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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Keilkupplung für ein selektives Koppeln von zwei oder mehr Bauteilen eines Antriebsstrangs miteinander.
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Hintergrund
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In einem Kraftfahrzeug kann ein 4-Rad-Antriebssystem oder ein Allrad-Antriebssystem durch eine Kupplung selektiv aktiviert werden. Wenn es erwünscht wird, Antrieb auf die sekundäre Antriebswelle zu übertragen, kann die Kupplung Teil einer Abtriebseinheit zum Verbinden einer Antriebsquelle mit der sekundären Antriebswelle sein. Es ist bekannt, dass eine solche Kupplung eine Klauenkupplung sein kann. Klauenkupplungen neigen zum Zähne Klirren oder Blockieren. Weiterhin ist es bekannt, dass eine solche Kupplung eine Nasskupplung in einem Differential sein kann. Um eine solche Kupplung in einem geschlossenen Modus zu halten, ist es erforderlich, unter Druck stehende Flüssigkeit kontinuierlich zur Verfügung zu stellen, was den Bedarf an Leistung und eine damit verbundene erhöhte Benutzung der Kupplung zur Folge hat.
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Seit kurzer Zeit werden Kupplungen entwickelt, die als eine alternative Konstruktion zum Koppeln einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle dienen sollen, Keilkupplungen sind bekannt zum Beispiel aus U.S. Patentveröffentlichungen Nummern
2015/0083539, 2015/0014113, und 2015/0152921 . Eine Keilkupplung kann einen inneren, mit einer der Wellen verbundenen Laufring, und einen äußeren, mit der anderen der Wellen verbundenen Laufring aufweisen. Radial zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring ist eine Keilplatte angeordnet, die derart ausgebildet ist, dass sie beim geschlossenen Zustand der Keilkupplung in Eingriff mit dem inneren und dem äußeren Laufring kommen kann, um Antrieb von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle zu übertragen.
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Zusammenfassung
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung, weist eine Keilkupplung einen um eine Achse drehbaren inneren Laufring, und einen konzentrisch mit dem inneren Laufring angeordneten und um eine Achse drehbaren äußeren Laufring auf. Eine Mehrzahl von Keilsegmenten ist um die Achse herum angeordnet, wobei diese Segmente in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordnet sind und bilden, alle zusammen, eine kreisringförmige, zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnete Keilplatte. Ein Aktivierungskäfig ist mit der Keilplatte gekoppelt und relativ zur Keilplatte in axiale Richtung beweglich. Eine axiale Bewegung des Aktivierungskäfigs verursacht eine radial Ausdehnung und Schwindung der Keilsegmente, um Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufringen selektiv zu übertragen.
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In einer anderen Ausführung weist eine Keilplatte eine sich entlang einer Achse erstreckende Nabe auf, sowie eine Keilplatte mit einer Mehrzahl von Keilplattensegmenten, wobei diese Segmente konzentrisch mit der Nabe und radial in äußerer Richtung von der Nabe angeordnet sind. Die Keilplattensegmente haben jeweils eine äußere Fläche. Ein Träger ist konzentrisch mit der Nabe angeordnet, erstreckt sich entlang der Achse und ist radial in äußerer Richtung von der Keilplatte angeordnet. Der Träger hat eine innere, den äußeren Flächen der Keilplattensegmente zugewandte Fläche. Ein Aktivierungskäfig weist eine Mehrzahl von Vorsprüngen auf, wobei jeder dieser Vorsprünge zwischen zwei der Keilplattensegmente erstreckt. Eine axiale Bewegung des Aktivierungskäfigs relativ zur Keilplatte entlang der Achse schließt und öffnet die Keilkupplung selektiv.
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In noch einer anderen Ausführung weist eine Keilkupplung einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und einer radial zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring angeordnete Keilplatte auf. Ein Aktivierungskäfig weist eine Mehrzahl von sich durch die Keilplatte erstreckenden Vorsprüngen auf. Eine axiale Bewegung des Aktivierungskäfigs verursacht eine radiale Ausdehnung und Schwindung des Aktivierungskäfigs, so dass er selektiv mit dem äußeren Laufring und dem inneren Laufring in Eingriff kommen kann oder sich davon lösen kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht einer Abtriebseinheit mit einer integrierten Keilkupplung, gemäß einer Ausführung der Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht einer mit einer Mehrzahl von Keilsegmenten versehenen Keilplatte.
- 3A ist eine Querschnittsansicht einer mit einem Aktivierungskäfig versehenen Keilkupplung, in einem ausgerückten Zustand, gemäß einer Ausführung.
- 3B zeigt die Keilkupplung gemäß 3A in einem eingerückten Zustand, gemäß einer Ausführung.
- 4 ist eine Vorderansicht des Aktivierungskäfigs, gemäß einer Ausführung.
- 5 ist eine teilweise Seitenansicht des Aktivierungskäfigs, gemäß einer Ausführung.
- 6 ist eine Vorderansicht von zwei Keilsegmenten der Keilplatte, wobei ein Teil des Aktivierungskäfigs dazwischen liegt, gemäß einer Ausführung.
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Ausführliche Beschreibung
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Es folgen Beschreibungen von Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungen lediglich einige Beispiele sind und dass weitere Ausführungen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabgerecht; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu verdeutlichen. Folglich sollen hierin offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern dienen nur als stellvertretende Basis für die Belehrung eines Fachmanns über variable Verwendungen der Ausführungen. Wie es dem Fachmann auf dem Gebiet klar sein wird, können verschiedene dargestellte und mit Bezug auf eine bestimmte Figur beschriebene Merkmale mit Merkmalen, die in einer oder mehreren der anderen Figuren dargestellt sind, kombiniert werden, um andere, hier nicht explizit gezeigte oder beschriebene Ausführungen zu erzeugen. Die Kombinationen von hierin dargestellten Merkmalen ermöglichen repräsentative Ausführungen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen von den mit der Lehre dieser Offenbarung übereinstimmenden Merkmalen könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Umsetzungen wünschenswert sein.
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1 offenbart eine Abtriebseinheit (PTU) 20 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die PTU ein Beispiel einer Ausführung einer Keilkupplung nach einer Offenbarung in U.S. Patentnummer 15/388,270 ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Ganzheit herein integriert ist. Die PTU kann in einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb wie zum Beispiel einem Personenwagen oder einem LKW verwendet werden. Im gezeigten Beispiel weist die PTU ein Gehäuse 22 auf, auf dem eine Eingangswelle 26 durch Lager 30 zum Rotieren um eine Achse 28 abgestützt wird. Ein Gangrad 24 kann durch eine Keilnutenverbindung an der Eingangswelle 26 befestigt werden. Das Gangrad 24 kann in Wirkverbindung mit einer Getriebe-Ausgangswelle stehen. Zwei Bauteile sind dann in Wirkverbindung miteinander, wenn sie durch einen Antriebsflusspfad verbunden sind, der ihre Drehgeschwindigkeiten dazu zwingt, direkt proportional zu einander zu sein. Eine Ausgangswelle 32 ist im Gehäuse 22 angeordnet und durch Lager 34 zum Rotieren um die Achse 28 abgestützt.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel ist eine Keilkupplung 36 im Gehäuse 22 angeordnet und koppelt die Eingangswelle 26 mit der Ausgangswelle 32 selektiv, um ein Drehmoment von der Eingangswelle 26 auf die Ausgangswelle 32 zu übertragen. Die Kupplung 36 hat einen geschlossenen Zustand (auch als verriegelten Zustand bezeichnet), in dem die Eingangs- und die Ausgangswellen miteinander gekoppelt sind, und einen offenen Zustand (auch als entriegelten Zustand bezeichnet), in dem die Eingangs- und die Ausgangswellen unabhängig voneinander relativ zueinander rotieren können. Die Keilkupplung 36 kann eine Nabe 38 aufweisen, (die als innerer Laufring bezeichnet werden kann), und einen Träger 40 aufweisen, (der als äußerer Laufring bezeichnet werden kann), sowie eine Scheibe 42, (die als Keilplatte bezeichnet werden kann), wobei all diese Teile zum Rotieren um die Achse 28 abgestützt sind.
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Eine äußere Kante 60 der Keilplatte 42 ist in einer Nut 58 des Trägers 40 angeordnet, und eine innere Kante 61 der Keilplatte ist auf der Nabe 38 angeordnet. Wenn die Keilkupplung 36 verriegelt ist, kommt die äußere Kante 60 in Reibschluss mit der Nut 58, und die innere Kante 61 kommt in Eingriff mit der Nabe 38 (welche im vorliegenden Beispiel eine rampenförmige Fläche ist), um den Träger 40 mit der Nabe 38 zu koppeln, wodurch ein Antriebsflusspfad zwischen der Eingangswelle 26 und der Ausgangswelle 32 erschaffen wird.
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Die Keilplatte kann eine Mehrzahl von Keilsegmenten aufweisen, welche Segmente durch Federn zusammen gehalten werden und in Richtung der gelösten Stellung vorgespannt sind. Zum Beispiel zeigt 2 eine Ausführung einer Keilplatte 70, die eine Mehrzahl von Keilplattensegmenten oder Keilsegmenten 72 aufweist. Die Keilsegmente sind durch einen Schnappring zusammen gebunden, welcher durch eine Mehrzahl von Haltefedern 74 an den Keilsegmenten befestigt sind. Ein Schnappring 76 hält die Segmente radial nach innen. Hierdurch werden die Keilsegmente 72 in Richtung ihrer gelösten Stellung vorgespannt, also gelöst von dem äußeren Ring.
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Die Verwendung von Haltefedern und Schnappringen erhöht die Kosten für Herstellung und Zusammenbau. Es ist folglich wünschenswert, eine Keilkupplung zu erschaffen, die sich in radiale Richtung ausdehnende Keilsegmente aufweist, wodurch die Kosten für Herstellung und Zusammenbau sowie Gewicht reduziert werden.
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Folglich, gemäß verschiedener Ausführungen der Erfindung, wird eine mit einem Aktivierungskäfig versehene Keilkupplung vorgeschlagen, welcher Käfig sich relativ zu den Keilsegmenten bewegt, um die Keilsegmente in radiale Richtung zu verschieben. Der Aktivierungskäfig kann die Keilsegmente zusammen halten oder binden, oder die Keilsegmente auch nicht zusammen halten. Wie noch weiter unten beschrieben wird, kann der Aktivierungskäfig sich in axiale Richtung bewegen, um dabei die Keilsegmente in radiale Richtung derart zu verschieben, dass sie die Keilkupplung einrücken oder ausrücken.
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In den 3A-6 ist ein Beispiel einer Keilkupplung gezeigt. 3A zeigt eine Keilkupplung 100 in einem ausgerückten Zustand, und 3B zeigt die Keilkupplung 100 in einem eingerückten Zustand. Ähnlich zu der Beschreibung von 1, weist die Keilkupplung 100 einen inneren Laufring oder Nabe 102 und einen äußeren Laufring oder Träger 104 auf. Eine Keilplatte 106 ist radial zwischen den inneren und äußeren Laufringen angeordnet. Die Keilplatte 106 weist eine Mehrzahl von Keilsegmenten 108 auf, von denen zwei in 6 gezeigt sind. In einer Ausführung sind fünf Keilsegmente vorgesehen. Jedes Keilsegment 108 weist eine innere Fläche 110, die der Zentralachse 112 der Keilkupplung zugewandt ist, und eine äußere Fläche 114, die relativ zu der inneren Fläche radial nach außen angeordnet ist. In einer Ausführung besitzt die Nabe 102 kein kreisrundes Querschnittsprofil, aber stattdessen kann eine äußere Fläche 103 der Nabe 102 eine Mehrzahl von rampenförmigen Flächen aufweisen, die mit Nocken versehen sind, die radial nach außen von dem Mittelpunkt der Nabe 102 geneigt sind. Die Keilsegmente 108 können korrespondierende Nockenflächen auf der inneren Fläche 110 aufweisen, welche mit den Nocken auf der äußeren Fläche 103 der Nabe 102 zusammenarbeiten, um die Keilsegmente 108 derart radial nach außen zu zwängen, dass die äußeren Flächen 114 in Eingriff mit dem Träger 104 kommen. Der Träger 104 ist mit korrespondierenden inneren Flächen 116 versehen, die derart spitz zueinander zulaufen, dass sie die spitz zulaufenden Flächen der äußeren Flächen 114 der Keilsegmenten 108 aufnehmen können.
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In dem in 3A gezeigten ausgerückten Zustand sind die äußeren Flächen 114 der Keilsegmente 108 beabstandet von der inneren Fläche 116 des Trägers 104 angeordnet. Folglich wird kein Drehmoment durch die Nabe 102 auf den Träger 104 übertragen, und die Kupplung ist entriegelt oder ausgerückt. In dem in 3B gezeigten, eingerückten Zustand sind die Keilsegmente 108 radial nach außen ausgedehnt, so dass sie bewirken, dass die äußeren Flächen 114 der Keilplatte in Eingriff mit der inneren Fläche116 des Trägers kommen. Folglich wird durch die Nabe 102 ein Drehmoment auf den Träger 104 übertragen, und die Kupplung verriegelt oder eingerückt.
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Die Keilkupplung 100 weist weiterhin einen Aktivierungskäfig 120 auf. Wie in den 3A und 3B gezeigt, kann sich der Aktivierungskäfig 120 entlang der Achse 112 linear bewegen. Der Aktivierungskäfig 120 ist derart ausgebildet, dass er die Keilsegmente 108 in radiale Richtung ausdehnen kann. In einer Ausführung weist der Aktivierungskäfig 120 eine Platte 122 auf (auch als Basis oder Ring bezeichnet), die eine ringförmige Form besitzt und um die Achse 112 zentriert ist. Eine Mehrzahl von Vorsprüngen 124 erstreckt sich von der Platte 122 aus (auch als Stäbe, Balken oder Arme bezeichnet).
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Wie in 6 zu sehen ist, ist jeder der Vorsprünge 124 jeweils zwischen zwei benachbarten Keilplattensegmenten 108 eingepasst. In einer Ausführung weisen die Keilsegmente 108 korrespondierende Ausschnitte 130 oder Leerstellen an ihren Enden auf (bezogen auf die Umfangsrichtung). Die Ausschnitte 130 von zwei benachbarten Keilsegmenten 108 wirken miteinander zusammen, um eine Öffnung zu begrenzen, die einen einzelnen Vorsprung 124 aufnehmen kann. Folglich trennen die Vorsprünge 124 die einzelnen Keilsegmente 108 voneinander aber halten sie gleichzeitig zusammen, um ihre Ausbildung als eine einzelne Keilplatte 106 aufrechtzuerhalten.
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In einer Ausführung haben die Vorsprünge 124 acht Seiten. Die zwei größten der Seiten stehen in Formschluss mit dem radial nach innen liegenden Teil der Ausschnitte 130. Die nächsten zwei größten der Seiten stehen in Formschluss mit dem radial nach außen liegenden Teil der Ausschnitte 130. Die übrigen Seiten haben keinen unmittelbaren Kontakt mit den Ausschnitten, sondern bleiben erheblich getrennt von den Flächen der Ausschnitte, um eine relative Bewegung zwischen den Vorsprüngen 124 und der Platte 122 zu erleichtern.
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Wie in den 3A-4 zu sehen ist, erstrecken sich die Vorsprünge 124 von der Platte 122 aus und verlaufen dann radial nach innen in Richtung der Achse 112. Während einer linearen Bewegung des Aktivierungskäfigs 120 entlang der Achse 112 (durch eine Antriebquelle, nicht gezeigt), bewirkt der innere Winkel oder die Neigung der Vorsprünge 124 relativ zur Achse 112, dass die Keilplattensegmente 108 sich in eine eingerückte bzw. ausgerückte Stellung hinein ausdehnen bzw. schwinden. Dies ist zum Beispiel in den 3A und 3B gezeigt, in denen sich der Aktivierungskäfig 120 zuerst in 3A in einer ersten linearen Stellung befindet, wenn die Keilkupplung ausgerückt ist und sich in 3B in einer zweiten linearen Stellung relativ zu der Keilplatte 106 befindet, was verursacht, dass die Keilsegmente der Keilplatte 106 sich ausdehnen und in Eingriff mit dem Träger 104 kommen. Wenn der Aktivierungskäfig 120 sich linear bewegt, gleiten die Vorsprünge 124 durch die Öffnungen zwischen benachbarten Keilsegmenten 108. Während die Vorsprünge 124 relativ zu den Keilplattensegmenten 108 gleiten (zu Beispiel nach links in der in den 3A-3B gezeigten Ansicht), dehnen sich die Keilsegmente 108 radial nach außen, um in Eingriff mit dem Träger 104 zu kommen und die Kupplung zu verriegeln.
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Es ist zu verstehen, dass der in den Figuren gezeigte Aktivierungskäfig 120 lediglich eine bestimmte Ausführung darstellt. Es ist möglich unter Beibehaltung der Funktion des Gleitens relativ zu den Keilplattensegmenten, auch andere Ausbildungen zu verwenden, um sie auszudehnen oder schwinden zu lassen. In einer Ausführung zum Bespiel erstrecken sich die Vorsprünge des Aktivierungskäfigs radial nach außen, so dass die Bewegung der Keilsegmente radial nach innen und nach außen relativ zu der in den 3A und 3B gezeigten Bewegungsrichtung des Aktivierungskäfigs umgekehrt wird. Eine solche Ausbildung kann in einer Ausführung nützlich sein, in der der Träger relativ zu der Keilplatte radial innen angeordnet ist, und die Nabe radial außen von der Keilplatte angeordnet ist, so dass die Keilkupplung durch eine radial nach innen gerichtete Bewegung, oder Schwinden der Keilsegmente eingerückt wird.
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Während hier beispielhafte Ausführungen beschrieben worden sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungen alle möglichen, durch die Ansprüche gedeckten Ausbildungen umfassen. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe haben vielmehr eine reine Beschreibungsfunktion und keine einschränkende Natur. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne sich von Geist und Umfang der Offenbarung zu entfernen. Wie schon weiter oben erwähnt, können die Merkmale von verschiedenen Ausführungen kombiniert werden, um weitere Ausführungen der Erfindung zu erhalten, welche nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt worden sind. Es wäre zwar möglich gewesen, verschiedene Ausführungen als vorteilhaft oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungen oder dem Stand der Technik hinsichtlich einen oder mehreren Merkmalen anzugeben, erkennt ein Fachmann, dass auf ein oder mehrere Merkmale verzichtet werden kann, um erwünschte übergeordnete Systemeigenschaften zu erlangen, die von bestimmten Anwendungen und Durchführungen abhängen. Diese Eigenschaften können u. a., aber nicht ausschließlich, sein: Kosten, Robustheit, Lebensdauer, Lebenszyklus-Kosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Fertigungsaspekte, Eignung zum Ein- und Zusammenbau usw. An sich, auch wenn irgendwelche Ausführungen als weniger erwünscht hinsichtlich ein oder mehrere Merkmale als andere Ausführungen oder aktuellen Durchführungen im Stand der Technik angegeben werden, fallen sie nicht aus dem Geltungsbereich der Offenbarung heraus und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0083539 [0003]
- US 2015/0014113 [0003]
- US 2015/0152921 [0003]
