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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft allgemein Kupplungen und insbesondere Kupplungen mit mehreren Arten des Eingriffs mit einem Rotationselement zum wahlweisen Sichern des Elements gegen Drehen bzw. Zulassen eines freien Drehens des Elements in eine oder beide Richtungen.
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Hintergrund
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Ein Kraftfahrzeug umfasst üblicherweise eine Verbrennungskraftmaschine mit einer rotierenden Kurbelwelle, die dafür ausgelegt ist, Antriebsenergie von der Kraftmaschine über eine Antriebswelle zu übertragen, um die Räder zu drehen. Zwischen Kraftmaschine und Bauteilen der Antriebswelle ist ein Getriebe eingefügt, um wahlweise Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen der Kurbelwelle und der Antriebswelle zu steuern. Bei einem handgeschalteten Getriebe kann eine entsprechende handgeschaltete Kupplung zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe eingefügt sein, um die Kurbelwelle wahlweise mit der Antriebswelle in und außer Eingriff zu bringen, um ein manuelles Schalten zwischen verfügbaren Getriebeübersetzungen zu ermöglichen.
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Andererseits, wenn es sich um ein Automatikgetriebe handelt, wird das Getriebe in der Regel intern eine Vielzahl automatisch betätigter Kupplungseinheiten aufweisen, die geeignet sind, dynamisch zwischen verschiedenen verfügbaren Übersetzungsstufen zu schalten, ohne ein Eingreifen des Fahrzeugführers zu erfordern. In solche Getriebe sind Vielzahlen solcher Kupplungseinheiten, auch Kupplungsmodule genannt, integriert, um die automatischen Übersetzungsstufenwechsel zu erleichtern.
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Bei einem Automatikgetriebe für ein Automobil können drei bis zehn Vorwärtsgangstufen verfügbar sein, einen Rückwärtsgang nicht eingeschlossen.
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Die verschiedenen Getriebe können, was ihren Aufbau anbelangt, innere Räder, Zwischenräder wie etwa Planetenräder oder von Trägern getragene Ritzel und äußere Hohlräder umfassen. Spezifischen Sätzen der zuschaltbaren Getrieberäder innerhalb des Getriebes können spezifische Getriebekupplungen zugeordnet sein, um die gewünschten Übersetzungsstufenwechsel zu ermöglichen.
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Da Automatikgetriebe Vielzahlen von Getrieberadsätzen aufweisen, um mehreren Übersetzungsstufen Rechnung zu tragen, ist die Zuverlässigkeit der Aktoren, die zum automatischen Schalten von Kupplungsmodulen zwischen verschiedenen verfügbaren Betriebsarten verwendet werden, nach wie vor ein Anliegen der Konstruktion. Außerdem ist es wünschenswert, wenn die Kupplungsmodule mit den Getrieberädern in oder außer Eingriff gelangen, nahtlose Übergänge zwischen den Betriebsarten bereitzustellen. Diese Überlegungen sind auch für andere Betriebsumgebungen wichtig, in denen steuerbare Kupplungsmodule implementiert werden können, um wahlweise das Drehen von sich drehenden Bauteilen wie etwa Getrieberädern, Wellen, Drehmomentwandler-Bauteilen und dergleichen zuzulassen und zu beschränken. Deshalb wurde viel Mühe darauf verwendet, Wege zu finden, die Zuverlässigkeit und die einwandfreie Leistung des Aktors bei wettbewerbsfähigen Kosten sicherzustellen.
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Kurzdarstellung der Offenbarung
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Unter einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Betätigungsvorrichtung für eine steuerbare Kupplung offenbart, mit einer Vielzahl von Betriebsartstellungen zum Steuern der relativen Drehung zwischen zwei Bauteilen, die mittels der steuerbaren Kupplung verbunden werden. Die Betätigungsvorrichtung kann ein Kolbengehäuse mit einer Außenfläche, einer sich in Längsrichtung durch das Kolbengehäuse erstreckenden Kolbengehäuse-Längsbohrung, einem ersten Fluidkanal, der sich von der Außenfläche nach innen erstreckt und die Kolbengehäuse-Längsbohrung in der Nähe eines ersten Bohrungsendes schneidet, und einem zweiten Fluidkanal, der sich von der Außenfläche nach innen erstreckt und die Kolbengehäuse-Längsbohrung in der Nähe eines zweiten Bohrungsendes schneidet, umfassen. Ferner kann die Betätigungsvorrichtung einen Hauptkolben, der innerhalb der Kolbengehäuse-Längsbohrung für eine Längsbewegung darin angeordnet ist, umfassen. Der Hauptkolben kann einen Hauptkolben-Hauptabschnitt aufweisen, der einen Hauptkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser aufweist und zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal angeordnet ist, und einen Hauptkolben-Nebenabschnitt, der einen Hauptkolben-Nebenabschnitt-Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Hauptkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser ist, und sich in Längsrichtung vom Hauptkolben-Hauptabschnitt zum zweiten Fluidkanal hin erstreckt. Außerdem kann die Betätigungsvorrichtung einen Nebenkolben mit einer Nebenkolben-Längsbohrung umfassen, derart, dass der Nebenkolben am Hauptkolben-Nebenabschnitt angeordnet und verschiebbar ist. Der Nebenkolben kann einen Nebenkolben-Hauptabschnitt, der einen Nebenkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Hauptkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser ist, und einen Nebenkolben-Nebenabschnitt, der einen Nebenkolben-Nebenabschnitt-Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Nebenkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser ist, und zwischen dem Hauptkolben-Hauptabschnitt und dem Nebenkolben-Hauptabschnitt angeordnet ist, aufweisen. Des Weiteren kann die Betätigungsvorrichtung einen Anschlagsicherungsring, der ringförmig ist und einen Anschlagsicherungsring-Innendurchmesser aufweist, der kleiner als der Nebenkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser und größer als der Nebenkolben-Nebenabschnitt-Außendurchmesser ist, umfassen, wobei der Anschlagsicherungsring innerhalb der Kolbengehäuse-Längsbohrung zwischen dem Hauptkolben-Hauptabschnitt und dem Nebenkolben-Hauptabschnitt fixiert ist und wobei sich der Nebenkolben-Nebenabschnitt da hindurch erstreckt. Eine erste Druckkraft, die auf den Hauptkolben in Richtung des zweiten Bohrungsendes wirkt, kann gleich einem ersten Druck, der am ersten Fluidkanal aufgebracht wird, multipliziert mit einer ersten Fläche, die gleich einer Hauptkolben-Querschnittsfläche des Hauptkolben-Hauptabschnitts ist, sein. Eine zweite Druckkraft, die auf den Hauptkolben in Richtung des ersten Bohrungsendes wirkt, wenn der Nebenkolben-Hauptabschnitt nicht mit dem Anschlagsicherungsring in Eingriff ist, kann gleich einem zweiten Druck, der am zweiten Fluidkanal aufgebracht wird, multipliziert mit einer zweiten Fläche, die gleich der kombinierten Querschnittsfläche einer Querschnittsfläche des Hauptkolben-Nebenabschnitts und einer Querschnittsfläche des Nebenkolben-Hauptabschnitts ist, sein. Eine dritte Druckkraft, die auf den Hauptkolben in Richtung des ersten Bohrungsendes wirkt, wenn der Nebenkolben-Hauptabschnitt mit dem Anschlagsicherungsring in Eingriff ist, kann gleich dem zweiten Druck, der am zweiten Fluidkanal aufgebracht wird, multipliziert mit einer dritten Fläche, die gleich der Querschnittsfläche des Hauptkolben-Nebenabschnitts ist, sein.
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Unter einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine steuerbare Kupplung offenbart. Die steuerbare Kupplung kann eine Außenlaufbahn, eine Innenlaufbahn, die relativ zur Außenlaufbahn drehbar ist, einen Mechanismus zum wahlweisen Sichern, der eine Vielzahl von Sicherungsbetriebsarten aufweist, um die relative Drehung zwischen zwei Bauteilen, die mittels der steuerbaren Kupplung verbunden werden, zu steuern, einen Betätigungsnocken, der zwischen einer Vielzahl von Betriebsartstellungen drehbar ist, wovon jede bewirkt, dass der Mechanismus zum wahlweisen Sichern in einer von der Vielzahl von Sicherungsbetriebsarten in Eingriff gelangt, und eine Betätigungsvorrichtung, wie im vorangehenden Absatz beschrieben, die mit dem Betätigungsnocken wirkverbunden ist, um den Mechanismus zum wahlweisen Sichern zwischen der Vielzahl von Betriebsartstellungen zu bewegen, während sich der Hauptkolben innerhalb der Kolbengehäuse-Längsbohrung in Längsrichtung bewegt, umfassen.
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Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Betätigungsvorrichtung für eine steuerbare Kupplung offenbart, mit einer Vielzahl von Betriebsartstellungen zum Steuern der relativen Drehung zwischen zwei Bauteilen, die mittels der steuerbaren Kupplung verbunden werden. Die Betätigungsvorrichtung kann ein Kolbengehäuse mit einer Außenfläche, einer sich in Längsrichtung durch das Kolbengehäuse erstreckenden Kolbengehäuse-Längsbohrung, einem ersten Fluidkanal, der sich von der Außenfläche nach innen erstreckt und die Kolbengehäuse-Längsbohrung in der Nähe eines ersten Bohrungsendes schneidet, und einem zweiten Fluidkanal, der sich von der Außenfläche nach innen erstreckt und die Kolbengehäuse-Längsbohrung in der Nähe eines zweiten Bohrungsendes schneidet, und einen Hauptkolben, der innerhalb der Kolbengehäuse-Längsbohrung für eine Längsbewegung darin angeordnet ist, umfassen. Der Hauptkolben kann einen Hauptkolben-Hauptabschnitt, der einen Hauptkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser aufweist und zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal angeordnet ist, und einen Hauptkolben-Nebenabschnitt, der einen Hauptkolben-Nebenabschnitt-Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Hauptkolben-Hauptabschnitt-Außendurchmesser ist, und sich in Längsrichtung vom Hauptkolben-Hauptabschnitt zum zweiten Fluidkanal hin erstreckt, aufweisen. Ferner kann die Betätigungsvorrichtung einen Nebenkolben, der einen Nebenkolben-Außendurchmesser und eine Nebenkolben-Längsbohrung aufweist, derart, dass der Nebenkolben am Hauptkolben-Nebenabschnitt innerhalb der Kolbengehäuse-Längsbohrung angeordnet und verschiebbar ist, und einen Anschlagsicherungsring, der innerhalb der Kolbengehäuse-Längsbohrung zwischen dem Hauptkolben-Hauptabschnitt und dem zweiten Bohrungsende fixiert ist und ringförmig ist und einen Anschlagsicherungsring-Innendurchmesser aufweist, der ein Hindurchgehen mindestens eines Abschnitts des Nebenkolbens durch den Anschlagsicherungsring ermöglicht, umfassen. Eine erste Druckkraft, die auf den Hauptkolben in Richtung des zweiten Bohrungsendes wirkt, ist gleich einem ersten Druck, der am ersten Fluidkanal aufgebracht wird, multipliziert mit einer ersten Fläche, die gleich einer Hauptkolben-Querschnittsfläche des Hauptkolben-Hauptabschnitts ist, eine zweite Druckkraft, die auf den Hauptkolben in Richtung des ersten Bohrungsendes wirkt, wenn der Nebenkolben nicht mit dem Anschlagsicherungsring in Eingriff ist, ist gleich einem zweiten Druck, der am zweiten Fluidkanal aufgebracht wird, multipliziert mit einer zweiten Fläche, die gleich der kombinierten Querschnittsfläche einer Querschnittsfläche des Hauptkolben-Nebenabschnitts und einer Querschnittsfläche des Nebenkolben-Hauptabschnitts ist, und die zweite Druckkraft, die auf den Hauptkolben wirkt, wenn der Nebenkolben mit dem Anschlagsicherungsring in Eingriff ist, ist gleich dem zweiten Druck, der am zweiten Fluidkanal aufgebracht wird, multipliziert mit einer dritten Fläche, die gleich der Querschnittsfläche des Hauptkolben-Nebenabschnitts ist.
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Weitere Aspekte sind durch die Ansprüche dieses Patents definiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist sowohl eine perspektivische Ansicht als auch eine Querschnittansicht eines Abschnitts einer möglichen Ausführungsform einer steuerbaren in Form eines mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplungsmoduls, das in Fahrzeugen implementiert werden kann;
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2 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnitts einer möglichen Ausführungsform des mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplungsmoduls von
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1, wobei die vordere Platte der Innenlaufbahn entfernt ist, um die inneren Bauteile zu offenbaren, und wobei sich ein Betätigungsnocken in einer Stellung befindet, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist;
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3 ist die vergrößerte Ansicht einer möglichen Ausführungsform des mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplungsmoduls von 1, wobei der Betätigungsnocken in einer Stellung ist, in der zwei Richtungen freigegeben sind;
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4 ist die vergrößerte Ansicht des mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplungsmoduls von 1, wobei der Betätigungsnocken in einer Stellung ist, in der zwei Richtungen gesperrt sind;
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5 ist eine Querschnittansicht, längs der Linie 5-5 in 2, einer Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung in einer Stellung zum Platzieren des Betätigungsnockens in die Stellung, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist;
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6 ist eine Querschnittansicht, längs der Linie 6-6 in 3, der Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung in einer Stellung zum Platzieren des Betätigungsnockens in die Stellung, in der zwei Richtungen freigegeben sind;
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7 ist eine Querschnittansicht, längs der Linie 7-7 in 4, der Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung in einer Stellung zum Platzieren des Betätigungsnockens in die Stellung, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist; und
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8 ist ein Diagramm eines ersten Drucks, der gesteuert wird, über der Verschiebung des Hauptkolbens der Betätigungsvorrichtung von 5 bis 7.
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Ausführliche Beschreibung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine steuerbare Kupplung, wie etwa ein mehrere Betriebsarten aufweisendes Kupplungsmodul, an verschiedenen Stellen eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) implementiert werden, um zum Verbinden und Trennen drehbarer Bauteile mehrere Betriebsarten bereitzustellen, die eine relative Drehung zwischen zwei Bauteilen verhindern bzw. zulassen. Mit Bezug auf
1: Eine mehrere Betriebsarten aufweisende Kupplung
10 eines Fahrzeugs kann von dem Typ sein, der in der internationalen Patentschrift
WO 2014/120 595 A1 von Papania, veröffentlicht am 7. August 2014 mit dem Titel „Multi-Mode Clutch Module“, durch die Bezugnahme ausdrücklich hierin mit eingeschlossen, bildlich dargestellt und beschrieben ist. Obwohl hier die mehrere Betriebsarten aufweisende Kupplung
10 bildlich dargestellt und beschrieben ist, wird dem Fachmann klar sein, dass Betätigungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung mit anderen Typen von steuerbaren Kupplungen implementiert werden können, die mehrere Betriebsarten zum Verbinden und Trennen drehbarer Bauteile bereitstellen, um eine relative Drehung zwischen zwei Bauteilen zu verhindern bzw. zulassen, und die Verwendung der Betätigungsvorrichtung mit solchen steuerbaren Kupplungen von den Erfindern in Erwägung gezogen wird. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die mehrere Betriebsarten aufweisende Kupplung
10 eine innen angetriebene Nabe
50 und ein Außengehäuse
52, das in einigen Betriebsarten der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung
10 für ein gemeinsames Drehen verriegelt und in anderen Betriebsarten der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung
10 für ein voneinander unabhängiges Drehen entriegelt werden kann, integrieren, wie nachstehend umfassender beschrieben wird. Die angetriebene Nabe
50 kann eine Anordnung von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen
54 aufweisen, die geeignet sind, eine Innenlaufbahn
56 an der angetriebenen Nabe
50 für ein Drehen damit zu sichern. Wie offenbart ist, besteht die Innenlaufbahn
56 aus einer ersten und einer zweiten Platte,
56A und
56B, die mit Zwischenraum angeordnet sind. Eine zwischen den beiden Innenlaufbahn-Platten
56A,
56B eingefügte Außenlaufbahn
58 ist so angeordnet, dass sie eine relative Drehung zwischen der Innenlaufbahn
56 und der Außenlaufbahn
58 ermöglicht, wobei die Außenlaufbahn
58 mit dem Außengehäuse
52 für ein Drehen damit wirkverbunden ist.
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Bei der derzeitigen Ausführung der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 ist zwischen einer der Laufbahnplatten 56A, 56B und der Außenlaufbahn 58 ein Betätigungsnocken 60 eingefügt und zwar für ein Drehen um einen vorher festgelegten Winkel um eine gemeinsame Achse der angetriebenen Nabe 50 und des Außengehäuses 52, um Bewegungen von Paaren einander gegenüberliegender Sperrklinken 62, 64 zu steuern, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Sätze von Sperrklinken 62, 64 sind zwischen den Innenlaufbahn-Platten 56A, 56B eingeschlossen und demzufolge gesichert, derart, dass eingeschränkte Winkelbewegungen der innerhalb der schleifenförmigen Öffnungen 66, 68 zurückgehaltenen Sperrklinken 62, 64 ermöglicht werden, die jeweils der Steuerung durch den Betätigungsnocken 60 unterliegen. Bei jedem Satz ist die Kombination aus Sperrklinke 62 und zugehöriger Öffnung 66 der Kombination aus Sperrklinke 64 und zugehöriger Öffnung 68 etwa gleich, jedoch entgegengesetzt orientiert. Die Elemente der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 sind im Außengehäuse 52 enthalten. Eine Vielzahl voneinander beabstandeter Öffnungen 70 ist geeignet, Niete (nicht gezeigt) aufzunehmen, um eine feste und biegesteife Sicherung jeder der zwei Innenlaufbahn-Platten 56A und 56B gegeneinander zu erzielen.
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Die Funktionsteile der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 sind in den 2 bis 4 veranschaulicht, welche die verschiedenen Betriebsarten der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 zum Steuern der relativen Drehung zwischen den Bauteilen, die an der angetriebenen Nabe 50 angebracht sind, und dem Außengehäuse 52 veranschaulichen. Zunächst mit Bezug auf 2: Die Außenlaufbahn 58 ist dafür ausgelegt, einem Zusammenwirken mit den Sperrklinken 62, 64 Rechnung zu tragen und zwar dadurch, dass der Innenumfang der Außenlaufbahn 58 mit in Umfangsrichtung beabstandeten Kerben 72 bereitgestellt ist, wovon jede durch zwei radial nach innen vorstehende Zähne 74 abgegrenzt wird, zwischen denen sie sich befindet. Die Kerben 72 und Zähne 74 sind so gestaltet, dass in Abwesenheit des Betätigungsnockens 60 ein Zehenende 76 jeder Sperrklinke 62 in eine der Kerben 72 eindringt und mit dem zugehörigen Zahn 74 in Eingriff gelangt, wenn die angetriebene Nabe 50 und die Innenlaufbahn 56 wie in 2 zu sehen sich im Uhrzeigersinn relativ zum Außengehäuse 52 und zur Außenlaufbahn 58 drehen, um zu bewirken, dass die verbundenen Bauteile sich gemeinsam drehen. Genauso dringt ein Zehenende 78 jeder Sperrklinke 64 in eine der Kerben 72 ein und gelangt mit dem zugehörigen Zahn 74 in Eingriff, wenn die angetriebene Nabe 50 und die Innenlaufbahn 56 sich gegen den Uhrzeigersinn relativ zum Außengehäuse 52 und zur Außenlaufbahn 58 drehen, um zu bewirken, dass die verbundenen Bauteile sich gemeinsam drehen.
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Innerhalb seiner Innenperipherie integriert der Betätigungsnocken 60 eine strategisch gelegene Anordnung von in Umfangsrichtung beabstandeten Aussparungen, hier Schlitze 80 genannt, die durch Vorsprünge abgegrenzt werden, zwischen denen sie sich befinden, hier Nockenzähne 82 genannt. Die Schlitze 80 und die Nockenzähne 82 sind geeignet, mit den Sperrklinken 62, 64 zusammenzuwirken, um ihre Bewegung innerhalb der Öffnungen 66 bzw. 68 und ihre Anordnung innerhalb der Kerben 72 und die Kopplung mit den Zähnen 74, wie noch beschrieben wird, zu steuern. Ferner kann der Betätigungsnocken 60 einen Betätigungsansatz 84 oder ein anderes geeignetes Organ oder eine Oberfläche aufweisen, womit eine Betätigungsvorrichtung 100 in Eingriff gebracht werden kann, die imstande ist, ein Bewegen des Betätigungsnockens 60 durch seinen Drehbereich in die in 2 bis 4 gezeigten Stellungen zu bewirken. Bei der Betätigungsvorrichtung 100 kann es sich um irgendeinen geeigneten Betätigungsmechanismus handeln, der imstande ist, den Betätigungsnocken 60 zu bewegen, wie etwa einen hydraulischen Aktor, wie veranschaulicht und nachstehend beschrieben, der mit dem Betätigungsnocken 60 wirkverbunden und imstande ist, den Betätigungsnocken 60 in mehrere Stellungen zu drehen. Der Betätigungsansatz 84 kann einen sich radial erstreckenden Schlitz 85 aufweisen, der eine Nockenbetätigungsstange 102 aufnimmt, die sich von einem in Längsrichtung verlaufenden Schlitz 104 der Betätigungsvorrichtung 100 erstreckt. Die Nockenbetätigungsstange 102 kann Kräfte von der Betätigungsvorrichtung 100 übertragen, um den Betätigungsnocken 60 im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Die Verbindung zwischen dem Betätigungsnocken 60 und der Betätigungsvorrichtung 100 dient lediglich zur Veranschaulichung; alternative Anordnungen und Gestänge, die eine Überführung der translatorischen Bewegung der Betätigungsvorrichtung 100 in eine Drehbewegung des Betätigungsnockens 60 ermöglichen, um zwischen einer Vielzahl von verfügbaren Kupplungsbetriebsarten zu schalten, werden in Erwägung gezogen und für einen Fachmann offensichtlich sein. Bei der veranschaulichten Ausführungsform kann der Betätigungsansatz 84 innerhalb eines Schlitzes 86 durch die Außenlaufbahn angeordnet sein, und die Drehung des Betätigungsnockens 60 kann durch eine erste Begrenzungsfläche 88, an welcher der Betätigungsansatz 84 in der in 2 gezeigten Stellung in Anlage ist, und eine zweite Begrenzungsfläche 90, an welcher der Betätigungsansatz 84 in der in 4 gezeigten Stellung in Anlage ist, begrenzt werden.
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Die Sperrklinken 62, 64 sind asymmetrisch gestaltet, und sie sind spiegelbildlich gleich. Jede der einander gegenüberliegenden Sperrklinken 62, 64 wird innerhalb ihrer eigenen schleifenförmigen Sperrklinken-Öffnung 66 bzw. 68 in den Innenlaufbahn-Platten 56A und 56B beweglich zurückgehalten. Das Zehenende 76, 78 jeder einzelnen Sperrklinke 62 bzw. 64 wird mittels einer Feder 92 radial nach außen gedrängt. Jede Feder 92 weist einen Basisteil 94 und ein Paar Federarme 96 und 98 auf. Die Federarme 96 liegen an den Unterseiten der Sperrklinken 62 an, während die Federarme 98 an den Unterseiten der Sperrklinken 64 anliegen, um jeweils die entsprechenden Zehenenden 76, 78 in Anlage an den Zähnen 74 der Außenlaufbahn 58 zu bringen, wenn dies nicht durch die Nockenzähne 82 des Betätigungsnockens 60 verhindert wird. Anhand von 2 wird deutlich, dass sich axial erstreckende Niete 99 verwendet werden, um die Innenlaufbahn-Platten 56A, 56B aneinander zu befestigen. Die Niete 99 erstrecken sich durch die Öffnungen 70 in jeder der Platten 56A, 56B, um die zwei Platten 56A, 56B biegesteif zusammenzuhalten und somit eine Sicherung gegen jede relative Drehung, die Platten 56A, 56B betreffend, erreichen. Im Rahmen dieser Offenbarung können zum Sichern der Innenlaufbahn-Platten 56A, 56B anstelle der Niete 99 andere Konstruktions-/Befestigungselemente verwendet werden.
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Es versteht sich, dass die Betätigungsvorrichtung 100 im Endeffekt den Betätigungsansatz 84 steuert, der wiederum den Betätigungsnocken 60 zwischen mehreren unterschiedlichen Winkelstellungen bewegt. Demnach wird die Positionierung der Sperrklinken 62, 64, die axial zwischen den vernieteten Innenlaufbahn-Platten 56A, 56B zurückgehalten werden, direkt vom Betätigungsnocken 60 gegen die Kräfte der Federn 92 gesteuert. In 2 ist der Betätigungsansatz 84 als mittels der Betätigungsvorrichtung 100 in eine erste, schräg nach rechts ansteuerbare Stellung gebracht dargestellt, die für eine erste Betriebsart, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist, oder freie Betriebsart repräsentativ ist. In dieser Stellung sind die Schlitze 80 und die Nockenzähne 82 des Betätigungsnockens 60 so positioniert, dass die Zehenenden 76 der Sperrklinken 62 durch die Nockenzähne 82 am Eingriff mit den Kerben 72 und folglich mit den Zähnen 74 an der Innenseite der Außenlaufbahn 58 gehindert werden. Von daher ist die Innenlaufbahn 56 für den Freilauf relativ zur Außenlaufbahn 58 freigegeben, und somit wird ein Freilaufzustand erhalten, wenn die Innenlaufbahn 56 und die angetriebene Nabe 50 sich im Uhrzeigersinn relativ zur Außenlaufbahn 58 und zum Außengehäuse 52 drehen. Im Gegenzug ermöglicht jedoch die Stellung des Betätigungsnockens 60 den Zehenenden 78 der Sperrklinken 64, infolge der Vorspannkraft der Federarme 98 in die Schlitze 80 des Betätigungsnockens 60 einzudringen und dadurch direkt an den Zähnen 74 der Außenlaufbahn 58 in zur Anlage zu kommen, um die Innenlaufbahn 56 und die Außenlaufbahn 58 jedes Mal zu koppeln, wenn die Innenlaufbahn 56 und die angetriebene Nabe 50 eine Antriebsbewegung oder Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn erfahren, wodurch ein gemeinsames Drehen der angetriebene Nabe 50 und des Außengehäuses 52 bewirkt wird.
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3 veranschaulicht den Betätigungsansatz 84, der mittels der Betätigungsvorrichtung 100 in eine zweite, ansteuerbare Zwischenstellung gebracht worden ist, die für eine Betriebsart, in der zwei Richtungen freigegeben sind, oder freie Betriebsart der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 repräsentativ ist. In dieser Stellung sind die Schlitze 80 und die Nockenzähne 82 des Betätigungsnockens 60 so positioniert, dass ein Eingreifen der Zehenenden 76, 78 der beiden Sperrklinken 62, 64 in die Schlitze 80 des Betätigungsnockens 60 verhindert wird und die Zähne 74 der Außenlaufbahn 58 außer Eingriff bleiben. Solange kein Eingriff der Sperrklinken 62, 64 mit den Zähnen 74 möglich ist, sind die Innenlaufbahn 56 und die angetriebene Nabe 50 zum Freilauf bezüglich der Außenlaufbahn 58 und des Außengehäuses 52 bei einer relativen Drehung entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn fähig.
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In 4 ist der Betätigungsansatz 84 in einer dritten, schräg nach links ansteuerbaren Stellung gezeigt, die für eine Betriebsart, in der zwei Richtungen gesperrt sind, der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 repräsentativ ist. In dieser Konfiguration ist der Betätigungsnocken 60 so positioniert, dass die Zehenenden 76, 78 der beiden Sperrklinken 62, 64 unter den Vorspannkräften des Federarms 96 bzw. 98 in die Schlitze 80 des Betätigungsnockens 60 eindringen und wie vorstehend beschrieben mit den Zähnen 74 der Außenlaufbahn 58 zusammenwirken, um die Innenlaufbahn 56 und die angetriebene Nabe 50 mit der Außenlaufbahn 58 und dem Außengehäuse 52 für ein gemeinsames Drehen zu koppeln und zwar ungeachtet der Drehrichtung der Innenlaufbahn 56 und der angetriebenen Nabe 50.
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Auch wenn hier eine besondere Ausführungsform der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung
10 bildlich dargestellt und beschrieben ist, versteht sich für den Fachmann, dass alternative Ausgestaltungen von mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplungen und anderen steuerbaren Kupplungen möglich sind, die als Alternativen oder zusätzlich zu den Betriebsarten, in denen zwei Richtungen freigegeben bzw. gesperrt sind (
3 und
4), und der Betriebsart, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist (
2), Betriebsarten oder Stellungen bereitstellen. Beispielsweise kann eine zusätzliche Betriebsart, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist und die einen Freilaufzustand ermöglichen kann, wenn die Innenlaufbahn
56 und die angetriebene Nabe
50 sich gegen den Uhrzeigersinn relativ zur Außenlaufbahn
58 und zum Außengehäuse
52 drehen, jedes Mal, wenn die Innenlaufbahn
56 und die angetriebene Nabe
50 eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn erfahren, die Innenlaufbahn
56 und die Außenlaufbahn
58 koppeln, sodass die angetriebene Nabe
50 und das Außengehäuse
52 sich gemeinsam drehen. Überdies können alternative Strukturen, die einige oder alle der hier erörterten Betriebsarten für steuerbare Kupplungen bereitstellen, auf eine ähnliche Weise in Fahrzeugen implementiert werden, wie im
US-Patent Nr. 8,079,453 von Kimes, veröffentlicht am 20. Dezember 2011 mit dem Titel „Controllable Overrunning Coupling Assembly“, bildlich dargestellt und beschrieben ist. Die Implementierung solcher alternativer steuerbarer Kupplungen in Fahrzeugen und das Steuern der Betriebsartenumschaltung bei Verwendung solcher Kupplungen mit Betätigungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung wäre im Rahmen der Fähigkeiten von Fachleuten und wird von den Erfindern in Erwägung gezogen.
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5 veranschaulicht eine Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 100, die in einer Querschnittansicht längs der Linie 5-5 in 2 gezeigt ist. Die Betätigungsvorrichtung 100 kann ein Kolbengehäuse 110 aufweisen, mit einer Längsbohrung 112, die sich nach innen, in das Kolbengehäuse 110 hinein, von einem offenen Ende 114 bis zu einem geschlossenen Ende 116, das gegenüber dem offenen Ende 114 angeordnet ist, erstreckt. Die Längsbohrung 112 kann mehrere Änderungen bzw. Übergänge des Innendurchmessers aufweisen, während sich die Längsbohrung 112 nach innen erstreckt, um verschiedene innere Bauteile der Betätigungsvorrichtung 100 aufzunehmen. Die Längsbohrung 112 kann in der Nähe des offenen Endes 114 einen Kappenbohrungsabschnitt 118 aufweisen, der am ersten Bohrungsabsatz 122 in einen Hauptbohrungsabschnitt 120 mit kleinerem Innendurchmesser übergeht, und der Hauptbohrungsabschnitt 120 kann an einem zweiten Bohrungsabsatz 126 in einen Nebenbohrungsabschnitt 124 mit kleinerem Innendurchmesser übergehen. Der Nebenbohrungsabschnitt 124 kann an einem dritten Bohrungsabsatz 130 mit einer Ansenkfläche 132 in einen Feder-Halteabschnitt 128 mit kleinerem Innendurchmesser übergehen, und der Feder-Halteabschnitt 128 kann an einer Bohrungsendwand 134 enden. Die Längsbohrung 112 kann ferner im Kappenbohrungsabschnitt 118 eine Kappensicherungsring-Ringnut 136, die einen größeren Innendurchmesser als der Kappenbohrungsabschnitt 118 aufweist, und im Nebenbohrungsabschnitt 124 eine Anschlagsicherungsring-Ringnut 138, die einen größeren Innendurchmesser als der Nebenbohrungsabschnitt 124 aufweist, definieren. Die Funktionen der Ringnuten 136, 138 werden nachstehend ausführlicher erläutert.
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Im Kolbengehäuse 110 können weitere Kanäle abgegrenzt sein. Der Längsschlitz 104 kann sich von einer Außenfläche 140 des Kolbengehäuses 110 nach innen erstrecken und die Längsbohrung 112 im Hauptbohrungsabschnitt 120 in der Nähe des zweiten Bohrungsabsatzes 126 und des Nebenbohrungsabschnitts 124 schneiden. Ein erster Fluidkanal 142 kann sich von der Außenfläche 140 nach innen erstrecken und den Hauptbohrungsabschnitt 120 in der Nähe des ersten Bohrungsabsatzes 122 schneiden. Ein zweiter Fluidkanal 144 kann sich von der Außenfläche 140 nach innen erstrecken und den Feder-Halteabschnitt 128 schneiden. Der erste Fluidkanal 142 und der zweite Fluidkanal 144 können für einen Anschluss an Leitungen (nicht gezeigt) von Hydraulikflüssigkeitsquellen (nicht gezeigt) des Fahrzeugs ausgelegt sein, um den Hauptbohrungsabschnitt 120 bzw. den Feder-Halteabschnitt 128 mit Hydraulikflüssigkeit zu versorgen. Wie nachstehend ausführlicher erörtert, kann einer oder können beide der Fluidkanäle 142, 144 mit Druckfluidquellen verbunden sein, die Hydraulikflüssigkeit mit veränderlichen Drücken zum Steuern des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 100 und dementsprechend der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 bereitstellt.
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Die Betätigungsvorrichtung 100 kann einen in der Längsbohrung 112 angeordneten Hauptkolben 150 aufweisen, der innerhalb der Längsbohrung 112 in Längsrichtung hin und her verschiebbar ist. Der Hauptkolben 150 kann einen Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 aufweisen, der innerhalb des Hauptbohrungsabschnitts 120 angeordnet ist. Der Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 kann einen Außendurchmesser aufweisen, der kleiner als der Innendurchmesser des Hauptbohrungsabschnitts 120 ist, sodass der Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 darin gleiten kann, ohne dass dazwischen eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit auftritt. Bei Bedarf können zusätzlich geeignete Dichtungen (nicht gezeigt) zwischen dem Hauptbohrungsabschnitt 120 und dem Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 bereitgestellt werden, um eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Der Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 kann eine Betätigungsstangenbohrung 154 aufweisen, die sich radial nach innen in den Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 erstreckt und zum Längsschlitz 104 ausgerichtet ist, um ein Ende der Nockenbetätigungsstange 102 aufzunehmen und zurückzuhalten. Der Hauptkolben 150 kann an einer ersten Hauptkolbenschulter 158 vom Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 in einen Hauptkolben-Nebenabschnitt 156 mit kleinerem Außendurchmesser übergehen und dann an einer zweiten Hauptkolbenschulter 162 in einen Hauptkolben-Federabschnitt 160 mit noch kleinerem Außendurchmesser übergehen.
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Der Außendurchmesser des Hauptkolben-Nebenabschnitts 156 kann kleiner als der Innendurchmesser des Nebenbohrungsabschnitts 124 sein, sodass dazwischen ein Nebenkolben 170 angeordnet sein kann. Der Nebenkolben 170 kann eine durchgehende Nebenkolben-Längsbohrung 172 mit einem Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Hauptkolben-Nebenabschnitts 156 ist, aufweisen, sodass der Hauptkolben 150 und der Nebenkolben 170 in Längsrichtung relativ zueinander gleiten können, ohne dass dazwischen eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit auftritt. Bei Bedarf können zusätzlich geeignete Dichtungen (nicht gezeigt) zwischen dem Hauptkolben-Nebenabschnitt 156 und der Nebenkolben-Längsbohrung 172 bereitgestellt werden, um eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Der Nebenkolben 170 kann einen Nebenkolben-Hauptabschnitt 174 mit einem Außendurchmesser aufweisen, der kleiner als der Innendurchmesser des Nebenbohrungsabschnitts 124 ist, sodass der Nebenkolben-Hauptabschnitt 174 darin gleiten kann, ohne dass dazwischen eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit auftritt. Bei Bedarf können zusätzlich geeignete Dichtungen (nicht gezeigt) zwischen dem Nebenbohrungsabschnitt 124 und dem Nebenkolben-Hauptabschnitt 174 bereitgestellt werden, um eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Der Nebenkolben 170 kann an der Nebenkolbenschulter 178 vom Nebenkolben-Hauptabschnitt 174 in einen Nebenkolben-Nebenabschnitt 176 mit kleinerem Außendurchmesser übergehen. Der Nebenkolben-Nebenabschnitt 176 kann zwischen dem Nebenkolben-Hauptabschnitt 174 und dem Hauptkolben-Hauptabschnitt 152 angeordnet sein, um wie nachstehend ausführlicher beschrieben zu arbeiten.
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Der Außendurchmesser des Hauptkolben-Federabschnitts 160 kann kleiner als der Innendurchmesser des Feder-Halteabschnitts 128 sein, sodass dazwischen eine Kolbenfeder 180 angeordnet sein kann. Die Kolbenfeder 180 kann zwischen der Bohrungsendwand 134 und der zweiten Hauptkolbenschulter 162 zusammengedrückt werden, um eine Kraft zu erzielen, die den Hauptkolben 150 zum offenen Ende 114 der Längsbohrung 112 hin vorbelastet. Durch eine Kappe 182, die durch das offene Ende 114 der Längsbohrung 112 eingeführt und mit dem ersten Bohrungsabsatz 122 in Eingriff gebracht wird, kann der Hauptkolben 150 in der Längsbohrung 112 zurückgehalten werden. Die Kappe 182 kann mittels eines Kappensicherungsrings 184 an ihrer Verwendungsstelle gehalten werden. Der Kappensicherungsring 184 kann ringförmig sein und einen Außendurchmesser aufweisen, der größer als der Innendurchmesser des Kappenbohrungsabschnitts 118 ist, und kann in die Kappensicherungsring-Ringnut 136 gepresst werden, um die Kappe 182 an ihrer Verwendungsstelle festzuhalten. Ferner kann die Betätigungsvorrichtung 100 einen Anschlagsicherungsring 186 umfassen, der ringförmig sein kann und einen Außendurchmesser aufweisen kann, der größer als der Innendurchmesser des Nebenbohrungsabschnitts 124 ist, sodass der Anschlagsicherungsring 186 in die Anschlagsicherungsring-Ringnut 138 gepresst werden kann. Der Anschlagsicherungsring 186 kann eine Innenfläche mit einem Innendurchmesser aufweisen, der größer als der Außendurchmesser des Nebenkolben-Nebenabschnitts 176 ist, sodass der Anschlagsicherungsring 186 über dem Nebenkolben-Nebenabschnitt 176 angeordnet werden kann, ohne mit dem Nebenkolben-Nebenabschnitt 176 in Eingriff zu gelangen und die Längsbewegung des Hauptkolbens 150 und des Nebenkolbens 170 zu begrenzen.
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In der veranschaulichten Ausführungsform wird die Stellung des Hauptkolbens 150, der Nockenbetätigungsstange 102 und dementsprechend des Betätigungsnockens 60 durch einen ersten Druck P1 am ersten Fluidkanal 142, einen zweiten Druck P2 am zweiten Fluidkanal 144 und den Kompressionsweg der Kolbenfeder 180 bestimmt. Der erste Druck P1 wirkt auf den Hauptkolben-Hauptabschnitt 152, indem er eine erste Druckkraft F1 nach rechts ausübt, wie in 5 zu sehen, die einen Betrag von P1 × A1 hat, wobei A1 die Querschnittsfläche des Hauptkolben-Hauptabschnitts 152 ist. Der zweite Druck P2 wirkt sowohl auf den Hauptkolben-Nebenabschnitt 156 und den Hauptkolben-Federabschnitt 160 als auch auf den Nebenkolben-Hauptabschnitt 174, indem er eine zweite Druckkraft F2 auf den Hauptkolben 150 nach links ausübt. Die zweite Druckkraft F2 hat einen Betrag, der gleich P2 × A2 ist, wobei A2 die kombinierte Querschnittsfläche des Hauptkolben-Nebenabschnitts 156 und des Nebenkolben-Hauptabschnitts 174 ist. Schlussendlich übt die Kolbenfeder 180 nach links auf den Hauptkolben 150 eine Federkraft FK aus, deren Betrag gleich kX ist, wobei k die Federkonstante für die Kolbenfeder 180 ist und X der Kompressionsweg der Kolbenfeder 180 ist. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Federkonstante k über dem Arbeitsbereich der Betätigungsvorrichtung 100 einen konstanten Wert haben wird.
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Im vorliegenden Beispiel hat der zweite Druck P2 einen Wert, der ungefähr konstant und gleich dem Systemdruck des Fahrzeugs ist, der dem Steuerungssystem bekannt ist, das Änderungen an der Stellung der Betätigungsvorrichtung 100 und der Betriebsart der mehrere Betriebsarten aufweisenden Kupplung 10 veranlasst. Der erste Druck P1 ist ein Steuerdruck, der durch Steuern eines Austrittsdrucks von einer Quelle druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit (nicht gezeigt) in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidkanal 142 variiert werden kann. Folglich wird der erste Druck P1 derart gesteuert und variiert, dass der Hauptkolben 150 und die Nockenbetätigungsstange 102 bewegt werden.
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Wie in 5 zu sehen, wird der Hauptkolben 150 nach rechts bewegt, wobei die erste Hauptkolbenschulter 158 am zweiten Bohrungsabsatz 126 zur Anlage kommt. Wenn sich der Kolben in dieser Stellung befindet, hat die Nockenbetätigungsstange 102 den Betätigungsnocken 60 in die in 2 gezeigte erste Betriebsartstellung bewegt. Die Kräftegleichung für diese Stellung lässt sich ausdrücken als: F1 > F2 + FK, oder P1 * A1 > P2 * A2 + kX. Durch Konstanthalten des ersten Drucks P1 oder Erhöhen des ersten Drucks P1 wird der Hauptkolben 150 in der rechten Endlage gehalten, und die mehrere Betriebsarten aufweisende Kupplung 10 wird in der ersten Betriebsart bleiben.
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Wenn ein Controller (nicht gezeigt) des Fahrzeugs erfasst, dass sich die mehrere Betriebsarten aufweisende Kupplung 10 in eine zweite Betriebsart bewegen sollte, wie etwa jene, die in 3 gezeigt ist, kann der Controller die Quelle druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit veranlassen, den ersten Druck P1 zu verringern. Wenn sich die Kräftegleichung zu F1 < F2 + FK oder P1 * A1 < P2 * A2 + kX ändert, können die zweite Druckkraft F2 und die Federkraft FK die erste Druckkraft F1 überwinden und bewirken, dass der Hauptkolben 150 beginnt, sich nach links, zur zweiten Betriebsartstellung hin, in 6 gezeigt, zu bewegen. In der Stellung von 6 ist die Nebenkolbenschulter 178 am Anschlagsicherungsring 186 in Anlage und kann nicht weiter nach links bewegt werden. Dadurch wird die Kraft, die auf den Nebenkolben 170 ausgeübt wird, vom Anschlagsicherungsring 186 aufgenommen und nicht länger auf den Hauptkolben 150 übertragen. Auf den Hauptkolben 150 wirkt nur die Druckkraft, die durch den zweiten Druck P2 auf den Hauptkolben-Nebenabschnitt 156 und den Hauptkolben-Federabschnitt 160 ausgeübt wird. Unter diesen Umständen ändert sich der Betrag der zweiten Druckkraft F2 zu P2 × A3, wobei A3 die Querschnittsfläche des Hauptkolben-Nebenabschnitts 156 ist. Die Fläche A3 ist kleiner als die Fläche A2 und bewirkt ein sofortiges Absinken der zweiten Druckkraft F2, sodass sich die Kräftegleichung zu F1 > F2 + FK oder P1 * A1 > P2 * A3 + kX ändert.
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Aufgrund des Übergangs zur kleineren Querschnittsfläche A3 wird der Hauptkolben 150 in der zweiten Betriebsartstellung von 6 bleiben, bis der erste Druck P1 auf einen Wert absinkt, bei dem sich die Kräftegleichung zu F1 < F2 + FK oder P1 * A1 < P2 * A3 + kX ändert. Die Größe der Änderung von der Fläche A2 zur Fläche A3 wird die erforderliche Verringerung des ersten Drucks P1 bestimmen, die erforderlich ist, um das Gleichgewicht zu verschieben und zu bewirken, dass sich der Hauptkolben 150 wieder nach links, zur dritten Betriebsartstellung hin, in 7 gezeigt, bewegt, in welcher der Hauptkolben 150 mit der Kappe 182 in Eingriff ist, um ein scharfes Bremsen zu definieren, bei dem der Hauptkolben 150 und die Nockenbetätigungsstange 102 den Betätigungsnocken 60 in die in 4 gezeigte dritte Betriebsartstellung bewegen. Wenn der Controller bestimmt, dass die Betätigungsvorrichtung 100 sich aus der dritten Betriebsartstellung nach rechts in entweder die erste oder die zweite Betriebsartstellung bewegen sollte, kann der Controller die Quelle druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit veranlassen, den ersten Druck P1 so zu erhöhen, dass die erste Druckkraft F1 größer als die Summe der zweiten Druckkraft F2 und der Federkraft FK ist.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die Betätigungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Notwendigkeit eines Stellungssensors beseitigen, der für die Steuerungsstrategie der steuerbaren Kupplung eine Rückmeldung der Stellung des Betätigungsnockens 60, der Nockenbetätigungsstange 102 oder des Hauptkolbens 150 liefert, während sie nach wie vor eine genaue Präzisionssteuerung der Betätigungsvorrichtung 100 ermöglicht. 8 liefert ein Diagramm 190 des ersten Drucks P1 über der Verschiebung des Hauptkolbens 150. Ein erster Punkt 192 im Diagramm 190 stellt einen ersten Gleichgewichtspunkt dar, in dem der Hauptkolben 150 sich in der ersten Betriebsartstellung von 5 befindet. In dem ersten Punkt 192 ist die Kräftegleichung P1 * A1 = P2 * A2 + kX, sodass eine Verringerung des ersten Drucks P1 bewirken wird, dass sich der Hauptkolben 150 nach links bewegt, und eine Erhöhung des ersten Drucks P1 eine Zunahme der Kraft der ersten Hauptkolbenschulter 158 gegen den zweiten Bohrungsabsatz 126, jedoch keine weitere Verschiebung nach rechts zur Folge haben wird.
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Ein zweiter Punkt 194 im Diagramm 190 stellt einen zweiten Gleichgewichtspunkt dar, in dem der Hauptkolben 150 ausgehend von der ersten Betriebsartstellung in der zweiten Betriebsartstellung von 6 ankommt. Die Kräftegleichung unter Verwendung der Fläche A2 ist ebenfalls P1 * A1 = P2 * A2 + kX, sodass eine Erhöhung des ersten Drucks P1 bewirken wird, dass sich der Hauptkolben 150 nach rechts bewegt, und eine Verringerung des ersten Drucks P1 eine Abnahme der ersten Druckkraft F1 gegen den Hauptkolben 150, jedoch noch keine weitere Verschiebung nach links zur Folge haben wird, da die Kräftegleichung unter Verwendung der Fläche A3 ebenfalls P1 * A1 > P2 * A3 + kX ist. Der Hauptkolben 150 wird an Ort und Stelle bleiben, während der erste Druck P1 abfällt, bis er einen dritten Punkt 196 erreicht, der einen dritten Gleichgewichtspunkt darstellt, in dem P1 * A1 = P2 * A3 + kX gilt. Bei Drücken unterhalb des dritten Punkts 196 kann sich der Hauptkolben 150 wieder nach links bewegen, bis er in einem vierten Punkt 198 die dritte Betriebsartstellung von 7 erreicht.
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Diese Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung 100 ermöglicht eine präzise Steuerung der Stellung des Hauptkolbens 150, ohne eine präzise Regelung des ersten Drucks P1 zu benötigen. Wie im Diagramm 190 von 8 gezeigt, ermöglichen der feste Anschlag, der durch den Anschlagsicherungsring 186 bereitgestellt wird, und der entsprechende Übergang zwischen der Fläche A2 und der Fläche A3, dass der erste Druck P1 einen Wert hat, der innerhalb eines Totbereiches zwischen dem zweiten Punkt 194 und dem dritten Punkt 196 liegt, und der Hauptkolben in der zweiten Betriebsartstellung gehalten wird. Die Größe des Totbereiches kann nach Bedarf verändert werden, indem die Flächen A2, A3 so angepasst werden, dass sich ein gewünschtes Ansprechverhalten der Betätigungsvorrichtung 100 in der Umgebung der zweiten Betriebsartstellung und die Präzision, die zum Steuern des ersten Drucks P1 von der Quelle druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit benötigt wird, ergeben.
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Für den Fachmann versteht sich, dass die Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung 100 und der Steuerungsstrategie, wie hier beschrieben, beispielhaft sind, und Modifikationen der Ausführung in Erwägung gezogen werden. Beispielsweise kann, in alternativen Ausführungsformen, der erste Druck P1 konstantgehalten werden und der zweite Druck P2 kann derart gesteuert werden, dass sich der Hauptkolben 150 nach rechts (Verringerung des zweiten Drucks P2) bzw. nach links (Erhöhung des zweiten Drucks P2) bewegt. Als weitere Alternativen können beide Drücke P1, P2 so gesteuert werden, dass ein Druckunterschied variiert wird, um den Hauptkolben 150 zu bewegen. Auch wenn hier drei Kupplungsbetriebsarten bildlich dargestellt und beschrieben sind, versteht sich für den Fachmann, dass die Betätigungsvorrichtung 100 mit weiteren festen Anschlägen ausgeführt werden kann, bei denen durch die auftretende Änderung der Größe von Flächen, worauf Drücke wirken, zusätzliche Totbereiche geschaffen werden, in denen der Hauptkolben 150 in einer Betriebsartstellung für die mehrere Betriebsarten aufweisende Kupplung 10 stoppt. Solche Varianten werden von den Erfindern als bei Betätigungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar angesehen.
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Auch kann die Ausführung hinsichtlich des Orts und des Vorhandenseins der Kolbenfeder 180 abgewandelt werden. Die Kolbenfeder 180 kann an anderen Orten in der Betätigungsvorrichtung 100 und ihrer Umgebung angeordnet werden, wobei sie nach wie vor eine Wirkung auf die Kurve 190 und die Reaktion und Steuerung des Hauptkolbens 150 hat. Beispielsweise könnte die Kolbenfeder 180 auf die andere Seite des Hauptkolbens 150 verschoben und zwischen dem Hauptkolben 150 und der Kappe 182 positioniert werden. In dieser Position würde die Kolbenfeder 180 den Hauptkolben 150 zur Stellung von 5 hin, in der eine Richtung gesperrt und eine Richtung freigegeben ist, vorbelasten. Bei diesen Ausführungsformen wäre in den vorstehend erörterten Gleichungen die Federkraft FK von der zweiten Druckkraft F2 zu subtrahieren. Da die Federkraft FK die erste Druckkraft F1 beim Bewegen des Hauptkolbens 150 nach rechts unterstützt, wird sich die Kurve im Diagramm 190 nach unten verschieben und sind niedrigere erste Drücke P1 erforderlich, um den Hauptkolben 150 zwischen den Verriegelungsstellungen zu bewegen. Außerdem wird in Erwägung gezogen, dass auf beiden Seiten des Hauptkolbens 150 Kolbenfedern 180 eingesetzt werden können, sodass der Hauptkolben 150 zu einer dazwischenliegenden Verriegelungsstellung hin vorbelastet wird, wie etwa jener, die in 6 gezeigt ist. Bei solchen Ausführungsformen treten auf beiden Seiten der Kräftegleichgewichtsgleichungen Faktoren auf, welche die Federkraft FK repräsentieren, und der erste Druck F1 wird entsprechend der Steuerungsstrategie für die Betätigungsvorrichtung 100 eingestellt.
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Bei anderen Ausführungsformen kann sich die Kolbenfeder 180 außerhalb des Kolbengehäuses 110 befinden und nach wie vor mit der Nockenbetätigungsstange 102 wirkverbunden sein, um die Federkraft FK auf den Hauptkolben 150 zu übertragen. Beispielsweise kann die Kolbenfeder 180 zwischen einen stationären Abschnitt des Fahrzeugs, wie etwa den Fahrzeugrahmen, und die Nockenbetätigungsstange 102 gekoppelt sein. Alternativ kann die Kolbenfeder 180 zwischen der stationären Struktur und dem Nockenbetätiger 60 eingefügt sein, der über die dazwischenliegende Verbindung, die durch die Nockenbetätigungsstange 102 bereitgestellt wird, die Federkraft FK der Kolbenfeder 180 auf den Hauptkolben 150 überträgt. Solche externen Anordnungen der Kolbenfeder 180 können dazu dienen, die Federkraft FK in die eine oder andere Richtung auszuüben, um entweder gegen die erste Druckkraft F1 zu arbeiten oder diese dabei zu unterstützen, den Hauptkolben 150 zwischen den Verriegelungsstellungen zu bewegen, oder in beide Richtungen auszuüben, um den Hauptkolben 150 zu einer dazwischenliegenden Verriegelungsstellung hin vorzubelasten.
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Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann die Kolbenfeder 180 weggelassen werden, sodass keine Federkraft FK auf den Hauptkolben 150 wirkt. Bei solchen Ausführungsformen wird der gesteuerte erste Druck P1 entsprechend angepasst, um dem Nichtvorhandensein der Federkraft FK in den vorstehend erörterten Kräftegleichgewichtsgleichungen Rechnung zu tragen. Wenn die Federkraft FK entfällt, wird sich die Kurve in der grafischen Darstellung 190 um einen Betrag nach unten verschieben, der kleiner als in der vorstehend dargestellten Situation ist, in der die Federkraft FK zugeschaltet wird, um die erste Druckkraft F1 zu unterstützen, ein Entfernen der Kolbenfeder 180 wird jedoch die ersten Drücke P1, die zum Bewegen des Hauptkolbens 150 zwischen den Verriegelungsstellungen erforderlich sind, noch weiter verringern.
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Obwohl der vorangehende Text eine ausführliche Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen darstellt, versteht sich, dass der Schutzbereich durch den Wortlaut der Ansprüche am Ende dieses Patents definiert ist. Die ausführliche Beschreibung ist lediglich als beispielhaft aufzufassen, sie beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform, da ein Beschreiben jeder möglichen Ausführungsform unpraktisch, wenn nicht unmöglich wäre. Unter Verwendung entweder einer heutigen Technik oder einer Technik, die nach dem Anmeldetag dieses Patents entwickelt wird, könnten zahlreiche alternative Ausführungsformen implementiert werden, die immer noch unter die Ansprüche fallen würden, durch die der Schutzbereich definiert ist.
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Außerdem versteht sich, dass nicht beabsichtigt ist, einen Ausdruck, der im vorliegenden Dokument nicht ausdrücklich definiert ist, in seiner offensichtlichen oder üblichen Bedeutung einzuschränken, weder explizit noch implizit, und solch ein Ausdruck sollte bei keinen Aussagen, die in irgendeinem Abschnitt dieses Patents getroffen werden (und sich im Wortlaut von den Ansprüchen unterscheiden), als im Bedeutungsumfang eingeschränkt angesehen werden. Sofern auf irgendeinen Ausdruck, der in den Ansprüchen am Ende dieses Patents verwendet wird, hier in einer Weise verwiesen wird, die einer einzigen Bedeutung entspricht, geschieht dies lediglich der Klarheit wegen, um den Leser nicht zu verwirren, wobei nicht beabsichtigt ist, einen solchen in den Ansprüchen vorkommenden Ausdruck implizit oder anderweitig auf diese einzige Bedeutung zu beschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/120595 A1 [0020]
- US 8079453 [0028]
