DE102015011250B3 - Positive lock-independent clutch with electromagnetic actuation - Google Patents

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Abstract

Schaltkupplungseinheit mit formschlüssiger Drehmomentübertragung und einer elektromagnetischen Betätigung unter beliebiger Drehstellung, mit den folgenden Anspruchsmerkmalen: – eine formschlüssige Wirksamkeit der Schaltkupplungseinheit herbeigeführt durch den Eingriff der Verzahnung an den Kopplungssegmenten (3) mit der entsprechenden Verzahnung (4) eines Verzahnungsrings, – Kopplungssegmente (3), die zwecks Hubausführung (H) mit Segmentaufsätzen (9) und darin aufgenommenen Kugelrollelementen (10), alternativ mit speziellen Abrolllagern ausgestattet sind, die diese axiale Lagerungs- sowie Abstützungsfunktion auf der Hubscheibe (11) übernehmen, – Kopplungssegmente (3), die zur Führung und seitlichen Abstützung der resultierenden Kräfte infolge der Drehmomentübertragung in einer Formringaufnahme (6) aufgenommen sind, – Kopplungssegmente (3), die mit ihren Segmentschäften (5) die Druckfedern (7) aufnehmen, die unter entsprechender Vorspannung eingebaut den Andruck der Kopplungssegmente (3) auf der Hubscheibe (11) erzeugen und den Verzahnungseingriff aufrechterhalten; – einen Ringzylinder (12) mit Ringkolben (13), der die Hubscheibe (11) befestigt trägt und den Betätigungshub (H) ausführt, – einen Ringzylinder (12), der in konzentrischer kompakter Bauweise mit der Schaltkupplungseinheit verbunden ist und durch seine Lagerung auf der Welle (1) eine statische Anbringung der entsprechenden Druckanschlüsse ermöglicht; – dass eine Aktivierung der Schaltkupplungseinheit im Lauf sowie im Hochlauf des Antriebs ermöglicht wird, indem ein Eingriff mittels Prozessor-gesteuertem Timing in der Weise erfolgt, dass eine Auslösung erst dann eintritt, wenn die dynamisch verlaufende Relativdrehzahl der Kupplungsseiten in entsprechenden Toleranz-Grenzen im Betrag sich dem Wert -0- nähert, womit ein funktionsbedingter Eingriff zuerst zumindest eines oder in Grenzstellung sogleich zweier Segmente als Segmentepaar gegeben ist; gekennzeichnet durch: – eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zur Ein- und Ausschaltung der Schaltkupplungseinheit bestehend aus einer Anzahl einzeln stehender, die magnetische Betätigungskraft erzeugenden Magnetspulen (16), – Magnetspulen (16), die einen magnetisierbaren Magnetkern (28) umschließen, welcher die magnetische Effektivität steigernde Eigenschaften besitzt, – Magnetspulen (16), die über den entsprechenden Umfang des Basisrings (19) symmetrisch verteilt angeordnet und mit dem Magnetkern (28) auf diesem befestigt sind, – Magnetspulen (16), die nach Aktivierung durch die erzeugte Magnetkraft einen Ankerring (17) betätigen, welcher den Ringstößel (13) mit der Hubscheibe/Aufsatz 11 zur Hubausführung befestigt trägt.Clutch clutch unit with positive torque transmission and an electromagnetic actuation under any rotational position, with the following features: - a form-locking effectiveness of the clutch unit caused by the engagement of the teeth on the coupling segments (3) with the corresponding toothing (4) of a toothed ring, - coupling segments (3) , which for the purpose of lifting design (H) with segment attachments (9) and incorporated therein ball rolling elements (10), alternatively equipped with special Abrolllagern that take over this axial bearing and support function on the lifting disc (11), - coupling segments (3), the Guidance and lateral support of the resulting forces due to the torque transmission in a Formringaufnahme (6) are added, - coupling segments (3), the segment springs (5) record the compression springs (7), which installed under appropriate bias the Andruck de generate coupling segments (3) on the lifting disc (11) and maintain the meshing engagement; - A ring cylinder (12) with annular piston (13) which carries the lifting disc (11) carries and performs the actuating stroke (H), - a ring cylinder (12) which is connected in a concentric compact design with the clutch unit and by its storage the shaft (1) allows a static attachment of the corresponding pressure ports; - That activation of the clutch unit in the run and during startup of the drive is made possible by an intervention by processor-controlled timing in such a way that tripping occurs only when the dynamically running relative speed of the clutch sides in corresponding tolerance limits in the amount approaches the value -0-, whereby a function-related intervention is first given at least one or in limit position immediately two segments as a segment pair; characterized by: - an electromagnetic actuating device for switching on and off the clutch unit consisting of a number of stand-alone, the magnetic actuating force generating magnetic coils (16), - magnetic coils (16) which enclose a magnetizable magnetic core (28), which increases the magnetic efficiency Has magnetic coils (16) symmetrically distributed over the corresponding circumference of the base ring (19) and fixed to the magnetic core (28) thereon, - magnetic coils (16) which, when activated by the generated magnetic force, form an anchor ring (16) 17), which carries the ring tappet (13) attached to the Hubscheibe / attachment 11 for Hubausführung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine formschlüssige drehstellungsunabhängige Schaltkupplung mit hydraulischer oder pneumatischer Betätigung nach Patentschrift DE 10 2013 014 421 B4 sowie Druckschrift DE 2013 014 421 A1 , deren hydraulische oder pneumatische Betätigungsvorrichtung ersetzt werden soll durch eine erfindungsgemäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, um weitere und neue Einsatzfelder zu erschließen.The invention relates to a positive rotational position independent clutch with hydraulic or pneumatic actuation according to the patent DE 10 2013 014 421 B4 as well as publication DE 2013 014 421 A1 , whose hydraulic or pneumatic actuator is to be replaced by an electromagnetic actuator according to the invention, in order to develop further and new applications.

Aus dem nächstkommenden Stand der Technik ist die bezogene Patentschrift DE 10 2013 014 421 B4 sowie Druckschrift DE 10 2013 014 421 A1 bekannt, außerdem die von dieser in Bezug genommene Patentschrift DE 103 00 491 B4 sowie Druckschrift DE 103 00 491 A1 . Des Weiteren werden zum Stand der Technik die folgenden Druckschriften angeführt: US 2008 0 146 353 A1 ; EP 2 955 048 A1 ; DE 34 24 595 A1 ; DE 36 42 013 A1 ; DE 1 070 466 B ; DE 10 2010 029 488 A1 From the closest prior art is the referenced patent DE 10 2013 014 421 B4 as well as publication DE 10 2013 014 421 A1 also known from the referenced patent DE 103 00 491 B4 as well as publication DE 103 00 491 A1 , Furthermore, the following documents are cited in the prior art: US 2008 0 146 353 A1 ; EP 2 955 048 A1 ; DE 34 24 595 A1 ; DE 36 42 013 A1 ; DE 1 070 466 B ; DE 10 2010 029 488 A1

Zeichnung 1 und 2a–e zeigt das im Kern zugrunde liegende spezielle Verzahnungssystem zur Kopplung von Momenten nach DE 103 00 491 (A1) , die Beschreibung hierzu erfolgt erst weiter anschließend.drawing 1 and 2a -E shows the underlying core of the special gear system for coupling moments DE 103 00 491 (A1) , the description will be given later.

3–5 zeigt die erfindungsgemäße Lösung einer solchen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung, wobei der grundlegende Aufbau der Schaltkupplung gemäß Patentschrift DE 10 2013 014 421 B4 unverändert beibehalten wird. 3 - 5 shows the inventive solution of such an electromagnetic actuator, wherein the basic construction of the clutch according to the patent DE 10 2013 014 421 B4 is maintained unchanged.

Die grundlegenden Teile, ohne diese der hydraulischen oder pneumatischen Betätigung, sind demnach wie folgt aufgeführt und bezeichnet:

  • 1 Welle; 2 Innenring; 3 Kopplungs-Segment; 4 Verzahnung (Verzahnungsring); 5 Segmentschaft; 6 Formringaufnahme; 7 Druckfeder; 8 Antriebsflansch; 9 Segmentaufsatz; 10 Kugelrollelement; 11 Hubscheibe/Aufsatz; 12 Tragring; 13 Ringstößel; 14 Lagerring; 15 Mantelring; 16 Magnetspule; 17 Ankerring; 18 Verdrehsicherung; 19 Basisring; 20 Verriegelungsmagnet; 21 Lagerbuchse; 22 Riegelbolzen; 23 Dichtring; 24 Faltenbalg; 25 Wälzlagerung; 26 Fixierungsflansch; 27 Wälzlager/Dichtung; 28 Magnetkern; 29 Steg Zunächst folgt die Beschreibung der wesentlichen Funktionen der formschlüssigen drehstellungsunabhängigen Schaltkupplung nach DE 10 2013 014 421 B4 :
3 und 4 zeigen die Kupplung im eingerückten Zustand und die Verzahnung des Kopplungssegments 3 respektive des Kopplungssegmentpaares mit der entsprechenden Verzahnung 4 (Verzahnungsring) im formschlüssigen Eingriff. (1–2a)The basic parts, without hydraulic or pneumatic actuation, are listed as follows:
  • 1 Wave; 2 Inner ring; 3 Coupling segment; 4 Toothing (toothed ring); 5 Segment shaft; 6 Form ring holder; 7 Compression spring; 8th drive flange; 9 Segment essay; 10 Ball rolling element; 11 Lifting / articles; 12 Support ring; 13 Ring ram; 14 Race; 15 Casing annulus; 16 Solenoid; 17 Anchor ring; 18 rotation; 19 Base ring; 20 Locking magnet; 21 Bushing; 22 Locking bolt; 23 Seal; 24 bellows; 25 roller bearings; 26 fixing flange; 27 Rolling bearings / seal; 28 Magnetic core; 29 Steg First of all, the description of the essential functions of the positive rotational position-independent clutch follows DE 10 2013 014 421 B4 :
3 and 4 show the clutch in the engaged state and the toothing of the coupling segment 3 respectively the coupling segment pair with the corresponding toothing 4 (Toothed ring) in positive engagement. ( 1 - 2a )

Das spezielle zugrunde liegende Verzahnungssystem nach DE 103 00 491 A1 , welches anschließend noch näher beschrieben wird, bedingt wie ergänzend aus Schnittverlauf -C- der 4 (2a) hervorgeht, den Eingriff von zwei nebeneinander liegenden Kopplungssegmenten 3 als Segmentepaar, die somit gemeinsam sich im Eingriff mit der Verzahnung 4 befinden und das Drehmoment übertragen, jeweils eines in der betreffenden Drehrichtung.The special underlying gearing system after DE 103 00 491 A1 , which will be described in more detail later, conditionally as supplementing from the course of the section -C- the 4 ( 2a ), the engagement of two adjacent coupling segments 3 as a pair of segments that are thus in common engagement with the gearing 4 are located and transmit the torque, one in the respective direction of rotation.

Die an den Kopplungssegmenten 3 angebrachten Segmentaufsätze 9 nehmen die Kugelrollelemente 10 auf, die zwecks Hubausführung -H- eine Abstützungsfunktion auf der Hubscheibe/Aufsatz 11 übernehmen. Der bei Betätigung unter entsprechendem Andruck beschleunigte Verzahnungseingriff wird durch die Vorspannung der in den Segmentschäften 5 aufgenommenen Druckfedern 7 erzeugt. Zur Abstützung der aus der Drehmomentübertragung resultierenden Tangentialkräfte, die auch zum Teil durch die Lagerung der Segmentschäfte 5 aufgenommen werden, sind die Kopplungssegmente 3 mit den Flanken in einer Formringaufnahme 6 aufgenommen und zugleich für die Hubausführung geführt. Wird die Kupplung ausgeschaltet, so wird das Kopplungssegment 3 bzw. das Segmentepaar über den Hub der Hubscheibe/Aufsatz 11 aus dem Eingriff mit der Verzahnung 4 gebracht. Bei Wiedereinschaltung bewegt sich die Hubscheibe/Aufsatz 11 aus dieser vorgefahrenen Hubstellung wieder zurück.The at the coupling segments 3 attached segment attachments 9 take the ball rolling elements 10 on, for the purpose of lifting execution -H- a support function on the Hubscheibe / attachment 11 take. The accelerated when actuated under appropriate pressure gearing engagement is due to the bias in the Segmentschäften 5 recorded compression springs 7 generated. To support the resulting from the torque transmission tangential forces, which also partly due to the storage of the segment shafts 5 are included, are the coupling segments 3 with the flanks in a form ring receptacle 6 taken and led at the same time for the Hubausführung. When the clutch is switched off, the coupling segment becomes 3 or the segment pair over the stroke of the lifting disc / attachment 11 out of engagement with the gearing 4 brought. When restarted, the lifting disc / attachment moves 11 from this approached stroke position back again.

Die Summe der Vorspannkraft aller Druckfedern 7, die somit entsprechenden Andruck auf die Hubscheibe/Aufsatz 11 ausüben, bestimmt dabei den beschleunigten Eingriff des betreffenden nach dem speziellen Verzahnungssystem freiwerdenden Kopplungssegments 3 bzw. des Segmentepaares; alle nicht in den Eingriff gelangenden Segmente kommen hierbei zur Druckanlage gegen die Verzahnung 4 zu stehen.The sum of the preload force of all compression springs 7 , thus providing appropriate pressure on the lifting disc / attachment 11 exercise, thereby determines the accelerated engagement of the relevant released after the special gear coupling segment 3 or the segment pair; all segments that do not come into engagement come here to the pressure system against the teeth 4 to stand.

Anschließend folgt die Beschreibung einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung bezogen auf die zugehörigen Zeichnungen:
3 zeigt den Aufbau über einen Tragring 12, der auf der Welle 1 mit der Wälzlagerung 25 gelagert ist und mit einem Fixierungsflansch 26 statisch fixiert wird, sowie den daran befestigten Mantelring 15 mit dem Basisring 19.The following is the description of an electromagnetic actuator according to the invention with reference to the accompanying drawings:
3 shows the structure over a support ring 12 that on the shaft 1 with the rolling bearing 25 is mounted and with a fixing flange 26 is statically fixed, as well as attached to the shroud 15 with the base ring 19 ,

Eine nicht näher dargestellte jedoch zunächst vorgeschlagene Lösungsmöglichkeit für eine elektromagnetische Betätigung, welche sich zur Anwendung insbesondere für kleinere Baugrößen alternativ anbietet, ist eine Betätigung mittels einer Elektromagnet-Ringspule, die vom Mantelring 15 im vorstehenden Aufbau konzentrisch innen anliegend und somit fixiert aufgenommen wird und die entsprechenden Funktionsanforderungen erfüllt.An unspecified but initially proposed solution for an electromagnetic actuation, which offers itself for use in particular for smaller sizes alternatively, is an actuation by means of an electromagnet ring coil, by the shroud 15 in the projecting structure concentrically inside fitting and thus is taken fixed and meets the appropriate functional requirements.

Die im Folgenden vorgeschlagene Lösung einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung zeigt 3 mit 5, welche eine effektive magnetische Wirkungsweise sowie eine in der Praxis vorteilhafte flexible Anwendungs- und Auslegungsmöglichkeit mit sich bringt.The solution proposed below of an electromagnetic actuator shows 3 With 5 which brings about an effective magnetic mode of action as well as a practically advantageous flexible application and design possibility.

Darin wird die erforderliche hohe Magnetkraft durch eine bestimmte Anzahl einzeln stehender Magnetspulen 16 mit einem magnetisierbaren Magnetkern 28 erzeugt, welche auf dem Basisring 19 über den Umfang symmetrisch verteilt angeordnet sind und mit dem Magnetkern 28 auf diesem befestigt werden; wobei der Magnetkern 28 eine die magnetische Effektivität steigernde Eigenschaft besitzt, beispielsweise durch einen verwendeten speziellen Werkstoff.Therein, the required high magnetic force by a certain number of stand-alone solenoids 16 with a magnetizable magnetic core 28 generated, which on the base ring 19 are arranged symmetrically distributed over the circumference and with the magnetic core 28 to be fastened on this; the magnetic core 28 has a magnetic effectiveness enhancing property, for example by a special material used.

Eine hierzu mögliche Parallel- wie als Spannungsteiler auch Reihenschaltung der Spulen hat jedoch bei einer Parallelschaltung den Vorteil, dass bei Ausfall einer Spule nicht die gesamte Schaltkupplungseinheit ausfällt. Werden die Magnetspulen 16 aktiviert, führt der mit Hubdistanz sich über den Spulen befindende Ankerring 17 den Hub aus, so dass der befestigte Ringstößel 13 mit der Hubscheibe/Aufsatz 11 in die Ausschaltstellung der Schaltkupplung bewegt wird.A possible parallel as well as voltage divider and series connection of the coils, however, has the advantage in a parallel circuit, that in case of failure of a coil, not the entire clutch unit fails. Be the magnetic coils 16 activated, the anchor ring with the stroke distance is located above the coils 17 the hub out, leaving the attached ring tappet 13 with the lifting disc / attachment 11 is moved into the OFF position of the clutch.

Ein weiterer Aspekt kann für eine solche Lösung von Bedeutung sein und erfordert einen folgend vorgeschlagenen Lösungsansatz:
Die formschlüssige drehstellungsunabhängige Schaltkupplung nach DE 10 2013 014 421 A1 basiert auf einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigung, so dass funktionsbedingt durch die einmal eingenommene Ventil-Stellung auch nach einer (unbeabsichtigten) Deaktivierung – beispielsweise bei Störungsausfall der Energiezufuhr – diese Ausschaltstellung aufrecht erhalten bleibt, was gegebenenfalls eine Vorbedingung darstellt. 3 zeigt hierzu eine Lösung mittels mindestens einer speziellen Verriegelungseinheit, betätigt über einen Verriegelungsmagnet 20, mit Hublage-Sensor, der in einer Lagerbuchse 21 geführt einen entsprechenden Riegelbolzen 22 bewegt, so dass nach dem Ausfahren der Hubscheibe/Aufsatz 11 der Riegelbolzen 22 in den freiwerdenden Zwischenspalt zwischen Basisring 19 und Hubscheibe/Aufsatz 11 einrückt und somit die Ausschaltstellung verriegelt; wobei ein Hublage-Sensor hierbei einem Steuerungssignal dienen kann.Another aspect may be important to such a solution and requires a proposed approach as follows:
The positive rotational position independent clutch after DE 10 2013 014 421 A1 is based on a hydraulic or pneumatic actuation, so that due to the valve position once assumed even after an (unintentional) deactivation - for example in case of failure of the energy supply - this off position is maintained, which may be a prerequisite. 3 shows a solution by means of at least one special locking unit, actuated by a locking magnet 20 , with lifting position sensor, in a bearing bush 21 led a corresponding locking bolt 22 moved so that after the extension of the lifting disc / attachment 11 the locking bolt 22 in the freed intermediate gap between base ring 19 and lifting disc / attachment 11 engages and thus locks the switch-off position; wherein a Hublage sensor here can serve a control signal.

Eine derartige Funktion wäre ohne eine Verriegelung nicht gegeben, da infolge der Vorspannung der Druckfedern 7 eine Rückstellung der Hubscheibe/Aufsatz 11 eintreten würde. Außerdem ermöglicht eine Steuerung jeweils nach Arbeitsabläufen oder längeren Zeitintervallen eine solche verriegelte Ausschaltstellung entsprechend weiter zu nutzen. Ein Verriegelungsmagnet 20 ermöglicht je nach Ausführung entweder deaktiviert durch internen Federdruck oder in Umkehrfunktion durch die aktivierte Magnetkraft in die Verriegelungsposition einzurücken.Such a function would not exist without a lock, as a result of the bias of the compression springs 7 a provision of the lifting disc / attachment 11 would occur. In addition, a control allows to continue to use such a locked switch-off position after each working process or longer time intervals accordingly. A locking magnet 20 Depending on the version, it can either be deactivated by internal spring pressure or reversed by the activated magnetic force to engage in the locking position.

Für eine Einschaltung im Lauf in Verbindung mit dem Prozessor-gesteuerten Timing liegt in einer solchen verriegelten Ausschaltstellung zumal eine weitere vorteilhafte Option für eine Anwendung:
Die erforderliche beschleunigt zurückfahrende Bewegung der Hubscheibe/Aufsatz 11 (Einschaltung) erfolgt hierbei durch eine in der Wiederholgenauigkeit exakte Freigabe dieser Verriegelung über den Verriegelungsmagneten 20. Demgegenüber wird ohne Einsatz einer solchen Verriegelungseinheit voraussichtlich diese exakt auszuführende Freigabe der Hubscheibe/Aufsatz 11, mittels einer entsprechenden Deaktivierung somit aller Magnetspulen 16, in vergleichbarer Form nicht gegeben sein. Über die Verriegelungsfunktion hinaus vermag die Verriegelungseinheit daher generell eine dieserart Freigabefunktion zur getimten Einschaltung der Kupplung im Lauf zu übernehmen.For a run in connection with the processor-controlled timing is located in such a locked OFF position, especially a further advantageous option for an application:
The required accelerated return movement of the lifting disk / attachment 11 (activation) takes place in this case by a precise repeatability in the release of this lock on the locking magnet 20 , On the other hand, without the use of such a locking unit, it is expected that this exact release of the lifting disk / attachment will be carried out 11 , by means of a corresponding deactivation of all magnetic coils 16 , be given in comparable form. In addition to the locking function, the locking unit can therefore generally assume one of this type of release function for the timed engagement of the clutch in the barrel.

Anschließend folgt die Beschreibung der systematischen Verzahnungsverhältnisse nach DE 103 00 491 A1 , identisch übernommen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen 1 und 2a–e:
1 zeigt die unveränderte Schnittlage -A- aus der Abwicklung der systematischen Verzahnung. Diese Abwicklung wird unverändert dargestellt mit 2a–e. Die Bezeichnung für das Kopplungs-Segment 3 (Sperrsegment 3) sowie für die Verzahnung 4 (Verzahnungsring) werden somit beibehalten.Subsequently, the description of the systematic Verzahnungsverhältnisse follows DE 103 00 491 A1 , taken over identically with reference to the accompanying drawings 1 and 2a -e:
1 shows the unchanged cutting position -A- from the development of the systematic toothing. This settlement is presented unchanged with 2a e. The name for the coupling segment 3 (Barrier section 3 ) as well as for the toothing 4 (Gear ring) are thus maintained.

Dieser systematischen Verzahnung nach DE 103 00 491 A1 liegt somit zu anfangs eine Aufteilung mit 7 Segmentpaaren (a = 7) und daher mit 14 Segmenten zugrunde, welche jedoch entsprechend variiert werden kann; beispielsweise mit 5 Segmentpaaren (a = 5) und somit 10 Segmenten, wie dieses anschließend zu den Vorteilen der Erfindung noch näher erläutert hervorgeht. Die Verzahnung von Kopplungs-Segment 3 und die der Verzahnung 4 (Verzahnungsring) sind für ein systematisches Zusammenwirken so ausgelegt, dass in jeder möglichen Drehstellung zumindest sofort eines – in der Grenzstellung (2a) zwei – der Kopplungs-Segmente 3 bei Freigabe durch die Hubscheibe/Aufsatz 11 (Einschaltung) zum Eingriff kommt und die Kopplung erfolgt. Die Übertragung des Drehmomentes wird daher zuverlässig auf formschlüssigem Wege und auf engstem Raum gewährleistet.This systematic gearing after DE 103 00 491 A1 is therefore initially a division with 7 pairs of segments (a = 7) and therefore based on 14 segments, which, however, can be varied accordingly; for example, with 5 pairs of segments (a = 5) and thus 10 segments, as this will be explained in more detail below to the advantages of the invention. The gearing of coupling segment 3 and the teeth 4 (Gear ring) are designed for a systematic interaction so that in each possible rotational position at least one - in the limit position ( 2a ) two - the coupling segments 3 when released by the lifting disc / attachment 11 (Activation) comes into engagement and the coupling takes place. The transmission of torque is therefore reliably ensured in a form-fitting way and in the smallest of spaces.

Die Kopplungs-Segmente 3, die in einer Einschaltstellung nicht zum Eingriff kommen und eine Überdeckungsstellung (2a) an der Verzahnung 4 einnehmen, werden durch die Vorspannung der Druckfedern 7 zur Druckanlage gebracht, wie in der einleitenden Beschreibung zu 3–4 bereits vorausgehend erläutert. Der überdeckungsfrei Eingriff eines – oder in Grenzstellung zweier – Kopplungs-Segmente 3 wird ermöglicht, indem die entsprechende Anzahl dieser Segmente über den Umfang derart verteilt angeordnet ist, dass in der dargestellten „Grenzstellung” der beiden eingreifendenThe coupling segments 3 which do not engage in a closed position and a covering position ( 2a ) at the toothing 4 are taken by the bias of the compression springs 7 brought to the pressure plant, as in the introductory description 3 - 4 already explained in advance. The cover-free engagement of a - or in the limit position of two - coupling segments 3 is made possible by the corresponding number of these segments is distributed over the circumference such that in the illustrated "limit position" of the two intervening

Kopplungs-Segmente 3 (2a) symmetrisch von dem einen sowie von dem anderen Segment ausgehend in beiden Drehrichtungen die weiteren Segmente um ein „Restspiel” -s- versetzt zueinander angeordnet sind. Dieses Spiel -s- ist für die entsprechende Funktion in beiden ablaufenden Richtungen mithin von entscheidender Bedeutung, wie aus der fortlaufenden Darstellung der gesamten Abwicklung aller hier im Beispiel vorliegender Kopplungs-Segmente 3 von 1 bis 14 ersichtlich und nachvollziehbar wird. (2a–e) Dieses erforderliche „Restspiel” bedingt eine entsprechende restliche Drehung, wenn nur ein Kopplungs-Segment 3 und nicht wie im „Grenzfall” ein Paar zum Eingriff kommt, deren Auswirkung jedoch nicht mehr als nur etwa ein Grad Restdrehung betragen muss, wie im vorliegenden Beispiel maximal 0,7°, was für die Praxis gegebenenfalls von marginaler Bedeutung ist.Coupling segments 3 ( 2a ) are arranged symmetrically from the one and from the other segment in both directions of rotation, the other segments by a "Restspiel" -s offset from one another. This game -s is therefore of crucial importance for the corresponding function in both running directions, such as from the continuous representation of the entire handling of all the coupling segments present in the example here 3 from 1 to 14 becomes apparent and comprehensible. ( 2a -E) This required "residual clearance" causes a corresponding residual rotation, if only one coupling segment 3 and not as in the "borderline case" a pair comes into engagement, the effect of which, however, must be no more than about one degree of residual rotation, as in the present example, a maximum of 0.7 °, which is possibly of marginal importance in practice.

Besonders hervorzuheben ist hierbei jedoch, dass in der Grenzstellung beide benachbarten Kopplungs-Segmente 3 als Segmentepaar, sich unmittelbar im Eingriff befinden und es bleibt dabei kein Restspiel. Jegliche Weiterdrehung in die eine oder andere Richtung lässt entweder das eine entsprechende benachbarte Segment mit größerem Spielraum für einen Eingriff frei werden, oder eben entsprechend das andere benachbarte Segment bei der anderen Drehrichtung, wie dies aus der dargestellten Abwicklung ersichtlich und nachvollziehbar wird.Particularly noteworthy here, however, that in the limit position both adjacent coupling segments 3 as a segment pair, are in immediate engagement and there is no residual play. Any further rotation in one direction or the other either leaves the one corresponding adjacent segment with a greater margin for engagement, or just the other adjacent segment in the other direction of rotation, as can be seen and understood from the illustrated development.

Die sogenannte Grenzstellung zweier stets nebeneinander liegender Kopplungs-Segmente 3 als Segmentepaar bewegt bzw. dreht sich somit fortlaufend bei der entsprechenden Relativdrehung einer Kupplungsseite, wobei einer 360°-Sequenz der Umfangsweg einer Teilung -T- an der Verzahnung 4 entspricht. Anzumerken ist insbesondere, dass zwar immer sofort zumindest ein Kopplungs-Segment 3 in beliebiger Drehstellung für den Eingriff überdeckungsfrei bereitsteht, jedoch anschließend das zweite benachbarte, mehr oder weniger in Überdeckung stehende Segment, bei je nach Lage geringfügig möglicher Weiterdrehung (Restspiel -s-), ebenso in den Eingriff kommt und das Restspiel damit aufgehoben wird. Dieses kann in der Wirkung noch eine Unterstützung erfahren, indem entsprechende Einführungsschrägen, wie andeutungsweise mit Winkel α dargestellt, an den Zahnflanken angearbeitet werden. Nähere Ausbildungen dieser Einführungsschrägen zeigen hierzu 2f sowie 2g und zwar mit einer sinnvollen Fasenbreite, die dem Betrag von -s- entspricht, sowie in 2g mit ebenso möglicher Fasenbreite von 1,5 s und vorzugsweise im Winkel von α = 45° (30°).The so-called boundary position of two adjacent coupling segments 3 As a pair of segments moves and thus continuously rotates at the corresponding relative rotation of a clutch side, wherein a 360 ° sequence of the circumferential path of a pitch -T- at the teeth 4 equivalent. It should be noted in particular that, although always immediately at least one coupling segment 3 in any rotational position for the intervention is ready to cover, but then the second adjacent, more or less overlapping segment, depending on the position of slightly possible further rotation (Restspiels-), also comes into engagement and the rest of game is canceled. This can still be supported in the effect by appropriate insertion bevels, as hinted at angle α, are worked on the tooth flanks. Further training of this introduction slopes show this 2f such as 2g with a reasonable chamfer width that corresponds to the amount of -s- and in 2g with also possible chamfer width of 1.5 s and preferably at an angle of α = 45 ° (30 °).

Die Auslegung lässt sich durch variierte Wahl des Restspiels -s-, der Segmentpaar-Anzahl -a-, im vorliegenden Beispiel a = 7, etc. in den Dimensionen unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit verändern sowie anpassen. Dieser Aufbau ermöglicht eine variierte Auslegung, indem die Anzahl der Segmente sowie die Anzahl der an diesen vorgesehenen Zahneingriffe den Erfordernissen entsprechend angepasst werden kann.The design can be varied and adjusted in the dimensions by taking into account the load capacity by varying the selection of the residual play -s, the segment pair number -a-, in the present example a = 7, etc. This structure allows a varied interpretation, by the number of segments and the number of these provided tooth engagements can be adjusted according to requirements.

Vorteile der Erfindung und Erläuterung:Advantages of the invention and explanation:

Das dargestellte auf Patentschrift DE 103 00 491 bezogene und übernommene Beispiel wurde für eine sehr geringe jedoch in der Praxis unbedeutende Restdrehung von max. 0,7° (vor anschließender Grenzstellung mit stets 0°) ausgelegt. Weiter wurde hierzu ein Restspiel s = 0,40 mm bei a = 7 Segmentpaaren (Segment 1 und 2 als Segmentepaar im Eingriff) entsprechend 14 Segmenten mit dementsprechender Teilung T = 2,80 mm gewählt. (T = a·s)The illustrated on patent DE 103 00 491 used and accepted example was for a very small but in practice insignificant residual rotation of max. 0.7 ° (before subsequent limit setting always 0 °). Furthermore, a residual clearance s = 0.40 mm for a = 7 segment pairs (segment 1 and 2 as a segment pair in engagement) corresponding to 14 segments with a corresponding pitch T = 2.80 mm was selected for this purpose. (T = a · s)

Die mit den Zeichnungen vorliegende systematische Abwicklung der Verzahnungsverhältnisse ermöglicht ein Auszählen aller Teilungen -T-, wie in diesem dargestellten Beispiel ermittelbar mit der Gesamtanzahl A = 86 (Z = 43), womit der Außenumfang (A·T) und daraus der Verzahnungsaußendurchmesser, im Beispiel mit Dz = 76,68 mm, bestimmbar wird sowie alle weiteren für eine Fertigung relevanten Abmessungen damit vorliegen.The systematic development of the gear ratios present with the drawings makes it possible to count all pitches -T-, as can be ascertained in this example with the total number A = 86 (Z = 43), whereby the outer circumference (A · T) and therefrom the outer tooth diameter, Example with Dz = 76.68 mm, determinable and all other dimensions relevant for a production are therefore available.

Eine daraus ableitbare Gleichung mit Dz = 4a2s(zs + 1/2a)/π ermöglicht die Vorausbestimmung des Außendurchmessers variierter Verzahnungen sowie die Bestimmung der weiteren Abmessungen vorzunehmen.
(-a- Anzahl-Segmentpaare; -s- Spiel bzw. Restspiel; -zs- Zähnezahl/Segment)A derivable equation with Dz = 4a 2 s (z s + 1 / 2a) / π makes it possible to predetermine the outer diameter of varied toothings and to determine the further dimensions.
(-a number of segment pairs; -s- play or residual play; -z s -tooth number / segment)

Ein voraussichtlich sinnvolles Restspiel bzw. ein damit verbundener Verzahnungsaußendurchmesser lässt sich z. B. vorteilhaft durch eine entsprechend variierte Auslegung wählen: Beispielsweise mit einem Restspiel s = 0,70 mm (oder s = 0,90 mm; s = 1,00 mm) bei a = 5 Kopplungs-Segmentpaaren mit 10 Kopplungs-Segmenten, sowie mit der dementsprechenden Teilung T = 3,50 mm (T = 4,50 mm; T = 5,00 mm) und zs = 3 Zahneingriffe/Kopplungs-Segment. Hierzu ergibt der Verzahnungsaußendurchmesser Dz = 69,11 mm (Dz = 88,85 mm; Dz = 98,73 mm).A presumably meaningful residual clearance or an associated outer diameter of the gear can be z. For example, with a residual clearance s = 0.70 mm (or s = 0.90 mm, s = 1.00 mm) for a = 5 coupling segment pairs with 10 coupling segments, as well as with the corresponding pitch T = 3.50 mm (T = 4.50 mm, T = 5.00 mm) and z s = 3 tooth engagement / coupling segment. For this, the external tooth diameter Dz = 69.11 mm (Dz = 88.85 mm, Dz = 98.73 mm).

Claims (3)

Schaltkupplungseinheit mit formschlüssiger Drehmomentübertragung und einer elektromagnetischen Betätigung unter beliebiger Drehstellung, mit den folgenden Anspruchsmerkmalen: – eine formschlüssige Wirksamkeit der Schaltkupplungseinheit herbeigeführt durch den Eingriff der Verzahnung an den Kopplungssegmenten (3) mit der entsprechenden Verzahnung (4) eines Verzahnungsrings, – Kopplungssegmente (3), die zwecks Hubausführung (H) mit Segmentaufsätzen (9) und darin aufgenommenen Kugelrollelementen (10), alternativ mit speziellen Abrolllagern ausgestattet sind, die diese axiale Lagerungs- sowie Abstützungsfunktion auf der Hubscheibe (11) übernehmen, – Kopplungssegmente (3), die zur Führung und seitlichen Abstützung der resultierenden Kräfte infolge der Drehmomentübertragung in einer Formringaufnahme (6) aufgenommen sind, – Kopplungssegmente (3), die mit ihren Segmentschäften (5) die Druckfedern (7) aufnehmen, die unter entsprechender Vorspannung eingebaut den Andruck der Kopplungssegmente (3) auf der Hubscheibe (11) erzeugen und den Verzahnungseingriff aufrechterhalten; – einen Ringzylinder (12) mit Ringkolben (13), der die Hubscheibe (11) befestigt trägt und den Betätigungshub (H) ausführt, – einen Ringzylinder (12), der in konzentrischer kompakter Bauweise mit der Schaltkupplungseinheit verbunden ist und durch seine Lagerung auf der Welle (1) eine statische Anbringung der entsprechenden Druckanschlüsse ermöglicht; – dass eine Aktivierung der Schaltkupplungseinheit im Lauf sowie im Hochlauf des Antriebs ermöglicht wird, indem ein Eingriff mittels Prozessor-gesteuertem Timing in der Weise erfolgt, dass eine Auslösung erst dann eintritt, wenn die dynamisch verlaufende Relativdrehzahl der Kupplungsseiten in entsprechenden Toleranz-Grenzen im Betrag sich dem Wert -0- nähert, womit ein funktionsbedingter Eingriff zuerst zumindest eines oder in Grenzstellung sogleich zweier Segmente als Segmentepaar gegeben ist; gekennzeichnet durch: – eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zur Ein- und Ausschaltung der Schaltkupplungseinheit bestehend aus einer Anzahl einzeln stehender, die magnetische Betätigungskraft erzeugenden Magnetspulen (16), – Magnetspulen (16), die einen magnetisierbaren Magnetkern (28) umschließen, welcher die magnetische Effektivität steigernde Eigenschaften besitzt, – Magnetspulen (16), die über den entsprechenden Umfang des Basisrings (19) symmetrisch verteilt angeordnet und mit dem Magnetkern (28) auf diesem befestigt sind, – Magnetspulen (16), die nach Aktivierung durch die erzeugte Magnetkraft einen Ankerring (17) betätigen, welcher den Ringstößel (13) mit der Hubscheibe/Aufsatz 11 zur Hubausführung befestigt trägt.Clutch clutch unit with positive torque transmission and an electromagnetic actuation under any rotational position, with the following features: - a positive effect of the clutch unit caused by the engagement of the teeth on the coupling segments ( 3 ) with the appropriate gearing ( 4 ) of a toothed ring, - coupling segments ( 3 ) for lifting (H) with segment attachments ( 9 ) and incorporated therein ball rolling elements ( 10 ), alternatively equipped with special Abrolllagern that this axial storage and support function on the Hubscheibe ( 11 ), - coupling segments ( 3 ), which are used for guiding and lateral support of the resulting forces as a result of the torque transmission in a ring ( 6 ), - coupling segments ( 3 ) with their segment shafts ( 5 ) the compression springs ( 7 ), which installed under appropriate bias the pressure of the coupling segments ( 3 ) on the lifting disc ( 11 ) and maintain the meshing engagement; - a ring cylinder ( 12 ) with ring piston ( 13 ), which the Hubscheibe ( 11 ) carries and carries out the actuating stroke (H), - a ring cylinder ( 12 ), which is connected in concentric compact design with the clutch unit and by its storage on the shaft ( 1 ) allows a static attachment of the corresponding pressure ports; - That activation of the clutch unit in the run and during startup of the drive is made possible by an intervention by processor-controlled timing in such a way that tripping occurs only when the dynamically running relative speed of the clutch sides in corresponding tolerance limits in the amount approaches the value -0-, whereby a function-related intervention is first given at least one or in limit position immediately two segments as a segment pair; characterized by: an electromagnetic actuating device for switching on and off the clutch unit consisting of a number of individual magnetic coils generating magnetic actuation force ( 16 ), - Magnetic coils ( 16 ), which has a magnetizable magnetic core ( 28 ), which possesses the magnetic effectiveness-increasing properties, - magnetic coils ( 16 ) beyond the corresponding circumference of the base ring ( 19 ) arranged symmetrically distributed and with the magnetic core ( 28 ) are mounted on this, - magnetic coils ( 16 ), which after activation by the generated magnetic force an anchor ring ( 17 ), which the ring tappet ( 13 ) with the lifting disc / attachment 11 attached to the Hubausführung carries. Schaltkupplungseinheit mit formschlüssiger Drehmomentübertragung und einer elektromagnetischen Betätigung unter beliebiger Drehstellung, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, – eine Aufrechterhaltung der Ausschaltstellung der Schaltkupplung, die wirksam wird mittels Steuerung bei entsprechenden Funktionsabläufen wie auch bei Störungsausfall der Energiezufuhr, durch mindestens eine elektromagnetisch betätigte Verriegelungseinheit, – eine elektromagnetisch betätigte Verriegelungseinheit bestehend aus einem Verrielungsmagnet (20) mit Hublage-Sensor, Lagerbuchse (21) und Riegelbolzen (22), – eine Verriegelung der Ausschaltstellung der Schaltkupplung, die erfolgt, indem ein Riegelbolzen (22) in den bei Hubausführung (H) freiwerdenden Spalt zwischen Basisring (19) und der Hubscheibe/Aufsatz (11) einrückt, – eine Verriegelung der Ausschaltstellung der Schaltkupplung, die ausgeführt wird über den Verriegelungsmagneten (20), entweder bei Aktivierung durch die Magnetkraft oder in Umkehrfunktion bei Deaktivierung durch einen internen Federdruck.Clutch coupling unit with positive torque transmission and an electromagnetic actuation under any rotational position, according to claim 1, characterized by, - maintaining the switch-off of the clutch, which is effective by means of control in appropriate operations as well as failure of the energy supply, by at least one electromagnetically actuated locking unit, an electromagnetically actuated locking unit consisting of a Verrielungsmagnet ( 20 ) with lifting position sensor, bearing bush ( 21 ) and locking bolts ( 22 ), - a locking of the switch-off position of the clutch, which takes place by a locking bolt ( 22 ) in the gap between the base ring (FIG. 19 ) and the lifting disc / attachment ( 11 ), - a locking of the switch-off position of the clutch, which is carried out via the locking magnet ( 20 ), either when activated by the magnetic force or in reverse function when deactivated by an internal spring pressure. Schaltkupplungseinheit mit formschlüssiger Drehmomentübertragung und einer elektromagnetischen Betätigung unter beliebiger Drehstellung, nach Anspruch 1 und Anspruch 2, gekennzeichnet durch: – eine Einschaltung der Kupplung, die erfolgt, indem über das Prozessor-gesteuerte Timing zur Bestimmung des optimalen Eingriffszeitpunkts ein entsprechendes Signal an den Verriegelungsmagneten (20) zur Freigabe der Hubscheibe/Aufsatz (11) abgegeben und somit ein Kopplungseingriff herbeigeführt wird.Clutch clutch unit with positive torque transmission and an electromagnetic actuation under any rotational position, according to claim 1 and claim 2, characterized by: - an engagement of the clutch, which takes place by the processor-controlled timing for determining the optimal engagement time a corresponding signal to the locking magnet ( 20 ) for releasing the lifting disc / attachment ( 11 ) and thus a coupling intervention is brought about.
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