DE102018103593A1

DE102018103593A1 - Keilkupplung mit Keilplattensegmenten, Käfig und Wellenfeder und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE102018103593A1
Application number: DE102018103593.4A
Authority: DE
Inventors: Guihui ZHONG; Marion Jack Ince
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2018-08-23
Also published as: US10323700B2; US20180238404A1

Abstract

Eine Keilkupplung umfasst: eine Drehachse; eine Nabe; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; einen Käfig, der radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet ist; eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten, die radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet sind; und ein in Umfangsrichtung durchgehendes elastisches Element, das mit dem Käfig und der Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten in Eingriff steht, und das die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach außen drängt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Keilkupplung, und insbesondere eine Keilkupplung, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten, die zum Teil innerhalb eines Käfigs enthalten sind, aufweist und ein in Umfangsrichtung durchgehendes elastisches Element umfasst, das die Keilplattensegmente radial nach außen in Kontakt mit einer Nabe für die Kupplung drängt.
HINTERGRUND
Bekannte Keilplattenkupplungen, zum Beispiel zur Verwendung mit Allradantrieb-Anwendungen, verwenden in der Regel eine oder mehrere einteilige, ausgerundete, einfach geteilte Keilplatten, um zwei Wellen miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Eine einfach geteilte Keilplatte führt zu einem ungleichen Sperrdruck in einem gesperrten Modus, der die zwei Wellen nicht drehbar miteinander verbindet. Als Ergebnis des ungleichen Sperrdrucks werden die Drehmomentkapazität und Lebensdauer der Kupplung kompromittiert. Wenn ferner die Nabe der Kupplung an einer drehenden Welle montiert ist, und die Keilplatte an der äußeren sich verjüngenden Oberfläche der Nabe montiert ist, können im Freilaufmodus (die mit der Kupplung verbundenen Wellen können sich relativ zueinander drehen) Fliehkräfte von der Drehung der Nabe mit hoher Drehzahl die Keilplatte zwingen, sich radial nach außen zu bewegen, um mit dem Innenring der Kupplung in Eingriff zu gelangen, was zu einem unbeabsichtigten Schaltvorgang in den gesperrten Modus führt.
Um das Problem der ungleichmäßigen radialen Bewegung der Keilplatte zu bewältigen, ist es bekannt, die einteilige Keilplatte in einer Keilkupplung durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten zu ersetzen. Die Keilsegmente sind um eine sich verjüngende Nabe angeordnet und mit einem als Feder dienenden Sicherungsring positioniert. Wie die einteiligen Keilplatten weist der Sicherungsring eine einzige Teilung auf und erlaubt daher nicht die gleichmäßige radiale Bewegung der Keilsegmente. Die Konstruktion mit einer Teilung begrenzt auch die Fähigkeit des Sicherungsrings, eine unerwünschte Verschiebung der Keilplattensegmente (durch die Drehung der Nabe) während des Freilaufmodus radial nach außen zu verhindern.
Ferner weisen bekannte Keilplattenkupplungen eine Keilplatte oder Keilplattensegmente mit Rampenflächen an dem kleineren Innendurchmesser auf, der mit Rampen an der Außenfläche einer Nabe oder einem inneren Laufring in Eingriff steht. So werden Reibungskontaktkräfte an dem kleineren Innendurchmesser der Keilplatte oder Keilplattensegmente konzentriert, was die Drehmomentbelastbarkeit begrenzt.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilkupplung bereitgestellt, die umfasst: eine Drehachse; eine Nabe; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; einen Käfig, der radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet ist; eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten, die radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet sind; und ein in Umfangsrichtung durchgehendes elastisches Element, das mit dem Käfig und der Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten in Eingriff steht, und das die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach außen drängt.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilkupplung bereitgestellt, die umfasst: eine Drehachse; eine Nabe mit einer Oberfläche, die radial nach außen in einer ersten axialen Richtung abfällt; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten, die radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet sind und mit der Nabe in Kontakt stehen; einen Käfig, der radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet ist, und eine Vielzahl von Sicherungslaschen umfasst, wobei jede Sicherungslasche, die in der Vielzahl von Sicherungslaschen enthalten ist, ein jeweiliges Paar von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten überlappt; und ein elastisches Element, das mit dem Käfig und der Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten in Eingriff steht. Für einen gesperrten Modus: ist die Nabe axial in der ersten axialen Richtung verschiebbar, um die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach innen in Kontakt mit dem Innenring zu verschieben; und die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten ist angeordnet, um die Nabe und den Innenring nicht drehbar miteinander zu verbinden. Für einen Freilaufmodus: ist die Nabe axial in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, verschiebbar; ist das elastische Element angeordnet, um die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach außen zu verschieben; und die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten ist drehbar in Bezug auf den Innenring.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilkupplung bereitgestellt, die umfasst: eine Drehachse; eine Nabe mit einer Oberfläche, die zumindest eine erste Rampenfläche, die radial nach innen in einer ersten Umfangsrichtung abfällt, und zumindest eine zweite Rampenfläche aufweist, die mit der zumindest einen ersten Rampenfläche verbunden ist und radial nach innen in einer zweiten, der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten Umfangsrichtung von der zumindest einen ersten Rampenfläche abfällt; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; und zumindest ein Keilplattensegment umfassend eine radial äußere Oberfläche mit
zumindest einer dritten Rampenfläche, die in der ersten Umfangsrichtung radial nach innen abfällt, und zumindest eine vierte Rampenfläche, die mit der zumindest einen dritten Rampenfläche verbunden ist und in der zweiten Umfangsrichtung von der zumindest einen dritten Rampenfläche radial nach innen abfällt. Um einen gesperrten Modus zu implementieren, in dem das zumindest eine Keilplattensegment nicht drehbar mit der Nabe und dem Innenring verbunden ist: ist die Nabe in der zweiten Umfangsrichtung relativ zu dem zumindest einen Keilplattensegment drehbar, und die zumindest eine erste Rampenfläche ist angeordnet, um reibschlüssig mit der zumindest einen dritten Rampenfläche in Eingriff zu stehen; oder ist die Nabe in der ersten Umfangsrichtung relativ zu dem zumindest einen Keilplattensegment drehbar, und die zumindest eine zweite Rampenfläche ist angeordnet, um reibschlüssig mit der zumindest einen vierten Rampenfläche in Eingriff zu stehen.
Figurenliste
Rein beispielhaft werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile bezeichnen, verschiedene Ausführungsformen offenbart. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Frontansicht einer Keilkupplung, in einem gesperrten Modus, die eine Nabe, Keilplattensegmente, einen Käfig, ein elastisches Element und eine Welle zeigt;
2 eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 2-2 in 1, wobei ein Innenring hinzugefügt ist;
3 ein Detail des Bereichs 3 in 1.
4 ist eine Frontansicht der in 2 gezeigten Nabe.
5 ist eine Frontansicht eines Keilplattensegments in 2;
6 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 6-6 in 5;
7 ist eine Frontansicht der in 2 gezeigten Wellenfeder;
8 ist eine Frontansicht eines Käfigs vor dem Biegen der Sicherungslaschen;
9 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 9-99 in 8;
10 ist eine Frontansicht der Keilkupplung in 1 in einem Freilaufmodus;
11 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 11-11 in 10; und
12 ist eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen Koordinatensystems, und zeigt die räumliche Terminologie, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Zu Beginn wird darauf hingewiesen, dass gleiche Bezugszeichen auf verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche strukturelle Elemente der Offenbarung identifizieren. Auch sollte klar sein, dass die beanspruchte Offenbarung nicht rein auf die offenbarten Aspekte begrenzt ist.
Weiter sollte klar sein, dass diese Offenbarung nicht auf die konkret beschriebenen Methoden, Verfahren und Modifikationen beschränkt ist und diese somit natürlich variieren können. Auch sollte klar sein, dass die verwendete Terminologie nur der Beschreibung bestimmter Aspekte dient und den Umfang der vorliegenden Offenbarung keinesfalls einschränken soll.
Wenn nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe jene Bedeutung, die der Fachmann auf dem Gebiet dieser Offenbarung ihnen gewöhnlich beimisst. Es sollte klar sein, dass beliebige Verfahren, Vorrichtungen oder Materialien, die den hierin beschriebenen ähnlich sind, in der Praxis oder der Überprüfung der Offenbarung verwendet werden können.
Wenn nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe jene Bedeutung, die der Fachmann auf dem Gebiet dieser Offenbarung ihnen gewöhnlich beimisst. Es sollte klar sein, dass der Begriff „im Wesentlichen“ synonym mit Begriffen wie „nahezu“, „etwa“, „ungefähr“, „um“, „angrenzend an“, „nahe“, „wesentlich, „in der Umgebung“, etc. ist, und derartige Begriffe können in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden. Es sollte klar sein, dass der Begriff „in der Nähe/nahe“ synonym mit Begriffen wie „nahe“, „neben“, „angrenzend“, „benachbart“, „unmittelbar“, „anliegend“, etc. ist, und derartige Begriffe können in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden.
12 ist eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen Koordinatensystems 10, und zeigt die räumliche Terminologie, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird. Die vorliegende Anwendung wird zumindest zum Teil im Kontext eines solchen zylindrischen Koordinatensystem beschrieben. Das System 10 umfasst eine Drehachse, oder Längsachse, 11, die als Referenz für die räumlichen und Richtungsausdrücke im Folgenden verwendet wird. Entgegengesetzte axiale Richtungen AD1 und AD2 verlaufen parallel zu der Achse 11. Die radiale Richtung RD1 steht senkrecht zur Achse 11 und ist von der Achse 11 weg gerichtet. Die radiale Richtung RD2 steht senkrecht zur Achse 11 und ist zu der Achse 11 hin gerichtet 11. Entgegengesetzte Umfangsrichtungen CD1 und CD2 werden durch einen Endpunkt eines bestimmten Radius R (senkrecht zur Achse 11) definiert, der um die Achse 11 gedreht wird, zum Beispiel jeweils im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn.
Um die räumliche Terminologie zu klären, werden die Objekte 12, 13 und 14 verwendet. Als ein Beispiel wird eine axiale Oberfläche, etwa die Oberfläche 15A des Objekts 12 durch eine Ebene ausgebildet, die koplanar zu der Achse 11 ist. Es gilt jedoch jede ebene Oberfläche parallel zur Achse 11 als axiale Oberfläche. Zum Beispiel ist auch die Oberfläche 15B parallel zur Achse 11 eine axiale Oberfläche. Ein axialer Rand wird durch einen Rand, etwa den Rand 15C parallel zur Achse 11 gebildet. Eine radiale Oberfläche, etwa die Oberfläche 16A des Objekts 13, wird durch eine Ebene senkrecht zur Achse 11 und koplanar mit einem Radius, zum Beispiel dem Radius 17A, gebildet. Ein radialer Rand ist kolinear mit einem Radius der Achse 11. Zum Beispiel ist der Rand 16B kolinear mit dem Radius 17B. Die Oberfläche 18 des Objekts 14 bildet eine umlaufende oder zylindrische Oberfläche. Zum Beispiel verläuft der Umfang 19, der durch den Radius 20 definiert wird, durch die Oberfläche 18.
Die axiale Bewegung erfolgt in Richtung der axialen Richtung AD1 oder AD2. Die radiale Bewegung erfolgt in der radialen Richtung RD1 oder RD2. Die umlaufende oder Drehbewegung erfolgt in Umfangsrichtung CD1 oder CD2. Die Adverbien „axial,“ „radial“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich jeweils auf die Bewegung oder Orientierung parallel zur Achse 11, senkrecht zur Achse 11 und um die Achse 11. Zum Beispiel erstreckt sich eine axial angeordnete Oberfläche oder ein axial angeordneter Rand in Richtung AD1, eine radial angeordnete Oberfläche oder ein radial angeordneter Rand erstreckt sich in Richtung RD1, und eine in Umfangsrichtung angeordnete Oberfläche oder in Umfangsrichtung angeordneter Rand erstreckt sich in Richtung CD1.
1 ist eine Frontansicht einer Keilkupplung 100 in einem gesperrten Modus und zeigt eine Nabe, Keilplattensegmente, einen Käfig, ein elastisches Element und eine Welle.
2 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 2-2 in 1.
3 ist ein Detail des Bereichs 3 in 1. Die folgenden Ausführungen sollten in Bezug auf 1 durch 3 betrachtet werden. Die Keilkupplung 100 umfasst: eine Drehachse AR; eine Nabe 102; einen Innenring 104; einen Käfig 106; in Umfangsrichtung ausgerichtete Keilplattensegmente 108; und ein in Umfangsrichtung durchgehendes elastisches Element 110. Der Ring 104 ist radial einwärts von der Nabe 102 angeordnet. Der Käfig 106 und die Segmente 108 sind radial zwischen der Nabe 102 und dem Innenring 104 angeordnet. Das elastische Element 110 steht mit dem Käfig 106 und den Segmenten 108 in Eingriff, und drängt die Segmente 108 radial nach außen in Richtung RD1. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Element 110 eine Wellenfeder.
4 ist eine Frontansicht der in 1 gezeigten Nabe 102.
5 ist eine Frontansicht eines Keilplattensegments 108 in 1.
6 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 6-6 in 5.
7 ist eine Frontansicht des in 1 gezeigten elastischen Elements 110.
Die folgenden Ausführungen sollten in Bezug auf 1 durch 7 betrachtet werden. „In Umfangsrichtung durchgehend“ soll bedeuten, dass das elastische Element 110 ein einziges Stück ohne Brüche oder Teilungen ist, wie zum Beispiel in 7 zu sehen. Die Nabe 102 umfasst die radial nach innen weisende Oberfläche 112 mit Paaren von Rampen 114 und 116. Jede Rampe 114 fällt in Richtung RD1 von dem Rampenzentralabschnitt 118 der Oberfläche 122 in Umfangsrichtung CD1 radial nach innen ab, und jede Rampe 116 fällt von dem Rampenzentralabschnitt 118 in Umfangsrichtung CD2 der Richtung CD1 entgegengesetzt radial nach innen ab.
Jedes Segment 108 umfasst die radial äußerste Oberfläche 120 mit Paaren von Rampen 122 und 124. Jede Rampe 122 fällt von dem Rampenzentralabschnitt 126 der Oberfläche 120 in Umfangsrichtung CD1 radial nach innen ab, und jede Rampe 124 fällt von dem Rampenzentralabschnitt 126 in Umfangsrichtung CD2 radial nach innen ab. In dem unten erläuterten Freilaufmodus drängt das elastische Element 110 die Rampen 122 und 124 jeweils in Kontakt mit den Rampen 114 und 116. Wie im Folgenden weiter beschrieben wird, drängt in dem gesperrten Modus das Element 110 die Segmente 108 radial nach außen; jedoch gelangen nur die Rampen 114 und 122 reibschlüssig und durch Druck in Eingriff, oder nur die Rampen 116 und 124 gelangen reibschlüssig und durch Druck in Eingriff. In einer beispielhaften Ausführungsform gilt in dem gesperrten Modus: während die Rampen 114 und 122 reibschlüssig und durch Druck in Eingriff stehen, haben die Rampen 116 und 124 keinen Kontakt; wenn jedoch die Rampen 116 und 124 reibschlüssig und durch Druck in Eingriff stehen, haben die Rampen 114 und 122 keinen Kontakt.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes Keilplattensegment 108 einen sich radial erstreckenden Körperabschnitt 128 und eine Schulter 130, die sich von dem Körperabschnitt 128 in der axialen Richtung AD1 oder AD2 erstreckt. Das elastische Element 110 steht mit den Schultern 130 in Eingriff. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jede Schulter 130 die radial innerste Oberfläche 132, und die Oberfläche 132 umfasst zumindest eine Ausnehmung 134, die sich radial nach außen erstreckt. Zum Beispiel umfasst jedes Segment 108 zwei Ausnehmungen 134 und Spitzenbereiche 136. Die Spitzenbereiche 136 sind die radial innersten Abschnitte der Oberfläche 132. Das elastische Element 110 umfasst radial äußerste Abschnitte 135, die mit den Ausnehmungen 134 in Eingriff stehen. Dass eine Komponente „in Eingriff mit“ einer weiteren Komponente steht, bedeutet, dass die eine Komponente in direktem Kontakt mit der anderen Komponente steht, oder die Komponenten mit einem mechanisch starren Vermittlungs- oder Zusatzteil in Kontakt stehen. Zum Beispiel könnte eine Unterlegscheibe oder eine Beschichtung zwischen den beiden Komponenten angeordnet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform steht das elastische Element 110 in direktem Kontakt mit den Schultern 130 und Ausnehmungen 134. Die Ausnehmungen 134 und Spitzenbereiche 136 fixieren eine Umfangsstellung des Elements 110 in Bezug auf die Segmente 108.
8 ist eine Frontansicht des Käfigs 106 vor dem Biegen der Sicherungslaschen.
9 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 9-9 in 8. Die folgenden Ausführungen sollten in Bezug auf 2 bis 9 betrachtet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Käfig 106 einen sich radial erstreckenden Körperabschnitt 138 und einen Flansch 140, der sich von dem Abschnitt 138 in der axialen Richtung AD1 erstreckt. Das elastische Element 110 steht mit dem Flansch 140 in Eingriff. Die Linie L1, die senkrecht zur Drehachse AR steht, verläuft der Reihe nach in Richtung RD2 durch die Nabe 102, ein Keilplattensegment 108, zum Beispiel das Segment 108A, das elastische Element 110 und den Flansch 140. In einer beispielhaften Ausführungsform verläuft die Linie L1 durch den Ring 104. In der folgenden Diskussion werden Großbuchstaben verwendet, um eine spezifische Komponente einer Gruppe von Komponenten zu bezeichnen, die im Übrigen durch eine dreistellige Zahl bezeichnet wird. Wie oben beschrieben ist zum Beispiel das Segment 108A ein konkretes Beispiel für die Segmente 108.
Der Käfig 102 umfasst die Sicherungslaschen 142, die sich von dem Körperabschnitt 138 in der axialen Richtung AD1 erstrecken. 8 und 9 zeigen den Käfig 102, bevor die Keilkupplung 102 zusammengebaut wird. Die Montage umfasst das Umbiegen der Abschnitte 143 der Laschen 142 radial nach innen, wie in 2 dargestellt. Wie in 1 gezeigt überlappt jede Lasche 142, insbesondere der Abschnitt 143, in der axialen Richtung AD1 oder AD2 jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Keilplattensegmente 108. Zum Beispiel überlappt die Lasche 142A die Segmente 108A und 108B. In einer beispielhaften Ausführungsform verläuft die Linie L2, die parallel zur Achse AR ist, der Reihe nach in Richtung AD1 durch den Körperabschnitt 138, ein Segment 108 und eine Lasche 142. In einer beispielhaften Ausführungsform verläuft die Linie L2 durch die Nabe 102 und den Ring 104.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes Segment 108 zumindest eine Kerbe, die sich von der radial äußersten Oberfläche 120 radial nach innen erstreckt. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes Segment 108 die Kerbe 144 und die Kerbe 146. Eine jeweilige Sicherungslasche 142 ist in den jeweiligen Kerben 144 und 146 für in Umfangsrichtung benachbarte Segmente 108 angeordnet. Zum Beispiel ist die Lasche 142A in der Kerbe 146 für das Segment 108A und in der Kerbe 144 für das Segment 108B angeordnet.
In einer beispielhaften Ausführungsform: umfasst der Käfig 106 die Ausnehmungen 148 in dem Körperabschnitt 138; und jedes Keilplattensegment 108 umfasst einen Fortsatz 150, der in einer jeweiligen Ausnehmung 148 angeordnet ist. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Ausnehmungen 148 Durchgangsbohrungen, die vollständig durch das den Käfig 106 bildende Material hindurchgehen. Zum Beispiel verläuft der Fortsatz 150A für das Segment 108B durch die Durchgangsbohrung 148A. Wie im Folgenden beschrieben sind die Segmente 108 radial verschiebbar, so dass die Fortsätze 150 radial innerhalb der jeweiligen Durchgangsbohrungen 148 verschiebbar sind.
Zum Beispiel erstrecken sich die Durchgangsbohrungen 148 weiter entlang der Achse A (senkrecht zur Achse AR) als in entgegengesetzte Umfangsrichtungen CD1 oder CD2. Zum Beispiel ist die Umfangsdimension 151 der Durchgangsbohrungen 148 nur geringfügig größer als der Außendurchmesser 152 der Fortsätze 150, so dass ein Sollspiel in der Richtung CD1 oder CD2 zwischen den Segmenten 108 und dem Käfig 106 vorliegt, wenn die Fortsätze 150 in den Durchgangsbohrungen 148 angeordnet sind. Die Länge 154 der Durchgangsbohrungen 148 in radialer Richtung RD1 ist jedoch ausreichend größer als der Durchmesser 152, um den Fortsätzen 150 zu ermöglichen, sich in den Durchgangsbohrungen 148 entlang der Achse A zu verschieben, um den Freilauf- und den gesperrten Modus wie oben beschrieben zu ermöglichen. Zum Beispiel sind radiale Spalte 155 zwischen den Fortsätzen 150 und den Rändern 156 der Durchgangsbohrungen 148 ausgebildet.
10 ist eine Frontansicht der Keilkupplung 100 in 1 in einem Freilaufmodus.
11 ist eine Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 11-11 in 10. Die folgenden Ausführungen sollten in Bezug auf 1 bis 11 betrachtet werden. In dem Beispiel von 2 fallen die Oberfläche 112 der Nabe 102 und die Oberflächen 120 der Segmente 108 radial nach innen in Richtung AD2 ab. Das heißt, der Radius 157 der Oberfläche 112 und der Radius 158 der Oberflächen 120 nimmt in Richtung AD2 ab. Um aus dem gesperrten Modus von 1 und 2 (in dem die Nabe 102, der Ring 104 und die Segmente 108 nicht drehbar verbunden sind) in den in 10 gezeigten Freilaufmodus überzugehen: wird die Nabe 102 axial in der axialen Richtung AD2 verschoben, zum Beispiel durch die Stellgliedvorrichtung AD. Die Vorrichtung AD kann ein beliebiges in der Technik bekanntes Stellglied sein, darunter, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, ein mechanisches Stellglied, ein hydraulisches Stellglied, ein elektrisches Stellglied, ein pneumatisches Stellglied oder ein elektromechanisches Stellglied. „Nicht drehbar verbundene“ Elemente bedeutet dabei, dass: die Elemente so verbunden sind, dass sich immer dann, wenn sich eines der Elemente drehen, alle Elemente drehen; und keine relative Drehung zwischen den Elementen möglich ist. Eine radiale und/oder axiale Bewegung nicht drehbar verbundener Elemente relativ zueinander ist möglich, jedoch nicht erforderlich.
Während die Nabe 102 in Richtung AD2 verschoben wird, gleitet die Oberfläche 112 die Oberflächen 120 hinunter, und das elastische Element 110, das gegen den radial fixierten Flansch 140 wirkt, verschiebt die Keilplattensegmente 108 radial nach außen in der radialen Richtung RD1, um den Kontakt zwischen der Nabe 102 (Oberfläche 112) und den Keilplattensegmenten 108 (Oberflächen 120) aufrecht zu erhalten. Während sich die Segmente 108 in der Richtung RD1 verschieben, verlieren die inneren Oberflächen 160 der Segmente 108 den Kontakt mit der Außenfläche 162 des Rings 104 und die Segmente 108 (zusammen mit der Nabe 102) sind relativ zu dem Innenring 104 drehbar. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt jede Oberfläche 160 an einem gleichförmigen Radius 163 von der Achse AR. Der Radius 163 verändert sich, während die Segmente 108 sich axial verschieben; Zu jedem gegebenen Zeitpunkt liegen jedoch alle Punkte entlang der Oberfläche 160 auf einem gleichen Radius 163.
Während sich die Nabe 102 in der axialen Richtung AD2 verschiebt: entrollt sich das elastische Element 110 in der radialen Richtung RD1 (oder dehnt sich aus/entspannt sich); und die Fortsätze 150 gleiten durch die Durchgangsbohrungen 148 in Richtung RD1. Wie vorstehend erwähnt ist die Dimension 151 der Durchgangsbohrungen 150 nur geringfügig größer als der Durchmesser 152 der Fortsätze 150. Als Ergebnis herrscht eine Sollbewegung in Umfangsrichtung der Segmente 108 in Bezug auf den Käfig 106, während sich die Segmente 108 radial nach außen verschieben.
Um aus dem Freilaufmodus in den gesperrten Modus überzugehen, wird die Nabe 102 axial zum Beispiel durch die Vorrichtung AD in der axialen Richtung AD1 verschoben, um die Segmente 108 radial nach innen in radialer Richtung RD2 in Kontakt mit dem Innenring 104 zu verschieben. Um den gesperrten Modus zu implementieren, gleitet die Oberfläche 120 an den Oberflächen 120 hoch, was die Segmente 108 in bestimmten Oberflächen 160 der Segmente 108 radial nach innen zwingt, um mit dem Ring 104 in der bestimmten Oberfläche 162 in Kontakt zu gelangen. Die Nabe 102 wird weiter in Richtung AD1 verschoben, bis das Umlaufdrehmoment, zum Beispiel aus der Drehung der Nabe 102, die Keilplattensegmente 108 veranlasst, die Nabe 102 und den Innenring 104 nicht drehbar zu verbinden, wodurch die Nabe 102 und der Ring 104 nicht drehbar verbunden werden. In dem gesperrten Modus wird das Drehmoment von einer Antriebswelle, zum Beispiel der Welle S, auf eine angetriebene Welle (nicht dargestellt) übertragen, die zum Beispiel nicht drehbar mit dem Ring 104 verbunden ist.
Während die Segmente 108 radial nach innen in Richtung RD2 verschoben werden: wird das elastische Element 110 in der radialen Richtung RD2 zwischen den Schultern 130 und dem Käfig 106, zum Beispiel zwischen den Schultern 130 und dem Flansch 140, komprimiert; und die Fortsätze 150 gleiten durch die Durchgangsbohrungen 148 in Richtung RD2. Wie in der oben angeführten beispielhaften Ausführungsform ist die Dimension 151 der Durchgangsbohrungen 148 nur geringfügig größer als der Durchmesser 152 der Fortsätze 150, und es gibt eine Sollbewegung in Umfangsrichtung der Segmente 108 in Bezug auf den Käfig 106, während sich die Segmente 108 radial nach innen verschieben. Daher wird eine konsistente Orientierung und Beabstandung der Segmente 108 über den Umfang aufrecht erhalten. Zum Beispiel wird die Beabstandung in Umfangsrichtung 164 zwischen den Segmenten 108 zwischen allen benachbarten Segmenten 108 gleichmäßig gehalten. In einer beispielhaften Ausführungsform stehen die Ränder 166 von in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten 108 in dem gesperrten Modus in Kontakt miteinander.
Wie vorstehend erwähnt verursacht für den Übergang aus dem Freilaufmodus in den gesperrten Modus die Verschiebung der Nabe 102 in Richtung AD1 einen reibschlüssigen Eingriff der Oberflächen 160 und 162. Umlaufdrehmoment von der Nabe 102 in Richtung CD1 oder CD2 verursacht in Kombination mit dem reibschlüssigen Eingriff der Oberfläche 160 und 162 die Drehung der Nabe 102 in Bezug auf die Segmente 108.
Für die Drehung der Nabe 102 in Richtung CD1 verhindert der reibschlüssige Eingriff der Oberflächen 160 und 162 die Drehung der Segmente 108 und der Rampen 124 in Bezug auf die Nabe 102. Somit gleiten die Rampen 116 die Rampen 124 hoch, um reibschlüssig und durch Druck mit den Rampen 116 und Rampen 124 in Eingriff zu gelangen und die Nabe 102, die Segmente 108 und den Ring 104 nicht drehbar zu verbinden. Die Reibungskontaktkraft wird durch die Rampen 116 und 124 getragen. Das heißt, Drehmoment wird von der Nabe 102 auf den Ring 104 über die Rampen 116 und 124 übertragen. Die Rampen 114 und 122 übertragen kein Drehmoment.
Für die Drehung der Nabe 102 in Richtung CD2 verhindert der reibschlüssige Eingriff der Oberflächen 160 und 162 die Drehung der Segmente 108 und der Rampen 122 in Bezug auf die Nabe 102. Somit gleiten die Rampen 114 die Rampen 122 hoch, um reibschlüssig und durch Druck mit den Rampen 114 und Rampen 122 in Eingriff zu gelangen und die Nabe 102, die Segmente 108 und den Ring 104 nicht drehbar zu verbinden 104. Die Reibungskontaktkraft wird durch die Rampen 114 und die Rampen 122 getragen. Das heißt, Drehmoment wird von der Nabe 102 auf den Ring 104 über die Rampen 114 und 122 übertragen. Die Rampen 116 und 124 übertragen kein Drehmoment.
Nun folgen weitere Details in Bezug auf die Keilkupplung 100. In einer beispielhaften Ausführungsform: umfasst die Nabe 102 Keilwellenzähne 168, die angeordnet sind, um nicht drehbar mit der Welle S verbunden zu werden; und der Ring 104 umfasst ein Hohlrad 170, das angeordnet ist, um nicht drehbar mit einer Welle (nicht dargestellt) verbunden zu werden. Somit: verbindet in dem gesperrten Modus die Kupplung 100 die Welle S nicht drehbar mit einer Welle (nicht dargestellt), die nicht drehbar mit dem Zahnrad 170 verbunden ist; und in dem Freilaufmodus ermöglicht die Kupplung 100 die relative Drehung zwischen der Welle S und der anderen Welle. In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die Oberflächen 160 abgefaste Oberflächen 172, und die Oberfläche 162 umfasst die Nut 174 mit abgefasten Oberflächen 176.
Obwohl die Kupplung 100 mit einer konkreten Anzahl von Keilplattensegmenten 108 gezeigt wird, sollte klar sein, dass die Kupplung 100 nicht auf die gezeigte Anzahl von Segmenten 108 beschränkt ist, und dass auch andere Anzahlen von Segmenten 108 möglich sind. Obwohl die Kupplung 100 mit einer konkreten axialen Orientierung gezeigt wird, sollte klar sein, dass auch andere axiale Orientierungen möglich sind. Zum Beispiel könnte die axiale Orientierung des Käfigs 106 und der Segmente 108 umgekehrt werden, so dass der Flansch 140 sich in Richtung AD2 von dem Abschnitt 138 erstreckt, und die Fortsätze 150 sich in Richtung AD1 von den Segmenten 108 erstrecken.
In vorteilhafter Weise löst die Kupplung 100 die folgenden oben angeführten Probleme: ungleichmäßiger Sperrdruck in einem gesperrten Modus; ungleichmäßige radiale Bewegung der Keilsegmente; und Konzentration der Reibungskontaktkräfte an einem kleineren Innendurchmesser. Insbesondere übt das elastische Element 110 eine gleichwertige Kraft in Richtung RD1 auf jedes Segment 108 aus, was sicherstellt, dass die Segmente 108 sich gleichförmig radial nach innen und radial nach außen verschieben. Zum Beispiel verändert sich der Radius 158 gleichförmig für alle Segmente 108 während des Übergangs zwischen dem gesperrten und dem Freilaufmodus, und der Radius 158 ist für alle Segmente 108 in dem gesperrten Modus gleich. Somit wird während des gesperrten Modus durch jedes der Segmente 108 der gleiche Sperrdruck ausgeübt.
Wie vorstehend erwähnt drängt im Freilaufmodus die Fliehkraft die Keilplatte radial nach außen, und kann bei Konfigurationen nach dem Stand der Technik einen ungewollten Übergang in den gesperrten Modus verursachen. Da jedoch die Segmente 108 während des Freilaufmodus in Kontakt mit der Nabe 102 stehen und die Segmente 108 radial nach innen verschoben werden, um den gesperrten Modus zu implementieren, kann die Fliehkraft während des Freilaufmodus nicht zu einem ungewollten Übergang in den gesperrten Modus führen. In der Tat macht die Fliehkraft einen solchen Übergang noch schwieriger, indem sie die Segmente 108 radial nach außen in die Freilaufstellung drängt.
Im Hinblick auf die Reibkontaktkraft platzieren, wie vorstehend erwähnt, Keilplattenkupplungen nach dem Stand der Technik Paare von Rampen an dem kleineren Innendurchmesser der Keilplatte oder der Keilplattensegmente. Nur jeweils eine Rampe für jedes Paar von Rampen (in Abhängigkeit von der Drehrichtung für die drehmomentübertragende Welle) trägt die Kontaktreibungskraft. Die Rampen 122 und 124 der Segmente 108 befinden sich jedoch an der radial äußersten Oberfläche 120. So sind die Umfangserstreckungen 178 und 180 der Rampen 114/116 und der Rampen 122/124 jeweils wesentlich größer als wenn die Rampen 114 und 116 sich an der Oberfläche 160 der Segmente 108 befinden würden. Als Ergebnis ist der Kontaktbereich zwischen den Rampen 114 und 122 und zwischen den Rampen 116 und 124 im Vergleich zum Eingriffsbereich für Rampen in Keilplattenkupplungen nach dem Stand der Technik stark vergrößert; daher wird die Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung 100 erhöht. Zusätzlich wird die Drehmomentübertragungskapazität der inneren Oberflächen 160 maximiert, da jeweils die gesamten inneren Oberflächen 160 der Segmente 108 in Kontakt mit der Außenfläche 162 des Rings 104 stehen.
Es sollte klar sein, dass verschiedene der oben offenbarten Merkmale und Funktionen oder Alternativen dazu vorteilhaft zu anderen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene derzeit noch nicht vorherzusehende Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen können durch den Fachmann vorgenommen werden und sollen ebenfalls in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

10: zylindrisches System
11: Drehachse
AD1: axiale Richtung
AD2: axiale Richtung
RD1: radiale Richtung
RD2: radiale Richtung
CD1: Umfangsrichtung
CD2: Umfangsrichtung
R: Radius
12: Objekt
13: Objekt
14: Objekt
15A: Oberfläche
15B: Oberfläche
15C: Rand
16A: Oberfläche
16B: Rand
17A: Radius
17B: Radius
18: Oberfläche
19: Umfang
20: Radius
100: Keilkupplung
AR: Drehachse
102: Nabe
104: Außenring
106: Käfig
108: in Umfangsrichtung ausgerichtete Keilplattensegmente
108A: Keilplattensegment
108B: Keilplattensegment
110: elastisches Element/Wellenfeder
112: radial nach innen weisende Oberfläche der Nabe 102
114: Rampe
116: Rampe
118: Zentralabschnitt
120: radial äußerste Oberfläche der Segmente 108
122: Rampe
124: Rampe
126: Zentralabschnitt
128: sich radial erstreckender Körperabschnitt
130: Schulter
132: radial äußerste Oberfläche
134: Ausnehmung
136: Spitzenbereich
138: sich radial erstreckender Körperabschnitt
140: Flansch
L1: Linie
L2: Linie
142: Sicherungslaschen
142A: Lasche
144: Kerbe
146: Kerbe
148: Ausnehmung/Durchgangsbohrung
148A: Ausnehmung
150: Fortsatz
150A: Fortsatz
A: Achse
151: Umfangsdimension
152: Außendurchmesser
154: Länge in radialer Richtung RD1
155: radialer Spalt
156: Rand
157: Radius für Nabe 102
158: Radius für Segmente 108
AD: Stellgliedvorrichtung
160: Innenflächen der Segmente 108
162: Außenfläche des Rings 104
164: umlaufender Abstand zwischen Segmenten 108
166: Rand des Segments 108
168: Keilwellenzähne
S: Welle
170: Hohlrad
172: abgefaste Oberfläche
174: Nut
176: abgefaste Oberfläche
F: Kraft

Claims

Keilkupplung, umfassend: eine Drehachse; eine Nabe; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; einen Käfig, der radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet ist; eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten, die radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet sind; und ein in Umfangsrichtung durchgehendes elastisches Element: das mit dem Käfig und der Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten in Eingriff steht; und das die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach außen drängt.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: jedes Keilplattensegment eine radial äußerste Oberfläche umfasst; und zumindest ein Teil der radial äußersten Oberfläche in Kontakt mit der Nabe steht.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: der Käfig einen Flansch umfasst, der sich in einer axialen Richtung erstreckt; und das in Umfangsrichtung durchgehende elastische Element mit dem Flansch in Eingriff steht.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: der Käfig umfasst: einen sich radial erstreckenden Körperabschnitt; und eine Vielzahl von Sicherungslaschen, die sich von dem sich radial erstreckenden Körperabschnitt in einer ersten axialen Richtung erstrecken; und jede Lasche in der ersten axialen Richtung jeweilige erste und zweite in Umfangsrichtung benachbarte Keilplattensegmente überlappt.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: der Käfig umfasst: einen sich radial erstreckenden Körperabschnitt; und eine Vielzahl von Ausnehmungen oder Durchgangsbohrungen in dem sich radial erstreckenden Körperabschnitt; und jedes Keilplattensegment einen Fortsatz umfasst, der in einer jeweiligen Ausnehmung oder Durchgangsbohrung angeordnet ist.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: jedes Keilplattensegment umfasst: einen sich radial erstreckenden Körperabschnitt; und eine Schulter, die sich von dem Körperabschnitt in einer axialen Richtung erstreckt; und das in Umfangsrichtung durchgehende elastische Element mit der Schulter für jedes Keilplattensegment in Eingriff steht.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: die Nabe eine radial nach innen weisende Oberfläche aufweist, die in einer ersten axialen Richtung radial nach außen abfällt; für einen gesperrten Modus: die Nabe axial in der ersten axialen Richtung verschiebbar ist, um die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach innen in Kontakt mit dem Innenring zu verschieben; und die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten angeordnet ist, um die Nabe und den Innenring nicht drehbar miteinander zu verbinden; und für einen Freilaufmodus: die Nabe axial in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, verschiebbar ist; das in Umfangsrichtung durchgehende elastische Element angeordnet ist, um die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach außen zu verschieben, um den Kontakt zwischen der Nabe und der Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten aufrecht zu erhalten; und die Nabe in Bezug auf den Innenring drehbar ist.
Keilkupplung gemäß Anspruch 1, wobei: ein Keilplattensegment eine radial äußerste Oberfläche umfasst, die Folgendes umfasst: eine erste Rampenfläche, die in einer ersten Umfangsrichtung radial nach innen abfällt; und eine zweite Rampenfläche, die radial nach innen und von der ersten Rampenfläche weg in eine zweite, der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten Umfangsrichtung abfällt; die Nabe eine radial nach innen weisende Oberfläche umfasst, die Folgendes umfasst: eine erste Rampenfläche, die in der ersten Umfangsrichtung radial nach innen abfällt; und eine zweite Rampenfläche, die radial nach innen und von der ersten Rampenfläche weg abfällt, für die Nabe in der zweiten Umfangsrichtung; und in dem gesperrten Modus: die jeweiligen ersten Rampen für das Keilplattensegment und die Nabe durch Druck in Eingriff stehen; oder, die jeweiligen zweiten Rampen für das Keilplattensegment und die Nabe durch Druck in Eingriff stehen.
Keilkupplung, umfassend: eine Drehachse; eine Nabe mit einer Oberfläche, die in einer ersten axialen Richtung radial nach außen abfällt; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten: die radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet sind; und in Kontakt mit der Nabe stehen; einen Käfig, der radial zwischen der Nabe und dem Innenring angeordnet ist, und eine Vielzahl von Sicherungslaschen umfasst, wobei jede Sicherungslasche ein jeweiliges Paar von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten überlappt; und ein elastisches Element, das mit dem Käfig und der Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten in Eingriff steht, wobei: für einen gesperrten Modus: die Nabe axial in der ersten axialen Richtung verschiebbar ist, um die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach innen in Kontakt mit dem Innenring zu verschieben; und die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten angeordnet ist, um die Nabe und den Innenring nicht drehbar miteinander zu verbinden; und für einen Freilaufmodus: die Nabe axial in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, verschiebbar ist; das elastische Element angeordnet ist, um die Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Keilplattensegmenten radial nach außen zu verschieben; und die Nabe in Bezug auf den Innenring drehbar ist.
Keilkupplung, umfassend: eine Drehachse; eine Nabe mit einer Oberfläche, die Folgendes umfasst: zumindest eine erste Rampenfläche, die in einer ersten Umfangsrichtung radial nach innen abfällt; und zumindest eine zweite Rampenfläche, die mit der zumindest einen ersten Rampenfläche verbunden ist und in einer zweiten Umfangsrichtung, die der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, von der zumindest einen ersten Rampenfläche radial nach innen abfällt; einen Innenring, der radial einwärts von der Nabe angeordnet ist; und zumindest ein Keilplattensegment, das eine radial äußere Oberfläche umfasst, mit: einer dritten Rampenfläche, die in der ersten Umfangsrichtung radial nach innen abfällt; und einer vierten Rampenfläche, die mit der dritten Rampenfläche verbunden ist und in der zweiten Umfangsrichtung von der dritten Rampenfläche radial nach innen abfällt, wobei, um einen gesperrten Modus zu implementieren, in dem das zumindest eine Keilplattensegment nicht drehbar mit der Nabe und dem Innenring verbunden ist: die Nabe in der ersten Umfangsrichtung relativ zu dem zumindest einen Keilplattensegment drehbar ist, um reibschlüssig mit der zumindest einen zweiten Rampe und der vierten Rampe in Eingriff zu stehen; oder, die Nabe in der zweiten Umfangsrichtung relativ zu dem zumindest einen Keilplattensegment drehbar ist, um reibschlüssig mit der zumindest einen ersten Rampe und der dritten Rampe in Eingriff zu stehen.