DE102023129942A1

DE102023129942A1 - Formschlüssige Kupplung

Info

Publication number: DE102023129942A1
Application number: DE102023129942.5A
Authority: DE
Inventors: Yuji Kurematsu
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2022-11-08
Filing date: 2023-10-30
Publication date: 2024-05-08
Also published as: JP2024068518A; US20240151277A1; CN118008969A

Abstract

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine formschlüssige Kupplung zu schaffen, welche eine hohe Festigkeit und eine einfache Struktur aufweist und Möglichkeiten für ein einfaches Einstellen der Drehmomentgrenzlast, ein Vermeiden von Reibungsverlusten und Geräuscherzeugung, eine Größenverringerung, und eine Verlängerung der Lebensdauer bietet. Diese formschlüssige Kupplung ist dazu ausgebildet, eine relative Drehung eines Außenrings und eines Innenrings zu verhindern, indem jede von mehreren Rollen zwischen einem Außenringschrägbereich und einem Innenringschrägbereich gehalten wird. Die Kupplung weist einen Drehmomentbegrenzungsmechanismus auf, der ein Kolbenelement mit einem ebenen Bereich, der den Außen- oder den Innenringschrägbereich bildet, und ein elastisches Element auf, das eine konstante Last auf das Kolbenelement aufbringt. Das Kolbenelement ist gleitend verschiebbar in einem Kolbenelementaufnahmeloch aufgenommen, das in dem Außenring oder dem Innenring gebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine formschlüssige Kupplung, die eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle durch mechanischen Eingriff koppelt.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Reibkupplungen und formschlüssige Kupplungen sind als mechanische Kupplungen bekannt, die Drehmoment von einer Eingangswelle an eine Ausgangswelle übertragen oder unterbrechen, wobei die Reibkupplungen eine Reibkraft verwenden, während die formschlüssigen Kupplungen mechanischen Eingriff verwenden, um die Eingangswelle und die Ausgangswelle zu koppeln.
Eine bekannte Reibkupplung verwendet mehrere Drehmomentübertragungselemente, wie zylindrische Rollen, die zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind, die zueinander koaxial und in Bezug zueinander drehbar sind (siehe beispielsweise die Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2020-133686 ). Zur Übertragung von Drehmoment wird die relative Drehung zwischen dem Innenring und dem Außenring durch Reibschluss zwischen den Drehmomentübertragungselementen und dem Innenring und dem Außenring gestoppt.
Eine Kupplung vom Nockenschalttyp ist eine andere bekannte formschlüssige Kupplung. Der Nockenschaltmechanismus in der Kupplung besteht beispielsweise aus mehreren Klinken (welche als Drehmomentübertragungselemente wirken) und in den Innenumfangsbereichen des Außenrings vorgesehen sind, und Vertiefungen in Außenumfangsbereichen des Innenrings für das Eingreifen der Klinken aufweist (siehe beispielsweise die Japanische Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr. 2021-120586 , 2021-156426 , und 2022-038806 ). Eine derartige Nockenschaltkupplung verwendet Federn zum Vorspannen der Klinken in Richtung der Vertiefungen für ein stabiles Zusammengreifen der Klinken und der Kupplungen/der Vertiefungen.
Eine Kupplung, die mit einem Drehmomentbegrenzungsmechanismus, beispielsweise einem Toleranzring, versehen ist, um die Übertragung eines übermäßigen Drehmoments zu verhindern ist ebenfalls bekannt (siehe beispielsweise die Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2021-156432 ).
Bei dieser Kupplung ist der Toleranzring entweder zwischen einer Außenumfangsfläche des Außenrings und einer Innenumfangsfläche eines Eingangsdrehmomentübertragungselements oder zwischen einer Innenumfangsfläche des Innenrings und einer Außenumfangsfläche des Eingangsdrehmomentübertragungselements angeordnet. Wenn ein Drehmoment, das ein voreingestelltes Drehmoment übersteigt, eingegeben wird, rutscht die Kupplung zwischen entweder dem Innenring oder dem Eingangsdrehmomentübertragungselement und dem Toleranzring, oder zwischen entweder dem Außenring oder dem Eingangsdrehmomentübertragungselement und dem Toleranzring, wodurch der Betrag des übertragenen Drehmoments begrenzt wird.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Eines der Probleme der zuvor erwähnten Reibkupplung ist die geringe Steifigkeit aufgrund von Verwerfung, auch als Torsionsverformung bekannt, welche während der Drehmomentübertragung auftritt.
Eine Nockenschaltkupplung neigt aufgrund der komplexen Struktur dazu, eine große Gesamtlänge aufzuweisen. Insbesondere eine Zweiwegekupplungskonfiguration erfordert das gegenüberliegende Anordnen von Klinkenpaaren, wie in der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2022-038806 beschrieben, wodurch die Sperrigkeit erhöht wird. Hierdurch ist es bei einer Nockenschaltkupplung schwierig, mit hohen Drehmomenten zurechtzukommen.
Ein anderes Problem der Nockenschaltkupplung ist die Möglichkeit des Zerspanens bei einem Stoß oder dem Verschleiß der Klinken aufgrund des auf kleine Drehmomentaufnahmeflächen derselben aufgebrachten hohen Flächendrucks.
Die Leistung der meisten Drehmomentbegrenzungsmechanismen hängt weitgehend von Reibkoeffizienten von Reibplatten oder dergleichen ab. Bei Kupplungen mit derartigen Drehmomentbegrenzungsmechanismen ist eine Veränderung der Umgebungsbedingungen entsprechende Drehmomentlaststeuerung schwierig, und es kann eine geringere Lebensdauer aufgrund von Verschleiß auftreten, und darüber hinaus kann die Drehmomentgrenzlast instabil werden.
Ein beispielsweise aus Federn und Kugeln bestehender Drehmomentbegrenzungsmechanismus ist bekannt. Ein derartiger Drehmomentbegrenzungsmechanismus hat einen komplexen Aufbau und nimmt einen großen Raum ein, weshalb seine Verwendung mit einer Kupplung schwierig ist. Die große Struktur bringt ebenfalls das Problem einer erhöhten Teilezahl und höherer Produktionskosten mit sich.
In einigen Fällen wird ein separater Drehmomentbegrenzungsmechanismus in Kombination mit einem Kupplungsmechanismus verwendet. Dieser Ansatz führt zu einer erhöhten Anzahl von Teilen und erfordert aufgrund der Konfiguration, bei welcher sowohl der Drehmomentbegrenzungsmechanismus als auch der Kupplungsmechanismus als unabhängige Mechanismen ausgebildet sind, einen großen Raum für den Einbau des Kupplungsmechanismus.
Ein anderes Problem herkömmlicher Drehmomentbegrenzungsmechanismen ist, dass es bei verschiedenen Drehrichtungen schwierig ist, das Lastaufnahmegleichgewicht der Drehmomentgrenzlast zu ändern.
Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf den zuvor beschriebenen Umständen entwickelt und schafft eine formschlüssige Kupplung, welche eine hohe Festigkeit und eine einfache Struktur aufweist und Möglichkeiten für ein einfaches Einstellen der Drehmomentgrenzlast, ein Vermeiden von Reibungsverlusten und Geräuscherzeugung, eine Größenverringerung, und eine Verlängerung der Lebensdauer bietet.
Die vorliegende Erfindung löst die genannte Aufgabe, indem sie eine formschlüssige Kupplung schafft, welche aufweist: einen Außenring und einen Innenring, die in Bezug zueinander koaxial und drehbar sind; mehrere zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnete Rollen; und eine Vorspanneinrichtung, welche jede der mehreren Rollen radial vorspannt. Der Außenring weist einen ebenen Außenringschrägbereich auf, der sich in einem Winkel zu einer Umfangsrichtung erstreckt, und der Innenring weist einen ebenen Innenringschrägbereich auf, der sich in einem Winkel zu der Umfangsrichtung erstreckt. Jede der mehreren Rollen verhindert eine relative Drehung des Außenrings und des Innenrings, indem sie zwischen dem Außenringschrägbereich und dem Innenringschrägbereich in Umfangsrichtung gehalten werden. Die formschlüssige Kupplung weist ferner einen Drehmomentbegrenzungsmechanismus auf, der einen Betrag eines zwischen dem Innenring und dem Außenring übertragenen Drehmoments begrenzt. Der Drehmomentbegrenzungsmechanismus weist ein Kolbenelement mit einem ebenen Bereich, der den Außenringschrägbereich oder den Innenringschrägbereich bildet, und ein elastisches Element auf, das eine konstante Last auf das Kolbenelement aufbringt. Das Kolbenelement ist gleitend verschiebbar in einem Kolbenelementaufnahmeloch aufgenommen, das in dem Außenring oder dem Innenring gebildet ist.
Gemäß der in Anspruch 1 beschriebenen Erfindung wird die Drehmomentübertragung zwischen dem Innenring und dem Außenring erreicht, indem die Rollen in der Umfangsrichtung zwischen den Innenringschrägbereichen und den Außenringschrägbereichen gehalten werden. Daher tritt keine Verwerfung oder Torsionsverformung bei der Drehmomentübertragung auf, wodurch die formschlüssige Kupplung als eine Kupplung mit hoher Steifigkeit ausgelegt werden kann. Der einfache Aufbau, der einen stabilen Eingriff schafft, ermöglicht eine Grö-ßenverringerung und das Anordnen einer großen Anzahl von Rollen in einem kleinen Raum. Dies ermöglicht die Übertragung von hohen Drehmomenten. Ferner kann der auf die Rollen und die Innenringschrägbereiche sowie die Außenringschrägbereiche, welche die Rollen halten, während der Drehmomentübertragung aufgebrachte Flächendruck gering eingestellt werden, wodurch die Kupplung mit einem kostengünstigen Material ausgebildet werden kann, das gegen Zerspanung, die durch Stöße oder Verschleiß verursacht werden kann, beständiger ist. Da die Rollen selbst drehen und kaum an derselben Stelle eingreifen, kann die Haltbarkeit der Kupplung verbessert werden und ihre Lebensdauer kann verlängert werden. Darüber hinaus werden die Rollen, welche Eingriffselemente in dem Kupplungsmechanismus sind, als die Komponenten zum Bewegen der Kolbenelemente der Drehmomentbegrenzungsmechanismen verwendet, wodurch die Anzahl der Komponenten verringert wird und eine Kostenverringerung ermöglicht wird sowie die Grö-ßenverringerung und die Vereinfachung des Aufbaus vereinfacht wird. Ferner ermöglicht der Drehmomentbegrenzungsmechanismus vom Kolbentyp, der ein elastisches Element verwendet, das Einstellen der Drehmomentgrenzlast basierend auf der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements und des Kolbenelementaufnahmelochs sowie der elastischen Kraft des elastischen Elements. Dies ermöglicht ein von Reibkoeffizienten relativ unabhängigeres, einfaches Einstellen der Drehmomentgrenzlast und unterstützt die Verringerung des Verschleißes der Gleitflächen, was zu einer erhöhten Haltbarkeit beiträgt.
Die in Anspruch 2 beschriebene Ausbildung ermöglicht ein einfaches Wechseln der Betriebsmodi der formschlüssigen Kupplung. Da die Rollen im freien Modus, in welchem der Innenring und der Außenring relativ zueinander drehen können, von dem Innenring und dem Außenring getrennt sind, können Reibungsverluste und Geräusche verringert werden.
Gemäß der in Anspruch 3 beschriebenen Ausbildung ist die Drehmomentgrenzlast sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung veränderbar, wodurch ein Versuch der Verbesserung der Leistungsstabilität vereinfacht ist.
Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 hilft, die Leistungsstabilität zu verbessern, und ermöglicht eine Größenverringerung und strukturelle Vereinfachung durch eine Verringerung der Teileanzahl.
Gemäß der in Anspruch 5 beschriebenen Ausbildung kann der Anteil der von der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements und des Kolbenelementaufnahmelochs getragenen Drehmomentgrenzlast und der von der elastischen Kraft des elastischen Elements getragenen Drehmomentgrenzlast geändert werden, indem der Betrag der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements und des Kolbenelementaufnahmeloch eingestellt wird, wodurch ein Versuch der Verbesserung der Leistungsstabilität vereinfacht ist.
Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine Größenverringerung durch eine Verringerung der Teileanzahl und hilft bei der Vereinfachung der Struktur.
Die in Anspruch 7 beschriebene Ausbildung unterstützt die Verringerung von Spiel und ermöglicht ein reibungsloses Eingreifen.
Die in Anspruch 8 beschriebene Ausbildung ermöglicht ein leichteres Rollen der Rollen und kann die Verringerung der Nockengeräusche unterstützen.
Die in Anspruch 9 beschriebene Ausbildung eliminiert die Notwendigkeit des Vorsehens mehrerer Vorspanneinrichtungen entsprechend den mehreren Rollen. Dies verringert die Anzahl von Bauteilen und unterstützt die Verringerung der Größe der Kupplung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Ausbildungsbeispiels einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, von der Vorderseite in axialer Richtung gesehen;
2 ist eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten formschlüssigen Kupplung, von der Rückseite in axialer Richtung gesehen;
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Drehachse der in 1 gezeigten Nockenschaltkupplung;
4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Darstellung des durch eine gestrichelte Linie in 3 eingekreisten Bereichs;
5 zeigt eine Vorderansicht der in 1 dargestellten formschlüssigen Kupplung, wobei einige Teile weggelassen sind;
6 zeigt eine Vorderansicht einer Ausbildung wesentlicher Teile der in 1 dargestellten formschlüssigen Kupplung, wobei einige Teile weggelassen sind;
7 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Ausbildung eines Schaltelements der formschlüssigen Kupplung in 1, von der Vorderseite in axialer Richtung gesehen;
8 zeigt ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Wirkung des Drehmomentbegrenzungsmechanismus;
9 zeigt ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Wirkung des Drehmomentbegrenzungsmechanismus, wobei eine Winkeldifferenz zwischen einer Schrägfläche eines Kolbenelements und einem Innenringschrägbereich besteht;
10 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands der in 1 dargestellten formschlüssigen Kupplung, wenn der Betriebsmodus ein in zwei Richtungen sperrender Modus ist, wobei einige Teile weggelassen sind;
11A zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Bereitschaftszustands der formschlüssigen Kupplung in 1, wenn der Betriebsmodus der in zwei Richtungen sperrende Modus ist;
11B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands der formschlüssigen Kupplung in 1 in dem in zwei Richtungen sperrenden Modus, wenn der Außenring in Vorwärtsrichtung gedreht wird;
11C zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands des Drehmomentbegrenzungsmechanismus, welcher aktiviert wird, wenn ein ein voreingestelltes Drehmoment überschreitendes Drehmoment auf den Außenring in Vorwärtsrichtung aufgebracht wird;
11D zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands, in welchem der Au-ßenring und der Innenring außer Eingriff sind und das Drehmoment gelöst ist;
11E zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands der formschlüssigen Kupplung in 1 in dem in zwei Richtungen sperrenden Modus, wenn der Außenring in Rückwärtsrichtung gedreht wird;
12 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands der in 1 dargestellten formschlüssigen Kupplung, wenn der Betriebsmodus ein in Vorwärtsrichtung sperrender Modus ist, wobei einige Teile weggelassen sind;
13A zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Bereitschaftszustands der formschlüssigen Kupplung in 1, wenn der Betriebsmodus der in Vorwärtsrichtung sperrende Modus ist;
13B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands der formschlüssigen Kupplung in 1 in dem in Vorwärtsrichtung sperrenden Modus, wenn der Au-ßenring in Rückwärtsrichtung gedreht wird;
14 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands der in 1 dargestellten formschlüssigen Kupplung, wenn der Betriebsmodus ein in zwei Richtungen freier Modus ist, wobei einige Teile weggelassen sind;
15 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Zustands der formschlüssigen Kupplung in 1, wenn der Betriebsmodus der in zwei Richtungen freie Modus ist;
16 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Ausbildung wesentlicher Teile in einem Beispiel einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Ausbildung wesentlicher Teile in einem anderen Beispiel der formschlüssigen Kupplung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 zeigt eine Vorderansicht eines Ausbildungsbeispiels einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei einige Teile weggelassen sind;
19 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Drehachse der in 18 dargestellten formschlüssigen Kupplung einschließt;
20A zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Bereitschaftszustands der formschlüssigen Kupplung in 18, wenn der Betriebsmodus der in zwei Richtungen sperrende Modus ist;
20B zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Bereitschaftszustands der formschlüssigen Kupplung in 18, wenn der Betriebszustand der in Vorwärtsrichtung sperrende Modus ist;
20C zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands der formschlüssigen Kupplung in 18, wenn der Betriebsmodus der in zwei Richtungen freie Modus ist;
21 zeigt eine Vorderansicht zur Darstellung der Ausbildung eines anderen Beispiels der formschlüssigen Kupplung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei einige Teile weggelassen sind;
22 zeigt eine Querschnittsansicht einer zur Drehachse senkrechten Ebene zur Darstellung der Ausbildung wesentlicher Teile in einem anderen Beispiel der formschlüssigen Kupplung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
23 zeigt eine Querschnittsansicht einer zur Drehachse senkrechten Ebene zur Darstellung der Ausbildung in einem anderen Beispiel der formschlüssigen Kupplung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
24 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche entlang der Drehachse der in 23 dargestellten formschlüssigen Kupplung geschnitten ist;
25 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Ausbildung wesentlicher Teile in einem Beispiel einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands der formschlüssigen Kupplung in 25, wenn der Betriebsmodus der in zwei Richtungen freie Modus ist;
27A zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands der formschlüssigen Kupplung in 25 in dem in zwei Richtungen sperrenden Modus, wenn der Au-ßenring in Vorwärtsrichtung gedreht wird;
27B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands des Drehmomentbegrenzungsmechanismus, welcher aktiviert wird, wenn ein ein voreingestelltes Drehmoment überschreitendes Drehmoment auf den Außenring in Vorwärtsrichtung aufgebracht wird;
27C zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands der formschlüssigen Kupplung in 25 in dem in zwei Richtungen sperrenden Modus, wenn der Au-ßenring in Rückwärtsrichtung gedreht wird; und
28 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung wesentlicher Teile in einem anderen Ausbildungsbeispiel der formschlüssigen Kupplung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Formschlüssige Kupplungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Wie in 1 bis 4 dargestellt, weist die formschlüssige Kupplung 100 gemäß der ersten Ausführungsform einen Innenring 110 und einen Außenring 120, die zueinander koaxial und relativ zueinander drehbar sind, mehrere zylindrische Rollen 130, die zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 angeordnet sind, eine Vorspanneinrichtung 140, welche jede der mehreren Rollen 130 radial vorspannt, und ein Schaltelement 150 zum Wechseln der Betriebsmodi der formschlüssigen Kupplung 100 auf. Das Bezugszeichen 180 in 1 bis 4 bezeichnet ein zylindrisches Abdeckelement mit einer Unterseite, die von der Vorderseite her an den Außenring 120 angesetzt ist.
Die formschlüssige Kupplung 100 gemäß dieser Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass der Innenring 110 ebene Innenringschrägbereiche, die sich in einem Winkel zur Umfangsrichtung erstrecken, aufweist, und der Außenring 120 ebene Außenringschrägbereiche aufweist, die sich in einem Winkel zur Umfangsrichtung erstrecken. Eine relative Drehung des Innenrings 110 und des Au-ßenrings 120 wird durch die mehreren Rollen 130 verhindert, die jeweils zwischen dem Innenringschrägbereich und dem Außenringschrägbereich in Umfangsrichtung gehalten werden.
Der Innenring 110 ist zylinderförmig mit einem geschlossenen Boden auf der Rückseite, und weist ein Wellenteil 112 auf, das sich auf der in axialer Richtung hinteren Seite axial nach außen erstreckt.
Der Außenring 120 ist zylindrisch mit einem geschlossenen Boden auf der in axialer Richtung hinteren Seite, und weist ein scheibenförmiges Bodenplattenteil 122 und ein rohrförmiges Teil 124 auf, das sich von dem Umfangsrand des Bodenplattenteils 122 axial erstreckt. In der Mitte des Bodenplattenteils 122 ist ein Durchgangsloch für den Durchtritt des Wellenteils 112 des Innenrings 110 gebildet. Ein Lagerteil 123 erstreckt sich von der Rückseite des Bodenplattenteils 122 axial nach außen, um das Wellenteil 112 des Innenrings 110 drehbar zu stützen.
An der Außenumfangsfläche des Innenrings 110 sind Rollenstützteile 113 zum Stützen der unteren Flächen der Rollen 130 in vorbestimmten Umfangsabständen ausgebildet, wie in 5 und 6 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform bilden zwei Rollen 130, die jeweils in einem von zwei benachbarten Rollenstützteilen 113 gehalten sind, ein Paar. Sechs Rollenpaare 131 sind in gleichen Abständen umfangsmäßig angeordnet. Nachfolgend wird aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung der Uhrzeigersinn in 5 als die Vorwärtsrichtung und der Gegenuhrzeigersinn als die Rückwärtsrichtung bezeichnet. Eine Rolle 130 der Rollenpaare 131, welche sich auf der in Rückwärtsdrehrichtung gelegenen Seite befindet, wird als die erste Rolle 130a bezeichnet, und eine auf der in Rückwärtsdrehrichtung gelegenen Seite befindliche Rolle 130b der Rollenpaare 131 wird als die zweite Rolle 130b bezeichnet. Sofern nicht anders angegeben, werden die erste Rolle 130a und die zweite Rolle 130b einfach als Rolle(n) 130 bezeichnet.
Die Anzahl der Rollenpaare 131 ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt, und kann nach Bedarf entsprechend einer Soll-Drehmomentkapazität geändert werden. Die Rollenpaare 131 müssen nicht gleich voneinander beabstandet sein.
Die Rollenstützteile 113 sind durch ausgenommene Nuten gebildet, welche sich in der Richtung der Drehachse erstrecken, wobei ihre Nutbreite vom Boden radial nach außen zunimmt.
Das Rollenstützteil 113 weist einen ersten Schrägbereich 115a, der eben und in Vorwärtsrichtung radial nach außen geneigt ist, und einen zweiten Schrägbereich 115b auf, der eben und in Rückwärtsrichtung radial nach außen geneigt ist. Der erste Schrägbereich 115a bildet einen Teil des Innenringschrägbereichs 115, welcher die erste Rolle 130a zusammen mit dem Außenringschrägbereich 125 in der Umfangsrichtung hält. Der zweite Schrägbereich 115b bildet einen Teil des Innenringschrägbereichs 115, welcher die zweite Rolle 130b zusammen mit dem Außenringschrägbereich 125 in der Umfangsrichtung hält.
Der Öffnungsrand des Rollenstützteils 113 ist, im Querschnitt gesehen, beispielsweise abgeschrägt, was das Abrollen der Rollen 130 erleichtern und die Nockengeräusche verringern kann.
In der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Teils 124 des Außenrings 120 sind den ersten Rollen 130a der Rollenpaare 131 entsprechende erste Taschenteile 126a ausgebildet, die sich in einem Winkel in Vorwärtsrichtung radial nach außen erstrecken. Den zweiten Rollen 130b der Rollenpaare 131 entsprechende zweite Taschenteil 126b erstrecken sich in einem Winkel in Rückwärtsrichtung radial nach außen.
Die ersten Taschenteile 126a und die zweiten Taschenteile 126b sind dazu ausgebildet, jeweils eine Rolle 130 in sich aufzunehmen, um den Rollen 130 das Lösen von dem Innenring 110 zu ermöglichen.
Das zweite Taschenteil 126b weist einen dritten Schrägbereich 125a auf der radial äußeren Seite auf, der eben ist und sich in einem Winkel in der Rückwärtsrichtung radial nach außen erstreckt. Der dritte Schrägbereich 125a bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die zweite Rolle 130b zwischen sich selbst und dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Die Vorspanneinrichtung 140 in dieser Ausführungsform ist beispielsweise eine Schlauchfeder. Eine Montagenut 135 erstreckt sich umfangsmäßig in der Außenumfangsfläche jeder der mehreren Rollen 130, und die Vorspanneinrichtung ist in diesen Montagenuten angebracht. Die Verwendung einer Schlauchfeder als die Vorspanneinrichtung 140 mach die Notwendigkeit des Vorsehens mehrere Vorspanneinrichtungen, die den mehreren Rollen 130 entsprechen, hinfällig. Dies verringert die Anzahl von Bauteilen und unterstützt die Verringerung der Größe der Kupplung.
Das Schaltelement 150 in dieser Ausführungsform ist dazu ausgebildet, unabhängig von der Drehung des Innenrings 110 und des Außenrings 120 axial bewegt zu werden, wobei die ersten Rollen 130a und/oder die zweiten Rollen 130b entgegen der Vorspannkraft des Vorspanneinrichtung 140 in die entsprechenden Taschenteile bewegt werden, um zwischen den Betriebsmodi der formschlüssigen Kupplung 100 zu wechseln.
Das Schaltelement 150 weist ein zylindrisches Basisteil 151 und mehrere Rollenpositionsänderungsteile 160 auf, die sich axial von einer Stirnseite des Basisteils 151 erstrecken, wie in 7 dargestellt. Jedes der Rollenpositionsänderungsteile 160 entspricht jeweils einem der mehreren Rollenpaare 131.
Jedes Rollenpositionsänderungsteil 160 weist ein Säulenteil 161, ein erstes Drückteil 162 auf einer in Vorwärtsrichtung gelegenen Seite des Säulenteils 161 zum Drücken der ersten Rolle 130a, und ein zweites Drückteil 164 auf der in Rückwärtsrichtung gelegenen Seite des Säulenteils 161 zum Drücken der zweiten Rolle 130b auf.
Das erste Drückteil 162 weist eine erste Abschrägung 163 auf, deren Breite in Richtung der Rückseite in axialer Richtung zunimmt. Das zweite Drückteil 164 weist eine zweite Abschrägung 165 auf, deren Breite in Richtung der Rückseite in axialer Richtung zunimmt.
Die erste Abschrägung 163 befindet sich weiter in axialer Richtung in Richtung der Rückseite als die zweite Abschrägung 165. Mit derartigen Abschrägungen ist es möglich, die Positionen entweder nur der zweiten Rollen 130b der Rollenpaare 131 oder sowohl der ersten Rollen 130a als auch der zweiten Rollen 130b durch Anpassen axialen Bewegung des Schaltelements 150 zu verändern.
Das Säulenteil 161 eines der Rollenpositionsänderungsteile 160 ist mit einem ersten Rückhalteloch 166a, einem zweiten Rückhalteloch 166b und einem dritten Rückhalteloch 166c ausgebildet. Das erste Rückhalteloch 166a dient dem Fixieren des Schaltelements 150 in einer ersten fixierten Position, um das Schaltelement 150 im Nicht-Betriebszustand zu halten. Das zweite Rückhalteloch 166b dient dem Fixieren des Schaltelements 150 in einer zweiten fixierten Position, um die zweiten Rollen 130b von dem Innenring 110 gelöst zu halten. Das dritte Rückhalteloch 166c dient dem Fixieren des Schaltelements 150 in einer dritten fixierten Position, um die ersten Rollen 130a und die zweiten Rollen 130b von dem Innenring 110 gelöst zu halten. Die axiale Position des Schaltelements 150 kann durch Einsetzen eines (nicht dargestellten) Positionsfixierstifts in das erste Rückhalteloch 166a, das zweite Rückhalteloch 166b oder das dritte Rückhalteloch 166c fixiert werden.
Wie in 2 dargestellt, weist das Bodenplattenteil 122 des Außenrings 120 Durchgangslöcher 122a auf, die den Durchtritt der mehreren Rollenpositionsänderungsteile 160 des Schaltelements 150 ermöglichen. Jedes Rollenpositionsänderungsteil 160 ist zwischen der ersten Rolle 130a und der zweiten Rolle 130b jedes Rollenpaars 131 auf der Seite des Innenrings 110 in der radialen Richtung angeordnet.
Das Abdeckelement 180 weist ebenfalls Durchgangslöcher 181 auf, die mit dem Durchgangslöchern 122a des Außenrings 120 ausgerichtet sind, um den Durchtritt der Rollenpositionsänderungsteile 160 zu ermöglichen, wie in 1 dargestellt.
Die formschlüssige Kupplung 100 nach dieser Ausführungsform weist einen Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a auf, der den Betrag des in Vorwärtsrichtung zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments begrenzt (nachfolgend einfach als „Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170“ bezeichnet, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt).
Der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 weist ein Kolbenelement 171 und ein elastisches Element 175 auf, das eine konstante Last auf das Kolbenelement 171 aufbringt, wie in 6 dargestellt. Das Kolbenelement 171 ist ein säulenförmiger Körper mit einer Schrägfläche 172, welche durch Schneiden eines Endes des säulenförmigen Körpers in einer zu der Mittelachse geneigten Ebene gebildet ist, während das elastische Element 175 beispielsweise eine Schraubenfeder ist.
In dieser Ausführungsform ist der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 an der ersten Rolle 130 in jedem der mehreren Rollenpaare 131 vorgesehen und befindet sich auf einer in Rückwärtsrichtung gelegenen Seite der ersten Rollen 130a. Kolbenelementaufnahmelöcher 127 sind in der Wandfläche auf der radial äußeren Seite der ersten Taschenteile 126a des Außenrings 120 ausgebildet, in welchen die Kolbenelemente 171 gleitend verschiebbar aufgenommen sind. Das elastische Element 175 ist derart aufgenommen, dass seine Wicklungsachse entlang der radialen Richtung ausgerichtet ist. Das Kolbenelement 171 ist derart ausgerichtet, dass seine Schrägfläche 172 in Vorwärtsrichtung gewandt ist. Die Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die erste Rolle 130a zwischen sich und dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Bei der formschlüssigen Kupplung 100 nach dieser Ausführungsform ist die Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 so ausgebildet, dass sie sich parallel zu dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 für die erste Rolle 130a erstreckt.
Wie in 8 dargestellt, empfängt die erste Rolle 130a eine Normalkraft von Tb (= Tr·sinθ₁) [N] von dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 des Innenrings, wobei Tr [N] die auf die erste Rolle 130a wirkende Last ist. Der Winkel θ₁ gibt den Neigungswinkel [°] des ersten Schrägbereichs 115a an.
Da die Schrägfläche 172 und der erste Schrägbereich 115a parallel sind, empfängt das Kolbenelement 171 eine Drucklast von Tb von der ersten Rolle 130a in der zu der Schrägfläche 172 senkrechten Richtung. Eine Normalkraft von Tc (=Tb·cosθ₂) [N] wirkt auf die Federfläche in Richtung der Wicklungsachse des elastischen Elements 175. Eine Normalkraft von Td (=Tb·sinO₂) [N] wirkt auf die Gleitflächen des Kolbenelements 171 und des Kolbenelementaufnahmelochs 127 in senkrechter Richtung. Der Winkel θ₂ gibt den Neigungswinkel [°] der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 an.
Wenn die Normalkraft Tc auf die Federfläche größer als die Summe der Federlast N und der Reibkraft Tf (=µTd) [N] auf die Gleitflächen ist, wobei N [N] die Federlast der das elastische Element 175 bildenden Schraubenfeder, d.h. die auf das Kolbenelement 171 aufgebrachte Last ist, und µ der Reibkoeffizient an den Gleitflächen ist, bewegt sich das Kolbenelement 171, um das elastische Element 175 zu komprimieren und so den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Au-ßenring 120 übertragenen Drehmoments zu begrenzen.
Die Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 muss nicht parallel zu dem ersten Schrägbereich 115a sein. Eine Ausbildung, bei welcher die Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 und der erste Schrägbereich 115a unterschiedliche Winkel aufweisen, ist ebenfalls möglich.
Wie in 9 dargestellt, nimmt die Normalkraft Tb' auf die Gleitflächen zu, wenn der Neigungswinkel θ₂ [°] der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 größer als der Neigungswinkel θ₁ [°] des ersten Schrägbereichs 115a gewählt wird. Daher steigt die von der Reibkraft Tf an den Gleitflächen getragene Drehmomentgrenzlast, während die von der elastischen Kraft des elastischen Elements 175 getragene Drehmomentgrenzlast abnimmt.
Andererseits nimmt die Normalkraft auf die Gleitflächen zu, wenn der Neigungswinkel θ₂ [°] der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 kleiner als der Neigungswinkel θ₁ [°] des ersten Schrägbereichs 115a gewählt wird. Daher nimmt die Drehmomentgrenzlast, die von der elastischen Kraft des elastischen Elements 175 getragen wird, zu, während die von der Reibkraft Tf getragene Drehmomentgrenzlast an den Gleitflächen abnimmt.
Es kann eine Winkeldifferenz zwischen der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 und dem ersten Schrägbereich 115a vorgesehen sein, wie zuvor beschrieben, um den Betrag der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements 171 und des Kolbenelementaufnahmelochs 127 anzupassen. Der Anteil der von der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements 171 und des Kolbenelementaufnahmelochs 127 getragenen Drehmomentgrenzlast und der von der elastischen Kraft des elastischen Elements 175 getragenen Drehmomentgrenzlast kann durch diese Anpassung der Reibkraft geändert werden, wodurch ein Versuch der Verbesserung der Leistungsstabilität vereinfacht ist.
Der Betrieb der vorgenannten formschlüssigen Kupplung 100 wird nachfolgend beschrieben.
Die formschlüssige Kupplung 100 gemäß dieser Ausführungsform kann zwischen drei Betriebsmodi wechseln: einem in zwei Richtungen sperrenden Modus, der die Relativdrehung zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 sowohl in der Vorwärtsrichtung als auch in der Rückwärtsrichtung verhindert; einem in Vorwärtsrichtung sperrenden Modus, der die Relativdrehung zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 in der Vorwärtsrichtung verhindert; und einem in zwei Richtungen freien Modus, der die Relativdrehung zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 in sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsrichtung erlaubt.
Zuerst sind, wenn das Schaltelement 150 in der ersten fixierten Position fixiert ist und sich in dem Nicht-Betriebszustand befindet, wie in 10 dargestellt, die ersten Rollen 130a und die zweiten Rollen 130b in dem Bereitschaftszustand gehalten, in welchem sie unmittelbar mit dem Zusammengreifen mit dem Innenring 110 und dem Außenring 120 beginnen können, sobald ein Drehmoment auf den Innenring 110 oder den Außenring 120 aufgebracht wird, wie in 11A dargestellt. Daher ist dieser Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 der in zwei Richtungen sperrende Modus.
Wenn der Außenring 120 beispielsweise in Vorwärtsrichtung gedreht wird, wird die erste Rolle 130a zwischen dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113, welches die erste Rolle 130a stützt, und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 in Umfangsrichtung gehalten, wie in 11B dargestellt. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen. Die zweiten Rollen 130b werden in Bereitschaft gehalten.
Der Kontaktwinkel α der ersten Rolle 130a ist als ein Winkel einer Linie, welche die jeweiligen Kontaktpunkte des ersten Schrägbereichs 115a und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 mit der ersten Rolle 130a verbindet, relativ zu der Radialrichtung (die sich entlang einer Linie erstreckt, welche die Drehachse der formschlüssigen Kupplung 100 und die Mitte der ersten Rolle 130a verbindet), definiert. Die erste Rolle 130a ist zwischen dem ersten Schrägbereich 115a und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 in Umfangsrichtung gehalten, wobei der Kontaktwinkel α kleiner als 90° ist. Ein Kontaktwinkel α näher an 90° bewirkt eine kleinere normale Komponente der Eingangslast, die zu erzeugen ist, wodurch eine zuverlässige Rücklaufsperre (Verhinderung einer Rückwärtsdrehung) möglich ist. Bei einem Kontaktwinkel α näher an 0° ist die Stufe auf dem Innenring 110 kleiner, wodurch ein geringerer Rollwiderstand der Rolle 130 in dem in einer Richtung sperrenden Modus bewirkt wird.
Ein voreingestelltes Drehmoment ist durch die Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements 171 und des Kolbenelementaufnahmelochs 127 und die Federlast des elastischen Elements 175 bestimmt. Wenn der Drehmomenteingang das voreingestellte Drehmoment übersteigt, bewegt sich das Kolbenelement 171, um das elastische Element 175 zu komprimieren, wie in 11C dargestellt, und so den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments zu begrenzen. Wenn sich das Kolbenelement 171 zu einem Grenzpunkt bewegt hat, wird die erste Rolle 130a von der Schrägfläche 172 in Vorwärtsrichtung gedrückt und rollt auf der Außenumfangsfläche des Innenrings 110, wie in 11D dargestellt. Somit ist der Innenring 110 von dem Außenring 120 gelöst und das Drehmoment ist aufgehoben.
Die zweite Rolle 130b rollt auf die Außenumfangsfläche des Innenrings 110 und bewegt sich in Richtung des zweiten Taschenteils 126b.
Wenn andererseits der Außenring 120 in Rückwärtsrichtung gedreht wird, wird die zweite Rolle 130b zwischen dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113, welches die zweite Rolle 130b stützt, und dem dritten Schrägbereich 125a in Umfangsrichtung gehalten, wie in 11E dargestellt. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen. Die ersten Rollen 130a werden in Bereitschaft gehalten.
Die zweite Rolle 130b ist zwischen dem zweiten Schrägbereich 115b und dem dritten Schrägbereich 125a in Umfangsrichtung gehalten, wobei der Kontaktwinkel α kleiner als 90° ist.
Bei dieser formschlüssigen Kupplung 100 kann der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 von dem in zwei Richtungen sperrenden Modus in den in einer Richtung sperrenden Modus geschaltet werden, indem eine der Rollen 130 jedes Rollenteils 131 von dem Innenring 110 getrennt gehalten wird.
Bei der formschlüssigen Kupplung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn das Schaltelement 150 in axialer Richtung zur Vorderseite bewegt wird, wie in 12 dargestellt, und in der zweiten fixierten Position fixiert ist, durch die Wirkung der zweiten Abschrägung 165 des Rollenpositionsänderungsteils 160 entgegen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 nur die zweite Rolle 130b jedes Rollenpaars 131 in das zweite Taschenteil 126b bewegt, wie in 13A gezeigt. Die zweiten Rollen 130b werden somit in der vom Innenring 110 getrennten Position gehalten, d.h. der Betriebsmodus ist in den in Vorwärtsrichtung gesperrten Modus geschaltet.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann die erste Abschrägung 163 des Schaltelements 150 in Bezug auf die zweite Abschrägung 165 zum Beispiel an einer Position auf der in axialer Richtung vorderen Seite gebildet sein. Es ist dann möglich, nur die erste Rolle 130a jedes Rollenpaars 131 von dem Innenring 110 getrennt zu halten, indem das Schaltelement 150 in der zweiten fixierten Position gehalten wird, d.h., dass der Betriebsmodus in den in Rückwärtsrichtung sperrenden Modus geschaltet werden kann.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 der in Vorwärtsrichtung sperrende Modus ist, bewirkt das Drehen des Außenrings 120 beispielsweise in Vorwärtsrichtung, dass jede erste Rolle 130a zwischen dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113, welches die erste Rolle 130a stützt, und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 in Umfangsrichtung gehalten wird. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen. Wenn ein Drehmoment den voreingestellten Drehmomenteingang in Vorwärtsrichtung übersteigt, wie zuvor erwähnt, wirkt der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 zum Lösen des Drehmoments und begrenzt den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments.
Das Drehen des Außenrings 120 in Rückwärtsrichtung bewirkt, dass die ersten Rollen 130a auf die Außenumfangsfläche des Innenrings 110 rollen, wie in 13B gezeigt, und sich in Richtung der ersten Taschenteile 126 bewegen, so dass der Außenring 120 frei dreht.
Bei dieser formschlüssigen Kupplung 100 kann der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 in den in zwei Richtungen freien Modus geschaltet werden, indem die ersten Rollen 130a und die zweiten Rollen 130b von dem Innenring 110 getrennt gehalten werden.
Bei der formschlüssigen Kupplung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn das Schaltelement 150 axial zur Vorderseite bewegt wird und in der dritten fixierten Position fixiert ist, wie in 14 dargestellt, die zweite Rolle 130b durch die Wirkung der zweiten Abschrägung 165 des Rollenpositionsänderungsteils 160 entgegen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 in das zweite Taschenteil 126b bewegt, und die erste Rolle 130a wird durch die Wirkung der ersten Abschrägung 163 des Rollenpositionsänderungsteils 160 entgegen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 in das erste Taschenteil 126a bewegt, wie in 15 dargestellt. Somit werden die ersten Rollen 130a und die zweiten Rollen 130b in einer von dem Innenring 110 getrennten Position gehalten.
In diesem Zustand läuft der Außenring 120 frei, wenn er gedreht wird, sei es in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung.
Die vorbeschriebene formschlüssige Kupplung 100 erreicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 durch Halten jeder ersten Rolle 130a zwischen dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113, welches die erste Rolle 130a stützt, und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 in der Umfangsrichtung, oder durch Halten jeder zweiten Rolle 130b zwischen dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113, welches die zweite Rolle 130b stützt, und dem dritten Schrägbereich 125a in der Umfangsrichtung. Daher tritt keine Verwerfung oder Torsionsverformung bei der Drehmomentübertragung auf, wodurch die formschlüssige Kupplung 100 als eine Kupplung mit hoher Steifigkeit ausgelegt werden kann. Der einfache Aufbau, der einen stabilen Eingriff schafft, ermöglicht eine Größenverringerung und das Anordnen einer großen Anzahl von Rollen 130 in einem kleinen Raum. Dies ermöglicht die Übertragung von hohen Drehmomenten. Ferner kann der auf die Schrägbereiche und die Rollen 130 während der Drehmomentübertragung aufgebrachte Flächendruck gering eingestellt werden, wodurch die Kupplung mit einem kostengünstigen Material ausgebildet werden kann, das gegen Zerspanung, die durch Stöße oder Verschleiß verursacht werden kann, beständiger ist. Da die Rollen 130 selbst drehen und im Wesentlichen nicht an derselben Stelle eingreifen, kann die Haltbarkeit der Kupplung verbessert werden und ihre Lebensdauer kann verlängert werden.
Darüber hinaus werden die Rollen 130, welche Eingriffselemente in dem Kupplungsmechanismus sind, als die Komponenten zum Bewegen der Kolbenelemente 171 der Drehmomentbegrenzungsmechanismen 170 verwendet, wodurch die Anzahl der Komponenten verringert wird, und eine Kostenverringerung ermöglicht wird sowie die Größenverringerung und die Vereinfachung des Aufbaus vereinfacht wird. Ferner ermöglicht der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 vom Kolbentyp, der ein elastisches Element 175 verwendet, das Einstellen der Drehmomentgrenzlast basierend auf der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements 171 und des Kolbenelementaufnahmelochs 127 sowie der elastischen Kraft des elastischen Elements 175. Dies ermöglicht ein von Reibkoeffizienten relativ unabhängigeres, einfaches Einstellen der Drehmomentgrenzlast und unterstützt die Verringerung des Verschleißes der Gleitflächen, was zu einer erhöhten Haltbarkeit beiträgt.
Ferner können die Betriebsmodi der formschlüssigen Kupplung 100 leicht umgeschaltet werden, indem das Schaltelement 150 einfach in Axialrichtung bewegt wird, um das Trennen der ersten Rollen 130a und/oder der zweiten Rollen 130b von dem Innenring 110 zu bewirken. Im freien Modus, in welchem der Innenring 110 und der Außenring 120 relativ zueinander drehen können, sind sämtliche der mehreren Rollen 130 von dem Innenring 110 getrennt, wodurch die Verringerung von Reibungsverlusten und Geräuschen unterstützt wird.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei welcher das in Vorwärtsrichtung übertragene Drehmoment begrenzt wird. Alternativ kann der Drehmomentbegrenzungsmechanismus an den zweiten Rollen vorgesehen sein, d.h. auf der in Vorwärtsrichtung gelegenen Seite der zweiten Rollen, um das in der Rückwärtsrichtung übertragene Drehmoment zu begrenzen, oder er kann auch ausgebildet sein, um das Drehmoment sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung zu begrenzen.
16 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Ausbildung wesentlicher Teile in einem Beispiel einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei einige Teile weggelassen sind.
Diese formschlüssige Kupplung ist eine Variante der formschlüssigen Kupplung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, bei welcher der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a, welcher das in Vorwärtsrichtung übertragene Drehmoment begrenzt, auf der in Rückwärtsrichtung jeder ersten Rolle 130a der mehreren Rollenpaare 131 gelegenen Seite vorgesehen ist. Darüber hinaus ist ein Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170b, welcher das in Rückwärtsrichtung übertragene Drehmoment begrenzt, auf der in Vorwärtsrichtung gelegenen Seite jeder zweiten Rolle 130b vorgesehen. Die formschlüssige Kupplung ist ansonsten gleich der formschlüssigen Kupplung 100 gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ausgebildet.
Bei an sowohl der ersten Rolle 130a als auch der zweiten Rolle 130b vorgesehenem Drehmomentbegrenzungsmechanismus ist die Drehmomentgrenzlast sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung änderbar, wodurch der Versuch, die Leistungsstabilität zu verbessern, vereinfacht ist.
Der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a weist ein erstes Kolbenelement 171a auf, das gleitend verschiebbar in einem Kolbenelementaufnahmeloch 127 aufgenommen ist, das in der Wandfläche auf der radial äußeren Seite des ersten Taschenteils 126a des Außenrings 120 ausgebildet ist. Ein erstes elastisches Element 175a ist derart aufgenommen, dass seine Wicklungsachse entlang der radialen Richtung ausgerichtet ist. Das erste Kolbenelement 171a ist derart ausgebildet, dass seine Schrägfläche 172 in Vorwärtsrichtung gewandt ist. Die Schrägfläche 172 des ersten Kolbenelements 171a bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die erste Rolle 130a zwischen sich und dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Der Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170b weist ein zweites Kolbenelement 171b auf, das gleitend verschiebbar in einem Kolbenelementaufnahmeloch 127 aufgenommen ist, das in der Wandfläche auf der radial äußeren Seite des zweiten Taschenteils 126b des Außenrings 120 ausgebildet ist. Ein zweites elastisches Element 175b ist derart aufgenommen, dass seine Wicklungsachse entlang der radialen Richtung ausgerichtet ist. Das zweite Kolbenelement 171b ist derart ausgebildet, dass seine Schrägfläche 172 in Rückwärtsrichtung gewandt ist. Die Schrägfläche 172 des zweiten Kolbenelements 171b bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die zweite Rolle 130b zwischen sich und dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Die Schrägflächen 172 des ersten Kolbenbereichs 171a des Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a und des zweiten Kolbenelements 171b des Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170b können unter dem gleichen Winkel oder unterschiedlichen Winkeln geneigt sein.
Das erste elastische Element 175a des Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a und das zweite elastische Element 175b des Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170b können dieselbe Federlast oder unterschiedliche Federlasten aufweisen.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung nach der zweiten Ausführungsform der in zwei Richtungen sperrende Modus oder der in Vorwärtsrichtung sperrende Modus ist, bewirkt das Drehen des Außenrings 120 beispielsweise in Vorwärtsrichtung, dass jede erste Rolle 130a zwischen dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113, welches die erste Rolle 130a stützt, und der Schrägfläche 172 des ersten Kolbenelements 171a in Umfangsrichtung gehalten wird. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen. Wenn ein Drehmoment den voreingestellten Drehmomenteingang in Vorwärtsrichtung übersteigt, wie zuvor erwähnt, wirkt der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a zum Lösen des Drehmoments und begrenzt den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments.
Wenn andererseits der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung der in zwei Richtungen sperrende Modus oder der in Rückwärtsrichtung sperrende Modus ist, bewirkt das Drehen des Außenrings 120 beispielsweise in Rückwärtsrichtung, dass jede zweite Rolle 130b zwischen dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113, welches die zweite Rolle 130b stützt, und der Schrägfläche 172 des zweiten Kolbenelements 171b in Umfangsrichtung gehalten wird. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen. Wenn ein Drehmoment den voreingestellten Drehmomenteingang in Rückwärtsrichtung übersteigt, wie zuvor erwähnt, wirkt der Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170b zum Lösen des Drehmoments und begrenzt den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung der in zwei Richtungen freie Modus ist, läuft der Außenring 120 frei, wenn er gedreht wird, sei es in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung.
Bei der formschlüssigen Kupplung nach dieser Ausführungsform sind der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170a und der Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus 170b voneinander unabhängig ausgebildet. Stattdessen können der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus und der Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus so ausgebildet sein, dass sie sich beispielsweise das Kolbenelement 171 und das elastische Element 175 teilen, wie in 17 dargestellt.
Das Kolbenelement 171 weist in diesem Beispiel eine erste Schrägfläche 172a, die eben und in Vorwärtsrichtung radial nach außen geneigt ist, und eine zweite Schrägfläche 172b auf, die eben und in Rückwärtsrichtung radial nach außen geneigt ist. Die erste Schrägfläche 172a bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die erste Rolle 130a zwischen sich und dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung. Die zweite Schrägfläche 172b bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die zweite Rolle 130b zwischen sich selbst und dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Die Drehmomentgrenzlast einer formschlüssigen Kupplung mit einer derartigen Ausbildung ist ebenfalls sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung veränderbar, indem der Neigungswinkel der ersten Schrägfläche 172a und der zweiten Schrägfläche 172b in geeigneter Weise verändert wird, um so einen Versuch zur Verbesserung der Leistungsstabilität zu vereinfachen.
Bei den zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen werden die Rollen 130 von dem Innenring 110 gelöst, indem das Schaltelement 150 unabhängig von der Drehung des Innenrings 110 und des Außenrings 120 axial bewegt wird, wenn die Betriebsmodi der formschlüssigen Kupplung 100 gewechselt werden. Das Schaltelement ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausbildung beschränkt, solange es derart ausgebildet ist, dass es in der Lage ist, die Rollen 130 von dem Innenring 110 oder dem Außenring 120 zu lösen, indem es bewirkt, dass sich die Rollen 130 gegen die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 in die Taschenteile bewegen.
Dritte Ausführungsform
18 zeigt eine Vorderansicht eines Ausbildungsbeispiels einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei einige Teile weggelassen sind. 19 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Ebene, welche die Drehachse der in 18 dargestellten formschlüssigen Kupplung einschließt.
Diese formschlüssige Kupplung 100 weist dieselbe Ausbildung auf, wie die formschlüssige Kupplung 100 der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme des Schaltelements 150.
Das Schaltelement 150 ist derart ausgebildet, dass es unabhängig von der Drehung des Innenrings 110 und des Außenrings 120 drehbar ist, um das Lösen der Rollen 130 von dem Innenring 110 zu bewirken.
Das Schaltelement 150 besteht aus einem Plattenelement, das unabhängig von dem Innenring 110 und dem Außenring 120 drehbar ist, und einen nach außen ragenden säulenförmigen Vorsprung 152 in der Mitte der Rückseite aufweist. Das Bezugszeichen 155 bezeichnet ein stangenartiges Betätigungsteil, das ein integraler Bestandteil des Schaltelements 150 ist und sich in der Richtung der Drehachse erstreckt.
Das Schaltelement 150 weist einen Außenumfangsrand auf, der gleitend bewegbar in jeweiligen Montagenuten 135 der mehreren Rollen 130 gehalten ist. Der säulenförmige Vorsprung 152 ist drehbar in eine in der Vorderseite des Innenrings 110 ausgebildeten Ausnehmung 116 eingesetzt.
Das Schaltelement 150 weist mehrere Rollenpositionsänderungsteile 160 auf, wobei jedes Teil jeweils einem der mehreren Rollenpaare 131 entspricht. Das Rollenpositionsänderungsteil 160 ist dazu ausgebildet, die erste Rolle 130a und/oder die zweite Rolle 130b zwischen dem (den) Rollenstützteil(en) 113 und dem (den) entsprechenden Taschenteil(en) zu bewegen. Jedes Rollenpositionsänderungsteil weist eine erste Nockenfläche 168a, deren Außendurchmesser mit der Drehung des Schaltelements 150 in Vorwärtsrichtung allmählich zunimmt, und eine zweite Nockenfläche 168b auf, deren mit der Drehung des Schaltelements 150 in Vorwärtsrichtung allmählich abnimmt.
Bei der formschlüssigen Kupplung 100 gemäß dieser Ausführungsform sind, wenn das Schaltelement 150, wie in 20A dargestellt, in der ersten fixierten Position fixiert ist und sich in dem Nicht-Betriebszustand befindet, die ersten Rollen 130a und die zweiten Rollen 130b in dem Bereitschaftszustand gehalten, in welchem sie unmittelbar mit dem Zusammengreifen mit dem Innenring 110 und dem Außenring 120 beginnen können, sobald ein Drehmoment auf den Innenring 110 oder den Außenring 120 aufgebracht wird. Der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 in diesem Zustand ist daher der in zwei Richtungen sperrende Modus.
Wenn das Schaltelement 150 beispielsweise in Vorwärtsrichtung gedreht wird, wie in 20B gezeigt, und in der zweiten fixierten Position fixiert ist, werden nur die zweiten Rollen 130b der Rollenpaare durch die Wirkung der ersten Nockenfläche 168a des Rollenpositionsänderungsteils 160 entgegen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 in die zweiten Taschenteile 126b bewegt. Die zweiten Rollen 130b werden somit in der vom Innenring 110 getrennten Position gehalten, d.h. der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 ist in den in Vorwärtsrichtung gesperrten Modus geschaltet. Zwar ist dies nicht dargestellt, jedoch kann der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 in den in Rückwärtsrichtung sperrenden Modus geschaltet werden, indem das Schaltelement 150 gedreht wird, um nur die ersten Rollen 130a der Rollenpaare 131 von dem Innenring 110 getrennt zu halten.
Wenn das Schaltelement 150 in Vorwärtsrichtung gedreht wird und in der dritten fixierten Position fixiert ist, wie in 20C gezeigt, werden ferner sowohl die ersten Rollen 130a als auch die zweiten Rollen 130b durch die Wirkung der ersten Nockenfläche 168a der Rollenpositionsänderungsteil 160 entgegen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 in ihre jeweilige Tasche bewegt. Die ersten Rollen 130a und die zweiten Rollen 130b werden somit in der vom Innenring 110 getrennten Position gehalten, d.h. der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 ist in den in zwei Richtungen freien Modus geschaltet.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 nach der dritten Ausführungsform der in zwei Richtungen sperrende Modus oder der in Vorwärtsrichtung sperrende Modus ist, bewirkt das Drehen des Außenrings 120 beispielsweise in Vorwärtsrichtung, dass jede erste Rolle 130a zwischen dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113, welches die erste Rolle 130a stützt, und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 in Umfangsrichtung gehalten wird. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen. Wenn ein Drehmoment den voreingestellten Drehmomenteingang in Vorwärtsrichtung übersteigt, wie zuvor erwähnt, wirkt der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 zum Lösen des Drehmoments und begrenzt den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments.
Wenn andererseits der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 der in zwei Richtungen sperrende Modus oder der in Rückwärtsrichtung sperrende Modus ist, bewirkt das Drehen des Außenrings 120 beispielsweise in Rückwärtsrichtung, dass jede zweite Rolle 130b zwischen dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113, welches die zweite Rolle 130b stützt, und dem dritten Schrägbereich 125a in Umfangsrichtung gehalten wird. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 der in zwei Richtungen freie Modus ist, läuft der Außenring 120 frei, wenn er gedreht wird, sei es in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung.
Bei der vorangehenden formschlüssigen Kupplung 100 nach der dritten Ausführungsform kann, ähnlich der formschlüssigen Kupplung nach der zweiten Ausführungsform, der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus auf der in Rückwärtsrichtung gelegenen Seite jeder ersten Rolle 130a vorgesehen sein, und der Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus kann auf der in Vorwärtsrichtung gelegenen Seite jeder zweiten Rolle 130b vorgesehen sein, so dass die formschlüssige Kupplung dazu ausgebildet ist, das Drehmoment sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung zu begrenzen.
Bei den zuvor beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen befinden sich die mehreren Rollenpaare 131 an den Positionen, welche denjenigen der Rollenstützteile 113 entsprechen, so dass alle Rollen 130 gleichzeitig von den Rollenstützteilen 113 des Innenrings 110 gestützt werden. Alternativ können, wie in 21 dargestellt, die mehreren Rollenpaare 131 ein Rollenpaar 131 aufweisen, das umfangsmäßig gegenüber dem Rollenstützteil 113 versetzt ist. Dieses Beispiel zeigt eine andere Form der formschlüssigen Kupplung 100 gemäß der dritten Ausführungsform, bei welcher die mehreren Rollenpaare 131 umfangsmäßig um eine halbe Teilung gegenüber den Rollenstützteilen 113 versetzt sind. Diese Anordnung kann dazu beitragen, das Spiel zu verringern und ein reibungsloses Zusammengreifen von Innenring und Außenring zu ermöglichen.
Bei der Ausbildung des Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 nach den zuvor beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen ist das Kolbenelement 171 säulenförmig. Die Ausbildung des Drehmomentbegrenzungsmechanismus ist nicht auf die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebenen beschränkt.
Beispielsweise kann, wie in 22 dargestellt, das Kolbenelement 171 in dem Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 in Form eines Zylinders mit einem Boden ausgebildet sein, wobei eine Schraubenfeder als das elastische Element 175 in dem Kolbenelement 171 aufgenommen ist. Dieses Beispiel zeigt eine andere Form der formschlüssigen Kupplung 100 nach der ersten Ausführungsform, bei welchem das Kolbenelement 171 mit seiner ebenen äußeren Bodenwand 173 in Vorwärtsrichtung gewandt ausgerichtet ist. Diese äußere Bodenwand 173 bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die erste Rolle 130a zwischen sich und dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung. Das Bezugszeichen 176 in 22 bezeichnet ein Fixierelement zum Festlegen des Kolbenelement 171 und des elastischen Elements 175 an einer vorbestimmten Position.
Der Anteil der von der Reibkraft an den Gleitflächen des Kolbenelements 171 und des Kolbenelementaufnahmelochs 127 getragenen Drehmomentgrenzlast und der von der elastischen Kraft des elastischen Elements 175 getragenen Drehmomentgrenzlast kann auch bei einer derartigen Ausbildung geändert werden, indem die Ausrichtung des Kolbenelements 171 nach Bedarf geändert wird.
Während es sich bei den elastischen Elementen des Drehmomentbegrenzungsmechanismus der zuvor beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen um Schraubenfedern handelt, kann das elastische Element 175 auch eine Tellerfeder sein, wie sie in dem Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 in 23 und 24 dargestellt ist, solange das elastische Element in der Lage ist, eine konstante Last auf die Kolbenelemente aufzubringen.
Dieses Beispiel zeigt eine andere Form der formschlüssigen Kupplung 100 nach der ersten Ausführungsform, bei welcher die den jeweiligen ersten Rollen 130a der mehreren Rollenpaare 131 entsprechenden Kolbenelemente 171 derart angeordnet sind, dass Enden derselben weiter als die Außenumfangsfläche des rohrförmigen Teils 124 des Außenrings 120 vorstehen. Die als das elastische Element 175 dienende Tellerfeder ist entlang der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Teils 124 des Außenrings 120 derart angeordnet, dass sie jedes der Kolbenelemente 171 in Richtung des Innenrings 110 vorspannt. Da die mehreren Drehmomentbegrenzungsmechanismen 170 sich das elastische Element 175 teilen, ist die Anzahl der Bauteile verringert und eine Größenverringerung vereinfacht.
Bei dieser positiven Kupplung wird das elastische Element 175, wenn beispielsweise ein Drehmoment, das ein vorgegebenes Drehmoment übersteigt, in Vorwärtsrichtung eingebracht wird, einer elastischen radialen Dehnung durch die Bewegung der Kolbenelemente 171 unterzogen, wodurch es den ersten Rollen 130a möglich ist, auf die Außenumfangsfläche des Innenrings 110 zu rollen. Somit ist der Innenring 110 von dem Außenring 120 gelöst und das Drehmoment ist aufgehoben.
Bei den zuvor beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen ist die formschlüssige Kupplung zwischen drei oder vier Betriebsmodi der vier Betriebsmodi schaltbar ausgebildet, d.h. einem in zwei Richtungen sperrenden Modus, einem in Vorwärtsrichtung sperrenden Modus, einem in Rückwärtsrichtung sperrenden Modus und einem in zwei Richtungen freien Modus. Alternativ kann die Kupplung zwischen zwei Betriebsmodi schaltbar ausgebildet sein, d.h. einem in zwei Richtungen sperrenden Modus und einem in zwei Richtungen freien Modus.
Vierte Ausführungsform
25 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung wesentlicher Teile in einem Ausbildungsbeispiel einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Diese formschlüssige Kupplung weist mehrere Rollen 130 auf, die in vorbestimmten umfangsmäßigen Intervallen zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120, die zueinander koaxial und relativ zueinander drehbar sind, angeordnet sind.
Rollenstützteile 113 sind in vorbestimmten umfangsmäßigen Abständen auf der Außenumfangsfläche des Innenrings 110 gebildet. Mehrere Taschenteile 126, die jeweils den mehreren Rollen 130 entsprechen, sind in der Innenumfangsfläche des Außenrings 120 gebildet.
Das Taschenteil 126 weist einen dritten Schrägbereich 125c, der eben und in Rückwärtsrichtung in einem Winkel radial nach außen geneigt ist, und einen vierten Schrägbereich auf, der eben und in Vorwärtsrichtung in einem Winkel radial nach außen geneigt ist. Der dritte Schrägbereich 125a bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die Rolle 130 zwischen sich selbst und dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Jedes Taschenteil 126 ist mit einem Federaufnahmeloch 128 ausgebildet, das sich durchgehend von dem Boden des Taschenteils 126 radial nach außen erstreckt.
Die formschlüssige Kupplung nach dieser Ausführungsform weist einen Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 auf, der das in Vorwärtsrichtung übertragene Drehmoment begrenzt.
Der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 weist ein Kolbenelement 171 und ein elastisches Element 175 auf, das eine konstante Last auf das Kolbenelement 171 aufbringt. Das Kolbenelement 171 in dieser Ausführungsform ist ein säulenförmiger Körper mit einer Schrägfläche 172, welche durch Schneiden eines Endes des säulenförmigen Körpers in einer zu der Mittelachse geneigten Ebene gebildet ist, während das elastische Element 175 eine Schraubenfeder ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 in einem Kolbenelementaufnahmeloch 127 aufgenommen, das in dem vierten Schrägbereich des Außenrings 120 gebildet ist. Das Kolbenelement 171 ist gleitend verschiebbar aufgenommen, und das elastische Element 175 ist mit seiner Wicklungsachse entlang der radialen Richtung ausgerichtet. Das Kolbenelement 171 ist derart ausgerichtet, dass seine Schrägfläche 172 in Vorwärtsrichtung gewandt ist. Die Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 bildet einen Teil des Außenringschrägbereichs 125 und hält die Rolle 130 zwischen sich und dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113 in der Umfangsrichtung.
Die Vorspanneinrichtung 140 besteht üblicherweise aus mehreren Schraubenfedern, und beispielsweise ist jede der mehreren Vorspanneinrichtungen, die jeder der mehreren Rollen 130 entsprechen, in jedem der Federaufnahmelöcher 128 derart angeordnet, dass sie sich frei dehnen und zusammenziehen kann.
Das Schaltelement 150 ist derart ausgebildet, dass es unabhängig von der Drehung des Innenrings 110 und des Außenrings 120 drehbar ist, um das Lösen der Rollen 130 von dem Innenring 110 zu bewirken, und weist eine Nockenfläche 168 auf, deren Außendurchmesser mit der Drehung des Schaltelements 150 in Vorwärtsrichtung allmählich zunimmt (siehe 26).
Bei der formschlüssigen Kupplung gemäß dieser Ausführungsform sind, wenn das Schaltelement 150 sich in dem Nicht-Betriebszustand befindet, die Rollen 130 in dem Bereitschaftszustand gehalten, in welchem sie unmittelbar mit dem Zusammengreifen mit dem Innenring 110 und dem Außenring 120 beginnen können, sobald ein Drehmoment auf den Innenring 110 oder den Außenring 120 aufgebracht wird. Der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung in diesem Zustand ist daher der in zwei Richtungen sperrende Modus.
Wenn das Schaltelement 150 beispielsweise in Vorwärtsrichtung gedreht wird, wie in 26 gezeigt, und in der zweiten fixierten Position fixiert ist, werden die Rollen 130 durch die Wirkung der Nockenfläche 168 des Rollenpositionsänderungsteils 160 entgegen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 140 in die Taschenteile 126 bewegt. Die Rollen 130 werden somit in der vom Innenring 110 getrennten Position gehalten, d.h. der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung 100 ist in den in zwei Richtungen freien Modus geschaltet.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung nach der vierten Ausführungsform der in zwei Richtungen sperrende Modus ist, bewirkt das Drehen des Außenrings 120 beispielsweise in Vorwärtsrichtung, dass jede Rolle 130 zwischen dem ersten Schrägbereich 115a des Rollenstützteils 113, welches die Rolle 130 stützt, und der Schrägfläche 172 des Kolbenelements 171 in Umfangsrichtung gehalten wird, wie in 27A dargestellt. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen.
Wenn ein Drehmoment den voreingestellten Drehmomenteingang in Vorwärtsrichtung übersteigt, wie zuvor erwähnt, wirkt der Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 zum Lösen des Drehmoments und begrenzt den Betrag des zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 übertragenen Drehmoments, wie in 27B dargestellt.
Wenn andererseits der Außenring 120 in Rückwärtsrichtung gedreht wird, wird jede Rolle 130 zwischen dem zweiten Schrägbereich 115b des Rollenstützteils 113 und dem dritten Schrägbereich 125a des Außenrings 120 in Umfangsrichtung gehalten, wie in 27C dargestellt. Somit greift der Innenring 110 mit dem Außenring 120 zusammen und Drehmoment wird übertragen.
Wenn der Betriebsmodus der formschlüssigen Kupplung der in zwei Richtungen freie Modus ist, läuft der Außenring 120 frei, wenn er gedreht wird, sei es in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung.
Bei der formschlüssigen Kupplung gemäß der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform kann ein Drehmomentbegrenzungsmechanismus 170 für jeden der dritten und vierten Schrägbereiche der Taschenteile 126 vorgesehen sein, wie in 28 dargestellt, so dass die formschlüssige Kupplung dazu ausgebildet ist, das Drehmoment sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu begrenzen.
Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann mit verschiedenen Designänderungen ausgeführt werden, ohne vom in den Ansprüchen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Während bei den in den jeweiligen Ausführungsformen beschriebenen Ausbildungen der Innenring fixiert ist und der Außenring gedreht wird, sind zum Beispiel auch andere Ausbildungen möglich, wie ein in Bezug auf einen fixierten Außenring drehender Innenring, oder ein Innenring und ein Außenring, die beide drehbar sind.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Rollenstützteile in der Außenumfangsfläche des Innenrings gebildet, während die Taschenteile in der Innenumfangsfläche des Außenrings gebildet sind. Stattdessen können die Rollenstützteile in der Innenumfangsfläche des Außenrings gebildet sein, und die Taschenteile können in der Außenumfangsfläche des Innenrings gebildet sein. Bei dieser Ausbildung wirkt eine Zentrifugalkraft auf die Rollen in den Rollenstützteilen, so dass die Rollen während der Drehmomentübertragung sicher in der Umfangsrichtung zwischen den Rollenstützteilen und Schrägflächenbereichen von Taschenteilen auf der Seite des Innenrings gehalten werden, was das Erreichen eines stabilen Eingriffs unterstützen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020133686 [0003]
JP 2021120586 [0004]
JP 2021156426 [0004]
JP 2022038806 [0004, 0008]
JP 2021156432 [0005]

Claims

Formschlüssige Kupplung mit: einem Außenring und einem Innenring, die koaxial und relativ zueinander drehbar sind; mehreren Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind; und einer Vorspanneinrichtung zum radialen Vorspannen jeder der Rollen; und wobei der Außenring einen ebenen Außenringschrägbereich aufweist, der sich in einem Winkel zu einer Umfangsrichtung erstreckt, und der Innenring einen ebenen Innenringschrägbereich aufweist, der sich in einem Winkel zu der Umfangsrichtung erstreckt, wobei jede der mehreren Rollen eine relative Drehung des Außenrings und des Innenrings verhindert, indem sie zwischen dem Außenringschrägbereich und dem Innenringschrägbereich in Umfangsrichtung gehalten wird, wobei die formschlüssige Kupplung ferner einen Drehmomentbegrenzungsmechanismus aufweist, der einen Betrag eines zwischen dem Innenring und dem Außenring übertragenen Drehmoments begrenzt, wobei der Drehmomentbegrenzungsmechanismus ein Kolbenelement mit einem ebenen Bereich, der den Außenringschrägbereich oder den Innenringschrägbereich bildet, und ein elastisches Element aufweist, das eine konstante Last auf das Kolbenelement aufbringt, und das Kolbenelement ist gleitend verschiebbar in einem Kolbenelementaufnahmeloch aufgenommen, das in dem Außenring oder dem Innenring gebildet ist.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, bei welcher die mehreren Rollen eine erste Rolle, die zwischen dem Außenringschrägbereich und dem Innenringschrägbereich in Umfangsrichtung gehalten ist, wenn der Außenring in Vorwärtsrichtung oder der Innenring in Rückwärtsrichtung gedreht wird, und eine zweite Rolle aufweisen, die zwischen dem Außenringschrägbereich und dem Innenringschrägbereich in Umfangsrichtung gehalten ist, wenn der Außenring in Rückwärtsrichtung und der Innenring in Vorwärtsrichtung gedreht wird, wobei mehrere Taschenteile, die jeweils jeder der mehreren Rollen entsprechen und dazu ausgebildet sind, die Rollen aufzunehmen, entweder an einer Innenumfangsfläche des Außenrings oder an einer Außenumfangsfläche des Innenrings gebildet sind, wobei die mehreren Taschenteile jeweils eine ebene Schrägfläche aufweisen, welche den Außenringschrägbereich oder den Innenringschrägbereich bildet, und wobei die formschlüssige Kupplung ferner ein Schaltelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, Betriebsmodi der formschlüssigen Kupplung zu wechseln, indem sie bewirkt, dass sich die erste Rolle und/oder die zweite Rolle entgegen einer Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung in entsprechende Taschenteile bewegt.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, bei welcher der Drehmomentbegrenzungsmechanismus einen Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus, der ein in Vorwärtsrichtung übertragenes Drehmoment begrenzt, und/oder einen Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus aufweist, der in Rückwärtsrichtung übertragenes Drehmoment begrenzt.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, bei welcher der Drehmomentbegrenzungsmechanismus einen Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus, der ein in Vorwärtsrichtung übertragenes Drehmoment begrenzt, und/oder einen Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus aufweist, der in Rückwärtsrichtung übertragenes Drehmoment begrenzt, wobei der Vorwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus und der Rückwärtsdrehmomentbegrenzungsmechanismus ein gemeinsames Kolbenelement aufweisen.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, bei welcher eine Winkeldifferenz zwischen dem ebenen Bereich des Kolbenelements und einer Schrägfläche des Außenringschrägbereichs oder einer Schrägfläche des Innenringschrägbereichs besteht, welche die Rolle zusammen mit dem ebenen Bereich des Kolbenelements hält.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1 mit mehreren Drehmomentbegrenzungsmechanismen, bei welcher das elastische Element eine von den Drehmomentbegrenzungsmechanismen gemeinsam genutzte Tellerfeder ist.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, bei welcher Rollenstützteile an einer Innenumfangsfläche des Außenrings oder einer Außenumfangsfläche des Außenrings ausgebildet sind, um die Rollen zu stützen, wobei die Rollenstützteile jeweils eine ebene Schrägfläche aufweisen, die den Außenringschrägbereich oder den Innenringschrägbereich bildet; und wobei die mehreren Rollen Rollen aufweisen, die umfangsmäßig gegenüber den Rollenstützteilen versetzt sind.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 7, bei welcher das Rollenstützteil einen, im Querschnitt gesehen, abgeschrägten Öffnungsrand aufweist.
Formschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, bei welcher die Vorspanneinrichtung eine Schlauchfeder ist.