DE102018101148A1

DE102018101148A1 - Schaltbare Einwegkupplung

Info

Publication number: DE102018101148A1
Application number: DE102018101148.2A
Authority: DE
Inventors: Jordan Geiser; Michael Hodge
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2018-08-02
Also published as: US20180216676A1; US10337569B2

Abstract

Es wird eine schaltbare Kupplung vorgeschlagen, welche einen äußeren Ring, einen inneren Ring, einen Rollenkäfig, eine Mehrzahl von Rollen und eine Mitnehmerplatte aufweist. Der äußere Ring weist eine Mehrzahl von rampenförmigen Flächen auf. Der Rollenkäfig ist radial zwischen dem äußeren Ring, und dem inneren Ring angeordnet. Die Rollen sind durch den Rollenkäfig geführt. Die Mitnehmerplatte ist drehfest an dem inneren Ring befestigt und kann mit dem Rollenkäfig in Eingriff kommen, um die Rollen in Bezug auf den äußeren Ring zu drehen. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung eine mit dem äußeren Ring in Eingriff stehende Feder, welche dazu dient, den Rollenkäfig in eine erste Drehrichtung relativ zum äußeren Ring vorzuspannen. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung einen Elektromagneten auf, der mit der Mitnehmerplatte und dem Rollenkäfig in Eingriff kommt, und/oder eine Schraubenfeder-Einheit zum Lösen der Mitnehmerplatte und des Rollenkäfigs.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Einwegkupplung und insbesondere auf eine schaltbare Einwegkupplung
Hintergrund der Erfindung
Schaltbare Einwegkupplungen sind bekannt. Ein Beispiel ist in U.S. Patent Nr. 8,857,294 mit dem Titel „EINGRIFFSSTEUEREINHEIT FÜR EINE BIDIREKTIONALE FREILAUFKUPPLUNG“ von Brewer et al. gezeigt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Nach beispielhaften Merkmalen ist in Allgemeinen eine schaltbare Kupplung vorgeschlagen, welche eine äußeren Ring, einen inneren Ring, einen Rollenkäfig, eine Mehrzahl von Rollen und eine Mitnehmerplatte aufweist. Der äußere Ring weist eine Mehrzahl von rampenförmigen Flächen auf. Der Rollenkäfig ist radial zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnet. Die Rollen sind durch den Rollenkäfig geführt. Die Mitnehmerplatte ist drehfest an dem inneren Ring befestigt und kann mit dem Rollenkäfig in Eingriff kommen, um die Rollen in Bezug auf den äußeren Ring zu drehen. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung eine mit dem äußeren Ring in Eingriff stehende Feder, welche dazu dient, den Rollenkäfig in eine erste Drehrichtung relativ zum äußeren Ring vorzuspannen. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung einen Elektromagneten auf, der mit der Mitnehmerplatte und dem Rollenkäfig in Eingriff steht, und/oder eine Schraubenfedereinheit zum Lösen der Mitnehmerplatte und des Rollenkäfigs.
In einer beispielhaften Ausführung weist die Mitnehmerplatte einen Ring aus Reibwerkstoff auf, welcher in Eingriff mit dem Rollenkäfig kommt. In einer beispielhaften Ausführung weist der innere Ring axiale Vorsprünge auf und die Mitnehmerplatte weist Öffnungen für die Aufnahme der axialen Vorsprünge des inneren Rings auf. In einigen beispielhaften Ausführungen weist die schaltbare Kupplung eine Steuerscheibe auf, die drehfest an dem Rollenkäfig befestigt ist und mit der Mitnehmerplatte in Kontakt kommen kann. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung eine mit dem äußeren Ring und mit der Steuerscheibe in Eingriff stehende Feder auf, welche dazu dient, den Rollenkäfig in eine erste Drehrichtung relativ zum äußeren Ring vorzuspannen. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung Vorspannfedern auf, um die Rollen in dem Rollenkäfig zu positionieren.
Nach anderen beispielhaften Merkmalen ist in Allgemeinen eine schaltbare Kupplung vorgeschlagen, welche eine äußeren Ring, einen inneren Ring und eine Mehrzahl von Rollen aufweist. Für einen ersten Modus der schaltbaren Kupplung sind der äußere Ring und der innere Ring nur in einer ersten Drehrichtung drehfest miteinander verriegelt. Für einen zweiten Modus der schaltbaren Kupplung sind der äußere Ring und der innere Ring in der ersten Drehrichtung und in einer zweiten Drehrichtung drehfest miteinander verriegelt, welche entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung verläuft. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung zur Herstellung des zweiten Modus der schaltbaren Kupplung einen Elektromagneten auf. In einer beispielhaften Ausführung weist die schaltbare Kupplung einen Rollenkäfig zur Positionierung der Mehrzahl von Rollen, eine in Bezug auf den Rollenkäfig drehfest angeordnete Steuerscheibe und eine Mitnehmerplatte zum Drehen des Rollenkäfigs zusammen mit dem inneren Ring im zweiten Modus der schaltbaren Kupplung.
Figurenliste
Es werden jetzt die Art und der Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung in der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben. Die Figuren zeigen:

1 eine vordere perspektivische Ansicht einer schaltbaren Einwegkupplung gemäß einem beispielhaften Merkmal;
2 eine rückseitige perspektivische Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung gemäß 1;
3 eine Teilansicht im Querschnitt der schaltbaren Einwegkupplung gemäß 1, größtenteils entlang Linie 3-3 in der 1;
4 eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung gemäß 1;
5 eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Käfig- und Rolleneinheit der Kupplung gemäß 1;
6 eine rückseitige Detailansicht einer Rolle und einer Bogenfeder der Kupplung gemäß 1, wobei der Klarheit wegen einige Bauteile entfernt worden sind;
7 eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht einer Mitnehmerplatteneinheit der Kupplung gemäß 1;
8 eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Elektromagneten-Einheit der Kupplung gemäß 1;
9 eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht einer Schraubenfedereinheit der Kupplung gemäß 1;
10 eine vordere perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung einer schaltbaren Einwegkupplung gemäß einem beispielhaften Merkmal;
11 eine Teilansicht im Querschnitt der schaltbaren Einwegkupplung gemäß 10, größtenteils entlang Linie 11-11 in der 10;
12 eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung gemäß 10;
13 eine rückseitige perspektivische explodierte Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung gemäß 10;
14 eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Käfig- und Rolleneinheit der Kupplung gemäß 10;
15 eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Elektromagneten-Einheit der Kupplung gemäß 10;

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Anfänglich muss es klar gemacht werden, dass gleiche Bezugszahlen in verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen sich auf identische oder auf funktionsidentische Bauteile beziehen. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass sich diese Erfindung nicht auf die konkreten hierin beschriebenen Ausführungen, Methodik, oder Werkstoffe und Modifikationen begrenzt und kann, als solche, sehr wohl variiert werden. Auch ist es selbstverständlich, dass die hier verwendeten Begriffe nur dem Zweck der Beschreibung konkreter Aspekte dienen und sie sollen nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung einschränken, der lediglich durch die aufgeführten Ansprüche limitiert ist
Wenn nicht anderweitig definiert, besitzen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie ein Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung generell versteht. Obwohl es möglich ist, beliebige ähnliche oder gleichwertige Verfahren, Vorrichtungen bzw. Werkstoffe wie die hierin beschriebenen in der Ausführung der Erfindung oder zum Testen der Erfindung zu verwenden, werden hierin nur die folgenden beispielhaften Verfahren, Vorrichtungen und Werkstoffe beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird Bezug genommen auf die 1-7. 1 ist eine vordere perspektivische Ansicht einer schaltbaren Einwegkupplung 100. 2 ist eine rückseitige perspektivische Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung 100. 3 ist eine Teilansicht im Querschnitt der schaltbaren Einwegkupplung 100, entlang Linie 3-3 in der 1. 4 ist eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht einer schaltbaren Einwegkupplung 100. 5 ist eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Käfig- und Rollereinheit 102. 6 ist eine rückseitige Detailansicht einer Rolle und einer Bogenfeder der Kupplung 100, wobei der Klarheit wegen einige Bauteile entfernt worden sind. 7 ist eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht einer Mitnehmerplatteneinheit 104. 8 ist eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Elektromagneten-Einheit 106. 9 ist eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht einer Schraubenfedereinheit 108.
Die schaltbare Kupplung 100 weist eine äußeren Ring oder äußeren Laufring 110, mit rampenförmigen Flächen 112, einem inneren Ring oder inneren Laufring 114, einem Rollenkäfig 116, Rollen 118 und eine Mitnehmerplatte oder Reibplatte 120 auf. Der Käfig 116 ist radial zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnet. Die rampenförmigen Flächen 112 können auch als Rampenprofil bezeichnet werden und weisen eine Anzahl von talförmigen Rampen auf, welche, wie weiter unten beschrieben, es der Kupplung ermöglichen, sich in einer oder in beiden Richtungen zu verriegeln. Die Rollen 118 werden durch den Rollenkäfig geführt. Dies heiß, der Käfig 116 weist Taschen 122 für die Aufnahme von Rollen 118 auf. Zur Positionierung der Rollen in dem Rollenkäfig sind Vorspannfedern 124 in einer Nut 126 des Rollenkäfigs festgesetzt. Die Mitnehmerplatte 120 ist drehfest an dem inneren Ring befestigt und kann, um die Rollen relativ zum äußeren Ring zu drehen, in Eingriff mit dem Rollenkäfig kommen.
Die Steuerscheibe 128 ist drehfest an dem Rollenkäfig verriegelt und kann mit der Mitnehmerplatte in Kontakt kommen. Dies heißt, dass die Steuerscheibe 128 axiale Vorsprünge 130 aufweist, und der Rollenkäfig 116 Vertiefungen 132 für die Aufnahme der Vorsprünge der Steuerscheibe besitzt, um so die beiden Bauteile drehfest miteinander zu verbinden. Obwohl die Kupplung in der Zeichnung mit Rollenkäfig 116 und Steuerscheibe 128 als separate Bauteile dargestellt ist, kann in anderen Ausführungen (nicht gezeigt) ein einziger Bauteil die Funktionen der beiden Teile, Rollenkäfig und Steuerscheibe, in sich kombinieren.
Die Feder 134 steht mit dem äußeren Ring und der Steuerscheibe in Eingriff, um den Rollenkäfig relativ zum äußeren Ring in Richtung 135 vorzuspannen.
Dies bedeutet, dass der äußere Ring eine Kerbe aufweist und die Steuerscheibe Vorsprünge, oder Laschen 136 besitzt, um jeweils auf beide Enden der Feder 134 einzuwirken, um die Rollen in Kontakt mit den rampenförmigen Flächen des äußeren Rings zu bringen, um so eine Einweg-Funktion der Kupplung zu realisieren, wie diese im Stand der Technik bekannt ist. Das heißt, eine Rotation des inneren Laufrings in Richtung 135 spannt die Rollen 118 aufwärts auf den Rampen 112, um den inneren Ring in Bezug auf eine Rotation relativ zum äußeren Laufring zu verriegeln. Die Feder 134 kann zum Beispiel eine bogenförmige Feder sein.
Der innere Ring 114 weist axiale Vorsprünge 138 und die Mitnehmerplatte 120 weist Öffnungen 140 auf, um die axialen Vorsprünge des inneren Rings aufzunehmen und auf diese Weise die beiden Bauteile drehfest miteinander zu verbinden. Der Elektromagnet 106 hat die Funktion mit Mitnehmerplatte und dem Rollenkäfig in Eingriff zu kommen. Das heißt, wenn unter Strom gesetzt, zieht der Elektromagnet 106 die Mitnehmerplatte in Richtung 142 (3), um diese in Kontakt mit der Steuerscheibe zu bringen. Um einen Reibkoeffizient zwischen der Mitnehmerplatte und der Steuerscheibe zu erhöhen, kann die Mitnehmerplatten-Einheit 104 einen Ring 144 aus Reibwerkstoff besitzen. Weil die Mitnehmerplatte drehfest relativ zum inneren Ring fixiert ist, kommen die Steuerscheibe und der Rollenkäfig in Reibverschluss mit dem inneren Ring und drehen auf diese Weist die Rollen relativ zum äußeren Ring, so dass die Kupplung 100 sowohl in der Richtung 135 und in der entgegengesetzten Richtung 145 verriegelt wird.
Die Schraubenfeder-Einheit 108 hat die Funktion die Mitnehmerplatte und den Rollenkäfig zu lösen. Die Schraubenfeder-Einheit weist Halter 146 und 148 sowie Federn 150 auf. Wenn die Mitnehmerplatten-Einheit 104 im bestromten Zustand des Elektromagneten 106 in Richtung des Elektromagneten 106 gezogen wird, wird die Einheit 108 in Richtung 142 zusammengedrückt und spannt die Mitnehmerplatte weg von der Steuerscheibe 128 (Richtung 152), wenn der Elektromagnet nicht unter Strom steht. Der Schnappring, oder Haltering 154 ist in der Nut 155 des inneren Rings eingesetzt und hält die Mitnehmerplatte und die Schraubenfeder-Einheit innerhalb des inneren Rings zurück.
Der Elektromagnet 106 weist den Halter 156, den Magnetpol 158 und die Windung 160 auf. Der Halter 156 kann aus einem nicht magnetischen Werkstoff gefertigt sein (d.h. Aluminium oder rostfreiem Stahl), um den magnetischen Fluss durch den Magnetpol 158 zu leiten. Der äußere Ring 110 weist zum Beispiel Vorsprünge 162 für eine Installation in einem Getriebegehäuse (nicht gezeigt) auf. Das heißt, die Vorsprünge 162 verhindern eine Rotation des äußeren Rings innerhalb eines stationären Getriebegehäuses. Der innere Ring 114 weist einen Keilnutenabschnitt 164 für eine Verbindung mit einer Welle, einer Kupplung oder einem Planetenrad eines Getriebes. Der äußere Ring 110 weist eine Umfangsfläche 166 auf und der innere Ring 114 weist eine Umfangsfläche 168 auf, welche zentrisch auf der Umfangsfläche 166 des äußeren Rings verläuft. Der äußere Ring 110 weist eine ringförmige Fläche 170 auf, die als Abstützplatte für ein Getriebekupplungspaket (nicht gezeigt) dienen kann. Die äußere Fläche 172 des inneren Rings 114 kann eine Umfangsfläche sein, wie es für im Stand der Technik bekannten Rollenkupplungen typisch ist.
Für einen ersten Modus der schaltbaren Kupplung 100 (d.h. Elektromagnet nicht bestromt) sind der äußere Ring und der innere Ring nur in einer ersten Drehrichtung (d.h. Richtung 135) drehfest miteinander verriegelt. Für einen zweiten Modus der schaltbaren Kupplung (d.h. Elektromagnet ist durch die Leitung 161 bestromt) sind der äußere Ring und der innere Ring in der ersten Drehrichtung und in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung (d.h. Richtung 145) drehfest miteinander verriegelt. In anderen Worten ausgedrückt: stellt der Elektromagnet den zweiten Modus der schaltbaren Kupplung her. Wie schon oben für den zweiten Modus beschrieben, dreht die Mitnehmerplatte 145 den Rollenkäfig 116 zusammen mit dem inneren Ring 114.
In der folgenden Beschreibung wird Bezug genommen auf die 10-15. 10 ist eine vordere perspektivische Ansicht einer schaltbaren Einwegkupplung 200. 11 ist eine Teilansicht im Querschnitt der schaltbaren Einwegkupplung 200 größtenteils entlang Linie 11-11 in der 10. 12 ist eine vordere perspektivische, explodierte Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung 200. 13 ist eine rückseitige perspektivische explodierte Ansicht der schaltbaren Einwegkupplung 200. 14 ist eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Käfig- und Rolleneinheit 202. 15 ist eine rückseitige perspektivische, explodierte Ansicht einer Elektromagneten-Einheit 206.
Die Kupplung 200 ähnelt der Kupplung 100 und funktioniert auf eine ähnliche Art und Weise mit Ausnahme dessen, was unten beschrieben wird. Die Beschreibung der 1XX Bezugszahlen gilt im Allgemeinen auch für die 2XX Bezugszahlen mit Ausnahme dessen, was unten beschrieben wird. Die Steuerscheibe 228 weist zwischen der Mitnehmerplatte 204 und dem inneren Ring 214 angeordnete radiale Vorsprünge 229 auf. Im bestromten Zustand des Elektromagneten 206 klemmt die Mitnehmerplatte 204 die Vorsprünge der Steuerscheibe gegen die Oberfläche 215 des inneren Rings. Ähnlich wie oben für die Kupplung 100 weist die Mitnehmerplatte Öffnungen für die Aufnahme von Vorsprüngen des inneren Rings, so dass die beiden Bauteile drehfest miteinander verbunden sind, wodurch die auf die Steuerscheibe wirkenden Reibflächen gedoppelt werden und die zum Rotieren des Rollenkäfigs für den zweiten Modus benötigte Energie reduziert wird. Der Elektromagnet 206 weist einen nicht magnetischen Halter 256, eine zweiteilige Magnetpoleinheit 258 und 259 und eine Windung 260 auf. Es ist zu bemerken, dass die Kupplung 200 keinen der Schraubenfeder-Einheit 108 ähnlichen Bauteil in der Kupplung 100 aufweist.
Es ist selbstverständlich, dass dem Fachmann auf dem Gebiet sofort offensichtlich sein wird, dass Veränderungen und Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass man sich vom Geist und vom Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung entfernt. Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte und/oder beispielhafte Ausführungen beschrieben wurde, ist es klar, dass Variationen der Erfindungen ohne Verlassen des Geistes oder des Geltungsbereichs der beanspruchten Erfindung gemacht werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8857294 [0002]

Claims

Schaltbare Kupplung aufweisend: einen eine Mehrzahl von rampenförmigen Flächen (112) aufweisenden äußeren Ring (110), einen inneren Ring (114), einen radial zwischen dem äußeren Ring (110) und dem inneren Ring (114) angeordneten Rollenkäfig (116), eine Mehrzahl von durch den Rollenkäfig (116) geführten Rollen (118), und eine Mitnehmerplatte (120), die drehfest an dem inneren Ring (114) befestigt ist und in Eingriff mit dem Rollenkäfig (116) kommen kann, um die Rollen (118) relativ zum äußeren Ring (110) zu rotieren.
Schaltbare Kupplung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine mit dem äußeren Ring (110) in Eingriff stehende Feder zum Vorspannen des Rollenkäfigs (116) in eine erste Drehrichtung relativ zum äußeren Ring (110).
Schaltbare Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin aufweisend: einen Elektromagneten (106) für einen Eingriff mit der Mitnehmerplatte (120) und dem Rollenkäfig (116).
Schaltbare Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin aufweisend: eine Schraubenfeder-Einheit (108) zum Lösen der Mitnehmerplatte (120) und des Rollenkäfigs (116).
Schaltbare Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin für einen Eingriff mit dem Rollenkäfig (116) weist die Mitnehmerplatte (120) einen Ring aus Reibwerkstoff auf.
Schaltbare Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der innere Ring (114) axiale Vorsprünge (138) aufweist und die Mitnehmerplatte (120) Öffnungen (140) zur Aufnahme der axialen Vorsprünge (138) des inneren Rings (114) aufweist.
Schaltbare Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin aufweisend: eine an dem Rollenkäfig (116) drehfest befestigte Steuerscheibe (128), welche mit der Mitnehmerplatte (120) in Kontakt kommen kann.
Schaltbare Kupplung gemäß Anspruch 7, weiterhin aufweisend: eine mit dem äußeren Ring (110) und der Steuerscheibe (128) in Eingriff stehende Feder (134) zum Vorspannen des Rollenkäfigs (116) in eine erste Drehrichtung relativ zum äußeren Ring (110).
Schaltbare Kupplung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: Vorspannfedern (124) zur Positionierung der Rollen im Rollenkäfig.
Schaltbare Kupplung aufweisend: einen äußeren Ring (110), einen inneren Ring (114), einen Elektromagneten (106) zur Herstellung eines zweiten Modus der schaltbaren Kupplung, einen Rollenkäfig (116), eine Mitnehmerplatte (120), und eine Mehrzahl von durch den Rollenkäfig (116) positionierten Rollen (118), worin für eine ersten Modus der schaltbaren Kupplung der äußere Ring (110) und der innere Ring (114) nur in einer ersten Drehrichtung miteinander verriegelt sind, und für den zweiten Modus der schaltbaren Kupplung die Mitnehmerplatte (120) derart angeordnet ist, dass sie den Rollenkäfig (116) zusammen mit dem inneren Ring (114) rotiert, um den äußeren Ring (110) und den inneren Ring (114) drehfest in einer zweiten Drehrichtung miteinander zu verriegeln, welche entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung verläuft.