DE102022107914A1 - Pawl clutch of a switching device and method for dimensioning - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung, bei der eine Klinke (1) mit einem Sperrhebel (3) und einem Steuerhebel (4) auf einem Schwenkzapfen (2) an einer Antriebsachse (6) schwenkbar gelagert ist und jeweils, wenn der Steuerhebel (4) in ein Nockental (NT) eines Nockenkörpers (5) hineingeschwenkt ist, ein Arm des Sperrhebels (3) mit einer Stirnfläche (SF) in eine Innenverzahnung (ZI) eines Getrieberades auf einer Kuppelfläche (KF) lastabhängig kraftschlüssig kuppelnd eingreift und jeweils, wenn durch eine Verstellung des Nockenkörpers (5) der Steuerhebel (4) auf eine Nocke (N) aufläuft der Sperrhebel (3) gegen eine lastabhängige Reibkraft FKaus der Innenverzahnung (ZI) löst. Die Stirnfläche (SF) sowie die Kuppelfläche (KF) ist in einem Winkel (β) zu einer Senkrechten von einem von der Klinkenschwenkachse (8) radial ausgehenden, auf den Mittelpunkt der Stirnfläche (SF) führenden Vektor geneigt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Dimensionierung einer Klinkenkupplung.The present invention relates to a pawl clutch of a switching device, in which a pawl (1) with a locking lever (3) and a control lever (4) is pivotally mounted on a pivot pin (2) on a drive axle (6) and in each case when the control lever ( 4) is pivoted into a cam valley (NT) of a cam body (5), an arm of the locking lever (3) with an end face (SF) engages in a load-dependent, force-fitting manner in an internal toothing (ZI) of a gear wheel on a coupling surface (KF) and in each case, When the control lever (4) comes into contact with a cam (N) by adjusting the cam body (5), the locking lever (3) releases against a load-dependent friction force FK from the internal toothing (ZI). The end face (SF) and the dome surface (KF) are inclined at an angle (β) to a perpendicular to a vector emanating radially from the pawl pivot axis (8) and leading to the center of the end face (SF). The present invention further relates to a method for dimensioning a pawl clutch.

Description

1. Technisches Gebiet1. Technical area

Die Erfindung betrifft eine Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung insbesondere eines Planetengetriebes oder eines Stirnradgetriebes in einer pedal angetriebenen Fahrradnabe oder in der Nabe eines motorisch angetriebenen E-bikes.The invention relates to a pawl clutch of a switching device, in particular a planetary gear or a spur gear in a pedal-driven bicycle hub or in the hub of a motor-driven e-bike.

2. Stand der Technik2. State of the art

Aus der EP 0 915 800 B1 ist eine Fahrradnabe mit mehreren Klinkenkupplungen von zugehörigen Planetengetrieben bekannt. An einer hohlen Antriebsachse sind zweiarmige Klinken auf Schwenkzapfen gelagert, von denen jeweils ein Sperrhebelarm stirnseitig in eine asymmetrische Innenverzahnung eines Sonnenrades, ein Antriebsdrehmoment abstützend, eingreift, wenn jeweils der andere Hebelarm durch eine Feder als ein Steuerhebel in ein Nockental eines Nockenkörpers gedrückt wird, der im inneren der Antriebsachse angeordnet ist und durch äußere Schaltmittel in verschiedene Gangstellungen zu verbringen ist. Die Stirnseite des Sperrhebels ist senkrecht zur Richtung der Sperrkraft orientiert, die durch den Schwenkmittelpunkt des Schwenkzapfens verläuft. Bei einem entsperrenden Schalten unter Last sind deshalb erhebliche Reibkräfte an der Stirnseite als auch auf dem Schwenkzapfen zusätzlich zu einer Federkraft zu überwinden, wodurch häufig die Schaltung verzögert erfolgt, wenn ein nächster Gang bereits geschaltet ist, was unter besonderen Umständen zu einer völligen Blockade der gesamten Getriebeanordnung führt. Dieses Problem tritt beim pedalen Kurbelantrieb auf und ist insbesondere dann gravierend, wenn nicht nur ein pedaler Kurbelantrieb, sondern auch ein motorisierter Zusatzantrieb während des Schaltens wirksam ist.From the EP 0 915 800 B1 A bicycle hub with several pawl clutches of associated planetary gears is known. On a hollow drive axle, two-armed pawls are mounted on pivot pins, of which one locking lever arm engages at the front in an asymmetrical internal toothing of a sun gear, supporting a drive torque, when the other lever arm is pressed by a spring as a control lever into a cam valley of a cam body is arranged inside the drive axle and can be moved into different gear positions using external switching means. The front side of the locking lever is oriented perpendicular to the direction of the locking force, which runs through the pivot center of the pivot pin. When unlocking shifting under load, considerable frictional forces on the front side as well as on the pivot pin have to be overcome in addition to a spring force, which often means that the shifting is delayed when a next gear has already been shifted, which in special circumstances leads to a complete blockage of the entire gear Gear arrangement leads. This problem occurs with pedal crank drives and is particularly serious when not only a pedal crank drive, but also a motorized additional drive is active during shifting.

Weiterhin ist aus der DE 10 2013 112 788 B4 bekannt, dass eine derartige Schaltklinkenanordnung beim Schalten unter Last wegen der hohen Reibkräfte der Klinken und der Nockenkörper mit einem mehrfachgestuften Nockenprofil versehen ist, so dass das Trennmoment der Klinke mit dem Drehwinkel der Nocke über ca. 90° von einem hohen Anfangswert auf ein Zehntel davon abfällt.Furthermore, from the DE 10 2013 112 788 B4 It is known that such a switching pawl arrangement is provided with a multi-stepped cam profile when switching under load due to the high frictional forces of the pawls and the cam bodies, so that the separating torque of the pawl with the angle of rotation of the cam over approximately 90 ° from a high initial value to a tenth of it falls off.

Die Schaltmittel können also maximal vier Gangeinstellungen bei einer Umdrehung unterbringen, weshalb weitere Steuermittel bei höheren Gangzahlen vorgesehen sind.The switching means can accommodate a maximum of four gear settings per revolution, which is why additional control means are provided for higher gear numbers.

Das Entkkuppeln ist bei dieser vorbekannten Klinkenausgestaltung gemäß 2 von DE 10 2013 112 788 B4 insbesondere dadurch erschwert, dass die Stirnfläche des Sperrhebels sowie die Kupplungsfläche an der Innenverzahnung des Sonnenrades mit der Senkrechten zur radialen Sperrkraft einen spitzen Winkel α bilden, wodurch die äußere Kante des Sperrhebels sich unter Last in dem Sonnenrad verhaken kann.Uncoupling is in accordance with this previously known pawl design 2 from DE 10 2013 112 788 B4 made particularly difficult by the fact that the end face of the locking lever and the coupling surface on the internal teeth of the sun gear form an acute angle α with the perpendicular to the radial locking force, as a result of which the outer edge of the locking lever can get caught in the sun gear under load.

3. Aufgabenstellung3. Task

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Klinkenkupplung zu schaffen, die das Schalten unter Last erheblich vereinfacht und wobei die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.It is the object of the invention to create a pawl clutch that considerably simplifies shifting under load and overcomes the disadvantages of the prior art.

4. Zusammenfassung der Erfindung4. Summary of the invention

Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner ist ein Verfahren zur Dimensionierung für die Klinkengestaltung zu einem lastunabhängigen Schalten mit abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a pawl clutch according to the invention of a switching device according to the features of independent claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims. Furthermore, a method for dimensioning the pawl design for load-independent switching is specified with dependent claims.

Die Lösung besteht darin, dass die Stirnfläche eines Armes eines Sperrhebels sowie die korrespondierende Kupplungsfläche einer Innenverzahnung in einem einheitlichen Winkel derart mit der Senkrechten zur Richtung der Sperrkraft geneigt sind, dass kein Entgegenwirken oder Verhaken, sondern dass im Gegenteil beim Aktivieren einer Entkupplung eine resultierende Kraftkomponente in der Trennrichtung entsteht, welche die bei einem Schalten unter Last auftretenden Reibkräfte weitgehend kompensiert und dadurch den Schaltvorgang unterstützt.The solution is that the end face of an arm of a locking lever and the corresponding coupling surface of an internal toothing are inclined at a uniform angle with the perpendicular to the direction of the locking force so that there is no counteracting or catching, but on the contrary, a resulting force component when activating a decoupling in the separation direction, which largely compensates for the frictional forces that occur when shifting under load and thereby supports the shifting process.

Eine Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung besteht aus einer mit einem Schwenkzapfen an einer Antriebsachse gelagerten Klinke, deren Stirnfläche im gekuppelten Zustand in eine Verzahnung, insbesondere Innenverzahnung, eines Getrieberades sperrend eingreift, wozu sie gewöhnlich von einer Federkraft beaufschlagt ist. Zu einer Entkupplung ist eine durch Stellmittel verschwenkbare Nocke so an der Klinke angeordnet, dass sie verschwenkt sowohl ggf. einer Federkraft entgegenwirkt als auch Reibkräfte, die in dem Klinkenlager sowie zwischen der Klinkenstirnfläche und der Verzahnung, insbesondere bei einer Belastung durch ein durch die Klinke zu übertragendes Drehmoment auftreten, überwindet.A pawl clutch of a switching device consists of a pawl mounted on a drive axle with a pivot pin, the end face of which, in the coupled state, engages in a locking manner in a toothing, in particular internal toothing, of a gear wheel, for which purpose it is usually influenced by a spring force is applied. For decoupling, a cam that can be pivoted by adjusting means is arranged on the pawl in such a way that it pivots, if necessary, counteracting a spring force as well as frictional forces that occur in the pawl bearing and between the pawl end face and the teeth, in particular when there is a load caused by a through the pawl transmitted torque occurs, overcomes.

Die erfindungsgemäße Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung umfasst eine Klinke mit einem Sperrhebel und einem Steuerhebel, die auf einem Schwenkzapfen an einer Antriebsachse schwenkbar gelagert ist und bei der jeweils, wenn der Steuerhebel in ein Nockental eines Nockenkörpers hineingeschwenkt ist, ein Arm des Sperrhebels mit einer Stirnfläche in eine Verzahnung eines Getrieberades auf einer Kuppelfläche lastabhängig kraftschlüssig kuppelnd eingreift und jeweils, wenn durch eine Verstellung des Nockenkörpers der Steuerhebel auf eine Nocke aufläuft der Sperrhebel gegen eine lastabhängige Reibkraft aus der Innenverzahnung am Getrieberad löst, wobei die Stirnfläche sowie die Kuppelfläche in einem Winkel β zu einer Senkrechten von einem von der Klinkenschwenkachse radial ausgehenden, auf den Mittelpunkt der Stirnfläche führenden Vektor geneigt ist, wobei der Winkel β derart geneigt ist, dass der Radius rK1 von der Klinkenschwenkachse zur auf der zur Innenverzahnung orientierten Kante der Stirnfläche kleiner ist als der Radius rK2 von der Klinkenschwenkachse zur auf der zum Nockenkörper orientierten Kante der Stirnfläche, wodurch eine ebenfalls lastabhängige entkuppelnde Kraftkomponente gegen die Reibkraft auftritt.The pawl clutch of a switching device according to the invention comprises a pawl with a locking lever and a control lever, which is pivotally mounted on a pivot pin on a drive axle and in which, when the control lever is pivoted into a cam valley of a cam body, an arm of the locking lever with an end face in one The toothing of a gear wheel on a dome surface engages in a force-fitting manner depending on the load and whenever the control lever comes into contact with a cam due to an adjustment of the cam body, the locking lever releases against a load-dependent frictional force from the internal toothing on the gear wheel, the end face and the dome surface being at an angle β to one Vertical is inclined by a vector extending radially from the pawl pivot axis and leading to the center of the end face, the angle β being inclined such that the radius r K1 from the pawl pivot axis to the edge of the end face oriented towards the internal toothing is smaller than the radius r K2 from the pawl pivot axis to the edge of the end face oriented towards the cam body, whereby a load-dependent decoupling force component also occurs against the frictional force.

Erfindungsgemäß werden die lastabhängigen Reibkräfte durch eine derartige Schräglage der Klinkenstirnflächen zur Senkrechten zur radialen Sperrkraft kompensiert, indem der Kraftvektor, der die Reibkräfte gemäß den jeweiligen Reibungskoeffizienten der Materialpaarungen der Reibflächen verursacht, so aufgeteilt wird, dass außer einer kuppelnden Kraftkomponente auch demgemäß eine Kraftkomponente in der Trennrichtung der Kupplung entsteht. Dadurch sind vorteilhaft die Anforderungen an die Steuermittel zur Kupplungsbetätigung weitgehend unabhängig von der jeweils zu schaltenden Last. Es wird damit ein einfacher und weitgehend lastunabhängiger Schaltvorgang unter Last ermöglicht. Dieser Vorteil betrifft sowohl pedal - als auch und insbesondere motorisch angetriebene Fahrradgetriebe: Der Antrieb muss im Schaltvorgang nicht eigens ausgesetzt werden, um ein Entkuppeln zu ermöglichen.According to the invention, the load-dependent frictional forces are compensated for by such an inclination of the pawl end faces to the perpendicular to the radial locking force by dividing the force vector that causes the frictional forces according to the respective friction coefficients of the material pairings of the friction surfaces in such a way that, in addition to a coupling force component, there is also a force component in the Separating direction of the coupling arises. As a result, the requirements for the control means for clutch actuation are advantageously largely independent of the load to be switched. This enables a simple and largely load-independent switching process under load. This advantage applies to both pedal and, in particular, motor-driven bicycle transmissions: the drive does not have to be specifically suspended during the switching process in order to enable decoupling.

Der Fachmann erkennt, dass das Getrieberad je nach Einsatzfall entweder das Sonnenrad mit einer Innenverzahnung eines Planetengetriebes oder ein Zahnrad mit einer Innenverzahnung eines Stirnradgetriebes bildet. Die Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung und das Dimensionierungsverfahren sind damit für unterschiedliche Einsatzfälle hinsichtlich der Übersetzung, des erforderlichen Drehmoments und hinsichtlich der Abmessungen eines Getriebes am Fahrrad oder E-Bike für das Schalten unter Last einsetzbar.The person skilled in the art will recognize that, depending on the application, the gear wheel forms either the sun gear with internal teeth of a planetary gear or a gear with internal teeth of a spur gear. The pawl clutch of a switching device and the dimensioning method can therefore be used for different applications with regard to the gear ratio, the required torque and the dimensions of a gearbox on a bicycle or e-bike for shifting under load.

In der Folge wird vorzugsweise der Einsatzfall des Getrieberades als Sonnenrad mit einer Innenverzahnung eines Planetengetriebes beschrieben. Dabei wird das Sonnenrad von wenigstens drei Planetenzahnrädern umlaufen. Planetengetriebe ermöglichen eine vorteilhaft kompakte und gewichtssparende Realisierung einer Übersetzung von Drehmomenten in der Antriebsnabe eines Fahrrads oder eines E-bikes.In the following, the application of the gear wheel as a sun gear with internal teeth of a planetary gear is preferably described. The sun gear is rotated by at least three planetary gears. Planetary gears enable an advantageously compact and weight-saving implementation of torque transmission in the drive hub of a bicycle or e-bike.

Im Einsatzfall eines Zahnrads mit einer Innenverzahnung eines Stirnradgetriebes greift das Zahnrad in ein weiteres Zahnrad ein. In Anwendungsfällen, wo ein Stirnradgetriebe aus technischen Gründen vorgezogen wird, sind die erfindungsgemäßen Vorteile des Schaltens unter Last ohne weiteres übertragbar.When using a gear with internal teeth of a spur gear, the gear engages with another gear. In applications where a spur gear is preferred for technical reasons, the advantages of shifting under load according to the invention are easily transferable.

Es ist von Vorteil, wenn die so entstehende entkuppelnde Kraftkomponente mindestens der Kupplungs-Reibkraft in engen Toleranzen entspricht.It is advantageous if the resulting decoupling force component corresponds at least to the clutch friction force within narrow tolerances.

Bevorzugter Weise ist der Winkel β derart ausgebildet, dass der so entstehende Kraftvektor mit dem mittleren Abstand der Stirnfläche von der Schwenkachse ein auskoppelndes Moment bildet, das der Summe der Momente aus einer Reibkraft FK mit dem Abstand rK und einer Lagerreibung der Klinke am Schwenkzapfen (mit dem Lagerradius) mit engen Toleranzen entspricht.Preferably, the angle β is designed such that the resulting force vector with the average distance of the end face from the pivot axis forms a coupling-out moment, which is the sum of the moments from a frictional force F K with the distance r K and a bearing friction of the pawl on the pivot pin (with the bearing radius) with tight tolerances.

Im gekuppelten Zustand kann ein Überwiegen des entkuppelnden Momentes über die Reibungsmomente durch eine in kuppelnder Richtung wirkende, passend dimensionierte Federkraft einer Feder übertroffen werden.In the coupled state, the predominance of the uncoupling moment over the frictional moments can be exceeded by a suitably dimensioned spring force of a spring acting in the coupling direction.

Bevorzugter Weise trägt der Sperrhebel mindestens eine Sperrnocke, die eine Nockenbahn tangiert, aus der jeweils eine Nocke/Gleitbahn herausragt, der in einer kuppelnden Drehstellung des Nockenkörpers den Sperrhebel mit dessen Sperrfläche gegen die Kuppelfläche verbringt, wobei der Steuerhebel von der Nocke in ein Nockental abgleitet.Preferably, the locking lever carries at least one locking cam, which touches a cam track, from which a cam/slide track protrudes, which, in a coupling rotational position of the cam body, moves the locking lever with its locking surface against the dome surface, the control lever sliding off the cam into a cam valley .

Vorteilhafter Weise können an dem Sperrhebel zwei Sperrnocken parallel zueinander, beidseitig mit Spiel neben der Nocke positioniert, angeformt sein.Advantageously, two locking cams can be formed on the locking lever parallel to one another, positioned on both sides with play next to the cam.

Ferner ist von Vorteil, dass die Stirnfläche und die Kupplungsfläche jeweils bogenförmig um die Schwenkachse ausgebildet sind.It is also advantageous that the end face and the coupling surface are each designed in an arc shape around the pivot axis.

Es ist bevorzugt, dass das Nockental und ebenso die Zahnbereiche der Innenverzahnung sich jeweils über 30° bis 45° des Nockenkörperumfangs bzw. des Getrieberadinneren erstrecken.It is preferred that the cam valley and also the tooth areas of the internal toothing each extend over 30° to 45° of the cam body circumference or the gear wheel interior.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Verzahnung seitlich an einem Getrieberad ausgebildet sein und die Klinke und der Nockenkörper seitlich davon angeordnet sein, wobei der Schwenkzapfen an einem angetriebenen Getrieberad eines parallel zum erstgenannten Getrieberad angeordnet ist, so dass jeweils gekuppelt beide Getrieberäder gemeinsam rotieren.In a preferred embodiment, the toothing can be formed laterally on a gear wheel and the pawl and the cam body can be arranged laterally therefrom, the pivot pin being arranged on a driven gear wheel parallel to the first-mentioned gear wheel, so that both gear wheels rotate together when coupled.

Ferner löst die vorliegende Erfindung die Aufgabe mittels eines Verfahrens zur Dimensionierung einer erfindungsgemäßen Klinkenkupplung mit folgenden Schritten:

  • - Bestimmung des Reibungskoeffizienten zwischen einer Stirnfläche und einer komplementären Kupplungsfläche durch Messung am Objekt und/oder aus einer Tabelle mit Materialeigenschaften,
  • - Bestimmung eines Reibungskoeffizienten und eines Radius eines Schwenkzapfens durch Messung am Objekt und/oder aus einer Tabelle mit Materialeigenschaften,
  • - Bestimmung eines Abstands der Stirnfläche und der komplementären Kupplungsfläche zur Schwenkachse,
  • - Bestimmung eines Winkels β, wobei für die Stirnfläche eines Sperrhebels einer Klinke der Winkel β des stumpfen Winkels 90°+β, der sich gekuppelt formschlüssig in der komplementär ausgebildeten Verzahnung befindet, nur aus solchen Konstruktionsdaten bestimmt wird, die lastunabhängig sind, nämlich dem Reibungskoeffizienten zwischen der Stirnfläche und der komplementären Kupplungsfläche und deren Abstand zur Schwenkachse sowie dem Reibungskoeffizienten und dem Radius des Schwenkzapfens, wodurch sich der Winkel β = arctan((µK*rK + µS*rS) / (rK - µSK*rS)) als optimal ergibt.
Furthermore, the present invention solves the problem by means of a method for dimensioning a pawl coupling according to the invention with the following steps:
  • - Determination of the coefficient of friction between an end face and a complementary coupling surface by measuring the object and/or from a table with material properties,
  • - Determination of a coefficient of friction and a radius of a pivot pin by measuring the object and/or from a table with material properties,
  • - Determination of a distance between the end face and the complementary coupling surface to the pivot axis,
  • - Determination of an angle β, whereby for the end face of a locking lever of a pawl, the angle β of the obtuse angle 90°+β, which is coupled in a form-fitting manner in the complementary toothing, is determined only from those design data that are load-independent, namely the coefficient of friction between the end face and the complementary coupling surface and their distance to the pivot axis as well as the coefficient of friction and the radius of the pivot pin, whereby the angle β = arctan((µ K *r K + µ S *r S ) / (r K - µ S * µ K *r S )) results as optimal.

Es kann eine Näherung zur Dimensionierung genutzt werden, indem der Term (- µSK*rS) im Divisor vernachlässigt wird, wodurch sich die vereinfachte Berechnung als einen Näherungswert einen Winkel genähert β∼ entsprechend β∼ = arctan (µK + µS*RS/rK) ergibt.An approximation for dimensioning can be used by neglecting the term (- µ SK *r S ) in the divisor, whereby the simplified calculation approximates an angle β∼ corresponding to β∼ = arctan (µK + µS *RS/rK) results.

Die Dimensionierung des Winkels β der Schräglage der Klinkenstirnfläche ist sowohl von den Abmessungen der Klinke als auch von den Reibungskoeffizienten der Materialpaarungen der sich reibenden Flächen abhängig am Objekt. Es gibt Tabellen mit praktischen Erfahrungswerten der Reibungskoeffizienten, die jedoch eine breite Streuung der Koeffizienten zeigen. Zudem ist der Einsatz von Schmiermitteln von Bedeutung. Deshalb ist es im Einzelfall ratsam, die Reibungskoeffizienten nach einer üblichen Methode am Objekt zu ermitteln.The dimensioning of the angle β of the inclined position of the pawl end face depends on both the dimensions of the pawl and the friction coefficients of the material pairings of the rubbing surfaces on the object. There are tables with practical empirical values of the coefficients of friction, but they show a wide spread of the coefficients. The use of lubricants is also important. It is therefore advisable in individual cases to determine the coefficients of friction on the object using a standard method.

Zu den nachfolgenden Beispielen werden als Materialpaarungen jeweils Stahl auf Stahl, geschmiert, angenommen und die Reibungskoeffizienten einem üblich verwendeten Mittelwert entsprechend, auf 0,12 festgelegt. Bei den vergleichsweisen Abmessungen, die einem Produkt gemäß der DE 10 2013 112 788 B4 entnommen wurden, ergibt sich entgegen dem dort eigesetzten und der Entkupplung entgegenwirkenden spitzen Winkles α rechnerisch eine optimale Schräglage der Klinkenstirnflächen-normalen von 7° zum Radialvektor durch die Klinkenschwenkachse. In einem anderen Beispiel der Materialkombination und/oder Schmierung ergab die Berechnung 10° für die Schräglage der genannten Kennwerte der belasteten Klinke.For the following examples, the material pairings are assumed to be steel on steel, lubricated, and the coefficients of friction are set to 0.12, corresponding to a commonly used average value. With the comparative dimensions that a product has according to the DE 10 2013 112 788 B4 have been removed, contrary to the acute angle α used there and counteracting the decoupling, this results in a mathematically optimal inclination of the pawl face normal of 7° to the radial vector through the pawl pivot axis. In another example of the combination of materials and/or lubrication, the calculation resulted in 10° for the inclination of the specified characteristics of the loaded pawl.

Der Winkel β liegt je nach Materialpaarung und gegebenenfalls Schmierung vorzugsweise in einem Bereich von 3° bis 30°, vorteilhafter Weise zwischen 5° und 20°, bevorzugter Weise zwischen 6° und 12°.Depending on the material pairing and, if necessary, lubrication, the angle β is preferably in a range from 3° to 30°, advantageously between 5° and 20°, preferably between 6° and 12°.

Ein Reibungskoeffizient hängt von der Materialpaarung, der Wärmebehandlung wie dem Härten, der Schmierung, der Kontaktdauer etc., ab. Das heißt, dass eine erhebliche Streuung der Reibungskoeffizienten bei der Bestimmung des Winkels β berücksichtigt wird.A coefficient of friction depends on the material pairing, the heat treatment such as hardening, lubrication, the contact time, etc. This means that a significant spread in the coefficients of friction is taken into account when determining the angle β.

Als Materialpaarungen werden vorzugsweise Stahl und Stahl oder Stahl und Aluminium eingesetzt. Es kommen aber auch andere Materialien in Kombination mit Stahl oder in Kombination miteinander, wie beispielsweise Aluminiumbronze, Bronze, Berylliumkupfer, Messing, Teflon, Industriekeramik oder massive oder oberflächenbeschichtete Komponenten mit einer reibungsarmen aber tribologisch widerstandsfähigen Oberfläche, beispielsweise aus Carbon oder Carbonfasern in Betracht, um so einen Winkel β realisieren zu können, bei dem auch unter hoher Last und starken Erschütterungen von außen eine sichere Kupplung und Entkupplung zu gewährleisten ist. Der Reibungskoeffizient der einzelnen Materialkombinationen wird durch Messung am Objekt ermittelt und/oder aus einer Tabelle mit Materialeigenschaften ermittelt.The preferred material pairings used are steel and steel or steel and aluminum. But there are also other materials in combination with steel or in combination with each other, such as aluminum bronze, bronze, beryllium copper, brass, Teflon, industrial ceramics or solid or Surface-coated components with a low-friction but tribologically resistant surface, for example made of carbon or carbon fibers, are considered in order to be able to realize an angle β at which safe coupling and uncoupling can be guaranteed even under high loads and strong external vibrations. The coefficient of friction of the individual material combinations is determined by measuring the object and/or from a table with material properties.

Die Bestimmung der technisch sich unterscheidenden Reibungskoeffizienten der jeweiligen Materialpaarung und derer Reibungsparameter ist integraler Bestandteil des Verfahrens zur Dimensionierung und bestimmt den jeweils erfindungsgemäß resultierenden Winkel β.The determination of the technically different friction coefficients of the respective material pairing and their friction parameters is an integral part of the dimensioning process and determines the angle β resulting in each case according to the invention.

Damit wird eine Lösung angeboten, bei welcher der Winkel β einerseits den Schaltvorgang des Entkuppelns unterstützt und dabei andererseits das sichere Halten der Kupplung ermöglicht, statt wie bisher üblich einem Vorgang der Entkupplung entgegenzuwirken, um ein Halten der Kuppelung zu erreichen.This offers a solution in which the angle β, on the one hand, supports the switching process of decoupling and, on the other hand, enables the clutch to be held securely, instead of, as was previously the case, counteracting a process of decoupling in order to achieve holding the clutch.

5. Kurze Beschreibung der Zeichnungen5. Brief description of the drawings

Im Folgenden werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Diese Figuren zeigen:

  • 1 - Stand der Technik aus EP 0 915 800 B1 .
  • 2 - Stand der Technik aus DE 10 2013 112 788 B4 .
  • 3 - Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassend einen Sperrhebel einer Klinke.
  • 4 - Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einer Klinkenschaltung.
  • 5 - Einen Ausschnitt mit formschlüssig gesteuerter Klinke.
  • 6 - Eine formschlüssige Klinkenanordnung in perspektivischer Ansicht.
  • 7 - Einen Schwenkzapfen mit Sperrhebel und Steuerhebel und einen Nockenkörper in perspektivischer Ansicht.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to figures. These figures show:
  • 1 - State of the art EP 0 915 800 B1 .
  • 2 - State of the art DE 10 2013 112 788 B4 .
  • 3 - A preferred embodiment of the present invention comprising a locking lever of a pawl.
  • 4 - A preferred embodiment of the present invention of a jack circuit.
  • 5 - A cutout with a positively controlled latch.
  • 6 - A positive latch arrangement in perspective view.
  • 7 - A pivot pin with locking lever and control lever and a cam body in a perspective view.

6. Detaillierte Beschreibung6. Detailed description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend nur beispielhaft beschrieben. Diese Beispiele stellen die besten Wege dar, die Erfindung in der Praxis umzusetzen, welche dem Anmelder derzeit bekannt sind, obwohl dies natürlich nicht die einzigen Wege sind, auf welchen dies erreicht werden könnte. Die Beschreibung legt die Funktionen des Beispiels und die Abfolge der Schritte für das Gestalten und den Betrieb des Beispiels dar. Jedoch können dieselben oder äquivalente Funktionen und Abfolgen von anderen Beispielen erzielt werden.Embodiments of the present invention are described below only as examples. These examples represent the best ways of putting the invention into practice currently known to the applicant, although of course these are not the only ways in which this could be accomplished. The description sets forth the functions of the example and the sequence of steps for designing and operating the example. However, the same or equivalent functions and sequences may be achieved from other examples.

Gleiche Bauteile weisen gleiche Bezugszeichen auf.The same components have the same reference numbers.

1 zeigt aus der EP 0 915 800 B1 eine Klinkenkupplung eines Planetengetriebes in gekuppeltem Zustand. An der hohlen Antriebsachse 6 ist mit dem Schwenkzapfen 2 die zweiarmige Klinke 1 um die mittige Schwenkachse 8 des Schwenkzapfens 2 verschwenkbar gelagert. Der eine Arm der Klinke 1 ist der Steuerhebel 4, der durch eine Federkraft F in ein Nockental NT eines Nockenkörpers 5 gedrückt wird. (Die Federkraft F ist nicht dargestellt, da sie dem Fachmann geläufig ist.) Der gegenüberliegende Klinkenarm ist der Sperrhebel 3, dessen Stirnfläche SF eine Kupplungsfläche KF einer Innenverzahnung ZI des Sonnenrades 7 formschlüssig kontaktiert. Die Stirn- und Kupplungsflächen stehen senkrecht zu einem Kraftvektor, der im Lastfall von der Schwenkachse 8 aus auf die Stirnfläche SF gerichtet ist. Verdreht man den Nockenkörper im Bild im Uhrzeigersinn, drückt die Nocke N den Steuerhebel 4 in den Bereich der Antriebsachse 6, wobei sie die Federkraft F und die lastabhängigen Reibkräfte an der Stirnfläche SF sowie an der Reibfläche RF am Schwenkzapfen 2 überwinden muss. 1 shows from the EP 0 915 800 B1 a pawl clutch of a planetary gear in the coupled state. On the hollow drive axle 6, the two-armed pawl 1 is mounted with the pivot pin 2 so that it can pivot about the central pivot axis 8 of the pivot pin 2. One arm of the pawl 1 is the control lever 4, which is pressed into a cam valley NT of a cam body 5 by a spring force F. (The spring force F is not shown because it is familiar to those skilled in the art.) The opposite pawl arm is the locking lever 3, the end face SF of which positively contacts a coupling surface KF of an internal toothing ZI of the sun gear 7. The end faces and coupling surfaces are perpendicular to a force vector which, in the event of a load, is directed from the pivot axis 8 to the end face SF. If you turn the cam body clockwise in the picture, the cam N pushes the control lever 4 into the area of the drive axle 6, whereby it has to overcome the spring force F and the load-dependent friction forces on the end face SF and on the friction surface RF on the pivot pin 2.

2 zeigt aus der DE 10 2013 112 788 die analogen Verhältnisse zu 1 in der Darstellung eines Getrieberades. Dieses kann entweder das Sonnenrad eines Planetengetriebes bilden oder ein Zahnrad eines Stirnradgetriebes. Ein wesentlicher Unterschied zur EP 0 915 800 B1 besteht darin, dass die Stirnfläche SF des Sperrhebels 3 nicht in der Senkrechten, sondern in einem spitzen Winkel α entgegen der Senkrechten zum Radialvektor der durch die Klinkenschwenkachse 8 verläuft, welcher auf das Innere des Getrieberades gerichtet in die Sperrrichtung geneigt ist und die dadurch erhöhten Haftkräfte beim Entkuppeln überwunden werden müssen. Dafür ist ein anderes Nockenprofil ausgebildet, durch welches die Auswirkung der erhöhten lastabhängigen Reibkräfte beim Lösen der Kupplung stufenweise über einen sehr weiten Nocken-Verdrehwinkel reduziert wird. 2 shows from the DE 10 2013 112 788 the analogous relationships 1 in the representation of a gear wheel. This can either form the sun gear of a planetary gear or a gear of a spur gear. A significant difference to EP 0 915 800 B1 is that the end face SF of the locking lever 3 is not vertical, but at an acute angle α opposite to the vertical to the radial vector which runs through the pawl pivot axis 8, which is inclined towards the interior of the gear wheel in the locking direction and the resulting increased adhesive forces overcome when uncoupling Need to become. For this purpose, a different cam profile is designed, through which the effect of the increased load-dependent frictional forces when releasing the clutch is gradually reduced over a very wide cam twist angle.

3 zeigt in einer Aufsicht den neuartigen Sperrhebel 3 der Klinke im Detail mit Maßbezeichnungen und Kraftvektoren am Beispiel des Anwendungsfalles als Sonnenrad in einem Planetengetriebe. Der Sperrhebel 3 ist im Schwenkzapfen 2 um die Klinkenschwenkachse 8 verschwenkbar. Ein Lager, in welchem der Schwenkzapfen 2 um die Klinkenschwenkachse 8 dreht, ist in 3 nicht dargestellt. Die Klinke ist in das Sonnenrad 7 formschlüssig eingeklinkt. Auf der Stirnfläche SF des Sperrhebels 3 steht bei einer Kraftübertragung auf die Kuppelfläche KF des Sonnenrades 7 ein von der Klinkenschwenkachse 8 radial ausgehender Kraftvektor RK an. Die Stirnfläche SF steht nicht wie in den bekannten Anordnungen zu diesem senkrecht oder wie in der DE 10 2013 112 788 B4 um einen Winkel in Sperrrichtung geneigt, sondern gemäß der Neuerung um einen Winkel β in der entgegengesetzten Richtung, also zum Sonnenrad hin entgegen der Sperrrichtung so geneigt, dass ein Entkuppeln unterstützt wird. Durch ihre Schrägstellung liegt senkrecht zur Stirnfläche SF eine Normalkraft NK an, die vektoriell aus dem radialen Kraftvektor RK und einem tangentialen Kraftvektor TK zusammengesetzt ist. Es gilt für RK = NK ∗ cos(β) und für TK = NK ∗ sin(β). Die lastabhängige Tangentialkraft TK ist in die Richtung orientiert, in der sie ein Lösen der Klinke unterstützt. Andererseits wirkt die lastabhängige Reibkraft FK, die zwischen der Stirnfläche SF und der Kuppelfläche KF am Sonnenrad 7 auftritt, sowie die Kraft FS, die an der Reibfläche RF an dem Schwenkzapfen 2 beim Lösen der Klinke auftritt, der Tangentialkraft TK entgegengesetzt. Das wird erfindungsgemäß zu einer weitgehenden Kompensation der lastabhängigen Momente MGES (nicht in 3 dargestellt) genutzt. Anzumerken ist, dass an der Reibfläche RF des Schwenkzapfens 2 sowohl ein Anteil der Reibkraft durch die Radialkraft RK bestimmt ist als auch ein geringerer weiterer Beitrag durch die Reibkraft an der Stirnfläche SF proportional zum Produkt der Reibungskoeffizienten µK und µS (beide nicht in 3 dargestellt) anfällt. 3 shows a top view of the new locking lever 3 of the pawl in detail with dimension names and force vectors using the example of the application as a sun gear in a planetary gear. The locking lever 3 can be pivoted in the pivot pin 2 about the pawl pivot axis 8. A bearing in which the pivot pin 2 rotates about the pawl pivot axis 8 is in 3 not shown. The pawl is latched into the sun gear 7 in a form-fitting manner. When force is transmitted to the coupling surface KF of the sun gear 7, a force vector R K emanating radially from the pawl pivot axis 8 is present on the end face SF of the locking lever 3. The end face SF is not perpendicular to it as in the known arrangements or as in the DE 10 2013 112 788 B4 inclined by an angle in the locking direction, but according to the innovation by an angle β in the opposite direction, i.e. inclined towards the sun gear against the locking direction in such a way that decoupling is supported. Due to its inclination, a normal force N K is applied perpendicular to the end face SF, which is vectorially composed of the radial force vector R K and a tangential force vector T K. It holds for R K = N K ∗ cos(β) and for T K = N K ∗ sin(β). The load-dependent tangential force T K is oriented in the direction in which it supports the release of the pawl. On the other hand, the load-dependent frictional force F K , which occurs between the end face SF and the coupling surface KF on the sun gear 7, as well as the force F S , which occurs on the friction surface RF on the pivot pin 2 when the pawl is released, act in the opposite direction to the tangential force T K. According to the invention, this results in extensive compensation of the load-dependent moments M GES (not in 3 shown). It should be noted that on the friction surface RF of the pivot pin 2, both a proportion of the friction force is determined by the radial force R K and a smaller further contribution is determined by the friction force on the end face SF proportional to the product of the friction coefficients µ K and µ S (both not in 3 shown).

Dadurch wird eine Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung realisiert, bei der die Klinke 1 mit dem Sperrhebel 3 und dem Steuerhebel 4 auf dem Schwenkzapfen 2 an der Antriebsachse 6 schwenkbar gelagert ist und jeweils, wenn der Steuerhebel 4 in ein Nockental NT des Nockenkörpers 5 hineingeschwenkt ist, ein Arm des Sperrhebels 3 mit der Stirnfläche SF in eine Innenverzahnung ZI des Getrieberades auf der Kuppelfläche KF lastabhängig kraftschlüssig kuppelnd eingreift und jeweils, wenn durch eine Verstellung des Nockenkörpers 5 der Steuerhebel 4 auf eine Nocke N aufläuft der Sperrhebel 3 gegen eine lastabhängige Reibkraft FK aus der Innenverzahnung ZI löst, wobei die Stirnfläche SF sowie die Kuppelfläche KF in dem Winkel β zu einer Senkrechten von einem von der Klinkenschwenkachse 8 radial ausgehenden, auf den Mittelpunkt der Stirnfläche SF führenden Vektor geneigt ist, wobei der Winkel β derart geneigt ist, dass der Radius rK1 von der Klinkenschwenkachse 8 zur auf der zur Innenverzahnung ZI orientierten Kante 31 der Stirnfläche SF ist kleiner als der Radius rK2 von der Klinkenschwenkachse 8 zur auf der zum Nockenkörper 5 orientierten Kante 32 der Stirnfläche SF, wodurch eine ebenfalls lastabhängige entkuppelnde Kraftkomponente gegen die Reibkraft FK auftritt.This creates a pawl clutch of a switching device, in which the pawl 1 with the locking lever 3 and the control lever 4 is pivotally mounted on the pivot pin 2 on the drive axle 6 and each time the control lever 4 is pivoted into a cam valley NT of the cam body 5 Arm of the locking lever 3 with the end face SF engages in an internal toothing ZI of the gear wheel on the coupling surface KF in a load-dependent, non-positively coupling manner and whenever the control lever 4 comes into contact with a cam N due to an adjustment of the cam body 5, the locking lever 3 acts against a load-dependent frictional force F K the internal toothing ZI solves, the end face SF and the dome surface KF being inclined at the angle β to a perpendicular to a vector emanating radially from the pawl pivot axis 8 and leading to the center of the end face SF, the angle β being inclined such that the Radius r K1 from the pawl pivot axis 8 to the edge 31 of the end face SF, which is oriented towards the internal toothing ZI, is smaller than the radius r K2 from the pawl pivot axis 8 to the edge 32 of the end face SF, which is oriented towards the cam body 5, whereby a likewise load-dependent decoupling force component is counteracted the friction force F K occurs.

4 zeigt eine zusätzlich optimierte Klinkenanordnung am Beispiel des Anwendungsfalles als Sonnenrad in einem Planetengetriebe. Diese Anordnung kann beispielhaft auch auf das Zahnrad eines Stirnradgetriebes übertragen werden. Zum einen ist die Stirnfläche SFR des Sperrhebels 3 zirkular um die Klinkenschwenkachse 8 gerundet ausgebildet; ebenso ist die komplementäre Zahnradflanke der Innenverzahnung ZI des Sonnenrades 7 als gerundete Kuppelfläche KFR ausgebildet, wodurch sowohl im eingekuppelten Zustand ein Halt gewährt ist als auch das Entkuppeln weiter erleichtert ist. Demgemäß ist der Steuerhebel 4 gerundet ausgebildet und ebenso sind das Nockenprofil im Nockental NT und dessen äußeren Ränder gerundet. Der Schaltwinkel, den das gesamte Nockental NT beansprucht, beträgt weniger als 45° und beträgt damit vorteilhafter Weise im Vergleich zum mit etwa 100° angegebenen Schaltwinkel der in 2 gezeigten Steuerkurven weit weniger als die Hälfte. Deshalb können auf einer Umdrehung von parallel aufgereihten Nockenkörpern erfindungsgemäß mehr Schaltstellungen angeordnet werden, ohne dass kritische Überschneidungen beim Schalten entstehen. 4 shows an additionally optimized pawl arrangement using the example of the application as a sun gear in a planetary gear. This arrangement can also be transferred, for example, to the gear of a spur gear. On the one hand, the end face SFR of the locking lever 3 is designed to be rounded circularly around the pawl pivot axis 8; Likewise, the complementary gear flank of the internal toothing ZI of the sun gear 7 is designed as a rounded coupling surface KFR, which ensures both a stop in the engaged state and further facilitates uncoupling. Accordingly, the control lever 4 is rounded and the cam profile in the cam valley NT and its outer edges are also rounded. The switching angle that the entire cam valley NT requires is less than 45° and is therefore advantageously compared to the switching angle specified at approximately 100° in 2 The control curves shown are far less than half. Therefore, according to the invention, more switching positions can be arranged on one revolution of cam bodies lined up in parallel without critical overlaps occurring during switching.

Der Winkel β einer gerundeten Stirnfläche SFR des Sperrhebels wird bezüglich der Verbindungslinie der Eckpunkte der Rundung bestimmt. Durch die Rundung ergibt sich eine Gleichverteilung der Sperrkraft auf das Reibflächenpaar, wodurch beim Entkuppeln definierte Reibungsverhältnisse bestehen. Um eine möglichst ausgewogene Kompensation der lastabhängigen Kräfte herzustellen, wird ein neuartiges Verfahren genutzt, dessen mathematische Herleitung im Einzelnen dargestellt ist. Die angegebenen Gleichungen sind zwischen Schrägstrichen nummeriert. Das Verfahren basiert auf der Zielvorgabe, dass sich die auf die Klinke wirkenden lastabhängigen Kräfte, die beim Entkkuppeln auftreten, weitgehend kompensieren sollen, d.h. ihr Gesamtmoment MGES ist im Wesentlichen null. Das führt zur Gleichung /5/. Die Reibkräfte sind jeweils proportional zum zugehörigen Reibungskoeffizienten µK bzw. µS. Die Reibkraft FK an der Kupplungsfläche SF bzw. SFR ergibt sich aus der Normalkraft NK, vgl. /2/. Die in dem Momenten-Gleichungen angegebenen Längen der jeweiligen Kraftarme sind der Radius rs vom Schwenkzapfen 2 bzw. der radiale Abstand rK der Kupplungsfläche KF oder KFR von der Klinkenschwenkachse 8. Löst man die Gleichung /5/ des Gesamtmomentes MGES gemäß der Forderung nach Gleichung /6/ auf, so ergibt sich ein optimierter Winkel β aus Gleichung /14/. Durch eine Vernachlässigung eines im praktischen Ergebnis relativ kleinen Terms ergibt sich daraus die Gleichung /15/, die einen Zusammenhang des angenäherten Winkels β∼ aus den beiden genannten Reibungskoeffizienten und dem Verhältnis der Radien der Reibflächen zur Schwenkachse 8 herstellt.The angle β of a rounded end face SFR of the locking lever is determined with respect to the connecting line of the corner points of the rounding. The rounding results in an even distribution of the locking force across the pair of friction surfaces, which means that defined friction conditions exist when decoupling. In order to create the most balanced compensation possible for the load-dependent forces, a new method is used, the mathematical derivation of which is presented in detail. The equations given are numbered between slashes. The method is based on the objective that the load-dependent forces acting on the pawl that occur during uncoupling should largely compensate for each other, that is, their total moment M GES is essentially zero. This leads to equation /5/. The friction forces are each per proportional to the associated friction coefficient µ K or µ S. The friction force F K on the coupling surface SF or SFR results from the normal force N K , see /2/. The lengths of the respective force arms specified in the moment equations are the radius rs from the pivot pin 2 or the radial distance r K of the coupling surface KF or KFR from the pawl pivot axis 8. Solve the equation /5/ of the total moment M GES according to the requirement Equation /6/, an optimized angle β results from equation /14/. By neglecting a term that is relatively small in practical terms, this results in equation /15/, which establishes a connection between the approximate angle β∼ from the two friction coefficients mentioned and the ratio of the radii of the friction surfaces to the pivot axis 8.

In den folgenden mathematischen Formeln sind die erfindungsgemäßen Erkenntnisse über eine vorteilhafte Dimensionierung der Gestalt des Sperrhebels und von dessen komplementärer Kuppelfläche verdeutlicht:The following mathematical formulas illustrate the findings according to the invention regarding an advantageous dimensioning of the shape of the locking lever and its complementary coupling surface:

An der Stirnfläche SF der Klinke 1 zu einem virtuell festgesetzten Sonnenrad 7 wirkt die Normalkraft NK. Diese kann in eine Komponente RK radial zur Lagerung der Klinke NK*cos(ß) und eine Tangentialkomponente TK aufgeteilt werden. Es gilt: T K = N K * sin ( β )

Figure DE102022107914A1_0001
The normal force N K acts on the end face SF of the pawl 1 to a virtually fixed sun gear 7. This can be divided into a component R K radial for supporting the pawl N K *cos(ß) and a tangential component T K. The following applies: T K = N K * sin ( β )
Figure DE102022107914A1_0001

An der Stirnfläche SF wirkt die Reibkraft FK, mit: F K = μ K * N K

Figure DE102022107914A1_0002
The friction force F K acts on the end face SF, with: F K = μ K * N K
Figure DE102022107914A1_0002

Diese hat ebenfalls eine radiale Komponente FK*sin(β). Insgesamt wirkt also die Radialkraft AK: A K = N K * cos ( β ) + F K * sin ( β ) = N K * cos ( β ) + μ K * N K * sin ( β ) = N K * ( cos ( β ) + μ K * sin ( β ) )

Figure DE102022107914A1_0003
This also has a radial component F K *sin(β). The overall effect is the radial force A K : A K = N K * cos ( β ) + F K * sin ( β ) = N K * cos ( β ) + μ K * N K * sin ( β ) = N K * ( cos ( β ) + μ K * sin ( β ) )
Figure DE102022107914A1_0003

Die Normalkraft Ns am Schwenkzapfen 2 ist betragsmäßig gleich AK. Die Reibungskraft FS ergibt sich folglich durch: F S = μ S * N S = μ S * A K = μ S * N K * ( cos ( β ) + μ K * ( β ) )

Figure DE102022107914A1_0004
The normal force Ns on the pivot pin 2 is equal to A K in magnitude. The friction force F S is therefore given by: F S = μ S * N S = μ S * A K = μ S * N K * ( cos ( β ) + μ K * ( β ) )
Figure DE102022107914A1_0004

Das gesamte Drehmoment MGES, das auf die Klinke 1 wirkt, hat drei Komponenten, erzeugt durch die Kräfte TK, FK und Fs, mit den zugehörigen Radien rK und rS: M GES = T K * r K F K * cos ( β ) * r K F S * r S

Figure DE102022107914A1_0005
The total torque M GES acting on the pawl 1 has three components, generated by the forces T K , F K and Fs, with the associated radii r K and r S : M TOTAL = T K * r K F K * cos ( β ) * r K F S * r S
Figure DE102022107914A1_0005

Für den Fall, dass die Reibungskräfte genau auskompensiert sind, gilt MGES = 0, woraus sich β wie folgt bestimmen lässt: T K * r K F K * cos ( β ) * r K F S * r S = 0

Figure DE102022107914A1_0006
< = > N K * sin ( β ) * r K μ K * N K * cos ( β ) * r K μ S * N K * ( cos ( β ) + μ K * sin ( β ) ) * r S = o
Figure DE102022107914A1_0007
< = > sin ( β ) * r K μ K * cos ( β ) * r K μ S * ( cos ( β ) + μ K * sin ( β ) ) * r S = o
Figure DE102022107914A1_0008
< = > sin ( β ) * r K μ K * cos ( β ) * r K μ S * cos ( β ) * r S + μ S * μ K * sin ( β ) * r S = o
Figure DE102022107914A1_0009
< = > sin ( β ) * r K μ s μ K * sin ( β ) * r S = μ K * cos ( β ) * r K + μ S * cos ( β ) * r S
Figure DE102022107914A1_0010
< = > sin ( β ) * ( r K μ S * r S ) = cos ( β ) * ( μ K * r K + μ S * r S )
Figure DE102022107914A1_0011
< = > sin ( β ) / cos ( β ) = ( μ K * r K + μ S * r S ) / ( r K μ S * μ K * r S )
Figure DE102022107914A1_0012
< = > tan ( β ) = ( μ K * r K + μ S * r S ) / ( r K μ S * μ K * r S )
Figure DE102022107914A1_0013
< = > β = arctan  ( ( μ K * r K + μ S * r S ) / ( r K μ S * r K * r K ) )
Figure DE102022107914A1_0014
In the case that the friction forces are exactly compensated, M GES = 0, from which β can be determined as follows: T K * r K F K * cos ( β ) * r K F S * r S = 0
Figure DE102022107914A1_0006
< = > N K * sin ( β ) * r K μ K * N K * cos ( β ) * r K μ S * N K * ( cos ( β ) + μ K * sin ( β ) ) * r S = O
Figure DE102022107914A1_0007
< = > sin ( β ) * r K μ K * cos ( β ) * r K μ S * ( cos ( β ) + μ K * sin ( β ) ) * r S = O
Figure DE102022107914A1_0008
< = > sin ( β ) * r K μ K * cos ( β ) * r K μ S * cos ( β ) * r S + μ S * μ K * sin ( β ) * r S = O
Figure DE102022107914A1_0009
< = > sin ( β ) * r K μ s μ K * sin ( β ) * r S = μ K * cos ( β ) * r K + μ S * cos ( β ) * r S
Figure DE102022107914A1_0010
< = > sin ( β ) * ( r K μ S * r S ) = cos ( β ) * ( μ K * r K + μ S * r S )
Figure DE102022107914A1_0011
< = > sin ( β ) / cos ( β ) = ( μ K * r K + μ S * r S ) / ( r K μ S * μ K * r S )
Figure DE102022107914A1_0012
< = > tan ( β ) = ( μ K * r K + μ S * r S ) / ( r K μ S * μ K * r S )
Figure DE102022107914A1_0013
< = > β = arctan ( ( μ K * r K + μ S * r S ) / ( r K μ S * r K * r K ) )
Figure DE102022107914A1_0014

Da rK praktisch beträchtlich größer ist als µSK*rS, kann letzteres vernachlässigt werden, um folgende Näherung zu erhalten: β = arctan  ( ( μ K * r K + μ K * r K ) / r K ) = arctan  ( μ K + μ S * r S / r K )

Figure DE102022107914A1_0015
Since r K is practically considerably larger than µ SK *r S , the latter can be neglected to obtain the following approximation: β = arctan ( ( μ K * r K + μ K * r K ) / r K ) = arctan ( μ K + μ S * r S / r K )
Figure DE102022107914A1_0015

Demnach kann eine Näherung zur Dimensionierung genutzt werden, indem ein definierter Teil des Terms, nämlich der Term (- µSK*rS) im Divisor vernachlässigt wird, wodurch die vereinfachte Berechnung als einen Näherungswert einen Winkel (β∼) entsprechend β∼ = arctan (µK + µS*RS/rK) ergibt.Accordingly, an approximation for dimensioning can be used by neglecting a defined part of the term, namely the term (- µ SK *r S ) in the divisor, whereby the simplified calculation uses an angle (β∼) corresponding to β as an approximation ∼ = arctan (µ K + µ S *R S /r K ) results.

Wählt man als Beispielwerte für die Radien und Reibungskoeffizienten, die bekannte Objekte aufweisen, so führt das gezeigte Bemessungsverfahren exemplarisch zu folgendem Ergebnis: r S = 3 mm , r K = 6,5 mm , μ K = μ S = 0,12 > β = 10,01 ° , β = 9 , 95 °

Figure DE102022107914A1_0016
If you choose example values for the radii and coefficients of friction that known objects have, the design method shown leads to the following result as an example: r S = 3 mm , r K = 6.5 mm , μ K = μ S = 0.12 > β = 10.01 ° , β = 9 , 95 °
Figure DE102022107914A1_0016

Es zeigt sich, dass die Näherung nach Gleichung /15/ nur um weniger als 1% vom exakten Wert gemäß Gleichung /14/ abweicht. Die Toleranzen, die die Bestimmung der Reibungskoeffizienten und deren Langzeitverhalten aufweisen, liegen erheblich höher. Deshalb ist jeweils zu entscheiden, wie das Toleranzfeld zwischen einer Über- und einer Unterkompensation gelegt werden soll. Im Fall einer Überkompensation ist eine ausreichende Federkraftreserve vorzuhalten, welche die Kupplung sicher geschlossen hält.It turns out that the approximation according to equation /15/ only deviates by less than 1% from the exact value according to equation /14/. The tolerances for determining the coefficients of friction and their long-term behavior are considerably higher. Therefore, it must be decided in each case how the tolerance field should be set between over- and under-compensation. In the event of overcompensation, a sufficient spring force reserve must be provided to keep the clutch securely closed.

Die dargestellte Art der schaltbaren Kupplung eines Getrieberades mit einem Antriebselement durch eine nockengesteuerte Klinke, die beispielhaft wie im Stand der Technik üblich, im Inneren eines Sonnenrades angeordnet ist, lässt sich mit allen Neuerungen ohne weiteres auf einen seitlichen Versatz der Klinke mit dem Nockenkörper und dem Antriebselement übertragen, wenn das Getrieberad eine seitliche Kupplungsverzahnung trägt. Wenn mehrere Getriebe nebeneinander angeordnet sind [wie gewöhnlich im Stand der Technik], kann der Schwenkzapfen der Klinke auf einem benachbarten antreibenden Getrieberad montiert sein, wodurch die jeweils verkuppelten Getrieberäder gemeinsam umlaufen.The illustrated type of switchable clutch of a gear wheel with a drive element by means of a cam-controlled pawl, which is arranged inside a sun gear, for example, as is usual in the prior art, can be easily, with all the innovations, based on a lateral offset of the pawl with the cam body and the Transmit drive element if the gear wheel has lateral clutch teeth. If several gears are arranged side by side [as is usual in the prior art], the pivot pin of the pawl can be mounted on an adjacent driving gear, whereby the respective coupled gears rotate together.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer Kuppelvorrichtung mit einer Klinke ist anhand der 5 und 6 beschrieben. Hierbei wird die Kupplung und Entkupplung der Klinke ohne eine Federkraft möglich gemacht, indem die Einstellung der Klinke in die Kuppel- bzw. Entkuppelrichtung jeweils bei einer Verdrehung des Nockenkörpers mittels zusätzlicher Nocken formschlüssig erfolgt, wobei zudem die zuvor beschriebene entkuppelnde Schrägstellung der Stirnfläche des Sperrhebels genutzt wird. Erhebliche Toleranzen der Reibungskoeffizienten sind dadurch problemlos adaptierbar.A further advantageous embodiment of a coupling device with a pawl is based on 5 and 6 described. Here, the coupling and uncoupling of the pawl is made possible without spring force by adjusting the pawl in the coupling or uncoupling direction in a form-fitting manner each time the cam body is rotated by means of additional cams, with the decoupling inclination of the end face of the locking lever described above also being used becomes. Significant tolerances in the coefficients of friction can therefore be easily adapted.

5 zeigt eine formschlüssig zu steuernde Klinkenanordnung in entkuppelter Stellung am Beispiel eines Planetengetriebes. Diese Anordnung kann auch auf das Zahnrad eines Stirnradgetriebes übertragen werden. Der Steuerhebel 4 befindet sich auf der Höhe der Nocke N wodurch die gerundete Sperrfläche SFR am Sperrhebel 3 von der gerundeten Kuppelfläche KFR getrennt ist und der Sperrhebel 3 die Zähne des Getrieberades, nämlich des Sonnenrades, frei passieren kann bis der Nockenkörper 5 in der Pfeilrichtung so weit verdreht worden ist, dass ein Vorsprung G2 an einer Gleitkufe eine Sperrnocke S2, die an dem Sperrhebel 3 angeformt ist, unterlaufen hat und diesen so weit hinausdrückt, dass die Sperrfläche SFR die Kuppelfläche KFR kontaktiert und so den hier nicht dargestellten gekuppelten Zustand herstellt. Eine Federkraft ist in diesem Ausführungsbeispiel zum Kuppeln nicht vorgesehen, und eine überkompensierte Kupplungstrennkraft, die beispielsweise bei einer Verringerung des Reibungskoeffizienten auftreten kann, bleibt ohne störende Folgen für eine Lastübertragung, wenn eine Kupplung vom Schwenkzapfen 2 auf das Sonnenrad 7 erfolgt. 5 shows a positively controlled pawl arrangement in the decoupled position using the example of a planetary gear. This arrangement can also be transferred to the gear of a spur gear. The control lever 4 is located at the height of the cam N, whereby the rounded locking surface SFR on the locking lever 3 is separated from the rounded coupling surface KFR and the locking lever 3 can freely pass the teeth of the gear wheel, namely the sun wheel, until the cam body 5 is in the direction of the arrow has been twisted far enough that a projection G 2 on a skid has passed under a locking cam S 2 , which is formed on the locking lever 3, and pushes it out so far that the locking surface SFR contacts the coupling surface KFR and thus the coupled state, not shown here manufactures. A spring force is not provided for coupling in this exemplary embodiment, and an overcompensated clutch separating force, which can occur, for example, when the coefficient of friction is reduced, has no disruptive consequences for load transfer when a coupling from the pivot pin 2 to the sun gear 7 takes place.

6 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt zu einer vorteilhaften Klinkengestaltung gem. 5 in der gekuppelten Stellung. Der Schwenkzapfen 2, der hier nicht sichtbar mit einer hohlen Antriebsachse 6 verbunden ist, trägt die bereits zuvor beschriebenen Sperr- und Steuerhebel 3, 4, die mit der Nocke N am Nockenkörper 5 die Kupplung lösend zusammenwirken, wenn der Nockenkörper verdreht wird. Der Sperrhebel 3 hat neuerlich noch zwei parallele Sperrnocken S2, S3, die mit Vorsprüngen G2, G3 auf Gleitbahnen des Nockenkörpers 5, wenn dieser in die die gezeigte Stellung verbracht ist, kuppelnd zusammenwirken. Der gesamte Bereich vom Beginn des Einkuppelns bis zum Ende des Entkkuppelns bei einer fortlaufenden Weiterschaltung bedarf einer ca. 30° Verdrehung des Nockenkörpers 5, so dass im Prinzip 12 verschiedene Einstellungen auf dem ganzen Umfang des Nockenkörpers Platz finden können. 6 shows a perspective detail of an advantageous latch design according to. 5 in the coupled position. The pivot pin 2, which is not visibly connected to a hollow drive axle 6, carries the previously described locking and control levers 3, 4, which interact with the cam N on the cam body 5 to release the clutch when the cam body is rotated. The locking lever 3 now has two parallel locking cams S 2 , S 3 , which interact in a coupling manner with projections G 2 , G 3 on slideways of the cam body 5 when it is in the position shown. The entire area from the start of engaging to the end of disengaging during continuous switching requires an approximately 30° rotation of the cam body 5, so that in principle 12 different settings can be accommodated on the entire circumference of the cam body.

Die formschlüssige Steuerung der Klinkenkupplung hat den weiteren Vorteil, dass Federn zur Klinkenbetätigung entfallen können und die die neuartige Steuerung bewirkenden Elemente, nämlich die Gleitbahnen mit ihren Erhöhungen und die Sperrnocken jeweils völlig integriert mit dem Nockenkörper bzw. dem Sperrhebel hergestellt werden.The positive control of the pawl clutch has the further advantage that springs for pawl actuation can be omitted and the elements that effect the new control, namely the sliding tracks with their elevations and the locking cams are each manufactured completely integrated with the cam body or the locking lever.

Die paarweise Anordnung der Gleitbahnen und der Sperrnocken beidseitig der umgekehrt wirkenden Nocke N vermeidet vorteilhaft das Entstehen von Torsionskräften am Sperrhebel 3 sowie von Biegekräften am Schwenkzapfen mit ggf. auftretender erhöhter Reibung und Abnutzung in dem Schwenklager.The pairwise arrangement of the slideways and the locking cams on both sides of the reverse-acting cam N advantageously avoids the creation of torsional forces on the locking lever 3 as well as bending forces on the pivot pin with possible increased friction and wear in the pivot bearing.

Alternativ sind zwei parallele Steuerhebel über damit fluchtenden parallelen Nocken vorgesehen, und nur eine Sperrnocke ist mit einer zugehörigen Gleitnocke zwischen den beiden anderen Nocken mit ausreichendem Spiel angeordnet.Alternatively, two parallel control levers are provided over aligned parallel cams, and only one locking cam is arranged with an associated sliding cam between the other two cams with sufficient play.

7 zeigt einen Schwenkzapfen mit Sperrhebel und Steuerhebel und einen Nockenkörper in perspektivischer Ansicht. 7 shows a pivot pin with locking lever and control lever and a cam body in a perspective view.

Der Schwenkzapfen 2 mit dem Steuerhebel 4 und dem Sperrhebel 3 ist um eine Klinkenschwenkachse 8 drehbar gelagert. Das Lager ist nicht dargestellt. Ausgehend von der Klinkenschwenkachse 8 ist der Radius rK1 hin zu der zur Innenverzahnung ZI (nicht dargestellt) orientierten Kante 31 der Stirnfläche SF am Sperrhebel 3 ausgebildet. Ausgehend von der Klinkenschwenkachse 8 ist der Radius rK2 hin zur zum Nockenkörper 5 orientierte Kante 32 der Stirnfläche SF am Sperrhebel 3 ausgebildet.The pivot pin 2 with the control lever 4 and the locking lever 3 is rotatably mounted about a pawl pivot axis 8. The warehouse is not shown. Starting from the pawl pivot axis 8, the radius r K1 is formed towards the edge 31 of the end face SF on the locking lever 3, which is oriented towards the internal toothing ZI (not shown). Starting from the pawl pivot axis 8, the radius r K2 is formed towards the edge 32 of the end face SF on the locking lever 3, which is oriented towards the cam body 5.

Die Bezugszeichenliste bezieht sich auf die beigefügten Figuren und das Verfahren zur Dimensionierung.

1
Klinke
2
Schwenkzapfen
RF
Reibfläche an 2
3
Sperrhebel
31
zur Innenverzahnung ZI orientierte Kante
32
zum Nockenkörper orientierte Kante
SF
Stirnfläche an 3
SFR
Stirnfläche gerundet
S2, S3
Sperrnocken an 3
4
Steuerhebel
5
Nockenkörper
N
Nocke
NT
Nockental in 5
NP
Nockenprofil
G2, G3
Gleitbahnen
F
Federkraft
6
Antriebsachse
7
Sonnenrad
ZI
Innenverzahnung
KF
Kupplungsfläche
KFR
Kupplungsfläche gerundet
8
Klinkenschwenkachse
NK
Normalkraft an SF
FK
Reibkraft an SF
RK
Radialkomponente von NK
TK
Tangentialkomponente von NK
µK
Reibungskoeffizient der Kupplungsflächen SF zu KF
AK
Radialkraft in 1
NS
Normalkraft an RF
FS
Reibkraft an RF
V
Drehrichtung
µS
Reibungskoeffizient an RF
MGES
Gesamtmoment
rS
Radius von 2
rK
Abstand KF von 8
α
spitzer Winkel
β
Winkel
β∼
Winkel genähert
The list of reference symbols refers to the accompanying figures and the method of dimensioning.
1
pawl
2
Pivot pin
RF
Friction surface on 2
3
Locking lever
31
Edge oriented towards the internal toothing ZI
32
Edge oriented towards the cam body
SF
Face on 3
SFR
Rounded end face
S2, S3
Locking cam on 3
4
Control lever
5
cam body
N
cam
NT
Cam valley in 5
NP
Cam profile
G2, G3
Slideways
F
Spring force
6
Drive axle
7
sun gear
ZI
Internal gearing
KF
Coupling surface
KFR
Coupling surface rounded
8th
Pawl pivot axis
NK
Normal force at SF
FK
Friction force on SF
RK
Radial component of N K
TK
Tangent component of N K
µK
Friction coefficient of the coupling surfaces SF to KF
AK
Radial force in 1
NS
Normal force at RF
FS
Friction force on RF
v
Direction of rotation
µS
Coefficient of friction at RF
MGES
Total moment
RS
Radius of 2
rK
Distance KF of 8
α
acute angle
β
angle
β∼
Angle approached

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102013112788 [0036]DE 102013112788 [0036]

Claims (14)

Klinkenkupplung einer Schaltvorrichtung, bei der eine Klinke (1) mit einem Sperrhebel (3) und einem Steuerhebel (4) auf einem Schwenkzapfen (2) an einer Antriebsachse (6) schwenkbar gelagert ist und jeweils, wenn der Steuerhebel (4) in ein Nockental (NT) eines Nockenkörpers (5) hineingeschwenkt ist, ein Arm des Sperrhebels (3) mit einer Stirnfläche (SF) in eine Innenverzahnung (ZI) eines Getrieberades auf einer Kuppelfläche (KF) lastabhängig kraftschlüssig kuppelnd eingreift und jeweils, wenn durch eine Verstellung des Nockenkörpers (5) der Steuerhebel (4) auf eine Nocke (N) aufläuft der Sperrhebel (3) gegen eine lastabhängige Reibkraft (FK) aus der Innenverzahnung (ZI) löst, gekennzeichnet durch die Stirnfläche (SF) sowie die Kuppelfläche (KF) in einem Winkel (β) zu einer Senkrechten von einem von der Klinkenschwenkachse (8) radial ausgehenden, auf den Mittelpunkt der Stirnfläche (SF) führenden Vektor geneigt ist, wobei der Winkel (β) derart geneigt ist, dass der Radius (rK1) von der Klinkenschwenkachse (8) zur auf der zur Innenverzahnung (ZI) orientierten Kante (31) der Stirnfläche (SF) kleiner ist als der Radius (rK2) von der Klinkenschwenkachse (8) zur auf der zum Nockenkörper (5) orientierten Kante (32) der Stirnfläche (SF), wodurch eine ebenfalls lastabhängige entkuppelnde Kraftkomponente gegen die Reibkraft (FK) auftritt.Pawl clutch of a switching device, in which a pawl (1) with a locking lever (3) and a control lever (4) is pivotally mounted on a pivot pin (2) on a drive axle (6) and each time the control lever (4) is in a cam valley (NT) of a cam body (5) is pivoted in, an arm of the locking lever (3) with an end face (SF) engages in a force-fitting, load-dependent manner in an internal toothing (ZI) of a gear wheel on a coupling surface (KF) and in each case when by adjusting the Cam body (5) the control lever (4) comes into contact with a cam (N) the locking lever (3) releases from the internal toothing (ZI) against a load-dependent frictional force (F K ), characterized by the end face (SF) and the coupling surface (KF) is inclined at an angle (β) to a perpendicular to a vector extending radially from the pawl pivot axis (8) and leading to the center of the end face (SF), the angle (β) being inclined such that the radius (r K1 ) from the pawl pivot axis (8) to the edge (31) of the end face (SF) oriented towards the internal toothing (ZI) is smaller than the radius (r K2 ) from the pawl pivot axis (8) to the edge (31) oriented towards the cam body (5) ( 32) of the end face (SF), whereby a load-dependent decoupling force component occurs against the friction force (F K ). Klinkenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) derart ausgebildet ist, dass die so entstehende entkuppelnde Kraftkomponente mindestens der Kupplungs-Reibkraft (FK) in engen Toleranzen entspricht.Pawl clutch Claim 1 , characterized in that the angle (β) is designed such that the resulting decoupling force component corresponds at least to the clutch friction force (F K ) within narrow tolerances. Klinkenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) derart ausgebildet ist, dass der so entstehende Kraftvektor mit dem mittleren Abstand (rK) der Stirnfläche (SF) von der Schwenkachse (8) ein auskoppelndes Moment bildet, das der Summe der Momente aus einer Reibkraft (FK) mit dem Abstand (rK) und einer Lagerreibung (Fs) der Klinke (1) am Schwenkzapfen (2) mit dem Lagerradius (rs) mit engen Toleranzen entspricht.Pawl clutch Claim 1 , characterized in that the angle (β) is designed such that the resulting force vector with the average distance (r K ) of the end face (SF) from the pivot axis (8) forms a coupling-out moment that is the sum of the moments from one Frictional force (F K ) with the distance (r K ) and a bearing friction (Fs) of the pawl (1) on the pivot pin (2) with the bearing radius (rs) corresponds to narrow tolerances. Klinkenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im gekuppelten Zustand ein Überwiegen des entkuppelnden Momentes über die Reibungsmomente durch eine in kuppelnder Richtung wirkende, passend dimensionierte Federkraft (F) einer Feder übertroffen wird.Pawl clutch Claim 3 , characterized in that in the coupled state, a predominance of the decoupling moment over the frictional moments is exceeded by a suitably dimensioned spring force (F) of a spring acting in the coupling direction. Klinkenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrhebel (3) mindestens eine Sperrnocke (S2, S3) trägt, die eine Nockenbahn tangiert, aus der jeweils ein Nockenkörper (5) herausragt, der in einer kuppelnden Drehstellung des Nockenkörpers (5) den Sperrhebel (3) mit dessen Sperrfläche (SFR) gegen die Kuppelfläche (KFR) verbringt, wobei der Steuerhebel (4) von der Nocke (N) in ein Nockental (NT) abgleitet.Pawl clutch according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the locking lever (3) carries at least one locking cam (S 2 , S 3 ), which touches a cam track, from which a cam body (5) protrudes, which in a coupling rotational position of the cam body (5) controls the locking lever ( 3) with its locking surface (SFR) against the coupling surface (KFR), whereby the control lever (4) slides from the cam (N) into a cam valley (NT). Klinkenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sperrhebel (3) zwei Sperrnocken (S2, S3) parallel zueinander, beidseitig mit Spiel neben der Nocke (N) positioniert, angeformt sind.Pawl clutch Claim 5 , characterized in that two locking cams (S2, S3) are formed on the locking lever (3) parallel to each other, positioned on both sides with play next to the cam (N). Klinkenkupplung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (SFR) und die Kupplungsfläche (KFR) jeweils bogenförmig um die Schwenkachse (8) ausgebildet sind.Pawl coupling according to at least one of the preceding claims, characterized in that the end face (SFR) and the coupling surface (KFR) are each designed in an arc shape around the pivot axis (8). Klinkenkupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockental (NT) und ebenso die Zahnbereiche der Innenverzahnung (ZI) sich jeweils über 30° bis 45° des Nockenkörperumfangs bzw. des Getrieberadinneren erstrecken.Pawl clutch according to one of the preceding claims, characterized in that the cam valley (NT) and also the tooth areas of the internal toothing (ZI) each extend over 30° to 45° of the cam body circumference or the inside of the gear wheel. Klinkenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getrieberad entweder ein Sonnenrad (7) mit einer Innenverzahnung (ZI) eines Planetengetriebes oder Zahnrad mit Innenverzahnung (ZI) eines Stirnradgetriebes bildet.Pawl clutch Claim 1 , characterized in that the gear wheel forms either a sun gear (7) with internal teeth (ZI) of a planetary gear or a gear with internal teeth (ZI) of a spur gear. Klinkenkupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung seitlich an einem Getrieberad ausgebildet ist und die Klinke (1) und der Nockenkörper seitlich davon angeordnet sind, wobei der Schwenkzapfen (2) an einem angetriebenen Getrieberad eines parallel zum erstgenannten Getrieberad angeordnet ist, so dass jeweils gekuppelt beide Getrieberäder gemeinsam rotieren.Pawl coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the toothing is formed laterally on a gear wheel and the pawl (1) and the cam body are arranged laterally therefrom, the pivot pin (2) being arranged on a driven gear wheel parallel to the first-mentioned gear wheel , so that both gear wheels rotate together when coupled. Klinkenkupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β vorzugsweise in einem Bereich von 3° bis 30°, vorteilhaft zwischen 5° und 20°, insbesondere zwischen 6° und 12° liegt.Pawl coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the angle β is preferably in a range from 3° to 30°, advantageously between 5° and 20°, in particular between 6° and 12°. Verfahren zur Dimensionierung einer Klinkenkupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte - Bestimmung des Reibungskoeffizienten (µK) zwischen einer Stirnfläche (SF, SFR) und einer komplementären Kupplungsfläche (KF, KFR) durch Messung am Objekt und/oder aus einer Tabelle mit Materialeigenschaften - Bestimmung eines Reibungskoeffizienten (µs) und eines Radius (rs) eines Schwenkzapfens (2) durch Messung am Objekt und/oder aus einer Tabelle mit Materialeigenschaften - Bestimmung eines Abstands (rK) der Stirnfläche (SF, SFR) und der komplementären Kupplungsfläche (KF, KFR) zur Schwenkachse (8) - Bestimmung eines Winkels (β), wobei für die Stirnfläche (SF, SFR) eines Sperrhebels (3) einer Klinke (1) der Winkel (β) des stumpfen Winkels (90°+β), der sich gekuppelt formschlüssig in der komplementär ausgebildeten Verzahnung befindet, nur aus solchen Konstruktionsdaten bestimmt wird, die lastunabhängig sind, nämlich dem Reibungskoeffizienten (µK) zwischen der Stirnfläche (SF, SFR) und der komplementären Kupplungsfläche (KF, KFR) und deren Abstand (rK) zur Schwenkachse (8) sowie dem Reibungskoeffizienten (µS) und dem Radius (rs) des Schwenkzapfens (2), wodurch sich der Winkel (β) = arctan((µK*rK + µS*rS) / (rK - µSK*rS)) als optimal ergibt.Method for dimensioning a pawl clutch according to one of the preceding claims, characterized by the steps - Determination of the coefficient of friction (µ K ) between an end face (SF, SFR) and a complementary coupling surface (KF, KFR) by measuring on the object and / or from a table with material properties - determination of a coefficient of friction (µ s ) and a radius (r s ) of a pivot pin (2) by measurement on the object and/or from a table with material properties - determination of a distance (r K ) of the end face (SF, SFR) and the complementary coupling surface (KF, KFR) to the pivot axis (8) - determination of an angle (β), whereby for the end face (SF, SFR) of a locking lever (3) of a pawl (1) the angle (β) of the obtuse angle (90 ° + β), which is coupled in a form-fitting manner in the complementary toothing, is only determined from those design data that are load-independent, namely the coefficient of friction (µ K ) between the end face (SF, SFR) and the complementary coupling surface (KF, KFR ) and their distance (r K ) to the pivot axis (8) as well as the coefficient of friction (µ S ) and the radius (rs) of the pivot pin (2), whereby the angle (β) = arctan((µ K *r K + µ S *r S ) / (r K - µ SK *r S )) results as optimal. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Näherung zur Dimensionierung genutzt wird, indem der Term (- µSK*rS) vernachlässigt wird, wodurch die vereinfachte Berechnung als einen Näherungswert einen Winkel genähert (β∼) entsprechend β∼ = arctan (µK + µS*RS/rK) ergibt.Procedure according to Claim 12 , characterized in that an approximation for dimensioning is used by neglecting the term (- µ SK *r S ), whereby the simplified calculation approximates an angle (β∼) corresponding to β∼ = arctan (µ K + µ S *R S /r K ) results. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient für ein reibendes Materialpaar Stahl/Stahl aus einer Tabelle vorzugsweise zu 0,12 angesetzt wird oder dieser durch Messungen vorab bestimmt werden.Procedure according to Claim 12 or 13 , characterized in that the coefficient of friction for a rubbing steel/steel material pair is preferably set at 0.12 from a table or this is determined in advance by measurements.
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