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Querverweis auf verwandter Anmeldung
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Diese Anmeldung ist eine Patentanmeldung nach dem Vertrag über die Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Patentwesens (PCT/Patent Cooperation Treaty), die gemäß 35 USC 119(e) die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61,107,571 mit Anmeldedatum 22. Oktober 2008 beansprucht.
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Gebiet der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Kupplungsbaugruppen und insbesondere radiale Ratschen-Freilauf- und selektiv in Eingriff bringbare Kupplungen.
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Hintergrund der Offenbarung
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Verteilergetriebe werden für Fahrzeuge mit permanentem und zeitweisem Vierradantrieb verwendet, um die von einer Antriebswelle erhaltene Antriebskraft von dem Fahrzeuggetriebe auf ein Paar von Ausgangsantriebswellen zu verteilen. Eine der Antriebswellen treibt die Fahrzeugvorderräder und die andere Antriebswelle treibt die Fahrzeughinterräder an. Bei Fahrzeugen, bei denen die Umschaltung zwischen Zweiradantriebs- und Vierradantriebsmodi möglich ist, stellt die Antriebswelle des Verteilergetriebes für eine ihrer Antriebswellen ununterbrochene Leistung bereit und stellt der anderen Abtriebswelle mittels einer Art von außer Eingriff bringbarer oder ansonsten einstellbarer Kupplung wie zum Beispiel einer Viscokupplung, elektromagnetischen Kupplung oder einem verstellbaren Stirnradgetriebe selektiv Antriebskraft bereit. Manchmal werden andere Antriebsmodi bereitgestellt, einschließlich Vierradantrieb mit hoher Übersetzung für höhere Vierradantriebsgeschwindigkeiten, Vierradantrieb mit niedriger Übersetzung für niedrigere Vierradantriebsgeschwindigkeiten und neutral für Außereingriffbringen des Getriebes von den Vorder-/Hinterachsen, um Schleppen zu ermöglichen, und Sperren des Vierradantriebes, um den Radschlupf zu kontrollieren.
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Zusätzlich wurden andere Verteilergetriebeanwendungen entwickelt, wie zum Beispiel ein bedarfsabhängiger Vierradantrieb, bei dem ein Verteilergetriebe mit seinen dazugehörigen Teilen, die einen Vierradantrieb bereitstellen, in dem Fahrzeug installiert ist, wobei der Vierradantriebsmodus nur dann durch automatische Vorrichtungen in Eingriff gebracht wird, wenn ein Verlust der Zweiradantriebstraktion eingetreten ist. Permanenter oder konstanter Vierradantriebsmodus, der manchmal als ”Allradantrieb” bezeichnet wird, ist aktuell auch bei einigen Fahrzeugvarianten erhältlich. In diesem Modus ist Vierradantrieb nicht deaktivierbar und bleibt eine feste Konfiguration.
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Bei den für diese Fahrzeuge verwendeten Verteilergetrieben sind bestimmte Elemente oder Komponenten zur Übertragung der Antriebskraft erforderlich. Genauer ausgedrückt sind bestimmte Elemente erforderlich, um die Antriebskraft in bestimmten Fahrsituationen selektiv zu übertragen, in anderen jedoch nicht. Ein Beispiel für eine Vorrichtung, die zur selektiven Übertragung von Antriebs- oder Drehkraft in einem Verteilergetriebe verwendet wird, ist eine Freilaufkupplung. Freilaufkupplungen sind bekannte Vorrichtungen mit einem Innen- und einem Außenring und einem dazwischen angeordneten Eingriffsmechanismus. Allgemein ausgedrückt ist der Eingriffsmechanismus so konzipiert, dass er die Ringe miteinander verriegelt, wenn die relative Drehung der Ringe in einer bestimmten Drehrichtung erfolgt. Wenn sich die Ringe in der entgegengesetzten relativen Richtung drehen, wird der Eingriffsmechanismus entriegelt und die Ringe können sich im Verhältnis zueinander frei drehen. Bei der Anwendung, wenn die Ringe an konzentrischen Wellen befestigt sind, funktioniert die Freilaufkupplung derart, dass die Wellen zusammengehalten werden, wenn sie in Eingriff stehen, was ihre Drehung in derselben Richtung und dadurch Übertragung von Antriebskraft oder Antriebsdrehmoment von einer Welle auf die andere verursacht. Wenn die Freilaufkupplung außer Eingriff gebracht wird, drehen sich die Wellen dadurch im Freilauf zueinander.
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Spezifische Anwendungen bestimmen, wie der Eingriff der Freilaufkupplung konzipiert ist. Eine Freilaufkupplung kann so konzipiert sein, dass sie einen Ring als Antriebselement und einen als Abtriebselement aufweist, oder die Kupplung kann so konzipiert sein, dass sie eine der Wellen während unterschiedlicher Betriebsmodi als Antriebselement arbeiten lässt. Auf diese Weise kann der Verriegelungsmechanismus der Freilaufkupplung so konzipiert sein, dass sie als Reaktion auf die Drehung nur einen der Ringe in Eingriff bringt, oder die Kupplung kann so konzipiert sein, dass sie einrückt, wenn einer der Ringe die ordnungsgemäße relative Drehung bereitstellt.
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Die Freilaufkupplung wird typischerweise unter Umständen verwendet, in denen drehmomentübertragende Welle-Welle- oder Welle-Ring-Dreh-Eingriffe erwünscht sind, eine ”harte” Verbindung wie zum Beispiel eine Keilverzahnungs- oder formschlüssig ineinandergreifende Verbindung aber nicht funktionieren würde. So treten zum Beispiel bei bestimmten Betriebsparametern bei einem Vierradantriebsfahrzeug Triebstrangprobleme auf, die dadurch entstehen, dass die Vorder- und Hinterräder gemeinsam angetrieben werden, was durch die Verwendung dieser Freilaufkupplungsvorrichtungen innerhalb des Verteilergetriebes abgemildert werden kann. Wenn ein Vierradantriebsfahrzeug mit vier zusammengekuppelten Rädern auf einer gepflasterten Straße um eine enge Kurve fährt, kann das Fahrzeug das erfahren, was als ”enge Kurvenbremswirkung” bekannt ist. Dies tritt aufgrund der inhärenten physikalischen Geometrie ein, die Gegenstände betrifft, die sich mit unterschiedlichen Radialabständen von einem Mittelpunkt drehen. Zwei unterschiedliche Wirkungen treten im Allgemeinen bei Vierradantriebsfahrzeugen ein. Zuerst, wenn ein Fahrzeug in eine Kurve einfährt, müssen die Räder auf der Außenseite der Kurve aufgrund der größeren Radialdistanz von dem Mittelpunkt der Kurve eine größere Umfangsdistanz durchqueren als die Räder im Inneren der Kurve. Je enger die Kurve ist, desto größer ist der Unterschied bei der Rate der Dreh-, Winkelgeschwindigkeit der inneren Räder und der äußeren Räder. Deshalb müssen sich die äußeren Räder in einer Kurve schneller drehen als die inneren Räder. Diese Wirkung ist bei einem Vierradantriebsfahrzeug übermäßig ausgeprägt, wobei jedoch die in den Vorder- und Hinterachsen installierten Differenzialbaugruppen des Fahrzeuges ihr allgemein entgegenwirken. Da die Vorderräder das Fahrzeug zweitens auch durch die Kurve führen, müssen sie sich schneller als die Hinterräder drehen. Bei einem festen Vierradantriebseingriff ist keine Vorrichtung (wie zum Beispiel ein Differenzial) vorhanden, um dieser Aktion entgegenzuwirken, und die sich langsamer bewegenden Hinterräder wirken somit bremsend, was nicht erwünscht ist.
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Um auch dieses Problem zu lösen, werden Freilaufkupplungen im Verteilergetriebe verwendet, damit dann, wenn das Fahrzeug beginnt, um eine Kurve zu fahren, die Vorderräder (die mit der Verteilergetriebeabtriebswelle durch eine Freilaufkupplung verbunden sind) außer Eingriff gehen können und sich im Freilauf schneller als die Hinterräder drehen können. Insbesondere beginnt die angetriebene Welle der Freilaufkupplung (d. h. die Ausgangswelle für die Vorderräder des Vierradantriebs), sich schneller als der Eingang oder Antrieb zu drehen, so dass die Welle und der Verriegelungsmechanismus der Freilaufkupplung außer Eingriff gehen und den Freilauf der Abtriebswelle im Verhältnis zu der Antriebswelle zulassen. Dadurch wird das Verteilergetriebe vorübergehend aus dem Vierradantrieb herausgenommen und die ”enge Kurvenbremswirkung” verhindert.
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Eine weitere nicht wünschenswerte Vierradantriebswirkung tritt während der Verwendung der Motorbremse ein. Dies tritt bei manuellen Getrieben bei Vierradantriebsfahrzeugen auf, wenn sie sich im Vierradantrieb befinden, und beim Fahren ohne Betätigung des Gaspedals. Das manuelle Getriebe hält eine physikalische Verbindung zum Motor aufrecht, so dass dann beim Fahren des Fahrzeugs ohne Betätigung des Gaspedals der Motor eine verlangsamende oder bremsende Kraft auf das Verteilergetriebe, auf die Antriebs- und Abtriebswellen und schließlich auf die Vorder- und Hinterräder aufbringt. Die normale und unerwünschte Störwirkung der Motorbremse durch die Hinterräder bei einem Zweiradantriebsfahrzeug mit manuellem Getriebe hat eine negative Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch und den Wirkungsgrad, was bei Vierradantriebsfahrzeugen noch bedeutend dadurch erhöht wird, dass auch noch die Vorderräder hinzukommen. In diesem Fall, wenn eine Freilaufkupplung in einem Triebstrang des Verteilergetriebes verwendet wird, ermöglicht es die Verlangsamung der Antriebswelle durch die Motorbremswirkung, dass die Abtriebswelle (die mit den Vorderrädern verbunden ist) außer Eingriff geht und sich frei dreht, dabei das Verteilergetriebe vorübergehend aus dem Vierradantrieb herausnimmt und verhindert, dass die Motorbremswirkung über die Vorderräder geht, wodurch die negative Auswirkung auf den Kraftstoffwirkungsgrad verringert wird.
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Schließlich kann bei einer bedarfsabhängigen Anwendung eine Freilaufkupplung in dem Verteilergetriebe verwendet werden, so dass sich beim normalen Zweiradantriebsmodus, falls eines der Hinterräder während der Beschleunigung des Fahrzeuges durchrutschen sollte, die Drehzahl der Antriebswelle erhöht, so dass die Eingriffselemente der Freilaufkupplung das Verteilergetriebe in den Vierradantrieb und die Vorderräder in einen angetriebenen Modus bringen.
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Obwohl es sich als von großem Wert erweist, wenn Verteilergetriebe-Konstruktionstechnologien mit Freilaufkupplungen weiterentwickelt werden, zeigen sich bei Freilaufkonstruktionen nun bestimmte Begrenzungen. Am bedeutendsten ist die Tatsache, dass, obwohl eine Freilaufkupplung die oben erwähnten Probleme und Nachteile beseitigen würde, die Freilaufkupplung an sich nur in eine Richtung wirken würde. Mit anderen Worten ausgedrückt würde der vorwärtsgerichtete Freilauf-Dreheingriff zwischen den Antriebs- und Abtriebswellen in dem Verteilergetriebe eine vorwärtsgerichtete Vierradantriebsbewegung ermöglichen, jedoch keine rückwärtsgerichtete Vierradantriebsbewegung. Um diese Funktion bereitzustellen, wurden dem Verteilergetriebe zusätzliche Mechanismen und Vorrichtungen hinzugefügt, um die Freilaufkupplungen zu ergänzen. Dadurch erhöhten sich jedoch Gewicht und Komplexität des Verteilergetriebes.
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Die gemeinsamen fortschreitenden Konstruktionsziele der Verringerung der mechanischen Komplexität und der physikalischen Masse von Verteilergetrieben bei gleichzeitiger Erhöhung ihrer Funktionalität führte zu einer weiteren Drehmomentübertragungsvorrichtung, die den Freilaufkupplungsmechanismus dahingehend anpasste, dass er einen bidirektionalen oder Zweiwegeeingriff ermöglichte. Diese Vorrichtung ist typischerweise als Zweiwegekupplung bekannt. Die Zweiwegekupplung ist wünschenswert, um alle oben genannten Schwierigkeiten mit Vierradantrieben zu lösen und eine vollständige Vorwärts- und Rückwärtsfunktionalität zu bieten. Sie ermöglicht es, dass die Antriebswelle als Antriebselement für Vierradantriebsmodi in beiden Drehrichtungen konstruiert werden kann, bietet jedoch eine bidirektionale Freilaufbewegung der angetriebenen Antriebswelle, je nach Notwendigkeit, wenn die Antriebswelle ortsfest ist oder sich langsamer als die Abtriebswelle dreht.
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Doch obwohl die herkömmliche Zweiwegekupplungskonstruktion bei der Lösung dieser und anderer Schwierigkeiten von Vierradantrieben sehr nützlich war, wurde es bei Anwendungen, bei denen eine Zweiwegekupplung für einen Vierradantriebseingriff verwendet wird, offensichtlich, dass immer noch bestimmte Mängel bestehen, die besondere Probleme verursachen. Es besteht insbesondere ein physikalischer Winkelabstand von der in Eingriff stehenden inneren Verbindung mit den Ringen der Zweiwegekupplung für die erste Drehrichtung mit dem Eingriff der Ringe in der Rückwärts- oder zweiten Richtung. Dieser Winkelabstand, der auch als Winkelspiel bekannt ist, kann mechanische Probleme verursachen, wenn die Zweiwegekupplung wiederholt dahingehend aktiviert wird, ihre Antriebsdrehrichtung über die Betriebslebensdauer des Verteilergetriebes zu ändern. Dies geschieht aufgrund der mechanischen Last, die dazu gebracht wird, auf den Schaltvorgang von einer Drehrichtung in die andere zu wirken. Diese Drehverlagerung nimmt die Form einer wirkungsstarken Stoßbelastung an, die nicht nur von der Zweiwegekupplung absorbiert wird, sondern auch in Richtung anderer Komponenten übersetzt wird, die mit einer Zweiwegekupplung in dem Triebstrang verbunden sind, was alles zu einer wiederholenden schädlichen Wirkung beiträgt. Die Stoßbelastung ist schädlich, da sie die Komponentenlebensdauer und -zuverlässigkeit verringert, wobei sie gleichzeitig dem Fahrzeug unkomfortable Fahrmerkmale verleiht.
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Es wurden einige Versuche unternommen, um den Betrag des Winkelspiels innerhalb einer Zweiwegekupplungsbaugruppe zu verringern, doch diese weisen im Allgemeinen wesentliche oder radikale Neukonstruktionen der Verteilergetriebestruktur auf. Bei der aktuell verwendeten typischen Zweiwegekupplung kann das konstruktionsmäßig inhärente Winkelspiel physikalisch nur auf zwischen vier und fünf Grad der Drehung verringert werden. Selbst dieser anscheinend kleine Betrag eines Winkelspiels verursacht die oben genannten Probleme.
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Daher besteht Bedarf nach der Schaffung einer verbesserten Kupplungsbaugruppe zur Verwendung als Triebstrangkomponente innerhalb eines Verteilergetriebes, die ein verringertes oder minimales Winkelspiel aufweist, das dadurch die Stoßbelastung verringert die Lebensdauer der Kupplung und dazugehöriger Komponenten verlängert und die Fahrmerkmale des Fahrzeuges verbessert.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Offenbarung wird eine Kupplung offenbart, die einen Innenring, einen Außenring und eine Vielzahl von Ratschenelementen aufweist, die sich zwischen dem Innen- und Außenring erstreckt, wobei die Vielzahl von Ratschenelementen in Mehrfachreihen rund um den Innen- und Außenring angeordnet ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zur Betätigung einer Kupplung mit verringertem Winkelspiel und bidirektionaler Kapazität beschrieben, das die Bereitstellung einer Kupplungsbaugruppe mit einem Innenring, einem Außenring, einem Verriegelungsarm, einer Nockenfläche und einem Ansatz, Drehen des Innenrings im Uhrzeigersinn im Verhältnis zum Außenring, wobei diese Drehung das Gleiten des Verriegelungsarmes entlang der Nockenfläche verursacht und dadurch eine freie Bewegung des Innenrings ermöglicht, und Drehen des Innenrings gegen den Uhrzeigersinn im Verhältnis zum Außenring umfasst, wobei diese Drehung das Ineingriffgehen des Verriegelungsarmes mit dem Ansatz verursacht und eine weitere Drehung verhindert.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Offenbarung ist ein Kraftfahrzeug-Verteilergetriebe offenbart, das ein Gehäuse aufweist, das aus einer Einhausung und einem Deckel ausgebildet ist, wobei die Einhausung mit einem Ausgang eines Getriebes wirkverbunden ist; eine von einem Antriebsrollenlager und der Einhausung drehbar getragene Antriebswelle; eine von einem hinteren Abtriebsrollenlager in dem Deckel drehbar getragene primäre Abtriebswelle; eine an dem unteren Abschnitt des Gehäuses durch ein vorderes Abtriebsrollenlager drehbar getragene sekundäre Antriebswelle, wobei die sekundäre Antriebswelle einen glockenförmigen Flansch aufweist, der mit einem Wulstgelenk wirkverbunden ist, um Drehmoment zu übertragen; ein mit der primären Abtriebswelle durch Keilverzahnung verbundenen Antriebszahnrad, das mit einem unteren Abtriebszahnrad wirkverbunden ist, wobei das untere Abtriebszahnrad von einem hinteren Rollenlager drehbar getragen wird, um selektiv Drehmoment auf die sekundäre Abtriebswelle zu übertragen; und eine Kupplungsbaugruppe, die einen Innenring, einen Außenring und eine Vielzahl von Ratschenelementen aufweist, die sich zwischen dem Innen- und Außenring erstreckt, wobei die Vielzahl von Ratschenelementen in Mehrfachreihen rund um den Innen- und Außenring angeordnet ist.
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Diese und weitere Aspekte und Merkmale der Offenbarung werden durch Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen deutlicher.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht eines Verteilergetriebes, bei dem eine in Verbindung mit den Lehren der Offenbarung hergestellte Kupplung verwendet wird;
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2 ist eine bruchstückhafte Ansicht einer Ausführungsform der Kupplungsbaugruppe;
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3 ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform von 2 entlang der Linie 3-3 von 2;
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4 ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform von 2 entlang der Linie 4-4 von 2;
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5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der drei Ringe mit zwei Sätzen von Ratschenelementen verwendet werden, die sich alle in dieselbe Richtung erstrecken;
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6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der sich zwei Sätze von Ratschenelementen in entgegengesetzte Richtungen erstrecken; und
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7A–E sind alternative Ausführungsformen des vorliegenden Ratschenmechanismus, der bei der Konstruktion einer Kupplung in Übereinstimmung mit den Lehren der Offenbarung verwendet wird.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung verschiedene Abänderungen durchlaufen und in alternativen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, wurden bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen davon in den Zeichnungen dargestellt, die unten detailliert beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass es keine Offenbarung gibt, um die vorliegende Offenbarung auf die spezifischen offenbarten Formen zu beschränken, wobei jedoch im Gegenteil beabsichtigt ist, dass alle Abänderungen, alternativen Konstruktionen und Äquivalente in den Gedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
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Unter nun folgender Bezugnahme auf die Zeichnungen und unter spezifischer Bezugnahme auf 1 ist ein in einem Vierradantriebsfahrzeug (nicht dargestellt) verwendetes Verteilergetriebe, in dem die vorliegende Offenbarung integriert ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Verteilergetriebe 10 umfasst ein Gehäuse 12, das aus einer Einhausung 14 und einem Deckel 16 besteht, die entlang einer Mittellinie 18 auf herkömmliche Art zusammenpassen. Eine Antriebswelle 20 ist durch ein Antriebsrollenlager 22 drehbar gelagert, und das Gehäuse ist auf herkömmliche Art mit einem Ausgang eines Getriebes wirkverbunden. Auf ähnliche Weise ist eine primäre Abtriebswelle 24 auf herkömmliche Art von einem hinteren Abtriebsrollenlager 26 in dem Deckel 16 drehbar getragen. Wie bemerkt werden wird, sind die Antriebs- und Abtriebswelle in den Zeichnungen einstückig, wobei jedoch Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet erkennen werden, dass sie als zwei auf herkömmliche Art durch Keilverzahnung miteinander verbundene Wellen ausgebildet sein können. Zusammen legen die Antriebs- und Abtriebswelle die Hauptwelle des Verteilergetriebes fest.
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Zusätzlich weist das Verteilergetriebe 10 der vorliegenden Offenbarung eine an dem unteren Abschnitt des Gehäuses 12 durch ein vorderes Abtriebsrollenlager 30 drehbar getragene sekundäre Abtriebswelle 28 auf. Die sekundäre Abtriebswelle 28 weist einen glockenförmigen Flansch 32 auf, der mit einem Wulstgelenk (nicht dargestellt) wirkverbunden ist, um Drehmoment auf die Vorderräder des Fahrzeuges zu übertragen, wenn es sich in seinem Vierradantriebsmodus befindet.
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Ein Antriebszahnrad 34 ist durch Keilverzahnung mit der primären Abtriebswelle 24 verbunden und dreht sich damit in dem oberen Abschnitt des Gehäuses 12. Das Antriebszahnrad 34 ist mittels einer in Durchschnitt dargestellten Kette 38 mit einem unteren Abtriebszahnrad 36 wirkverbunden. Das untere Abtriebszahnrad 36 wird von einem hinteren Rollenlager 39 in dem unteren Abschnitt des Gehäuses 12 drehbar getragen, um selektiv Drehmoment auf die sekundäre Abtriebswelle 28 zu übertragen. Das einstufige Verteilergetriebe 10, das nach diesem Punkt beschrieben wird, ist von herkömmlicher Art.
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Unter Bezugnahme auf die Kupplung der vorliegenden Offenbarung ist sie allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet. Wie am besten in 2 dargestellt, kann die Kupplung 40 in einer ersten Ausführungsform einen Innenring 42 und Außenring 44 umfassen sowie eine Vielzahl von Ratschenelementen 46, die sich zwischen dem Innen- und Außenring 42 und 44 erstrecken. Die Ratschenelemente 46 können in einer ersten Umfangsreihe 46a und einer zweiten Umfangsreihe 46b vorgesehen sein.
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Wie für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet verständlich, könnten die Ratschenelemente 46 eine Schwenkachse 50 umfassen, von der aus sich ein Verriegelungsarm 52 erstreckt. Der Außenring 44 könnte maschinell so bearbeitet sein, dass er eine Vielzahl von Montageaussparungen 54 aufweist, worin jedes Ratschenelement 46 schwenkbar angebracht sein könnte. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Vielzahl von Ratschenelementen 46 auf ähnliche Weise für eine Schwenkbewegung in dem Innenring 42 angebracht werden.
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Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 3 ist die erste Reihe von Ratschenelementen 46a mittels eines Querschnitts detaillierter dargestellt. Wie dargestellt, ist die Schwenkachse 50 in dem Außenring 44 angebracht, wobei sich der Verriegelungsarm 52 in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu dem Innenring 42 erstreckt. Der Innenring 42 ist wiederum mit einer Vielzahl von Kerben 56 versehen, in denen die Ratschenelemente 46 in Eingriff und außer Eingriff gehen können. Genauer ausgedrückt umfasst jede Kerbe 56 eine Nockenfläche 58 und einen Ansatz 60. Die Nockenfläche 58 ist derart winklig, dass das Drehen des Innenrings 42 im Uhrzeigersinn im Verhältnis zu dem Außenring 44 das Gleiten des Verriegelungsarmes 52 entlang der Nockenfläche 58 verursacht und dadurch eine freie Bewegung des Innenrings 42 ermöglicht. Wenn der Innenring 42 jedoch versucht, sich gegen den Uhrzeigersinn im Verhältnis zu dem Außenring 44 zu drehen, nimmt der Verriegelungsarm 52 den Ansatz 60 in Eingriff und verhindert diese Drehung. Eine Feder 62 ist mit jedem Ratschenelement 46 verbunden, um die Verriegelungsarme 52 in Richtung der Kerben 56 vorzuspannen.
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Entsprechend der ersten Reihe von Ratschenelementen 46a ist jedoch die zweite Reihe von Ratschenelementen 46b ebenfalls in dem Außenring 44 angebracht. Wie in 2 dargestellt, kann die zweite Reihe 46b umfangsmäßig um den Außenring 44 herum vorgesehen sein, jedoch einfach seitlich davon beabstandet. Außerdem kann sich die zweite Reihe von Ratschenelementen 46b in dieselbe Richtung im Uhrzeigersinn erstrecken wie die erste Reihe 46a oder könnte, wie in 4 dargestellt, so angebracht sein, dass sie sich in die entgegengesetzte Richtung gegen den Uhrzeigersinn erstreckt. Bei einer Montage in derselben Richtung könnte die sich ergebende Kupplungsbaugruppe ein bedeutend verringertes Winkelspiel im Vergleich zu herkömmlichen Kupplungen aufweisen, zum Beispiel in der Größenordnung einer fünfzigprozentigen Verringerung. Dementsprechend wird die vorliegende Offenbarung dahingehend erwähnt, dass sie einen verringerten Winkelspielfaktor von zum Beispiel 0,5 aufweist. Bei einer Montage in einander entgegengesetzten Richtungen könnte die sich ergebende Kupplungsbaugruppe mit bidirektionaler Kapazität arbeiten, wie in dieser Schrift detaillierter erklärt werden wird.
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Bei weiteren alternativen Ausführungsformen können sich die ersten und zweiten Reihe von Ratschenelementen 46a und 46b zwischen mehr als zwei Ringen erstrecken. Mit anderen Worten ausgedrückt kann eine solche Kupplung einen ersten, zweiten und dritten Ring 63, 64, 66 aufweisen, wobei sich die erste Reihe von Ratschenelementen 46a zwischen dem ersten Ring 63 und dem zweiten Ring 64 erstreckt, und wobei sich die zweite Reihe von Ratschenelementen 46b zwischen dem zweiten Ring 64 und dem dritten Ring 66 erstreckt. Außerdem können wie bei den vorangehenden Ausführungsformen die erste und zweite Reihe von Ratschenelementen 46a und 46b so angebracht sein, dass sie sich in dieselbe Richtung (im Uhrzeigersinn in 5) erstrecken oder in entgegengesetzte Richtungen, wie in 6 dargestellt, um entweder das Winkelspiel zu verringern oder eine bidirektionale Verwendung zu ermöglichen. Unter spezifischer Bezugnahme auf die letzteren Ausführungsformen ist ersichtlich, dass die bidirektionale Montage vier getrennte Betriebsmodi ermöglicht, diese sind insbesondere: (1) Freilauf/Überholen in beiden Richtungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn; (2) sperrt/überträgt Drehmoment in beiden Richtungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn; (3) sperrt in der Richtung im Uhrzeigersinn und überholt in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn; und (4) sperrt in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn und überholt in der Richtung im Uhrzeigersinn.
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Schlussendlich sind in 7A–E unterschiedliche Ausführungsformen der Arten und Formen von Ratschenelementen 46 dargestellt, die mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Die Darstellungen sind rein beispielhaft und sind nicht als erschöpfend anzusehen. Außerdem versteht sich, dass, obwohl in dem Vorangehenden primär radiale Ratschenkupplungen erwähnt wurden, die Verwendung mehrerer Umfangsreihen von Elementen bei anderen Arten von Kupplungen praktiziert werden könnte, einschließlich Rollenkupplungen, Klemmkörperfreilauf und dergleichen.
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Aus dem Vorangehenden ist daher ersichtlich, dass die Offenbarung zur Konstruktion einer Kupplung mit bedeutend verringertem Winkelspiel verwendet werden kann, zum Beispiel bis zu einer fünfzigprozentigen Verringerung. Außerdem kann die Ausrichtung der Ringe und der Vielzahl von Ratschenelementen verwendet werden, um eine schaltbare Kupplung mit mindestens vier Betriebsmodi zu schaffen.
