DE102016207867A1

DE102016207867A1 - Keilfreilaufkupplung mit radial äußeren Rampen

Info

Publication number: DE102016207867A1
Application number: DE102016207867.4A
Authority: DE
Inventors: John Ramsey
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: US10851854B2; US10197112B2; US20160341262A1; DE102016207867B4; US20190120300A1

Abstract

Es wird eine Keilfreilaufkupplung beschrieben, die enthält: eine Drehachse; einen inneren Laufring mit einer ersten radial nach außen zeigenden Fläche; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und mindestens ein elastisches Bauteil: das mit der mindestens einen Keilplatte verbunden ist; und mindestens einen Abschnitt der mindestens einen zweiten radial nach innen zeigenden Fläche gegen mindestens einen Abschnitt der ersten radial nach außen zeigenden Fläche drückt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Keilfreilaufkupplung und insbesondere eine Keilfreilaufkupplung, die einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring, mindestens eine Keilplatte mit einer Vielzahl Rampen an einem äußeren Umfang der mindestens einen Keilplatte und mindestens ein elastisches Bauteil hat, das in die mindestens eine Keilplatte eingreift. Das mindestens eine elastische Bauteil drückt zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Keilplatte unter Ausübung einer gleichmäßigen Zugkraft gegen den inneren Laufring.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Freilaufkupplungen beruhen auf der relativen Drehung zwischen einem inneren und einem äußeren Laufring, um zwischen einem Verriegelungsmodus und einem Freilaufmodus der Kupplung zu wechseln. Freilaufkupplungen enthalten üblicherweise einen inneren und einen äußeren Laufring und eine einzelne Keilplatte oder zwei Keilplatten, die radial dazwischen angeordnet sind. Im Freilaufmodus sind der innere und der äußere Laufring gegeneinander und ebenso die mindestens eine Keilplatte drehbar. Mit anderen Worten, im Freilaufmodus reicht die Stärke des Reibungsschlusses zwischen der mindestens einen Keilplatte und dem äußeren Laufring nicht aus, einen Verriegelungsmodus auszulösen. Um einen Verriegelungsmodus auszulösen, in dem der innere und der äußere Laufring und die Keilplatte drehfest miteinander verbunden sind, wird üblicherweise die Keilplatte durch den inneren Laufring radial in Bezug zu dem äußeren Laufring verschoben. Die mindestens eine Keilplatte enthält üblicherweise Rampen am Innendurchmesser und die Rampen sind funktionell so angeordnet, dass sie in entsprechend geformte Rampen am inneren Laufring eingreifen. Solche Keilplatten sind üblicherweise so angeordnet, dass sie durch die Reibung einer Presspassung in den äußeren Laufring eingreifen. Bei Keilkupplungen dieser Art kommt es jedoch zu Problemen durch vorzeitiges Verriegeln, wenn sich der innere Laufring in Bezug zu einem feststehenden äußeren Laufring dreht.
Die Abfolge beim Einkuppeln der Keilplatte beginnt an einem Umfangsende und setzt sich mit zunehmender Belastung in einer Umfangsrichtung fort. Durch diese Abfolge kommt es dazu, dass sich die Belastung des äußeren und des inneren Laufrings am Ausgangspunkt konzentriert. Somit weisen typische Keilfreilaufkupplungen eine ungleichmäßige Belastung der Komponenten der Keilkupplung auf.
Je kleiner der Durchmesser einer Keilfreilaufkupplung ist, desto weniger kann außerdem die Keilplatte als Feder verwendet werden, um eine Vorspannungskraft zum Einkuppeln bereitzustellen. Hierbei besteht ein Problem in der Wahl der geeigneten Größe der Keilplatte, um die passende Vorspannungskraft bereitzustellen. Wenn eine Feder bereitgestellt wird, die stark genug ist, um die passende Vorspannungskraft bereitzustellen und den Zentrifugalkräften entgegenzuwirken, kann dies außerdem zu einer großen Hysterese führen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilfreilaufkupplung bereitgestellt, die enthält: eine Drehachse; einen inneren Laufring mit einer ersten radial nach außen zeigenden Fläche; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und mindestens ein elastisches Bauteil: das in die mindestens eine Keilplatte eingreift; und mindestens einen Abschnitt der mindestens einen zweiten radial nach innen zeigenden Fläche gegen mindestens einen Abschnitt der ersten radial nach außen zeigenden Fläche drückt. In einem Verriegelungsmodus sind der innere Laufring, die mindestens eine Keilplatte und der äußere Laufring drehfest miteinander verbunden. In einem Freilaufmodus ist der innere Laufring in Bezug zu dem äußeren Laufring drehbar.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilfreilaufkupplung bereitgestellt, die enthält: eine Drehachse; einen inneren Laufring, der eine erste radial nach außen zeigende Fläche mit einer auf dem Umfang angeordneten Nut; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche, die mindestens eine Schräge in der auf dem Umfang angeordneten Nut enthält; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und ein elastisches Bauteil: das in die mindestens eine Keilplatte eingreift; auf die mindestens eine Keilplatte eine Kraft in einer ersten axialen Richtung ausübt; und zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Schräge gegen zumindest einen Abschnitt der auf dem Umfang angeordneten Nut drückt. In einem Verriegelungsmodus sind der innere Laufring, die mindestens eine Keilplatte und der äußere Laufring drehfest miteinander verbunden. In einem Freilaufmodus ist der innere Laufring in Bezug zu r dem äußeren Laufring drehbar.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilfreilaufkupplung bereitgestellt, die enthält: eine Drehachse; einen inneren Laufring, der eine erste radial nach außen zeigende Fläche mit einer auf dem Umfang angeordneten Nut hat; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche, die mindestens eine Schräge in der auf dem Umfang angeordneten Nut enthält; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die mindestens eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und mindestens ein elastisches Bauteil: das in die mindestens eine Keilplatte eingreift; auf die mindestens eine Keilplatte eine Kraft in einer Umfangsrichtung ausübt; und zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Schräge gegen zumindest einen Abschnitt der auf dem Umfang angeordneten Nut drückt. In einem Verriegelungsmodus sind der innere Laufring, die mindestens eine Keilplatte und der äußere Laufring drehfest miteinander verbunden. In einem Freilaufmodus ist der innere Laufring in Bezug zu dem äußeren Laufring drehbar.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGSANSICHTEN
Im Folgenden werden das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Offenbarung in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist, die die hierin verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
2 eine perspektivische Draufsicht auf eine Keilfreilaufkupplung mit radial äußeren Rampen und einer Axialfeder ist;
3 eine perspektivische Draufsicht auf die in 2 gezeigte Freilaufkupplung ist, bei der die Axialfeder entfernt worden ist;
4 eine Draufsicht auf die in 2 gezeigte Freilaufkupplung ist;
5a eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 5a-5a in 4 ist, die eine doppelte Keilplatte zeigt;
5b eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 5b-5b in 4 ist, die eine einzelne Keilplatte zeigt;
6 eine perspektivische Draufsicht auf eine Freilaufkupplung mit radial äußeren Rampen und einer Umfangsfeder ist;
7 eine Draufsicht auf die in 6 gezeigte Freilaufkupplung ist;
8a eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 8a-8a in 7 ist, die eine doppelte Keilplatte zeigt;
8b eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 8b-8b in 7 ist, die eine einzelne Keilplatte zeigt;
9a eine Draufsicht auf eine Freilaufkupplung mit radial äußeren Rampen und einer Umfangsfeder ist;
9b eine Draufsicht auf die in 9a gezeigte Freilaufkupplung mit radial äußeren Rampen ist, wobei die Umfangsfeder den Spalt in der mindestens einen Keilplatte überquert;
10 eine perspektivische Draufsicht auf die in 9a gezeigte Freilaufkupplung ist;
11 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der Keilplatte und des elastischen Bauteils ist, die in 9a gezeigt sind;
12a eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 12a-12a in 9a ist, die eine doppelte Keilplatte zeigt; und
12b eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 12b-12b in 9a ist, die eine einzelne Keilplatte zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Zeichnungsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Offenbarung bezeichnen. Es sollte klar sein, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte beschränkt ist.
Außerdem ist klar, dass diese Offenbarung nicht auf die einzelnen beschriebenen Verfahrensweisen, Werkstoffe 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 Offenbarung einschränken sollen.
Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Offenbarung richtet. Es sollte klar sein, dass zum Umsetzen oder Testen der Offenbarung beliebige Verfahren, Einheiten oder Werkstoffe verwendet werden können, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind. Es sollte einsichtig sein, dass der Begriff „im Wesentlichen” gleichbedeutend ist mit Begriffen wie „nahezu”, „sehr nahe”, „ungefähr”, „annähernd”, „zirka”, „angrenzend an”, „in der Nähe von”, „grundsätzlich”, „benachbart”, „in der Nähe von” usw. und dass solche Begriffe beim Vorkommen in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden können. Es sollte einsichtig sein, dass der Begriff „unmittelbar” gleichbedeutend ist mit Begriffen wie „nahe”, „dicht bei”, „angrenzend”, „benachbart”, „direkt”, „anstoßend an” usw. und dass solche Begriffe beim Vorkommen in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden können.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 10, die die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht. Die vorliegende Anmeldung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 10 enthält eine Längsachse 11, die als Bezugspunkt für die folgenden räumlichen und Richtungsbegriffe dient. Eine axiale Richtung AD ist parallel zur Achse 11. Eine radiale Richtung RD ist senkrecht zur Achse 11. Eine Umfangsrichtung CD ist durch einen Endpunkt des (zur Achse 11 senkrechten) Radius R definiert, der um die Achse 11 rotiert.
Zur Verdeutlichung der räumlichen Begriffe dienen Objekte 12, 13 und 14. Eine axiale Fläche wie beispielsweise die Fläche 15 des Objekts 12 ist durch eine zur Achse 11 koplanare Ebene gebildet. Die Achse 11 verläuft durch die ebene Fläche 15; jedoch ist jede zur Achse 11 koplanare ebene Fläche eine axiale Fläche. Eine radiale Fläche wie beispielsweise die Fläche 16 des Objekts 13 ist durch eine zur Achse 11 senkrechte und zu einem Radius, zum Beispiel zum Radius 17, koplanare Fläche gebildet. Der Radius 17 verläuft durch die ebene Fläche 16; jedoch ist jede zum Radius 17 koplanare ebene Fläche eine radiale Fläche. Die Fläche 18 des Objekts 14 bildet eine zylindrische oder Umfangsfläche. Zum Beispiel verläuft der Umfang 19 durch die Fläche 18. Ein weiteres Beispiel besagt, dass eine axiale Bewegung parallel zur Achse 11, eine radiale Bewegung senkrecht zur Achse 11 und eine Umfangsbewegung parallel zum Umfang 19 erfolgen. Eine Drehbewegung erfolgt in Bezug auf die Achse 11. Die Begriffe „axial”, „radial” und „Umfangs” beziehen sich auf Ausrichtungen parallel zur Achse 11, zum Radius 17 beziehungsweise zum Umfang 19. Zum Beispiel erstreckt sich eine axial angeordnete Fläche oder Kante in der Richtung AD, eine radial angeordnete Fläche oder Kante erstreckt sich in der Richtung R und eine auf dem Umfang angeordnete Fläche oder Kante erstreckt sich in der Richtung CD.
2 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Keilfreilaufkupplung 100 mit radial äußeren Rampen und einer Axialfeder.
3 ist eine perspektivische Draufsicht der in 2 gezeigten Freilaufkupplung 100, bei der die Axialfeder entfernt worden ist.
4 ist eine Draufsicht auf die in 2 gezeigte Freilaufkupplung 100.
5a ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 5a-5a in 4, die zwei Keilplatten zeigt.
5b ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 5b-5b in 4, die eine einzelne Keilplatte zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 5b zu sehen. Die Keilfreilaufkupplung 100 enthält eine Drehachse 101, einen inneren Laufring 102, mindestens eine Keilplatte 104, einen äußeren Laufring 106 und mindestens ein elastisches Bauteil 108. Zur einfacheren Darstellung bezieht sich die folgende Erörterung, sofern nicht anderes angegeben ist, auf eine einzelne Keilplatte 104. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung gleichermaßen auch auf eine doppelte Keilplatte 104 anwendbar ist. Zur einfacheren Darstellung bezieht sich die folgende Erörterung, sofern nicht anderes angegeben ist, auf ein einzelnes elastisches Bauteil 108. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung gleichermaßen auch auf mehr als ein elastisches Bauteil 108 anwendbar ist. Die Keilfreilaufkupplung 100 ist so angeordnet, dass sie sich um die Drehachse 101 dreht. Der innere Laufring 102 enthält eine radial nach außen zeigende Fläche 110. Der äußere Laufring 106 ist radial außerhalb des inneren Laufrings 102 angeordnet und enthält eine radial nach innen zeigende Fläche 114 mit sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116. Die Keilplatte 104 ist radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 102 beziehungsweise 106 angeordnet und enthält eine radial nach innen zeigende Fläche 118 und eine radial nach außen zeigende Fläche 122 mit sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124, die in die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 eingreifen.
Das elastische Bauteil 108 greift in die Keilplatte 104 ein und drückt zumindest einen Abschnitt der radial nach innen zeigenden Fläche 118 gegen zumindest einen Abschnitt der radial nach außen zeigenden Fläche 110. In einem Verriegelungsmodus sind der innere Laufring 102, die Keilplatte 104 und der äußere Laufring 106 drehfest miteinander verbunden. Unter „drehfest verbunden” ist zu verstehen, dass die Bauteile so miteinander verbunden sind, dass sich ein Bauteil dreht, wenn sich die anderen Bauteile drehen, und umgekehrt. Eine radiale und/oder axiale Bewegung eines oder aller Bauteile gegeneinander ist möglich, aber nicht erforderlich, wenn die Bauteile drehfest miteinander verbunden sind. In einem Freilaufmodus sind der innere Laufring 102 und die Keilplatte 104 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 drehbar.
Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD1 dreht, wird der Verriegelungsmodus ausgelöst, und der innere Laufring 102, die Keilplatte 104 und der äußere Laufring 106 werden drehfest miteinander verbunden. Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD2 dreht, die der Umfangsrichtung CD1 entgegengesetzt ist, wird der Freilaufmodus ausgelöst, und der innere Laufring 102 und die Keilplatte 104 sind in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 drehbar.
Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106 in der Umfangsrichtung CD1 bewirkt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Reibungsschluss zwischen der Keilplatte 104 und dem inneren Laufring 102, dass sich die Keilplatte 104 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 in der Umfangsrichtung CD1 dreht. Demgemäß gleiten die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 über die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 und verschieben die Keilplatte 104 radial nach innen. Das heißt, da die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 in der Umfangsrichtung CD1 radial nach innen abfallen und die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 in der Umfangsrichtung CD2 radial nach außen abfallen, schieben sich die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 in der Umfangsrichtung CD1 auf die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 und die Keilplatte 104 wird radial nach innen verschoben: sodass die Flächen 110 und 118 zusammengedrückt und drehfest miteinander verbunden werden; und die Rampen 116 und 124 zusammengedrückt und drehfest miteinander verbunden werden.
Zum Auslösen des Freilaufmodus dreht sich der innere Laufring 102 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 in der Umfangsrichtung CD2, und aufgrund des Reibungsschlusses zwischen der Keilplatte 104 und dem inneren Laufring 102 dreht sich die Keilplatte 104 ebenfalls in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 in der Umfangsrichtung CD2. Demgemäß gleiten die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 in der Umfangsrichtung CD2 radial von den sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 herab, und die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 und die Keilplatte 104 werden radial nach außen verschoben, sodass die Druckkraft und die oben beschriebene drehfeste Verbindung aufgehoben werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die radial nach innen zeigende Fläche 118 mindestens eine Schräge 120, die entlang der radial nach außen zeigenden Fläche 110 angeordnet ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die radial nach außen zeigende Fläche 110 eine auf dem Umfang angeordnete Nut 112, und die mindestens eine Schräge 120 ist in der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 angeordnet.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die radial nach innen zeigende Fläche 118 Schrägen 120A und 120B, die radial nach außen zeigende Fläche 110 enthält schräg nach außen verlaufende Flächen 126 und 127 und die Schrägen 120A und 120B greifen jeweils komplett in die schräg nach außen verlaufenden Flächen 126 und 127 ein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Keilplatte 104 für einen Eins-zu-eins-Kontakt („line-to-line contact”) mit der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 ausgelegt. Unter dem Begriff Eins-zu-eins-Kontakt ist zu verstehen, dass beim Zusammentreffen der Schrägen 120A und 120B der Keilplatte 104 mit den Flächen 126 und 127 der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 die Verbindung gleichmäßig über die Kontaktfläche verteilt ist und es nicht zu einer punktförmigen Belastung, sondern stattdessen zu einer gleichmäßigen Belastung kommt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform greift das elastische Bauteil 108 in die Keilplatte 104 ein, übt in der axialen Richtung AD1 eine Kraft auf die Keilplatte 104 aus und drückt die Keilplatte 104 in die axiale Richtung AD1. Aufgrund der durch das elastische Bauteil 108 ausgeübten Kraft wird zumindest ein Abschnitt der Schräge 120A entlang der Fläche 126 der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 gegen zumindest einen Abschnitt der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 gedrückt, sodass die Keilfreilaufkupplung 100 einer gleichmäßigen Belastung ausgesetzt ist. Aufgrund der durch das elastische Bauteil 108 ausgeübten axialen Kraft wird die Keilplatte 104 wie beim Verriegelungsmodus beschrieben in der radialen Richtung RD1 radial nach innen vorgespannt.
Da die Keilplatte 104 zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 102 und 106 verschiebbar ist, wird die Vorbelastung oder die oben erörterte radial nach innen gerichtete Vorspannung nicht von der mindestens einen Keilplatte 104 allein erbracht. Die Vorbelastung wird durch das elastische Bauteil 108 erbracht, das die Keilplatte 104 axial belastet. Durch die axiale Belastung wird eine Reibung zwischen der Schräge 120A, die der Schräge 120B entgegengesetzt ist, und dem inneren Laufring 102, insbesondere an der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 erzeugt. In 5a wird durch die axiale Belastung durch das elastische Bauteil 108 ebenfalls eine Reibung zwischen den Keilplatten 104A und 104B erzeugt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem elastischen Bauteil 108 um eine Membranfeder. Gemäß einer Ausführungsform enthält das elastische Bauteil 108 Vorsprünge 132, die radial nach innen und in der axialen Richtung AD2 ragen, und der innere Laufring 102 enthält sich axial erstreckende Kanäle 136. Jeder Vorsprung 132 ist in einem entsprechenden Kanal 136 angeordnet, um eine Umfangsdrehung zwischen dem elastischen Bauteil 108 und dem inneren Laufring 102 zu verhindern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das elastische Bauteil 108 vier Vorsprünge 132, und der innere Laufring 102 enthält vier entsprechende Kanäle 136. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können das elastische Bauteil 108 und der innere Laufring 102 weniger Vorsprünge beziehungsweise entsprechende Kanäle enthalten. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können das elastische Bauteil 108 und der innere Laufring 102 zusätzliche Vorsprünge beziehungsweise entsprechende Kanäle enthalten.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der äußere Laufring 106 einen Rand 138, der radial nach innen ragt, und das elastische Bauteil 108 greift in den Rand 138 ein. Der Rand 138 kann gemeinsam mit dem äußeren Laufring 106 aus einem Stück, das heißt, aus dem Material des äußeren Laufrings 106 gebildet sein, es kann sich dabei um eine genietete Scheibe oder eine beliebige geeignete Alternative handeln, die das mindestens eine elastische Bauteil 108 an Ort und Stelle hält.
6 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Freilaufkupplung 200 mit radial äußeren Rampen und einer Umfangsfeder.
7 ist eine Draufsicht auf die in 6 gezeigte Freilaufkupplung 200.
8a ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 8a-8a in 7, die zwei Keilplatten zeigt.
8b ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 8b-8b in 7, die eine einzelne Keilplatte zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 6 bis 8b zu sehen. Die Freilaufkupplung 200 enthält einen inneren Laufring 102, einen äußeren Laufring 106, mindestens eine Keilplatte 204 und mindestens ein elastisches Bauteil 208. Die obige Erörterung bezüglich der Freilaufkupplung 100, des inneren Laufrings 102 und des äußeren Laufrings 106 sowie deren entsprechender Strukturmerkmale gilt auch für die Freilaufkupplung 200, sofern nicht anderes angegeben ist. Zum Vereinfachen der Darstellung bezieht sich die folgende Erörterung auf eine einzelne Keilplatte 204, sofern nicht anderes angegeben ist. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung auch auf zwei Keilplatten 204 anwendbar ist. Zum Vereinfachen der Darstellung bezieht sich die Erörterung auf ein einzelnes elastisches Bauteil 208, sofern nicht anderes angegeben ist. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung gleichermaßen auch auf mehr als ein elastisches Bauteil 208 anwendbar ist.
Die Keilplatte 204 ist radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 102 beziehungsweise 106 angeordnet und enthält eine Fläche 118 mit mindestens einer Schräge 120 und eine Fläche 122 mit sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124. Die Keilplatte 204 enthält Umfangsenden 240 und 242, die in der Umfangsrichtung CD1 durch einen Spalt 244 voneinander getrennt sind. Das elastische Bauteil 208 enthält ein Ende 250, das mit dem Umfangsende 240 verbunden ist, und ein Ende 252, das mit dem Umfangsende 242 verbunden ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Umfangsende 240 eine Öffnung 246 zum Aufnehmen des Endes 250, und das Umfangsende 242 enthält eine Öffnung 248 zum Aufnehmen des Endes 252. Das elastische Bauteil 208 greift in die Keilplatte 204 ein, um eine Umfangskraft derart bereitzustellen, dass die Keilplatte 204 in der radialen Richtung RD1 und zum Reibungskontakt mit dem inneren Laufring 102 radial nach innen vorgespannt wird. Das heißt, das elastische Bauteil 208 drückt die Enden 250 und 252 in den Richtungen CD1 beziehungsweise CD2 aufeinander zu.
Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD1 dreht, wird der Verriegelungsmodus ausgelöst, und der innere Laufring 102, die Keilplatte 204 und der äußere Laufring 106 werden drehfest miteinander verbunden. Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD2 dreht, die der Umfangsrichtung CD1 entgegengesetzt ist, wird der Freilaufmodus ausgelöst, und der äußere Laufring 106 und die Keilplatte 204 sind in Bezug zu dem inneren Laufring 102 drehbar.
Durch die von dem elastischen Bauteil 208 bereitgestellte Umfangsbelastung wird ein Reibungsschluss zwischen den Schrägen 120A und 120B und der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 erzeugt. Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD1 dreht, bewirkt der Reibungsschluss der Keilplatte 204 und dem inneren Laufring 102, dass sich die Keilplatte 204 in der Umfangsrichtung CD1 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 dreht. Demgemäß gleiten die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 über die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 hinweg und verschieben die Keilplatte 204 radial nach innen.
Zum Auslösen des Freilaufmodus dreht sich der innere Laufring 102 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 in der Umfangsrichtung CD2, und infolge des Reibungsschlusses zwischen der Keilplatte 204 und dem inneren Laufring 102 dreht sich auch die Keilplatte 204 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 in der Umfangsrichtung CD2. Demgemäß gleiten die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 in der Umfangsrichtung CD2 von den sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 herab, und die Keilplatte 204 wird radial nach außen verschoben, sodass die Druckkraft und die oben beschriebene drehfeste Verbindung aufgehoben werden.
9a ist eine Draufsicht auf eine Keilfreilaufkupplung 300 mit radial äußeren Rampen und einer Umfangsfeder.
9b ist eine Draufsicht auf die in 9a gezeigte Keilfreilaufkupplung 300 mit radial äußeren Rampen, wobei die Umfangsfeder über den Spalt in der mindestens einen Keilplatte hinweg verläuft.
10 ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 9a gezeigte Keilfreilaufkupplung 300.
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der Keilplatte und des elastischen Bauteils, die in 9a gezeigt sind.
12a ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 12a-12a in 9a, die eine doppelte Keilplatte zeigt.
12b ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 12a-12a in 9a, die eine einzelne Keilplatte zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 9a bis 12b zu sehen. Die Freilaufkupplung 300 enthält einen inneren Laufring 102, einen äußeren Laufring 106, mindestens eine Keilplatte 304 und mindestens ein elastisches Bauteil 308. Die obige Erörterung in Bezug auf die Freilaufkupplung 100, den inneren Laufring 102, den äußeren Laufring 106 und deren entsprechende Strukturmerkmale gilt, sofern nicht anderes angegeben ist, auch für die Keilfreilaufkupplung 300. Zum Vereinfachen der Darstellung betrifft die folgende Erörterung, sofern nicht anderes angegeben ist, eine einzelne Keilplatte 304. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung gleichermaßen auch auf eine doppelte Keilplatte 304 anwendbar ist. Zum Vereinfachen der Darstellung betrifft die folgende Erörterung, sofern nicht anderes angegeben ist, ein einzelnes elastisches Bauteil 308. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung gleichermaßen auch auf mehr als ein elastisches Bauteil 308 anwendbar ist.
Die Keilplatte 304 ist radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 102 beziehungsweise 106 angeordnet. Die Keilplatte 304 enthält eine Fläche 118 mit mindestens einer Schräge 120 und eine Fläche 122 mit sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124. Die Keilplatte 304 enthält Umfangsenden 340 und 342, die in der Umfangsrichtung CD1 durch einen Spalt 344 voneinander getrennt sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bildet das elastische Bauteil 308 einen Abschnitt eines Rings, greift in die Keilplatte 304 ein und überquert den Spalt 344 in der Umfangsrichtung CD1 gemäß 9a nicht. 9b veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, die ein elastisches Bauteil 308 enthält, das einen Abschnitt eines Rings bildet, in die Keilplatte 304 eingreift und den Spalt 344 in der Umfangsrichtung CD1 überquert. Das elastische Bauteil 308 greift in die Keilplatte 304 ein und drückt zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Schräge 120 gegen zumindest einen Abschnitt der auf dem Umfang angeordneten Nut 112. Das elastische Bauteil 308 übt eine Umfangskraft derart aus, dass die Keilplatte 304 in der radialen Richtung RD1 und zum Reibungskontakt mit dem inneren Laufring 102 radial nach innen vorgespannt wird. Mit anderen Worten, durch die von dem elastischen Bauteil 308 ausgeübte Umfangskraft wird gleichzeitig ein Verschieben der Keilplatte 304 radial nach innen bewirkt.
Bei einer relativen Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD1 dreht, wird der Verriegelungsmodus ausgelöst, und der innere Laufring 102, die Keilplatte 304 und der äußere Laufring 106 werden drehfest miteinander verbunden. Wenn eine relative Drehung zwischen dem inneren Laufring 102 und dem äußeren Laufring 106 vorliegt und sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD2 dreht, die der Umfangsrichtung CD1 entgegengesetzt ist, wird der Freilaufmodus ausgelöst, und der innere Laufring 102 und die Keilplatte 304 sind in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 drehbar.
Durch die von dem elastischen Bauteil 308 bereitgestellte Umfangsbelastung wird ein Reibungsschluss zwischen den Schrägen 120A und 120B und der auf dem Umfang angeordneten Nut 112 erzeugt. Bei einer relativen Drehung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zwischen dem inneren Laufring 102 und dem inneren Laufring 106, bei der sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD1 dreht, bewirkt der Reibungsschluss zwischen der Keilplatte 304 und dem inneren Laufring 102, dass sich die Keilplatte 304 in der Umfangsrichtung CD1 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106 dreht. Demgemäß gleiten die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 über die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 und verschieben die Keilplatte 304 radial nach innen.
Zum Auslösen des Freilaufmodus dreht sich der innere Laufring 102 in der Umfangsrichtung CD2 in Bezug zu dem äußeren Laufring 106, und aufgrund des Reibungsschlusses zwischen der Keilplatte 304 und dem inneren Laufring 102 dreht sich die Keilplatte 304 in der Umfangsrichtung CD2 auch in Bezug zu dem äußeren Laufring 106. Demgemäß gleiten die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 in der Umfangsrichtung CD2 über die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 herab, und die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 und die Keilplatte 304 werden radial nach außen verschoben, sodass die Druckkraft und die oben beschriebene drehfeste Verbindung aufgehoben werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das elastische Bauteil 308 gemäß 9a nahe den Umfangsenden 340 und 342 an der Keilplatte 304 befestigt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das elastische Bauteil 308 gemäß 9b nahe dem Umfangsende 342 und dem Ende 342A an der Keilplatte 304 befestigt. Gemäß einer (nicht gezeigten) beispielhaften Ausführungsform ist das elastische Bauteil 308 an die Keilplatte 304 angeschweißt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das elastische Bauteil 308 in die Keilplatte 304 eingehakt. Zum Befestigen des Bauteils 308 kann ein beliebiges in der Technik bekanntes Befestigungsmittel verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem elastischen Bauteil 308 um einen beliebigen in der Technik bekannten Sicherungsring. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Platte 304 eine Seite 350, die in die axiale Richtung AD2 zeigt, und Zungen 352, die das elastische Bauteil 308 in seiner Position halten.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ermöglichen die offenbarten Aspekte, dass mindestens eine der Keilplatten 204 und 304 im Fertigzustand eingebaut werden.
Zwar sind die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 und die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 so gezeigt, dass sie in den Richtungen CD1 beziehungsweise CD2 radial nach innen abfallen, jedoch sollte klar sein, dass die sich radial nach innen erstreckenden Rampen 116 und die sich radial nach außen erstreckenden Rampen 124 auch in den Richtungen CD2 beziehungsweise CD1 radial nach innen abfallen können.
Es ist einsichtig, dass verschiedene Merkmale der oben beschriebenen Offenbarung und andere Merkmale und Funktionen oder deren Alternativen auf wünschenswerte Weise zu vielen anderen verschiedenen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Später können daran durch den Fachmann verschiedene gegenwärtig unvorhersehbare oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Varianten oder Verbesserungen vorgenommen werden, die auch durch die folgenden Ansprüche erfasst sein sollen.

Claims

Keilfreilaufkupplung, die aufweist: eine Drehachse; einen inneren Laufring mit einer ersten radial nach außen zeigenden Fläche; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die eine Vielzahl sich nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und mindestens ein elastisches Bauteil; das in die mindestens eine Keilplatte eingreift; und zumindest einen Abschnitt der mindestens einen zweiten radial nach innen zeigenden Fläche gegen zumindest einen Abschnitt der ersten radial nach außen zeigenden Fläche drückt; wobei: in einem Verriegelungsmodus der innere Laufring, die mindestens eine Keilplatte und der äußere Laufring drehfest miteinander verbunden sind; und in einem Freilaufmodus der innere Laufring in Bezug zu dem äußeren Laufring drehbar ist.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 1, wobei durch eine relative Drehung zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring: in einer ersten Umfangsrichtung der Verriegelungsmodus ausgelöst wird; und in einer zweiten Umfangsrichtung, die der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, der Verriegelungsmodus ausgelöst wird.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 1, wobei: das mindestens eine elastische Bauteil die mindestens eine Keilplatte in eine axiale Richtung drückt; oder das mindestens eine elastische Bauteil die mindestens eine Keilplatte in eine Umfangsrichtung drückt.
Keilfreilaufkupplung, die aufweist: eine Drehachse; einen inneren Laufring, der eine erste radial nach außen zeigende Fläche mit einer auf dem Umfang angeordneten Nut hat; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche, die mindestens eine Schräge in der auf dem Umfang angeordneten Nut enthält; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und ein elastisches Bauteil: das in die mindestens eine Keilplatte eingreift; in einer ersten axialen Richtung eine Kraft auf die mindestens eine Keilplatte ausübt; und zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Schräge gegen zumindest einen Abschnitt der auf dem Umfang angeordneten Nut drückt; wobei: in einem Verriegelungsmodus der innere Laufring, die mindestens eine Keilplatte und der äußere Laufring drehfest miteinander verbunden sind; und in einem Freilaufmodus der innere Laufring in Bezug zu dem äußeren Laufring drehbar ist.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 4, wobei der innere Laufring eine Vielzahl sich axial erstreckender Kanäle enthält und das elastische Bauteil eine Vielzahl Vorsprünge enthält, die in der Vielzahl Kanäle angeordnet sind.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 5, wobei: der äußere Laufring einen radial nach innen ragenden Rand enthält; und das elastische Bauteil in den Rand eingreift.
Keilfreilaufkupplung, die aufweist: eine Drehachse; einen inneren Laufring mit einer ersten radial nach außen zeigenden Fläche mit einer auf dem Umfang angeordneten Nut; einen äußeren Laufring, der radial außerhalb des inneren Laufrings angeordnet ist und eine erste radial nach innen zeigende Fläche mit einer Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; mindestens eine Keilplatte, die radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet ist und enthält: mindestens eine zweite radial nach innen zeigende Fläche, die mindestens eine Schräge in der auf dem Umfang angeordneten Nut enthält; und mindestens eine zweite radial nach außen zeigende Fläche, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält, die in die Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen eingreifen; und mindestens ein elastisches Bauteil; das in die mindestens eine Keilplatte eingreift; in einer ersten Umfangsrichtung oder in einer zweiten Umfangsrichtung, die der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, eine Kraft auf die mindestens eine Keilplatte ausübt; und zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Schräge gegen zumindest einen Abschnitt der auf dem Umfang angeordneten Nut drückt, wobei: in einem Verriegelungsmodus der innere Laufring, die mindestens eine Keilplatte und der äußere Laufring drehfest miteinander verbunden sind; und in einem Freilaufmodus der innere Laufring in Bezug zu dem äußeren Laufring drehbar ist.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 7, wobei: die mindestens eine Keilplatte ein erstes und ein zweites Umfangsende enthält, die in der ersten Umfangsrichtung durch einen Spalt voneinander getrennt sind; und das mindestens eine elastische Bauteil den Spalt in der ersten Umfangsrichtung überquert und enthält: ein erstes Ende, das mit dem ersten Umfangsende verbunden ist; und ein zweites Ende, das mit dem zweiten Umfangsende verbunden ist.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 7, wobei: die mindestens eine Keilplatte ein erstes und ein zweites Umfangsende enthält, die in der ersten Umfangsrichtung durch einen Spalt voneinander getrennt sind; und das mindestens eine elastische Bauteil: einen Abschnitt eines Rings bildet; mit der mindestens einen Keilplatte verbunden ist; und den Spalt in der ersten Umfangsrichtung nicht überquert; oder den Spalt in der ersten Umfangsrichtung überquert.
Keilfreilaufkupplung nach Anspruch 9, wobei: die mindestens eine Keilplatte eine Seite enthält: die in eine axiale Richtung zeigt; und eine Vielzahl Zungen enthält, die das mindestens eine elastische Bauteil mit der mindestens einen Keilplatte verbindet.