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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Freilaufkupplung und insbesondere eine Kipphebel-Freilaufkupplung mit verbesserten Kupplungseigenschaften.
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HINTERGRUND
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Kipphebel-Freilaufkupplungen sind bekannt. Ein Beispiel ist in der an denselben Anmelder abgetretenen US-Patentanmeldung 2014/0197002 dargelegt, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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KURZDARSTELLUNG
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Beispielhafte Aspekte umfassen allgemein eine Kipphebel-Freilaufkupplung, die ein Statorgehäuse mit einer Kipphebelaussparung und einer Vielzahl von Statorschaufeln, einen inneren Laufring mit einer ersten angewinkelten Kontaktfläche und einen Kipphebel, der in der Kipphebelaussparung angeordnet ist und eine zweite angewinkelte Kontaktfläche enthält, die in Kontakt mit der ersten Kontaktfläche steht. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen handelt es sich bei einem Winkel zwischen einer Linie, die von der Kontaktfläche zu einem Drehpunkt des Kipphebels verläuft, und einer zur Kontaktfläche parallelen Linie um einen spitzen Winkel. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der spitze ungefähr 10 Grad.
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Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein ein Kipphebelbauteil für eine Freilaufkupplung, das einen zylindrischen Teil, einen Verbindungsteil, der sich radial von dem zylindrischen Teil erstreckt, und ein Abschlusssegment mit einer Endfläche enthält, die unter einem spitzen Winkel zu einer in Bezug auf den Verbindungsteil senkrechten Ebene angeordnet ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Dicke des Abschlusssegments größer als eine Dicke des Verbindungsteils. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bilden der Verbindungsteil und das Abschlusssegment gemeinsam eine Aussparung zum Aufnehmen eines Federbauteils.
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Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein eine Freilaufkupplungsbaugruppe mit dem Kipphebelbauteil und einem rohrförmigen inneren Laufring, der eine Vielzahl radialer Vorsprünge enthält. Jeder radiale Vorsprung enthält einen Rand, der unter einem spitzen Winkel zu einer radialen Linie radial nach außen verläuft, die durch den Rand und einen Mittelpunkt des inneren Laufrings verläuft und so angeordnet ist, dass sie die Endfläche des Abschlusssegments des Kipphebelbauteils berührt, und einen äußeren rampenförmigen Abschnitt, der eine erste und eine zweite nichtkoplanare, rampenförmige Fläche enthält. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist der innere Laufring einen inneren Zahnkranz auf.
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Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein einen Stator für einen Drehmomentwandler, der eine Freilaufkupplungsbaugruppe, ein Statorgehäuse mit einer ersten zylindrischen Aussparung und einer zweiten Aussparung und ein Federbauteil enthält, das in der zweiten Aussparung angeordnet ist und in Kontakt mit dem Kipphebelbauteil steht. Das Kipphebelbauteil ist in die erste zylindrische Aussparung eingepasst und so angeordnet, dass es in Kontakt mit dem Rand des inneren Laufrings und mindestens einer der rampenförmigen Flächen steht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden nunmehr in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
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1 eine Draufsicht auf die Statorbaugruppe eines Drehmomentwandlers mit einer Kipphebel-Freilaufkupplung nach dem Stand der Technik gemäß einem beispielhaften Aspekt ist;
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2 eine detaillierte Rückansicht des markierten Bereichs 2 in 1 ist;
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3 eine detaillierte Rückansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung mit einer angewinkelten Kontaktfläche ist, die Kraftvektoren gemäß einem beispielhaften Aspekt zeigt;
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4 eine detaillierte Rückansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung mit einer angewinkelten Kontaktfläche gemäß einem beispielhaften Aspekt ist;
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5 eine detaillierte Ansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung mit einer angewinkelten Kontaktfläche in einer ausgekuppelten Stellung gemäß einem beispielhaften Aspekt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Zeichnungsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente bezeichnen. Darüber hinaus ist klar, dass diese Erfindung nicht nur auf die hierin beschriebenen einzelnen Ausführungsformen, Verfahrensweisen, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Es ist auch klar, dass die hierin verwendeten Begriffe nur zum Beschreiben einzelner Aspekte dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken sollen, der nur durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt wird.
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Sofern nicht anderweitig definiert weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den diese Erfindung gerichtet ist. Zwar können zum Umsetzen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einheiten oder Materialien verwendet werden, die den hierin beschriebenen ähnlich oder vergleichbar sind, jedoch werden im Folgenden die folgenden beispielhaften Verfahren, Einheiten und Materialien beschrieben.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 2. 2 ist eine Detailansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung 100 nach dem Stand der Technik. Die Kupplung 100 enthält einen Kipphebel 102, eine Feder 104, ein Statorgehäuse 106 und einen inneren Laufring 108. Die grundsätzliche Funktionsweise der Kupplung ist der Freilaufkupplung ähnlich, die in der an denselben Anmelder abgetretenen US-Patentanmeldung 2014/0197002 von Lindemann et al. gezeigt und beschrieben ist und nicht wiederholt wird. Allgemein ist die Kupplung 100 so konstruiert, dass eine (durch die Vektorlinie 110 in 2 angezeigte) Normalkraft entlang einer (durch das Kreuz 112 angezeigten) Mittellinie des Kipphebels verläuft. Es wird davon ausgegangen, dass diese Geometrie für eine Lastaufnahme durch das Statorgehäuse und den Kipphebel optimal ist. Tests haben leider gezeigt, dass der Kipphebel und der innere Laufring dazu neigen, nur teilweise einzukuppeln, was zu einer höheren Flächenbelastung und einem entsprechend höheren Verschleiß der Bauteile führt.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 3. 3 ist eine Detailansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung 200 mit einer angewinkelten Kontaktfläche gemäß einem beispielhaften Aspekt. Die Kupplung 200 enthält einen Kipphebel 201, eine Feder 204, ein Statorgehäuse 206 und einen inneren Laufring 208. Die grundsätzliche Funktionsweise der Kupplung ist der Freilaufkupplung ähnlich, die in der an denselben Anmelder abgetretenen US-Patentanmeldung 2014/0197002 von Lindemann et al. gezeigt und beschrieben ist und nicht wiederholt wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Kontaktfläche zwischen dem Kipphebel und dem Laufring unter einem Winkel α zu einer Linie angelegt, die durch die Mittellinie 212 verläuft und durch den tangentialen Kraftvektor 214 angezeigt ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Winkel α ungefähr 10°, jedoch sind auch andere Winkel möglich. Durch diesen Winkel wird eine durch den Vektor 216 angezeigte radiale Kraftkomponente erzeugt. Eine resultierende Vektorkraft 218 enthält die radiale Kraft, die ein vollständiges Einrasten des Kipphebels in den Laufring unterstützt. Das heißt, beim Einkuppeln des Kipphebels in den Laufring wird der Laufring durch den Kontakt zwischen den beiden Komponenten radial nach innen gedrückt, um leichter in einen Zahn des Laufrings einzurasten. Dadurch wird verhindert, dass die Komponenten wie beim Stand der Technik nur teilweise einrasten. Der innere Laufring 208 enthält entsprechende Zähne 224 mit jeweils einem Rand 268, der radial nach außen unter einem spitzen Winkel φ zu einer radialen Linie 270 verläuft, die durch den Rand und einen Mittelpunkt des inneren Laufrings verläuft. Der Rand 268 dient dazu, in Kontakt mit der Endfläche 256 des Abschlusssegments des Kipphebelbauteils zu treten.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 4. 4 ist eine Detailansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung oder Freilaufkupplungsbaugruppe 300 mit einer angewinkelten Kontaktfläche gemäß einem beispielhaften Aspekt. Die Kupplung 300 enthält einen Kipphebel oder ein Kipphebelbauteil 302, eine Feder oder Federbauteil 304, ein Statorgehäuse 306 und einen inneren Laufring 308. Das Statorgehäuse 306 enthält eine zylindrische Aussparung 307 und eine Aussparung 309. Das Kipphebelbauteil 302 ist in die Aussparung 307 eingesetzt und so angeordnet, dass sie in Kontakt mit dem inneren Laufring 308 steht. Das Federbauteil 304 ist in die Aussparung 309 eingesetzt und steht in Kontakt mit dem Kipphebelbauteil.
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Die allgemeine Funktionsweise der Kupplung 300 ist ähnlich der Freilaufkupplung, die in der an denselben Anmelder abgetretenen US-Patentanmeldung 2014/0197002 von Lindemann et al. gezeigt und beschrieben ist und nicht wiederholt wird. Der innere Laufring oder rohrförmige innere Laufring 308 enthält eine Vielzahl von Zähnen oder radialen Vorsprüngen 320. Die Zähne 320 weisen eine Geometrie auf, die bewusst überarbeitet worden ist, um die Bewegungsabläufe der Kipphebel-Freilaufkupplung in einem Drehmomentwandler zu verbessern. Der innere Laufring 308 enthält einen inneren Zahnkranz 321.
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Das Kipphebelbauteil 302 enthält einen zylindrischen Abschnitt 350, ein Verbindungsteil 352, das sich radial von dem zylindrischen Abschnitt erstreckt, und ein Abschlusssegment 354 mit einer Endfläche 356, die unter einem spitzen Winkel α zu einer Ebene 358 angeordnet ist, die senkrecht zu dem Verbindungsteil steht. Die Dicke 360 des Abschlusssegments ist größer als die Dicke 362 des Verbindungsteils. Das Verbindungsteil und das Abschlusssegment bilden gemeinsam eine Aussparung 364 zum Aufnehmen des Federbauteils 304.
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Gemäß der obigen Beschreibung ist ein Einrastwinkel für die Zähne des inneren Laufrings so eingestellt worden, dass ein teilweises Einrasten verhindert wird. Außerdem ist im Gegensatz zu dem in 3 gezeigten Laufring 208 der Winkel β so eingestellt worden, dass der Kipphebel schneller vom Zahn abheben kann. Das heißt, anstelle einer annähernden Umfangsfläche (d. h. der Fläche 222 des Zahns 224 in 2) erstreckt sich die Fläche 322 unter einem Winkel β zur Umfangslinie 326, so dass der Kipphebel mit dem Einrasten in den Zahn 324 beginnen kann, sobald sie Ecke 328 überschritten hat. Auch ein Zahnprofil, das zu einer Eingriffsstellung führt, ist verringert worden (d. h. durch den Winkel γ zwischen den Flächen 330 und 322), um den Kipphebel tiefer und näher an die Einraststellung anzunähern. Mit anderen Worten, die Zähne 324 enthalten einen äußeren rampenförmigen Teil, der nichtkoplanare, rampenförmige Flächen 322 und 330 enthält. In einer eingerasteten Stellung steht das Kipphebelbauteil 302 in Kontakt mit dem Rand 366 und der rampenförmigen Fläche 330. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Kipphebel und/oder die Zähne des inneren Laufrings verbiegen.
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Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf 5. 5 ist eine Detailansicht einer Kipphebel-Freilaufkupplung 400 mit einer angewinkelten Kontaktfläche gemäß einem beispielhaften Aspekt. Das Statorgehäuse 406 ist im Trennbereich 432 des Kipphebels verstärkt worden, um eine Zeit für das Einrasten der Strebe 403 in den inneren Laufring 408 zu verkürzen. Das heißt, durch das zusätzliche Material an der Kontaktfläche des Ablösebereichs des Kipphebels wird der Kipphebel radial nach innen und näher zu dem inneren Laufring gedrückt, um beim Einkuppeln den Weg zum Einrasten zu verkürzen.
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Dem Fachmann sind natürlich Änderungen und Modifikationen an den obigen Beispielen der Erfindung offensichtlich, ohne vom Wesensgehalt oder Schutzumfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf spezielle bevorzugte und/oder beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch ist klar, dass daran Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang oder Wesensgehalt der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
