DE112014002308B4

DE112014002308B4 - Bidirektionale Keilkupplung

Info

Publication number: DE112014002308B4
Application number: DE112014002308.6T
Authority: DE
Inventors: Scott Strong
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: DE112014002308T5; CN105190074A; WO2014182447A1; US9163678B2; CN105190074B; US20140332335A1

Abstract

Bidirektionale Keilkupplung (100), die umfasst:einen äußeren Laufring (102);eine erste und eine zweite innere Nabe (104, 106);eine radial zwischen dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) angeordnete Keilplatte (108); undeine axial verschiebbare Schaltnabe (110), die in die erste und in die zweite innere Nabe (104, 106) eingreift und dazu dient:für einen Freilaufmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer ersten Drehrichtung so in Drehung zu versetzen, dass die Keilplatte (108) nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) steht; undfür einen Verriegelungsmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer zweiten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, um die Keilplatte (108) drehfest mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) zu verbinden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine bidirektionale oder Keilfreilaufkupplung, die ein Schalten zwischen einem eingerückten und einem ausgerückten Modus ermöglicht. Insbesondere weist die Kupplung zwei innere Naben auf, die untereinander drehbar sind, damit ein Hin- und Herschalten zwischen einem Verriegelungs- und einem Freilaufmodus möglich ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um in einer bidirektionalen Kupplung einen definierten Wechsel von einem Freilaufmodus in einen Verriegelungsmodus bereitzustellen, ist bekannt, einen bestimmten Reibungskontakt zwischen Komponenten der Kupplung, beispielsweise dem inneren oder äußeren Laufring und einem in Drehrichtung verschiebbaren Verriegelungsbauteil, aufrechtzuerhalten, um das Verriegelungsbauteil zum Auslösen eines Verriegelungsmodus zu verschieben. Der Reibungskontakt führt zu einem Mitschleifen zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring und demzufolge zu Energieverlusten und einem verringerten Wirkungsgrad beim Betrieb im Freilaufmodus.
Aus den Veröffentlichungen DE 10 2013 213 183 A1 und DE 11 2013 005 045 B4 sind Keilkupplungen bekannt, die jedoch lediglich monodirektional wirken.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte bidirektionale Kupplung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen einer der Patentansprüche 1, 11, 15 oder 20 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine bidirektionale Keilkupplung bereitgestellt, die enthält: einen äußeren Laufring; eine erste und eine zweite innere Nabe; eine radial zwischen dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten inneren Nabe angeordnete Keilplatte; und eine axial verschiebbare Schaltnabe, die in die erste und in die zweite innere Nabe eingreift und dazu dient: für einen Freilaufmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe in Bezug auf die jeweils andere zweite oder erste innere Nabe in einer ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, sodass die Keilplatte nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring steht; und für einen Verriegelungsmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe in Bezug auf die jeweils andere zweite oder erste innere Nabe in einer zweiten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, um die Keilplatte drehfest mit dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten inneren Nabe zu verbinden.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine bidirektionale Keilkupplung bereitgestellt, die enthält: einen äußeren Laufring; eine erste und eine zweite innere Nabe; eine radial zwischen dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten inneren Nabe angeordnete Keilplatte; und eine Schaltnabe. Die erste innere Nabe enthält eine erste Vielzahl von Schlitzen oder eine erste Vielzahl von Vorsprüngen. Die zweite innere Nabe enthält eine zweite Vielzahl von Schlitzen oder eine zweite Vielzahl von Vorsprüngen. Die Schaltnabe enthält eine dritte und eine vierte Vielzahl von Schlitzen, eine dritte und eine vierte Vielzahl von Vorsprüngen oder eine dritte Vielzahl von Schlitzen und eine dritte Vielzahl von Vorsprüngen. Bestimmte Schlitze oder Vorsprünge der ersten und der zweiten inneren Nabe greifen jeweils in entsprechende Schlitze oder Vorsprünge der Schaltnabe ein. Die Schaltnabe dient dazu: für einen Freilaufmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe in Bezug auf die jeweils andere zweite oder erste innere Nabe in einer ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, sodass der äußere Laufring in Bezug auf die erste und auf die zweite innere Nabe in der ersten Drehrichtung und in einer zweiten Drehrichtung drehbar ist, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist; und für einen Verriegelungsmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe in Bezug auf die jeweils andere zweite oder erste innere Nabe in der zweiten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, um die Keilplatte für eine Drehung des äußeren Laufrings in Bezug auf die erste und die zweite innere Nabe in der ersten und der zweiten Drehrichtung drehfest mit dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten Nabe zu verbinden.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine bidirektionale Keilkupplung bereitgestellt, die enthält: einen äußeren Laufring; eine erste innere Nabe, die eine erste Vielzahl sich radial erstreckender Rampen enthält; eine zweite innere Nabe, die eine zweite Vielzahl sich radial erstreckender Rampen enthält; eine radial zwischen dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten inneren Nabe angeordnete Keilplatte; und eine Schaltnabe, die eine erste und eine zweite Vielzahl von Vorsprüngen enthält. Die erste oder die zweite innere Nabe enthält eine erste Vielzahl von Schlitzen, die in einer ersten oder einer zweiten axialen Richtung über den Umfang hinweg abgewinkelt sind und in die erste Vielzahl von Vorsprüngen eingreifen. Die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe enthält eine zweite Vielzahl axial ausgerichteter Schlitze, die in die zweite Vielzahl von Vorsprüngen eingreifen. Die Schaltnabe dient dazu: für einen Freilaufmodus die erste oder die zweite innere Nabe in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe in einer ersten Drehrichtung in Drehrichtung zu versetzen, sodass die Keilplatte nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring steht; und für einen Verriegelungsmodus die erste oder die zweite innere Nabe in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe in einer zweiten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, um die Keilplatte drehfest mit dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten inneren Nabe zu verbinden.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilfreilaufkupplung bereitgestellt, die enthält: einen äußeren Laufring; eine erste innere Nabe, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen enthält; eine zweite innere Nabe, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Vorsprünge enthält; eine Keilplatte, die radial zwischen dem äußeren Laufring und der ersten und der zweiten inneren Nabe angeordnet ist und eine Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; und eine axial verschiebbare Schaltwelle, die in die erste und in die zweite innere Nabe eingreift und dazu dient, die erste innere Nabe in Bezug auf die zweite innere Nabe in einer ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, sodass: bei einer Drehung der ersten und der zweiten inneren Nabe in Bezug auf den äußeren Laufring in der ersten Drehrichtung die Vielzahlen sich radial nach innen und außen erstreckenden Rampen ineinander eingreifen und die Keilplatte radial nach außen verschieben, um den äußeren Laufring und die erste und die zweite innere Nabe drehfest miteinander zu verbinden; und für eine Drehung der ersten und der zweiten inneren Nabe in Bezug auf den äußeren Laufring in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, die sich radial nach außen erstreckenden Vorsprünge in die Keilplatte eingreifen und diese in Drehung versetzen, sodass der äußere Laufring in Bezug auf die erste und auf die zweite innere Nabe drehbar ist.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsformen werden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen offenbart, in denen bestimmte Bezugszeichen jeweils entsprechende Bauteile bezeichnen, wobei:

1A eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
1 B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem Zylinderkoordinatensystem von 1A ist, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
2 eine perspektivische Ansicht einer bidirektionalen Kupplung mit geteilten inneren Naben in Explosionsdarstellung ist;
3 ein schematisches Blockschaubild einer bidirektionalen Kupplung mit geteilten inneren Naben ist;
4 eine Teildraufsicht auf die bidirektionale Kupplung von 2 mit einer geteilten inneren Nabe in einem Freilaufmodus ist;
5 eine Teildraufsicht auf die bidirektionale Kupplung von 2 mit einer geteilten inneren Nabe in einem Verriegelungsmodus ist;
6 eine Teilquerschnittsansicht der bidirektionalen Kupplung von 2 mit einem Verriegelungsring ist;
7 eine Explosionsdarstellung ist, die eine Schaltnabe mit Schlitzen und Vorsprüngen und innere Naben mit entsprechenden Schlitzen und Vorsprüngen zeigt; und
8 eine Teildraufsicht auf eine Freilaufkupplung mit einer geteilten inneren Nabe ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Offenbarung bezeichnen. Es sollte klar sein, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte beschränkt ist.
Außerdem ist klar, dass die Offenbarung nicht auf die einzelnen beschriebenen Verfahrensweisen, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Es ist auch klar, dass die hierin verwendeten Begriffe nur zum Beschreiben einzelner Aspekte dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.
Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Offenbarung richtet. Es sollte klar sein, dass zum Umsetzen oder Testen der Offenbarung beliebige Verfahren, Einheiten oder Werkstoffe verwendet werden können, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind.
1A ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 80, welche die in der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezugspunkt für die folgenden räumlichen und Richtungsbegriffe dient. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 steht) beziehungsweise zum Umfang 83. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen. Zur Verdeutlichung der Lage der verschiedenen Ebenen dienen die Objekte 84, 85 und 86. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsfläche. Das heißt, der Umfang 83 bildet eine Linie entlang der Fläche. Ein weiteres Beispiel besagt, dass eine axiale Bewegung oder Verschiebung entlang der Achse 81, eine radiale Bewegung oder Verschiebung parallel zum Radius 82 und eine Umfangsbewegung oder -verschiebung parallel zum Umfang 83 verläuft. Eine Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 81.
Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 beziehungsweise zum Umfang 83. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen.
1B ist eine perspektivische Ansicht eines Objekts 90 in dem Zylinderkoordinatensystem 80 von 1A, welche die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht. Das zylindrische Objekt 90 ist repräsentativ für ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem und soll die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Das Objekt 90 enthält eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene, und die Fläche 93 ist eine Umfangsfläche.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer bidirektionalen Keilkupplung 100 mit einer geteilten inneren Nabe in Explosionsdarstellung.
3 ist ein schematisches Blockschaubild einer bidirektionalen Kupplung 100 mit geteilten inneren Naben.
4 ist eine Teildraufsicht auf die bidirektionale Keilkupplung 100 mit einer geteilten inneren Nabe im Freilaufmodus.
5 ist eine Teildraufsicht auf die Kupplung 100 in einem Verriegelungsmodus. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 5 zu sehen. Die bidirektionale Kupplung 100 enthält einen äußeren Laufring 102, innere Naben 104 und 106, und eine radial zwischen dem Laufring und den inneren Naben 104 und 106 angeordnete Keilplatte 108. Die Kupplung 100 enthält eine axial verschiebbare Schaltnabe 110, die in die inneren Naben 104 und 106 eingreift und dazu dient, die innere Nabe 104 und/oder 106 in Bezug auf die jeweils andere der inneren Naben 106 und 104 in Drehung zu versetzen und zwischen dem Freilaufmodus und dem Verriegelungsmodus zu wechseln. Zum Beispiel ist die Nabe 110 axial verschiebbar, um die innere Nabe 104 für den Freilaufmodus (der äußere Laufring 102 ist in Bezug auf die inneren Naben 104 und 106 unabhängig drehbar) in Bezug auf die innere Nabe 106 in der Richtung RD1 in Drehung zu versetzen, und die Nabe 110 ist axial verschiebbar, um die innere Nabe 104 für den Verriegelungsmodus (zum drehfesten Verbinden des äußeren Laufrings 102 mit den inneren Naben 104 und 106) in Bezug auf die innere Nabe 106 in der Richtung RD2 in Drehung zu versetzen. Im Verriegelungsmodus ist der äußere Laufring 102 für eine Relativdrehung zwischen dem äußeren Laufring 102 und den inneren Naben 104 und 106 in beiden Drehrichtungen RD1 und RD2 drehfest mit den inneren Naben 104 und 106 verbunden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform greift die axial verschiebbare Schaltnabe 110 in die inneren Naben 104 und 106 ein und dient dazu, für den Freilaufmodus die inneren Naben 104 und 106 in entgegengesetzten Drehrichtungen RD1 beziehungsweise RD2 in Drehung zu versetzen; und für den Verriegelungsmodus die inneren Naben 104 und 106 in den Richtungen RD2 beziehungsweise RD1 in Drehung zu versetzen. Sofern nicht anderweitig angegeben, betrifft die folgende Erörterung eine Ausführungsform, bei der nur die innere Nabe 104 durch die Nabe 110 in Drehung versetzt wird; es sollte jedoch klar sein, dass die Erörterung auch auf Ausführungsformen anwendbar ist, bei denen nur die innere Nabe 106 durch die Nabe 110 in Drehung versetzt wird oder bei den sowohl die Nabe 104 als auch die Nabe 106 durch die Nabe 110 in Drehung versetzt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Kupplung 100 ein Stellglied 111 zum axialen Verschieben der Schaltnabe 110. Als Stellglied 111 kann ein beliebiges in der Technik bekanntes Stellglied verwendet werden, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Schraube, ein elektrisches Stellglied, ein pneumatisches Stellglied oder ein hydraulisches Stellglied.
Bei der Kupplung 100 kann der äußere Laufring 102 mit einem Antrieb verbunden sein, während die innere Nabe 104 als Abtrieb dient, oder der äußere Laufring 102 kann als Abtrieb dienen, wenn die Nabe 104 mit einem Antrieb verbunden ist. Die obigen Konfigurationen ermöglichen im Verriegelungsmodus eine Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Keilplatte 108 radial nach innen vorgespannt, um einem Verschieben nach außen entgegenzuwirken. Für den Freilaufmodus wird die Schaltnabe 110 in der axialen Richtung AD2 verschoben, um die innere Nabe 104 in der Drehrichtung RD1 in Drehung zu versetzen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform steht die innere Umfangsfläche 112 des äußeren Laufrings 102 im Freilaufmodus nicht in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 114 der Keilplatte 108, sodass die Kupplung 100 im Freilaufmodus betrieben werden kann, ohne mitzuschleifen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Keilplatte 108 Verriegelungssegmente 116 und elastische Segmente 118. Jedes in Umfangsrichtung elastische Segment 118 ist mit einem entsprechenden Paar Verriegelungssegmente 116 verbunden und über den Umfang hinweg zwischen diesem angeordnet. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind die inneren Naben 104 und 106 so angeordnet, dass sie die Keilplatte 108 für einen Wechsel vom Freilaufmodus in den Verriegelungsmodus radial nach außen drücken. Durch das Verschieben der Platte 108 nach außen werden die entsprechenden Abstände der jeweiligen Paare der Verriegelungssegmente 116 in Umfangsrichtung vergrößert und die äußere Umfangsfläche 114 der Keilplatte 108 radial nach außen verschoben, sodass dieser in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 112 des äußeren Laufrings 102 gelangt. Wenn die Schaltnabe 110 weit genug in axialer Richtung AD1 verschoben ist, befindet sich die Kupplung 100 im Verriegelungsmodus, und die Keilplatte 108 und die Naben 104 und 106 sind drehfest mit dem äußeren Laufring 102 verbunden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die inneren Naben 104 und 106 sich radial nach außen erstreckende Rampen 104A beziehungsweise 106A. Die Schaltnabe 110 ist axial verschiebbar, sodass sich die Rampen 104A im Freilaufmodus in der Drehrichtung RD1 und im Verriegelungsmodus in der Drehrichtung RD2 drehen, um in Kontakt mit der Keilplatte 108 zu gelangen und die inneren Naben 104 und 106 drehfest mit dem äußeren Laufring 102 zu verbinden. Die innere Nabe 104 enthält eine radial angeordnete Seite 126, die in die axiale Richtung AD2 zeigt. Die innere Nabe 106 enthält eine radial angeordnete Seite 128, die in die axiale Richtung AD1 zeigt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ragen die Rampen 104A und 106A axial aus den Seiten 126 beziehungsweise 128 hervor. Die Rampen 104A und 106A enthalten Flächen 130 beziehungsweise 132.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die innere Nabe 104 Schlitze 138, die in der axialen Richtung angewinkelt oder verschoben sind. Das heißt, in dem Maße, wie der Schlitz 138 in der axialen Richtung, zum Beispiel in der axialen Richtung AD1, verläuft, verschiebt sich die Lage des Schlitzes auf dem Umfang in der Umfangsrichtung CM2. Die innere Nabe 106 enthält axial ausgerichtete Schlitze 140. Im Folgenden wird näher beschrieben, wie die Schlitze 138 dazu verwendet werden, um die innere Nabe 104 in Drehung zu versetzen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Schaltnabe 110 Vorsprünge 150, die auf dem Umfang in der axialen Richtung auf dem Umfang angewinkelt oder verschoben werden, und Vorsprünge 152. Die Vorsprünge 150 und 152 greifen in die Schlitze 138 beziehungsweise 140 ein. Für den Freilaufmodus wird die Schaltnabe 110 in der Richtung AD2 verschoben, sodass durch das Verschieben der Vorsprünge 150 durch die Schlitze 138 die Nabe 104 in der Richtung RD1 in Drehung versetzt wird und der äußere Laufring 102 in Bezug auf die inneren Naben 104 und 106 drehbar ist. Für den Verriegelungsmodus wird die Schaltnabe 110 axial in der Richtung AD1 verschoben, die der axialen Richtung AD2 entgegengesetzt ist, sodass durch das Verschieben der Vorsprünge 150 durch die Schlitze 138 die Nabe 104 in der Richtung RD2 in Drehung versetzt wird, um die Keilplatte 108 drehfest mit dem äußeren Laufring 102 und den inneren Naben 104 und 106 zu verbinden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält jedes Segment 116 ein erstes Segment 142 und ein zweites Segment 144, die eine innere Umfangsfläche 120 des Segments bilden. Die ersten und zweiten Segmente 142 und 144 sind in den Drehrichtungen RD2 beziehungsweise RD1 radial nach innen angeschrägt. Die Rampen 104A und 106A und insbesondere die Flächen 130 beziehungsweise 132 stehen in Kontakt mit den ersten und zweiten Segmenten 142 und 144. Wenn sich zum Beispiel die Naben 104 und 106 in Bezug auf den äußeren Laufring in der Richtung RD2 drehen und in den Verriegelungsmodus übergegangen werden soll, dreht sich die Nabe 104 in der Richtung RD2, und die Rampen 104A beginnen, in der Richtung RD2 entlang der ersten Segmente 142 zu gleiten, wodurch die Platte 108 radial nach außen gedrückt und drehfest mit dem Laufring 102 verbunden wird. Wenn sich zum Beispiel die Naben 104 und 106 in Bezug auf den äußeren Laufring in der Richtung RD1 drehen und in den Verriegelungsmodus übergegangen werden soll, dreht sich die Nabe 104 in der Richtung RD2, gelangen die Rampen 104A in Kontakt mit den ersten Segmenten 142 und dreht sich die Keilplatte in der Richtung RD2, sodass die zweiten Segmente 144 in Kontakt mit den Rampen 106A gelangen und entlang diesen gleiten, wodurch die Platte 108 radial nach außen gedrückt und drehfest mit dem Laufring 102 verbunden wird.
6 ist eine Teilquerschnittsansicht der bidirektionalen Kupplung 100 von 2 mit einem Verriegelungsring 146. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 6 zu sehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Kupplung 100 einen axial verschiebbaren Verriegelungsring 146, der in die inneren Naben 104 und 106 eingreift, um die inneren Naben 104 und 106 im Verriegelungsmodus drehfest miteinander zu verbinden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Verriegelungsring 146 axiale Keile 148, die in der axialen Richtung AD1 herausragen. Ein Stellglied 154 verschiebt den Verriegelungsring 146 in der axialen Richtung AD1, um die axialen Keile 148 zwischen die Rampen 104A und 106A der inneren Naben 104 beziehungsweise 106, und die inneren Naben drehfest miteinander zu verbinden. Wenn der Verriegelungsring 146 vollständig eingreift, sind die Naben 104 und 106 drehfest miteinander verbunden. Wenn der Verriegelungsring 146 vollständig in die inneren Naben 104 und 106 eingreift, befindet sich die Kupplung 100 in einer Verriegelungsstellung, und die Kupplung 100 arbeitet spielfrei.
Um wieder in den Freilaufmodus zu wechseln, wird das Stellglied 154 in der Richtung AD2 verschoben, um den Verriegelungsring 146 von den Naben 104 und 106 zu trennen. Nach dem Trennen des Verriegelungsrings dreht sich die innere Nabe 106 zum Beispiel in der Richtung RD2, wenn die Schaltnabe 110 axial in der Richtung AD2 verschoben wird. Dadurch kann sich die Keilplatte 108 nach innen zurückziehen und verliert den Kontakt mit dem äußeren Laufring 102. Sobald der Kontakt der Keilplatte 108 mit dem äußeren Laufring 102 fehlt, befindet sich die Kupplung 100 im Freilaufmodus.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Schaltnabe 110 im Verriegelungsmodus axial mit dem Stellglied 111 verriegelt, sobald die Schaltnabe 110 weit genug in der Richtung AD1 verschoben wurde. Dadurch bleibt die Kupplung spielfrei verriegelt.
Wenn die Schaltnabe 110 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform durch das Stellglied 111 vollständig in der axialen Richtung AD1 verschoben worden ist, das heißt, wenn sich die Kupplung 100 im Verriegelungsmodus befindet, ist das Stellglied 111 so weit in der axialen Richtung AD2 verschoben, dass sich die inneren Naben 104 und 106 in Bezug aufeinander drehen, bis die radial angeordneten Seiten 156 und 158 der Rampen 104A beziehungsweise 106A einander berühren. In dieser Konfiguration befindet sich die Kupplung 100 für eine der Richtungen RD1 oder RD2 so lange im Verriegelungsmodus, bis das Drehmoment gegen null geht und die Kupplung 100 in den Freilaufmodus wechselt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weisen die innere Umfangsfläche 112 des äußeren Laufrings 102 und die äußere Umfangsfläche 114 der Keilplatte 108 entsprechende angeschrägte Ränder auf. Durch die Verwendung angeschrägter Ränder an den Flächen 112 und 114 kommt ein gleitender Übergang zwischen dem Freilaufmodus und dem Verriegelungsmodus zustande. Außerdem bieten angeschrägte Ränder eine größere Kontaktfläche, wenn die äußere Umfangsfläche 114 der Keilplatte 108 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 112 des äußeren Laufrings 102 gelangt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die Kupplung 100 dazu verwendet, ein Drehmoment für ein Zusatzantriebssystem bereitzustellen. Zum Beispiel überträgt die Kupplung 100 im Verriegelungsmodus ein Drehmoment an ein Planetengetriebe, welches ein Anlassen eines Motors unterstützt. Wenn die Kupplung 100 ausgerückt ist, sich also im Freilaufmodus befindet, kommt das Planetengetriebe nicht zum Einsatz.
7 ist eine Explosionsdarstellung von einer Schaltnabe mit Schlitzen und von inneren Naben mit Vorsprüngen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die innere Nabe 104 Schlitze 138, die innere Nabe 106 enthält Vorsprünge 152, und die Schaltnabe 110 enthält Vorsprünge 150 und Schlitze 140. Die Erörterung der Kupplung 100 für die 2 bis 6 ist auf die Ausführungsform der in 7 gezeigten Kupplung 100 anwendbar. Es sollte klar sein, dass auch andere (nicht gezeigte) Kombinationen möglich sind, beispielsweise: eine innere Nabe 104 mit Vorsprüngen 150, eine Nabe 110 mit Vorsprüngen 152 und Schlitzen 138, und eine innere Nabe 106 mit Schlitzen 140; sowie eine innere Nabe 104 mit Vorsprüngen 150, eine Nabe 110 mit Schlitzen 138 und 140 und eine innere Nabe 106 mit Vorsprüngen 152. Die Erörterung der Kupplung 100 für die 2 bis 6 ist auf die vorhergehenden Ausführungsformen der Kupplung 100 anwendbar.
8 ist eine Teildraufsicht auf eine Freilaufkupplung 100 mit einer geteilten inneren Nabe. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei der Kupplung 100 nicht um eine bidirektionale Kupplung, sondern um eine Freilaufkupplung. Gemäß einer Ausführungsform der Freilaufkupplung ist eine der Rampen 104A oder 106A durch Verriegelungselemente 160 ersetzt. In 8 sind die Rampen 106A durch Elemente 160 ersetzt; es sollte jedoch klar sein, dass die Rampen 104A durch Elemente 160 ersetzt sein können. Die Freilaufkupplung 100 funktioniert wie folgt. Für den Verriegelungsmodus (Relativdrehung der inneren Naben in Bezug auf den äußeren Laufring in der Richtung RD2), wird die Nabe 104 in der Richtung RD2 verschoben, greifen die Rampen 104A in die Keilplatte ein und beginnt sich die Keilplatte zusammen mit dem äußeren Laufring zu drehen, sodass die Rampen auf die ersten Segmente 142 geschoben werden und die Keilplatte radial nach außen verschieben und so den äußeren Laufring drehfest mit den inneren Naben verbinden. Für den Freilaufmodus (Relativdrehung der inneren Naben in Bezug auf den äußeren Laufring in der Richtung RD1), versetzen Verriegelungselemente 160 die Keilplatte 116 in der Richtung RD1 in Drehung, ohne diese radial nach außen zu erweitern oder erste Segmente 142 auf die Rampen 104A zu schieben.

Claims

Bidirektionale Keilkupplung (100), die umfasst: einen äußeren Laufring (102); eine erste und eine zweite innere Nabe (104, 106); eine radial zwischen dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) angeordnete Keilplatte (108); und eine axial verschiebbare Schaltnabe (110), die in die erste und in die zweite innere Nabe (104, 106) eingreift und dazu dient: für einen Freilaufmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer ersten Drehrichtung so in Drehung zu versetzen, dass die Keilplatte (108) nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) steht; und für einen Verriegelungsmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer zweiten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, um die Keilplatte (108) drehfest mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, wobei die axial verschiebbare Schaltnabe (110) dazu dient: für den Freilaufmodus die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) in der ersten beziehungsweise zweiten Drehrichtung so in Drehung zu versetzen, dass die Keilplatte (108) in einem Freilaufmodus nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten Nabe (104, 106) steht; und für den Verriegelungsmodus die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) in der zweiten beziehungsweise ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, um die Keilplatte (108) drehfest mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 2, wobei: die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) erste beziehungsweise zweite Vielzahlen sich radial erstreckender Rampen (104A, 106A) enthalten; die Keilplatte (108) eine Vielzahl Verriegelungssegmente (116) enthält; jedes Verriegelungssegment (116) erste und zweite Segmente (142, 144) enthält, die einen Innenumfang jedes der Verriegelungssegmente (116) bilden; jedes entsprechende erste Segment (142) in der ersten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; jedes entsprechende zweite Segment (144) in der zweiten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; und die Schaltnabe (110) axial derart verschiebbar ist, dass die entsprechenden ersten und zweiten Vielzahlen von Rampen (104A, 106A) in der zweiten beziehungsweise ersten Drehrichtung in Drehung versetzt werden, um in Kontakt mit den entsprechenden ersten und zweiten Segmenten (142, 144) zu gelangen;
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, wobei die Keilplatte (108) radial nach innen vorgespannt ist, um einem Verschieben radial nach außen entgegenzuwirken, damit die Keilplatte (108) in dem Freilaufmodus nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der inneren Nabe (104, 106) steht.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, wobei: die Keilplatte (108) enthält: eine Vielzahl Verriegelungssegmente (116); und eine Vielzahl über den Umfang verteilter elastischer Segmente (118); und jedes über den Umfang verteilte elastische Segment (118) mit einem entsprechenden Paar Verriegelungssegmente (116) verbunden und über den Umfang hinweg zwischen diesem angeordnet ist.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 5, wobei: bei einem Wechsel von dem Freilaufmodus in den Verriegelungsmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) so angeordnet ist, dass sie die Keilplatte (108) radial nach außen drückt, sodass: entsprechende Abstände zwischen den jeweiligen Paaren der Verriegelungssegmente (116) in Umfangsrichtung vergrößert werden; und ein Außenumfang der Keilplatte (108) radial nach außen verschoben wird, sodass dieser in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) gelangt.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, wobei: die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) eine erste Vielzahl sich radial erstreckender Rampen (104A, 106A) enthält; die Keilplatte (108) eine Vielzahl Verriegelungssegmente (116) enthält; jedes Verriegelungssegment (116) ein entsprechendes erstes Segment (142) enthält, das einen entsprechenden Abschnitt eines Innenumfangs jedes der Verriegelungssegmente (116) bildet; jedes entsprechende erste Segment (142) in der ersten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; und die Schaltnabe (110) axial derart verschiebbar ist, dass die erste Vielzahl der Rampen (104A, 106A) für den Verriegelungsmodus in der zweiten Drehrichtung in Drehung versetzt wird, um in Kontakt mit den ersten Segmenten (142) zu gelangen.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen axial verschiebbaren Verriegelungsring, der in die erste und in die zweite innere Nabe (104, 106) eingreift, um im Verriegelungsmodus die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) drehfest miteinander zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, wobei eine innere Umfangsfläche (112) des äußeren Laufrings (102) und eine äußere Umfangsfläche (114) der Keilplatte (108) jeweils angeschrägte Ränder aufweisen.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 1, die ferner umfasst: ein Stellglied, das zum axialen Fixieren der Schaltnabe (110) dient, um die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) im Verriegelungsmodus zu halten.
Bidirektionale Keilkupplung (100), die umfasst: einen äußeren Laufring (102); eine erste und eine zweite innere Nabe(104, 106); eine radial zwischen dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) angeordnete Keilplatte (108); und eine Schaltnabe (110), wobei: die erste innere Nabe (104) eine erste Vielzahl Schlitze (138) oder eine erste Vielzahl Vorsprünge (150) enthält; die zweite innere Nabe (106) eine zweite Vielzahl Schlitze (140) oder eine zweite Vielzahl Vorsprünge (152) enthält; die Schaltnabe (110) enthält: eine dritte und eine vierte Vielzahl Schlitze; eine dritte und eine vierte Vielzahl Vorsprünge; oder eine dritte Vielzahl Schlitze und eine dritte Vielzahl Vorsprünge; entsprechende Schlitze oder Vorsprünge der ersten und der zweiten inneren Nabe (106) in entsprechende Schlitze oder Vorsprünge der Schaltnabe (110) eingreifen; und die Schaltnabe (110) dazu dient: für einen Freilaufmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, damit der äußere Laufring (102) in Bezug auf die erste und auf die zweite innere Nabe (104, 106) in der ersten Drehrichtung und in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, drehbar ist; und für einen Verriegelungsmodus die erste und/oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in der zweiten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, um die Keilplatte (108) für eine Drehung des äußeren Laufrings (102) in Bezug auf die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) in der ersten und in der zweiten Drehrichtung drehfest mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 11, wobei: die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) eine erste beziehungsweise eine zweite Vielzahl sich radial erstreckender Rampen (104A, 106A) enthalten; die Keilplatte (108) eine Vielzahl Verriegelungssegmente (116) enthält; jedes Verriegelungssegment (116) ein entsprechendes erstes und zweites Segment (142, 144) enthält, die einen Innenumfang jedes der Verriegelungssegmente (116) bilden; jedes entsprechende erste Segment (142) in der ersten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; jedes entsprechende zweite Segment (144) in der zweiten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; und die Schaltnabe (110) axial derart verschiebbar ist, dass die entsprechende erste Vielzahl der Rampen (104A) in der zweiten Drehrichtung in Drehung versetzt wird, um in Kontakt mit den entsprechenden ersten Segmenten (142) zu gelangen.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 11, die ferner umfasst: einen axial verschiebbaren Verriegelungsring, der in die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) eingreift, um im Verriegelungsmodus die erste und die zweite innere Nabe drehfest miteinander zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 11, wobei eine innere Umfangsfläche (112) des äußeren Laufrings (102) und eine äußere Umfangsfläche (114) der Keilplatte (108) entsprechende angeschrägte Ränder aufweisen.
Bidirektionale Keilkupplung (100), die umfasst: einen äußeren Laufring (102); eine erste innere Nabe (104), die eine erste Vielzahl sich radial erstreckender Rampen (104A) enthält; eine zweite innere Nabe (106), die eine zweite Vielzahl sich radial erstreckender Rampen (106A) enthält; eine radial zwischen dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) angeordnete Keilplatte (108); und eine Schaltnabe (110), die eine erste und eine zweite Vielzahl Vorsprünge enthält, wobei: die erste oder die zweite innere Nabe (104, 106) eine erste Vielzahl Schlitze (138, 140) enthält, die in einer ersten oder einer zweiten axialen Richtung in Umfangsrichtung angewinkelt sind und in die erste Vielzahl Vorsprünge (150) eingreifen; die jeweils andere erste oder die zweite innere Nabe (104, 106) eine zweite Vielzahl axial ausgerichteter Schlitze (140) enthält, die in die zweite Vielzahl Vorsprünge (152) eingreifen; und die Schaltnabe (110) dazu dient: für einen Freilaufmodus die erste oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, damit die Keilplatte (108) nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) steht; und für einen Verriegelungsmodus die erste oder die zweite innere Nabe (104, 106) in Bezug auf die jeweils andere erste oder zweite innere Nabe (104, 106) in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, in Drehung zu versetzen, um die Keilplatte (108) drehfest mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 15, wobei: die Keilplatte (108) eine Vielzahl Verriegelungssegmente (116) enthält; jedes Verriegelungssegment 8116) ein entsprechendes erstes und zweites Segment (142, 144) enthält, die einen Innenumfang jedes der Verriegelungssegmente (116) bilden; jedes entsprechende erste Segment (142) in der ersten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; jedes entsprechende zweite Segment (144) in der zweiten Drehrichtung radial nach innen angeschrägt ist; und die entsprechenden ersten Segmente (142) im Verriegelungsmodus in Kontakt mit der ersten Vielzahl der Rampen (104A) und die entsprechenden zweiten Segmente (144) in Kontakt mit der zweiten Vielzahl der Rampen (106A) stehen.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 15, wobei die Keilplatte (108) radial nach innen vorgespannt ist, um einem Verschieben radial nach außen zu widerstehen, damit die Keilplatte (108) im Freilaufmodus nicht in Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) steht.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 15, die ferner umfasst: einen axial verschiebbaren Verriegelungsring, der in die erste und in die zweite innere Nabe (104, 106) eingreift, um die erste und die zweite innere Nabe (104, 106) im Verriegelungsmodus drehfest miteinander zu verbinden.
Bidirektionale Keilkupplung (100) nach Anspruch 15, die ferner umfasst: ein Stellglied, das dazu dient, eine Kraft bereitzustellen, die die Schaltnabe (110) in die zweite axiale Richtung drückt, wobei das Stellglied keine Kraft mehr ausübt, wenn sich die Schaltnabe (110) im Verriegelungsmodus befindet, sodass: die zweite innere Nabe (106) sich in Bezug auf die erste innere Nabe (104) dreht, bis radial angeordnete Seiten der zweiten Vielzahl sich radial erstreckender Rampen (106A) in Kontakt mit radial angeordneten Seiten der ersten Vielzahl sich radial erstreckender Rampen (104A) gelangen; und die Keilplatte (108) für eine Relativdrehung der Schaltnabe (110) und des äußeren Laufrings (102) in einer ersten Drehrichtung in drehfestem Kontakt mit dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe (104, 106) bleibt.
Freilaufkupplung, die umfasst: einen äußeren Laufring (102); eine erste innere Nabe (104), die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rampen (104A) enthält; eine zweite innere Nabe, die eine Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Vorsprünge (160) enthält; eine radial zwischen dem äußeren Laufring (102) und der ersten und der zweiten inneren Nabe angeordnete Keilplatte (116), die eine Vielzahl sich radial nach innen erstreckender Rampen enthält; und eine axial verschiebbare Schaltnabe, die in die erste und in die zweite innere Nabe eingreift und dazu dient, die erste innere Nabe in Bezug auf die zweite innere Nabe in einer ersten Drehrichtung in Drehung zu versetzen, sodass: für eine Drehung der ersten und der zweiten inneren Nabe in Bezug auf den äußeren Laufring (102) in der ersten Drehrichtung die Vielzahlen sich radial nach innen und außen erstreckenden Rampen ineinander eingreifen und die Keilplatte (116) radial nach außen verschieben, um den äußeren Laufring (102) und die erste und die zweite innere Nabe drehfest miteinander zu verbinden; und für eine Drehung der ersten und der zweiten inneren Nabe in Bezug auf den äußeren Laufring (102) in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, die Vielzahl der sich radial nach außen erstreckenden Vorsprünge (160) eingreifen und die Keilplatte (116) in Drehung versetzen, sodass der äußere Laufring (102) in Bezug auf die erste und auf die zweite innere Nabe drehbar ist.