf verwandte Anmeldungen
  • Gemäß Artikel 35 U.S.C §119(e) beansprucht die vorliegende Anmeldung den Inhalt der U.S. Provisional Application Nr. 61/805,345 , eingereicht am 26. März 2013, die herbei durch Verweis in ihrer Gesamtheit integriert ist.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine schaltbare bidirektionale Kupplung, insbesondere eine Kupplung, die zwischen mehrfachen Drehmomentwegen schaltbar ist und dabei einen einzigen Aktuator verwendet und Rotation der in den Drehmomentwegen hegenden Bauteile beibehält.
  • Hintergrund
  • Bekannte schaltbare Kupplungen verwenden entweder mehrfache Aktuatoren, um mehrfache Drehmomentwege zu steuern und/oder sie benötigen eine Beendigung der Rotation von Bauteilen in den Drehmomentwegen, welche gerade geschaltet werden.
  • Zusammenfassung
  • Nach den hierin dargelegten Aspekten ist eine schaltbare Kupplung vorgesehen, die aufweist: einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, einen inneren Ring, mindestens einen zumindest teilweise radial zwischen dem inneren Ring und den ersten und zweiten äußeren Ringen angeordneten Keilblock, und eine Aktuatorstange, welche, um den mindestens einen Keilblock zu positionieren, verschiebbar ist. In einer ersten axialen Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock sind der erste äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In einer zweiten axialen Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock sind der zweite äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In einer dritten axialen Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock ist der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ring.
  • Nach den hierin dargelegten Aspekten ist eine schaltbare Kupplung vorgesehen, die aufweist: einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, eine Nabeneinheit, welche einen inneren Ring und mindestens einen Keilblock aufweist, eine radial zwischen dem ersten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete erste Keilscheibe, eine radial zwischen dem zweiten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete zweite Keilscheibe, und eine einzige Aktuatorstange. Die eine einzige Aktuatorstange ist derart axial verschiebbar, dass in einer ersten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange der erste äußere Ring, die erste Keilscheibe, und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, in einer zweiten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange der zweite äußere Ring, die zweite Keilscheibe, und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, und in einer dritten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange der innere Ring drehbar gegenüber den ersten und dem zweiten äußeren Ringen ist.
  • Nach den hierin dargelegten Aspekten ist eine schaltbare Kupplung vorgesehen, die aufweist: eine Antriebswelle, einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, eine Nabeneinheit, welche drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, und eine Mehrzahl von drehfest mit dem inneren Ring in Eingriff stehenden Keilblöcken, wobei jeder Keilblock jeweilige erste und zweite axiale Enden besitzt, eine erste radial zwischen dem ersten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete Keilscheibe, eine zweite radial zwischen dem zweiten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete Keilscheibe, und eine einzige Aktuatorstange. Die einzige Aktuatorstange ist derart axial verschiebbar, dass in einer ersten Position für die einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken: die jeweiligen ersten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der ersten Keilscheibe ausgerichtet sind, die jeweiligen zweiten axialen Enden drehfest mit der zweiten Keilscheibe in Eingriff stehen, und der erste äußere Ring, die erste Keilscheibe und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind. Die einzige Aktuatorstange ist derart axial verschiebbar, dass in einer zweiten Position für die einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken: die jeweiligen zweiten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der zweiten Keilscheibe ausgerichtet sind, die jeweiligen ersten axialen Enden drehfest mit der ersten Keilscheibe in Eingriff stehen, und der zweite äußere Ring, die zweite Keilscheibe und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind. Die einzige Aktuatorstange ist derart axial verschiebbar, dass in einer dritten Position für die einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken: die jeweiligen ersten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der ersten Keilscheibe ausgerichtet sind, die jeweiligen zweiten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der zweiten Keilscheibe in Eingriff stehen, und der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ring ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Verschiedene Ausführungen werden jetzt lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen offenbart, wobei übereinstimmende Bezugszeichen sich auf übereinstimmende Teile beziehen. Es zeigen:
  • 1A eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems zur Veranschaulichung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe;
  • 1B eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands im zylindrischen Koordinaten-System gemäß 1A zur Veranschaulichung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer schaltbaren Kupplung,
  • 3 eine Sprengdarstellung einer schaltbaren Kupplung gemäß 2,
  • 4 eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang Linie 4-4 aus 2,
  • 5 eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang Linie 5-5 aus 4,
  • 6 eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang Linie 6-6 aus 4,
  • 7A bis 7C sind jeweilige Draufsichten eines Keilblocks gemäß 2, und
  • 8A und 8B sind Einzelheiten der Flächen 8A und 8B gemäß 5 bzw. 6.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Anfänglich muss es klar gemacht werden, dass gleiche Bezugszahlen in verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen sich auf identische oder auf funktionsidentische Bauteile der Offenbarung beziehen. Es ist selbstverständlich, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte begrenzt ist.
  • Weiterhin ist es auch selbstverständlich, dass sich diese Offenbarung nicht auf die konkrete beschriebene Methodik, oder auf angegebene Werkstoffe und Modifikationen begrenzt und kann als solche sehr wohl abgeändert werden. Auch ist es selbstverständlich, dass die hier verwendeten Begriffe nur dem Zweck der Beschreibung konkreter Aspekte dienen und sie sollen sich nicht auf den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einschränken.
  • Wenn nicht anderweitig definiert, besitzen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie sie ein Fachmann auf dem Gebiet der Offenbarung generell versteht. Es muss verstanden werden, dass es möglich ist, beliebige ähnliche oder gleichwertige Verfahren, Vorrichtungen bzw. Werkstoffe wie die hier beschriebenen in der Ausführung der Offenbarung oder zur Durchführung von Versuchen mit der Offenbarung zu verwenden.
  • 1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems 80, welche die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe veranschaulicht. Die vorliegende Anmeldung ist zumindest teilweise im Rahmen eines zylindrischen Koordinaten-Systems erläutert. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezug für die nun folgenden Richtungs- 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. Um die Anordnung der verschiedenen Ebenen zu erläutern, werden Gegenstände 84, 85 und 86 verwendet. 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. Dies bedeutet, dass der Radius 82 eine Linie entlang der Oberfläche bildet. Die Fläche 89 des Gegenstands 86 bildet eine Umfangsebene. Dies bedeutet, dass der Umfang 83 eine Linie entlang der Oberfläche bildet. Als weiteres Beispiel: eine axiale Bewegung oder Anordnung verläuft parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Anordnung verläuft parallel zum Radius 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 eine Umfangsebene.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer schaltbaren Kupplung 100.
  • 3 ist eine Sprengdarstellung der schaltbaren Kupplung 100 gemäß 2.
  • 4 ist eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang Linie 4-4 aus 2.
  • 5 ist eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang Linie 5-5 aus 4.
  • 6 ist eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang Linie 6-6 aus 4.
  • 7A bis 7C sind jeweilige Draufsichten eines Keilblocks gemäß 2. Die folgende Beschreibung soll mit Bezug auf die 2 bis 7C gelesen werden. Die schalbare Kupplung 100 weist einen äußeren Ring 102, einen äußeren Ring 104, mindestens einen Keilblock 108 und eine Aktuatorstange 110 auf. Der Block 108 ist zumindest teilweise radial zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel weist die Kupplung 100 nur eine einzige Aktuatorstange 110 auf. Die Aktuatorstange ist axial verschiebbar zum Beispiel in entgegengesetzte Richtungen AD1 und AD2, um den mindestens einen Keilblock zu kontaktieren, zu verschieben und zu positionieren. In einem Ausführungsbeispiel weist der mindestens ein Block 108 eine Mehrzahl von Blöcken. In der nun folgenden Diskussion wird eine Mehrzahl von Blöcken 108 angenommen, aber es ist zu verstehen, dass die Kupplung 100 sich nicht auf eine Mehrzahl von Blöcken 108 begrenzt.
  • In einer ersten Position für die Aktuatorstange und die Blöcke 108 (ein erster Betriebsmodus für die Kupplung 100), wie in 7A gezeigt und weiter unten beschrieben, sind der äußere Ring 102 und der innere Ring 106 drehfest miteinander verbunden. In einer zweiten Position für die Aktuatorstange und die Blöcke 108 (ein zweiter Betriebsmodus für die Kupplung 100), wie in 7C gezeigt und weiter unten beschrieben, sind der äußere Ring 104 und der innere Ring 106 drehfest miteinander verbunden. In einer dritten Position für die Aktuatorstange und die Blöcke 108 (ein dritter Betriebsmodus für die Kupplung 100), wie in 7B gezeigt und weiter unten beschrieben, ist der innere Ring drehbar gegenüber den äußeren Ringen 102 und 104. In der oben angegebenen ersten Position ist der innere Ring drehbar gegenüber dem äußeren Ring 104. In der oben angegebenen zweiten Position ist der innere Ring drehbar gegenüber dem äußeren Ring 102.
  • Während jeweilige Übergänge zwischen den drei oben angegebenen Positionen kann vorteilhaft ein Drehmoment fortwährend auf die Kupplung 100 übertragen werden. Zum Beispiel ist immer mindestens einer der innere Ring 106 oder der äußere Ring 102 derart angeordnet, dass er sich als Reaktion auf eine Drehmomentübertragung auf den inneren Ring oder auf den Ring 102 während des Schaltvorgangs aus der ersten oben angegebenen Position auf die zweite oben angegebenen Position dauerhaft dreht. Zum Beispiel, wenn die Kupplung sich im ersten Betriebsmodus befindet und eine Übertragung eines auf den äußeren Ring 102 aufgebrachten Drehmoments auf den inneren Ring im Gang ist, und nun ein Schaltvorgang auf den zweiten Betriebsmodus eingeleitet wird, in welchem ein Drehmoment auf den zweiten äußeren Ring 104 für die Übertragung auf den inneren Ring aufgebracht werden muss, kann der innere Ring während des Übergangs zum zweiten Betriebsmodus seine Drehbewegung beibehalten. Auf ähnliche Weise, zum Beispiel, ist mindestens einer der innere Ring 106 oder der äußere Ring 104 derart angeordnet, dass er sich als Reaktion auf eine Drehmomentübertragung auf den inneren Ring oder auf den Ring 104, während des Schaltvorgangs aus der zweiten oben angegebenen Position auf die erste oben angegebenen Position dauerhaft dreht. Zum Beispiel, wenn die Kupplung sich im zweiten Betriebsmodus befindet und eine Übertragung eines auf den inneren Ring 106 aufgebrachten Drehmoments auf den äußeren Ring 104 im Gang ist, und nun ein Schaltvorgang auf den ersten Betriebsmodus eingeleitet wird, in welchem ein auf den inneren Ring 106 aufgebrachtes Drehmoment auf den äußeren Ring 102 übertragen werden muss, kann der innere Ring während des Übergangs zum ersten Betriebsmodus seine Drehbewegung beibehalten.
  • Als Teil des stetigen Betriebs der Kupplung 100, um aus der ersten oben angegebenen Position auf die zweite oben angegebenen Position zu schalten, ist die Aktuatorstange 110 derart angeordnet, dass sie sich durch die dritte oben angegebene Position bewegt. Als Teil des stetigen Betriebs der Kupplung 100, um aus der zweiten oben angegebenen Position auf die erste oben angegebenen Position zu schalten, ist die Aktuatorstange 110 derart angeordnet, dass sie sich durch die dritte oben angegebene Position bewegt.
  • Die Kupplung 100 weist eine radial zwischen dem äußeren Ring 102 und dem inneren Ring angeordnete Keilscheibe 112 auf, und eine radial zwischen dem äußeren Ring 104 und dem inneren Ring angeordnete Keilscheibe 114 auf. In der ersten oben angegebenen Position sind der äußere Ring 102, die Keilscheibe 112 und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In der zweiten oben angegebenen Position sind der äußere Ring 104, die Keilscheibe 114 und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In der dritten oben angegebenen Position ist der innere Ring drehfest mit den Keilscheiben 112 und 114 verbunden. In der ersten oben angegebenen Position ist der innere Ring drehfest mit der Keilscheibe 114 verbunden. In der zweiten oben angegebenen Position ist der innere Ring drehfest mit den Keilscheiben 112 verbunden.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist jeder Block 108 axiale Enden 116 und 118 auf und ist drehfest mit dem inneren Ring in Eingriff. Um die oben angegebene erste Position einzuleiten (s. 7A) ist die Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie die Blöcke 108 derart positioniert, dass die Keilscheibe 114 drehfest mit den axialen Enden 118 verbunden ist, die Keilscheibe 112 gegenüber den axialen Ende 116 drehbar ist, und die Keilscheibe 112 drehfest mit dem äußeren Ring 102 und dem inneren Ring in Eingriff kommt. Um die oben angegebene zweite Position einzuleiten (s. 7C) ist die Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie die Blöcke 108 derart positioniert, dass die Keilscheibe 112 drehfest mit den axialen Enden 116 verbunden ist, die Keilscheibe 114 gegenüber den axialen Ende 118 drehbar ist, und die Keilscheibe 114 drehfest mit dem äußeren Ring 104 und dem inneren Ring in Eingriff kommt.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die Kupplung 100 eine mit einem hohlen Teil oder Hohlraum 122 versehene Antriebswelle 120 und eine Mehrzahl von Schlitzen 124 auf, die die radial äußere Fläche 126 der Antriebswelle mit dem hohlen Teil verbinden. Der innere Ring ist drehfest mit der Antriebswelle verbunden und weist eine Mehrzahl von Schlitzen 128 auf, die radial mit den Schlitzen 124 ausgerichtet sind. Jeder Block 108 ist derart in einem Paar von jeweiligen Schlitzen 124 und 128 angeordnet, dass ein Teil 130 des Blocks in dem hohlen Teil liegt und die axialen Enden 116 und 118 sich radial weiter nach außen befinden als der innere Ring. Die Nabeneinheit weist mindestens eine in dem hohlen Teil liegende Feder 132 auf, welche mit den Teilen 130 in Eingriff steht und die Blöcke 108 in einer axialen Richtung AD2 vorspannt. In der nun folgenden Diskussion wird eine einzelne Feder 132 angenommen, aber es ist zu verstehen, dass die Kupplung 100 sich nicht auf eine einzige Feder 132 begrenzt. Die Aktuatorstange ist mindestens teilweise in dem hohlen Teil angeordnet und steht mit den Teilen 130 in Eingriff.
  • In einem Ausführungsbeispiel, um aus der ersten oben angegebenen Position auf die dritte oben angegebenen Position zu schalten, oder um aus der dritten oben angegebenen Position auf die zweite oben angegebenen Position zu schalten, ist die Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie die Blöcke 108, entgegengesetzt zu der vorspannenden Feder 132 in eine axiale Richtung AD1 verschiebt. In einem Ausführungsbeispiel, um aus der zweiten oben angegebenen Position auf die dritte oben angegebenen Position zu schalten, oder um aus der dritten oben angegebenen Position auf die erste oben angegebenen Position zu schalten, ist die Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie in die axiale Richtung AD2 verschiebt, und die Feder 132 ist derart angeordnet, dass sie die Mehrzahl von Keilblöcken in die axiale Richtung AD2 verschiebt.
  • Die Kupplung 100 ist bidirektional. In einem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle derart angeordnet, dass sie ein Drehmoment erhält, und der innere Ring ist über die drehfeste Verbindung mit der Antriebswelle derart angeordnet, dass er, für die erste bzw. zweite oben angegebene Position, ein Drehmoment auf den äußeren Ring 102 bzw. 104 überträgt. In einem Ausführungsbeispiel ist der äußere Ring 102 oder 104 derart angeordnet, dass er ein Drehmoment erhält und derart, dass er, für die erste bzw. zweite oben angegebene Position, das Drehmoment auf den inneren Ring und auf die Antriebswelle überträgt.
  • In den 7A bis 7C sind dazwischen liegende Bauteile entfernt worden, um die in den 7A bis 7C gezeigten Bauteile freizulegen. In einem in 7B gezeigten Ausführungsbeispiel weisen Keilscheiben 112 und 114 jeweilige Eingriffsflächen 140 bzw. 142 auf, das Ende 116 weist Flächen 116A auf, und das Ende 118 weist Flächen 118A auf. Die axialen Enden 116 und 118 der Blöcke 108 sind in Umfangsrichtung mit den Keilscheiben 112 bzw. 114 ausgerichtet, und sind mindestens teilweise in den Kerben 144 bzw. 146 der Keilscheiben 112 bzw. 114 angeordnet. Ein Umfangsspalt oder -spiel 148 ist zwischen den Enden 116 und der Scheibe 112 vorhanden. Ein Umfangsspalt oder -spiel 150 ist zwischen den Enden 118 und der Scheibe 114 vorhanden. Es ist zwar eine relative Drehbewegung zwischen den Keilscheiben 112 und 114 und dem inneren Ring in der Richtung RD1 oder RD2 möglich, aber, wie weiter unten beschrieben, reicht sie weder aus, den inneren Ring mit dem einem noch mit dem anderen der äußeren Ringen drehfest zu verbinden. Folglich sind die äußeren Ringe 102 und 104 drehbar in Bezug auf den inneren Ring. Der Spalt 148 kann aufgeteilt sein zwischen dem Ende 116 und jeder der beiden Flächen 140, oder er kann zwischen dem Ende 116 und nur einer der Flächen 140 gebildet sein. Der Spalt 150 kann aufgeteilt sein zwischen dem Ende 118 und jeder der beiden Flächen 142, oder er kann zwischen dem Ende 118 und nur einer der Flächen 142 gebildet sein. Aufgrund der der dritten oben angegebenen Position inhärenten Rotationsfreiheit, kann die Kupplung 100 zwischen der ersten und der zweiten oben angegebenen Positionen schalten, ohne dass die Rotation der äußeren und/oder der inneren Ringe unterbrochen wird.
  • Die 8A und 8B sind Detaildarstellungen der Flächen 8A bzw. 8B in den 5 bzw. 6. Was jetzt folgt, ist in Bezug auf die 2 bis 8B zu lesen. Die axialen Enden 116 und 118 weisen Flächen 116A bzw. 118A auf, welche sich zu einem jeweiligen Punkt hin verjüngen. Der innere Ring und die Scheibe 112 weisen eine äußere Umfangsfläche 152 bzw. eine innere Umfangsfläche 154 auf. Die Scheibe 114 weist eine innere Umfangsfläche 156 auf. Die Scheiben 112 und 114 weisen ebenfalls Schlitze 158 auf. Die Rampen 152A und 152B der Fläche 152 sind zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Blöcke 108 gebildet. Die Rampen 154A und 154B der Fläche 154 sind zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Schlitzen 144 gebildet. In den Figuren ist eine Gruppierung von Rampen 152A/B und 154A/B gezeigt. Es ist jedoch zu verstehen, dass eine solche Gruppierung auch für den Rest der Flächen 152 und 154 gilt. Die Rampen 156A und 156B der Fläche 156 sind zwischen benachbarten Schlitzen 146 gebildet. In den Figuren ist eine Gruppierung von Rampen 152A/B und 156A/B gezeigt. Es ist jedoch zu verstehen, dass eine solche Gruppierung auch für den Rest der Flachen 152 und 156 gilt. Als Beispiel: in der Richtung RD1 fallen die Rampen 152A/154A/156A radial nach innen schräg ab und die Rampen 152B/154B/156B fallen radial nach außen schräg ab. Die Spalten 160A und 160B sind zwischen jeweiligen Rampen 152A/154A und 154A/154A und jeweiligen Rampen 152B/156B und 154B/156B gebildet.
  • Im Beispiel der 78 reicht die relative Drehbewegung der Scheibe 112 und des inneren Rings (aufgrund des Spiels 148) nicht aus, um den Spalt 160A oder 160B zu schießen. In Folge dessen kontaktieren die Rampen 154A und 154B die Rampen 152A bzw. 152B nicht und gleiten auf diesen auch nicht nach oben, der innere Ring bringt keine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Flächen 154A/B, um die Scheibe 112 radial nach außen vorzuspannen, damit sie drehfest in Eingriff mit dem äußeren Ring 102 kommt, und die Scheibe 112 rotiert relativ zu dem inneren Ring. Auf ähnliche Weise kontaktieren die Rampen 156A und 156B die Rampen 152A bzw. 152B nicht und gleiten auf diesen auch nicht nach oben, der innere Ring bringt keine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Flächen 156A/B, um die Scheibe 114 radial nach außen vorzuspannen, damit sie drehfest in Eingriff mit dem äußeren Ring 104 kommt, und die Scheibe 114 rotiert relativ zu dem inneren Ring.
  • Wie in 7A gezeigt, in einem Ausführungsbeispiel sind die axialen Enden 116 und 118 der Blöcke 108 in Umfangsrichtung mit den Keilscheiben 112 bzw. 114 ausgerichtet, und sind mindestens teilweise in den Kerben 144 bzw. 146 der Keilscheiben 112 bzw. 114 angeordnet. Ein Umfangsspalt oder -spiel 162 ist zwischen den Enden 116 und der Scheibe 112 vorhanden. Aufgrund der Größe des Spalts 162 reicht eine relative Drehbewegung der Scheibe 112 und dem inneren Ring aus, um den Spalt 160A oder 164B zu schließen. Folglich kommen die Rampen 154A bzw. 154B in Kontakt mit den Rampen 152A bzw. 152B und gleiten auf diesen Rampen 152A bzw. 152B nach oben, der innere Ring bringt eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Flächen 154A/B auf, um die Scheibe 112 radial nach außen vorzuspannen, damit sie drehfest in Eingriff mit dem äußeren Ring 102 kommt, und die Scheibe 112 ist drehfest mit dem inneren Ring verbunden. Der Spalt 162 kann aufgeteilt sein zwischen dem Ende 116 und jeder der beiden Flächen 140, oder er kann zwischen dem Ende 116 und nur einer der Flächen 140 gebildet sein.
  • Die Flächen 118A sind in Kontakt mit den Flächen 142, so dass der innere Ring drehfest mit der Keilscheibe 114 verbunden ist. Dies führt dazu, dass eine relative Drehbewegung zwischen der Keilscheibe 114 und dem inneren Ring verhindert wird, und der innere Ring und der äußere Ring 104 relativ zueinander rotieren können.
  • Wie in 7C gezeigt, in einem Ausführungsbeispiel sind die axialen Enden 116 und 118 der Blöcke 108 in Umfangsrichtung mit den Keilscheiben 112 bzw. 114 ausgerichtet, und sind mindestens teilweise in den Kerben 144 bzw. 146 der Keilscheiben 112 bzw. 114 angeordnet. Ein Umfangsspalt oder -spiel 164 ist zwischen den Enden 118 und der Scheibe 114 vorhanden. Aufgrund der Größe des Spalts 164 reicht eine relative Drehbewegung der Scheibe 114 und dem inneren Ring aus, um den Spalt 160A bzw. 160B zu schließen. Folglich kommen die Rampen 156A oder 156B in Kontakt mit den Rampen 152A bzw. 152B und gleiten auf diesen Rampen 152A bzw. 152B nach oben, der innere Ring bringt eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Flächen 156A/B auf, um die Scheibe 114 radial nach außen vorzuspannen, damit sie drehfest in Eingriff mit dem äußeren Ring 104 kommt, und die Scheibe 114 ist drehfest mit dem inneren Ring verbunden. Der Spalt 164 kann aufgeteilt sein zwischen dem Ende 118 und jeder der beiden Flächen 142, oder er kann zwischen dem Ende 118 und nur einer der Flächen 142 gebildet sein.
  • Die Flächen 116A sind in Kontakt mit den Flächen 140, so dass der innere Ring drehfest mit der Keilscheibe 112 verbunden ist. Dies führt dazu, dass eine relative Drehbewegung zwischen der Keilscheibe 112 und dem inneren Ring verhindert wird, und der innere Ring und der äußere Ring 102 relativ zueinander rotieren können.
  • Die Verjüngung der Flächen 116A und 118A ermöglicht die Unterschiede zwischen den Spalten/Spiel 148, 150, 152 und 164, was wiederum die oben beschriebenen Kombinationen der drehfesten Verbindung und der relativen Rotation möglich macht. Dies heißt, dass die axiale Position der Enden 116 und 118 in Bezug auf die Keilscheiben 112 bzw. 114 (und Kerben 144 bzw. 146) die Betriebsarten des inneren Rings in Bezug auf die äußeren Ringe 102 und 104 bestimmt. In 7C zum Beispiel, die Tatsache, dass das Ende 116 sich weiter in die Kerbe 144 erstreckt als das Ende 118 sich in die Kerbe 146 erstreckt, führt dazu, dass das Ende 116 drehfest mit der Scheibe 112 verbunden ist, die Keilscheibe 114 in Bezug auf den inneren Ring drehbar ist, der äußere Ring 102 in Bezug auf den inneren Ring drehbar ist, und der äußere Ring 104 drehfest mit dem inneren Ring verbunden ist.
  • Die Verjüngung der Flächen 116A und 118A hilft auch bei der Verschiebung der Keilblöcke, wenn die Kupplung einem Drehmoment ausgesetzt ist. Wenn die Keilblöcke in Richtung der jeweiligen Keilscheiben verschoben werden, so dass zum Beispiel die Fläche 116A aus der Position in 7A in die Position der 7C verschoben wird, schieben die jeweiligen Verjüngungen die entsprechende Keilscheibe allmählich weg von der Eingriffsstellung. Aufgrund der Rampenausbildung der Flächen 116A und 118A führt eine jeweilige axiale Nennkraft von der Feder 132 oder der Welle 130 jeweils zu einer höheren Drehkraft. Die Flächen 116A und 118A helfen auch dabei, eine Fehlausrichtung zwischen den Schlitzen 144 und 146 und der Keilscheibe auszugleichen und halten die eine Seite fest (den inneren Ring drehfest mit einer der Keilscheiben verbinden), während die andere Seite mit Spiel behaftet ist (die andere Keilscheibe in Bezug auf den inneren Ring drehbar ist).
  • Die 7A7C zeigen konkrete Ausbildungen von Spalten/Spiel 148, 150, 152 und 164. Es ist jedoch selbstverständlich, dass auch andere Ausbildungen möglich sind.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die Kupplung 100 die folgenden Bauteile und/oder Ausbildungen auf. Der äußere Ring 104 ist fest mit der Antriebsnabe 165 verbunden, die ihrerseits fest mit dem/der Zahnrad/Scheibe 166 verbunden ist. Die Feder 132 ist mindestens teilweise in dem innerhalb der Antriebsnabe liegenden Federnapf 168 angeordnet und durch den Sprengring 170 axial gehalten. Der Haltering 172 ist radial mindestens um ein Teil der inneren Kupplung herum angeordnet, und der äußere Ring 102 ist fest mit dem/der Zahnrad/Scheibe 174 verbunden. Die Buchse 176 ermöglicht eine relative Drehbewegung zwischen dem/der Zahnrad/Scheibe 174 und dem inneren Ring. Die äußeren Umfänge 178 und 180 der Keilscheiben 112 bzw. 114 sind in Nuten 182 bzw. 184 in den äußeren Ringen 102 bzw. 104 angeordnet.
  • Es ist zu verstehen, dass verschiedene der oben offenbarten und auch andere Merkmale und Funktionen, oder Alternative dazu, nach Wunsch zu vielen verschiedenen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene zurzeit weder vorgesehene noch erwartete Alternative, Modifizierungen, Veränderungen oder Verbesserung der Offenbarung könnten nachträglich durch einen Fachmann vorgenommen werden, welche auch durch die nun folgenden Ansprüche gedeckt werden sollen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 61/805345 [0001]

Claims (20)

  1. Schaltbare Kupplung, die aufweist: einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, einen inneren Ring, mindestens einen zumindest teilweise radial zwischen dem inneren Ring und den ersten und zweiten äußeren Ringen angeordneten Keilblock, und eine Aktuatorstange, welche, um den mindestens einen Keilblock zu positionieren, verschiebbar ist, wobei in einer ersten axialen Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock der erste äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, in einer zweiten axialen Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock der zweite äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, und in einer dritten axialen Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ring ist.
  2. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der innere Ring oder der äußere Ring derart angeordnet ist, dass er, während die Aktuatorstange aus der ersten axialen Position in die zweite axiale Position schaltet, sich dauerhaft dreht, oder mindestens einer der innere Ring oder der äußere Ring derart angeordnet ist, dass er, während die Aktuatorstange aus der zweiten axialen Position in die erste axiale Position schaltet, sich dauerhaft dreht.
  3. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1, weiter aufweisend: eine erste radial zwischen dem ersten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete Keilscheibe, und eine zweite radial zwischen dem zweiten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete Keilscheibe, wobei, wenn die Aktuatorstange und der mindestens eine Keilblock sich in der ersten axialen Position befinden, der erste äußere Ring, die erste Keilscheibe und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, wenn die Aktuatorstange und der mindestens eine Keilblock sich in der zweiten axialen Position befinden, der zweite äußere Ring, die zweite Keilscheibe, und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, und wenn die Aktuatorstange und der mindestens eine Keilblock sich in der dritten axialen Position befinden, der innere Ring drehfest mit der ersten und der zweiten Keilscheibe verbunden ist.
  4. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1, wobei, um aus der ersten axialen Position auf die zweite axiale Position zu schalten, die Aktuatorstange derart angeordnet ist, dass sie sich durch die dritte axiale Position bewegt, und, um aus der zweiten axialen Position auf die erste axiale Position zu schalten, die Aktuatorstange derart angeordnet ist, dass sie sich durch die dritte axiale Position bewegt.
  5. Schaltbare Kupplung, die aufweist: einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, eine Nabeneinheit, welche aufweist: einen inneren Ring und mindestens einen Keilblock aufweist, eine radial zwischen dem ersten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete erste Keilscheibe, eine radial zwischen dem zweiten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete zweite Keilscheibe, und eine einzige Aktuatorstange, wobei die eine einzige Aktuatorstange derart verschiebbar ist, dass in einer ersten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange der erste äußere Ring, die erste Keilscheibe, und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, in einer zweiten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange der zweite äußere Ring, die zweite Keilscheibe, und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, und in einer dritten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ringen ist, und eine einzige Aktuatorstange.
  6. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, wobei, wenn die eine einzige Aktuatorstange sich in der ersten axialen Position befindet, ist der innere Ring drehbar gegenüber dem zweiten äußeren Ring, und wenn die eine einzige Aktuatorstange sich in der zweiten axialen Position befindet, ist der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten äußeren Ring.
  7. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, wobei, wenn die eine einzige Aktuatorstange sich in der ersten axialen Position befindet, ist der innere Ring drehfest mit der zweiten Keilscheibe verbunden, und wenn die eine einzige Aktuatorstange sich in der zweiten axialen Position befindet, ist der innere Ring drehfest mit der ersten Keilscheibe verbunden.
  8. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, wobei mindestens einer der innere Ring oder der erste äußere Ring derart angeordnet ist, dass er, während die eine einzige Aktuatorstange aus der ersten axialen Position in die zweite axiale Position schaltet, sich dauerhaft dreht.
  9. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, wobei mindestens einer der innere Ring oder der zweite äußere Ring derart angeordnet ist, dass er, während die eine einzige Aktuatorstange aus der zweiten axialen Position in die erste axiale Position schaltet, sich dauerhaft dreht.
  10. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Keilblock ein erstes und ein zweites axiales Ende aufweist, der mindestens eine Keilblock drehfest mit dem inneren Ring in Eingriff steht, und, um die erste axiale Position für die eine einzige Aktuatorstange zu erreichen, ist die eine einzige Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie den mindestens einen Keilblock derart axial verschiebt, dass die zweite Keilscheibe drehfest mit dem zweiten axialen Ende verbunden ist, die erste Keilscheibe drehbar gegenüber dem ersten axialen Ende ist, und die erste Keilscheibe drehfest mit dem ersten äußeren Ring und mit dem inneren Ring in Eingriff kommt.
  11. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Keilblock ein erstes und ein zweites axiales Ende aufweist, der mindestens eine Keilblock drehfest mit dem inneren Ring in Eingriff steht, ist, und, um die zweite axiale Position für die eine einzige Aktuatorstange zu erreichen, ist die eine einzige Aktuatorstange derart angeordnet ist, dass sie den mindestens einen Keilblock derart axial verschiebt, dass die zweite Keilscheibe drehfest mit dem zweiten axialen Ende verbunden ist, die erste Keilscheibe drehbar gegenüber dem ersten axialen Ende ist, und die erste Keilscheibe drehfest mit dem ersten äußeren Ring und mit dem inneren Ring in Eingriff kommt.
  12. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, weiter aufweisend: eine Antriebswelle mit einem hohlen Teil und einer ersten Mehrzahl von Schlitzen, welche eine radial äußere Fläche der Antriebswelle mit dem hohlen Teil verbinden, wobei der innere Ring drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und eine zweite Mehrzahl von Schlitzen aufweist, welche radial mit der ersten Mehrzahl von Schlitzen ausgerichtet ist, der mindestens eine Keilblock eine Mehrzahl von Keilblöcken aufweist, ein jeweiliges erstes Teil von jedem Keilblock in der Mehrzahl von Keilblöcken in einem jeweiligen Schlitz der ersten und der zweiten Mehrzahl von Schlitzen angeordnet ist, das erste und das zweite axiale Ende sich radial weiter nach außen als der innere Ring befinden, die Nabeneinheit mindestens eine Feder aufweist, die im hohlen Teil angeordnet ist, sich mit den jeweiligen ersten Teilen der Mehrzahl von Keilblöcken in Eingriff steht, und die Mehrzahl von Keilblöcken in eine erste axiale Richtung vorspannt, und die eine einzige Aktuatorstange mindestens teilweise in dem hohlen Teil angeordnet ist und mit den ersten Teil der Keilblöcke in Eingriff steht.
  13. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 12, wobei, um aus der ersten axialen Position der einen einzigen Aktuatorstange auf die dritte axiale Position der einen axialen Aktuatorstange zu schalten, oder aus der dritten axialen Position der einen axialen Aktuatorstange auf die zweite axiale Position der einzigen axialen Aktuatorstange zu schalten, ist die eine einzige Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie die Mehrzahl von Keilblöcken in eine zweite axiale Richtung, entgegengesetzt zu der ersten axialen Richtung und gegen die Vorspannung der mindestens einen Feder, verschiebt.
  14. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 12, wobei, um aus der zweiten axialen Position der einzigen axialen Aktuatorstange auf die dritte axiale Position der einzigen axialen Aktuatorstange zu schalten, oder um aus der dritten axialen Position der einzigen axialen Aktuatorstange auf die erste axiale Position der einzigen axialen Aktuatorstange zu schalten, ist die eine einzige Aktuatorstange derart angeordnet, dass sie in die erste axiale Richtung verschiebt, und die mindestens eine Feder ist derart angeordnet, dass sie die Mehrzahl von Keilblöcken in die erste axiale Richtung verschiebt.
  15. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, weiter aufweisend eine Antriebswelle, wobei der innere Ring drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, die Antriebswelle derart angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment erhält, und der innere Ring derart angeordnet ist, dass er das Drehmoment auf den ersten bzw. auf den zweiten äußeren Ring überträgt, wenn die eine einzige Aktuatorstange sich in der ersten bzw. in der zweiten axialen Position befindet.
  16. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, weiter aufweisend eine Welle, wobei der innere Ring drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, der erste oder der zweite äußere Ring derart angeordnet ist, dass er ein Drehmoment erhält, und der erste oder der zweite äußere Ring derart angeordnet ist, dass er das Drehmoment auf den inneren Ring überträgt, wenn die eine einzige Aktuatorstange sich in der ersten bzw. in der zweiten axialen Position befindet.
  17. Schaltbare Kupplung, die aufweist: eine Antriebswelle, einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, eine Nabeneinheit, welche aufweist: einen inneren Ring, der drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, und eine Mehrzahl von Keilblöcken, die drehfest in Eingriff mit dem inneren Ring steht, wobei jeder Keilblock ein jeweiliges erstes und zweites axiales Ende aufweist, eine radial zwischen dem ersten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete erste Keilscheibe, eine radial zwischen dem zweiten äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnete zweite Keilscheibe, und eine einzige Aktuatorstange, wobei die eine einzige Aktuatorstange derart axial verschiebbar ist, dass, in einer ersten Position für die eine einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken: die jeweiligen ersten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der ersten Keilscheibe ausgerichtet sind, die jeweiligen zweiten axialen Enden drehfest mit der zweiten Keilscheibe in Eingriff stehen, und der erste äußere Ring, die erste Keilscheibe und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, in einer zweiten Position für die eine einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken: die jeweiligen zweiten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der zweiten Keilscheibe ausgerichtet sind, die jeweiligen ersten axialen Enden drehfest mit der ersten Keilscheibe in Eingriff stehen, und der zweite äußere Ring, die zweite Keilscheibe und der innere Ring drehfest miteinander verbunden sind, und, in einer dritten Position für die eine einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken: die jeweiligen ersten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der ersten Keilscheibe ausgerichtet sind, die jeweiligen zweiten axialen Enden in Umfangsrichtung mit der zweiten Keilscheibe ausgerichtet sind, und der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ring ist.
  18. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 17, wobei, in der ersten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken, der innere Ring drehbar gegenüber dem zweiten äußeren Ring ist, und, in der zweiten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange und die Mehrzahl von Keilblöcken, der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten äußeren Ring ist.
  19. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 17, wobei mindestens einer der innere Ring oder der erste äußere Ring derart angeordnet ist, dass er während des Schaltvorgangs aus der ersten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange auf die zweite axiale Position für die eine einzige Aktuatorstange, sich dauerhaft dreht, und mindestens einer der innere Ring oder der zweite äußere Ring derart angeordnet ist, dass er während des Schaltvorgangs aus der zweiten axialen Position für die eine einzige Aktuatorstange auf die erste axiale Position für die eine einzige Aktuatorstange, sich dauerhaft dreht.
  20. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 17, wobei die Antriebswelle derart angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment erhält und dieses Drehmoment auf den ersten oder den zweiten äußeren Ring überträgt, oder der erste oder der zweite äußere Ring derart angeordnet ist, dass er ein Drehmoment erhält und dieses Drehmoment auf die Antriebswelle überträgt.
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