DE112014005508T5

DE112014005508T5 - Keilkupplung mit einem segmentierten Keilelement und schrägen Eingriffsflächen

Info

Publication number: DE112014005508T5
Application number: DE112014005508.5T
Authority: DE
Inventors: Brian Lee; Carsten Ohr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-09-22
Also published as: US20150152922A1; JP2016539295A; US9470275B2; JP6448643B2; CN105849429A; WO2015084648A1; CN105849429B; KR20160093622A

Abstract

Es wird eine Keilkupplung offenbart, die enthält: eine innere und eine äußere Nabe; ein Keilelement, das einzelne über den Umfang hinweg verteilte Segmente enthält, die radial zwischen der ersten und der äußeren Nabe angeordnet sind; einen Außenring; und ein erstes und ein zweites Verschiebungselement. Der Ring ist radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe angeordnet und drehfest mit den Segmenten verbunden und drückt die Segmente bis zum Kontakt mit der inneren Nabe radial nach innen. Für einen geschlossenen Modus drückt das erste Verschiebungselement das Keilelement in eine erste axiale Richtung, die parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung ist, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden. Für einen offenen Modus verschiebt das zweite Verschiebungselement das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen der inneren und der äußeren Nabe zu ermöglichen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Rechte nach 35 U.S.C. §119(e) der Provisorischen US-Patentanmeldung 61/911 239, eingereicht am 3. Dezember 2013, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Keilkupplung, in der ein axial verschiebbares und über den Umfang hinweg segmentiertes Keilelement zum Verriegeln einer inneren und einer äußeren Nabe verwendet wird. Insbesondere wird durch die Kupplung ein Schleifen zwischen der inneren und der äußeren Nabe in einem Freilaufmodus verhindert und gleichzeitig ein schnelles und definiertes Wechseln vom Freilaufmodus zu einem Verriegelungsmodus ermöglicht. Durch die Verwendung eines segmentierten Keilelements anstelle einer einteiligen Keilplatte wird eine größere Dicke des Keilelements und demzufolge eine höhere Drehmomentkapazität der Kupplung ermöglicht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Keilkupplungen dienen zum Verbinden und Trennen einer inneren und einer äußeren Nabe. Üblicherweise werden in einem Verbindungsmodus der Kupplung schräge innere und äußere Umfangsflächen eines Keilelements in entsprechende Umfangsflächen der inneren und der äußeren Nabe eingekuppelt. Bei hoher Drehmomentlast kann es jedoch dazu kommen, dass die innere oder die äußere Umfangsfläche eines Keilelements über die entsprechende Umfangsfläche der inneren beziehungsweise äußeren Nabe rutscht.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilkupplung bereitgestellt, die enthält: eine innere Nabe; eine äußere Nabe; ein Keilelement, das eine Vielzahl einzelner über den Umfang hinweg verteilter Segmente enthält, die radial zwischen der inneren und der äußeren Nabe angeordnet sind; einen Außenring; und ein erstes und ein zweites Verschiebungselement. Der Ring ist radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe und drehfest mit der Vielzahl der Segmente verbunden und drückt die Vielzahl der Segmente radial nach innen. Das erste Verschiebungselement kuppelt in das Keilelement ein. Für einen geschlossenen Modus der Keilkupplung drückt das erste Verschiebungselement das Keilelement in einer ersten axialen Richtung, die parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung ist, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden. Für einen offenen Modus der Keilkupplung verschiebt das zweite Verschiebungselement das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen der inneren und der äußeren Nabe zu ermöglichen.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilkupplung bereitgestellt, die enthält: eine innere Nabe; eine äußere Nabe; ein Keilelement, das eine Vielzahl einzelner über den Umfang hinweg verteilter Segmente enthält, die radial zwischen der inneren und der äußeren Nabe angeordnet sind, wobei jedes Segment eine entsprechende äußere Umfangsfläche enthält, die in einer ersten axialen Richtung parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung radial schräg nach innen abfällt; einen radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe angeordneten und drehfest mit der Vielzahl von Segmenten verbundenen Außenring, der eine innere Umfangsfläche enthält, die in der ersten axialen Richtung radial schräg nach innen abfällt und die Vielzahl der Segment bis zum Kontakt mit der inneren Nabe radial nach innen drückt; ein erstes Verschiebungselement, das mit dem Keilelement im Eingriff steht; und ein zweites Verschiebungselement. Für einen geschlossenen Modus der Keilkupplung drückt das erste Verschiebungselement das Keilelement in die erste axiale Richtung, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden. Für einen offenen Modus der Keilkupplung verschiebt das zweite Verschiebungselement das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen dem Außenring und der äußeren Nabe zu ermöglichen.
Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird eine Keilkupplungsbaugruppe bereitgestellt, die enthält: eine innere Nabe; eine äußere Nabe, die einen radial innersten Abschnitt mit einer über den Umfang hinweg verlaufenden Nut, die eine erste und eine zweite Fläche enthält, die in einer radial äußeren Richtung schräg aufeinander zulaufen; ein Keilelement, das eine Vielzahl einzelner über den Umfang hinweg verteilter Segmente enthält, die radial zwischen der inneren und der äußeren Nabe angeordnet sind; einen Außenring, der radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe angeordnet und drehfest mit der Vielzahl der Segmente verbunden ist, die einen radial äußersten Abschnitt mit einer dritten und einer vierten Fläche enthalten, die in der radial äußeren Richtung schräg aufeinander zulaufen und die Vielzahl der Segmente bis zum Kontakt mit der inneren Nabe radial nach innen drücken; ein erstes Verschiebungselement, das im Eingriff mit dem Keilelement steht; und ein zweites Verschiebungselement. Für einen geschlossenen Modus der Keilkupplung drückt das erste Verschiebungselement das Keilelement in eine erste axiale Richtung parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden. Für einen offenen Modus der Keilkupplung verschiebt das zweite Verschiebungselement das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen der äußeren Nabe und dem Außenring zu ermöglichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene Ausführungsformen werden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen bestimmte Bezugssymbole jeweils entsprechende Teile bezeichnen, wobei:
1A eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist, die die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
1B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem Zylinderkoordinatensystem von 1A ist, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
2 eine Draufsicht auf eine Keilkupplung mit einem segmentierten Keilelement und schrägen Eingriffsflächen ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 3-3 in 2 ist;
4 ein Detailansicht des Bereichs 4/5 in 3 ist, die die Keilkupplung in einem geschlossenen Modus zeigt; und
5 eine Detailansicht des Bereichs 4/5 in 3 ist, die die Keilkupplung in einem offenen Modus zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Zeichnungsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Offenbarung bezeichnen. Es sollte klar sein, dass die Offenbarung in der beanspruchten Form nicht auf die offenbarten Aspekte beschränkt ist.
Außerdem ist klar, dass diese Offenbarung nicht auf die einzelnen beschriebenen Verfahrensweisen, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Ferner ist 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, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, 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, die die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 80 hat eine Längsachse 81, die als Bezugspunkt für die folgenden räumlichen und Richtungsbegriffe dient. Die Begriffe „axial”, „radial” und „Umfangs-” beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur der Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 steht) beziehungsweise zur Umfangsfläche 83. 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 die Umfangsfläche 83 bildet eine Linie entlang der Fläche. Ein weiteres Beispiel besagt, dass eine axiale Bewegung oder Verschiebung parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Verschiebung parallel zum Radius 82 und eine Umfangsbewegung oder -verschiebung parallel zur Umfangsfläche 83 erfolgt. Eine Drehung erfolgt um die Achse 81.
Die Begriffe „axial”, „radial” und „Umfangs” beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 beziehungsweise zur Umfangsfläche 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, die die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht. Das zylindrische Objekt 90 ist für ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem repräsentativ 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 Teil einer Umfangsfläche.
2 ist eine Draufsicht auf die Keilkupplung 100 mit einem segmentierten Keilelement und schrägen Eingriffsflächen.
3 ist eine Querschnittsansicht der Keilkupplung 100 entlang der Schnittlinie 3-3 in 2.
4 ist eine Detailansicht des Bereichs 4/5 in 3, die die Keilkupplung 100 in einem geschlossenen Modus zeigt.
5 ist eine Detailansicht des Bereichs 4/5 in 3, die die Keilkupplung 100 in einem offenen Modus zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 5 zu sehen. Die Keilkupplung 100 enthält eine innere Nabe 102, eine äußere Nabe 104, ein Keilelement 106, einen Außenring 108 und verschiebbare Elemente 110 und 112. Das Keilelement 106 enthält einzelne über den Umfang verteilte Segmente 114, die radial zwischen Naben 102 und 104, insbesondere zwischen der Nabe 102 und dem Ring 108, angeordnet sind. Der Außenring 108 ist radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe 104 angeordnet, drehfest mit den Segmenten 114 verbunden und drückt die Segmente 114 bis zum Kontakt mit der inneren Nabe 102 radial nach innen. Infolge des Kontakts mit der Nabe 102 dreht sich das Keilelement 106 mit nachfolgend beschriebener Ausnahme zusammen mit der Nabe 102.
Zum Auslösen eines geschlossenen Modus der Keilkupplung 100, in dem die innere Nabe 102 und die äußere Nabe 104 drehfest miteinander verbunden sind, drückt ein Verschiebungselement 110 das Keilelement 106 in eine axiale Richtung AD1 parallel zu einer Drehachse AR der Keilkupplung, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden. Zum Auslösen eines offenen Modus der Keilkupplung 100, bei dem eine relative Drehung zwischen der inneren Nabe 102 und der äußeren Nabe 104 möglich ist, verschiebt das Verschiebungselement 112 das Keilelement in einer axialen Richtung AD2, die der axialen Richtung AD1 entgegengesetzt ist, um zum Beispiel eine relative Drehung zwischen dem Außenring 108 und der äußeren Nabe 104 zu ermöglichen.
Jedes Segment 114 enthält eine entsprechende äußere Umfangsfläche 116, die in der axialen Richtung AD1 radial nach innen abfällt. Das heißt, ein radialer Abstand 118 der Fläche 116 von der Achse AR nimmt in der Richtung AD1 zu. Der Ring 108 enthält eine innere Umfangsfläche 120, die in der axialen Richtung AD1 radial nach innen abfällt. Das heißt der radiale Abstand 122 der Fläche 120 von der Achse AR nimmt in der Richtung AD1 zu.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält jede äußere Umfangsfläche 116 mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Einbuchtung 124, und die innere Umfangsfläche 120 enthält sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 126, die zumindest teilweise in die Einbuchtungen 124 ragen, um jedes Segment 114 drehfest mit dem Ring 108 zu verbinden. Der Ring 108 hält die Segmente 114 auch in der Umfangsrichtung. Zum Beispiel halten die Vorsprünge 126 jedes Segment 114 so, dass jedes Segment 114 durch entsprechende Zwischenräume 128 in der Umfangsrichtung CD von auf dem Umfang benachbarten Segmenten 114 getrennt ist. Zum Beispiel ist das Segment 114A von den Segmenten 114B und 114C durch Zwischenräume 128A beziehungsweise 128B auf dem Umfang getrennt. Zum Beispiel bleibt am Kontakt zwischen den Vorsprüngen 126A und den Einbuchtungen 124A und zwischen den Vorsprüngen 126B und den Einbuchtungen 124B ein Zwischenraum 128A erhalten. Durch Aufrechterhalten der Zwischenräume 128 wird sichergestellt, dass die Segmente 114 axial und radial verschiebbar sind (um in den offenen und den geschlossenen Modus zu gelangen), ohne einander zu berühren und ein solches Verschieben zu behindern.
Der Ring 108 enthält einen radial äußersten Abschnitt 130 mit schrägen Flächen 132A und 132B, die in einer Richtung RD radial nach außen schräg aufeinander zulaufen. Die Nabe 104 enthält einen radial innersten Abschnitt 134 mit einer über den Umfang hinweg verlaufenden Nut 136, die schräge Flächen 138A und 138B enthält, die in der Richtung RD schräg aufeinander zulaufen. Mit anderen Worten, der Abschnitt 130 und die Nut 136 sind zueinander passend angeschrägt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind die Flächen 132A und 138A im Wesentlichen parallel zueinander, und die Flächen 132B und 138B sind im Wesentlichen parallel zueinander.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform berühren die Abschnitte 130 und 134 im offenen Modus einander nicht, zum Beispiel gibt es Zwischenräume 140 zwischen den Flächen 132A und 138A und zwischen den Flächen 132B und 138B. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform besteht im offenen Modus zwischen den Abschnitten 130 und 134 nur ein geringfügiger Kontakt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gibt es sowohl einen Spalt 142 zwischen den Segmenten 114 und dem Ring 108 als auch Spalte 140. Als Reaktion darauf, dass das Verschiebungselement 110 das Keilelement 106 in der axialen Richtung AD1 verschiebt, weitet sich der Ring 108 in der Richtung RD radial nach außen aus, um mit der Fläche 138A in die Fläche 132A und mit der Fläche 138B in die Fläche 132B einzugreifen und so eine Drehung des Keilelements 106 gegenüber der inneren Nabe 102 zu bewirken (den geschlossenen Modus auszulösen), bevor die Naben 102 und 104 drehfest miteinander verbunden sind.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem Verschiebungselement 110 um ein beliebiges in der Technik bekanntes elastisches Bauteil und bei dem Verschiebungselement 112 um einen beliebigen in der Technik bekannten Kolben. Gemäß einer (nicht gezeigten) Ausführungsform handelt es sich bei dem Verschiebungselement 112 um ein beliebiges in der Technik bekanntes elastisches Bauteil und bei dem Verschiebungselement 110 um einen beliebigen in der Technik bekannten Kolben. Zum Verschieben eines Kolbens in der Kupplung 100 kann jedes in der Technik bekannte Mittel verwendet werden, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, Mittel zur hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigung.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält jedes Segment 114 eine innere Umfangsfläche 144 mit über den Umfang hinweg schräg abfallenden Rampen 146, und die innere Nabe 102 enthält eine äußere Umfangsfläche 148 mit über den Umfang hinweg schräg abfallenden Rampen 150, die in die über den Umfang hinweg schräg abfallenden Rampen 146 eingreifen. Als Reaktion auf ein Verschieben des Keilelements in der axialen Richtung AD1 gleiten die Rampen 146 und 150 aneinander vorbei und drücken die Segmente 114 radial nach außen. Als Reaktion auf ein Verschieben des Keilelements in der axialen Richtung AD2 gleiten die Rampen 146 und 150 aneinander vorbei und versetzen den Ring 108 in die Lage, die Segmente 114 radial nach innen zu verschieben (die Segmente 114 ziehen sich radial nach innen zusammen), um den Kontakt zwischen dem Ring, 108 und der Nabe 104 zu verringern oder aufzuheben.
In der folgenden Beschreibung werden weitere Einzelheiten zu Aufbau und Funktion der Kupplung 100 bereitgestellt. Im Allgemeinen ist für ein Wechseln zwischen dem offenen und dem geschlossenen Modus der Kupplung 100 eine relative Drehung zwischen den Naben 102 und 104 erforderlich. Im offenen Modus der Kupplung 100 berühren die Flächen 132A und 138A beziehungsweise die Flächen 132B und 138B einander nicht oder nur geringfügig, sodass der Ring 108 nicht durch den Kontakt in Drehung mit der Nabe 104 versetzt wird. Für ein Wechseln vom offenen Modus zum geschlossenen Modus verschiebt das Verschiebungselement 110 das Keilelement in der Richtung AD1, damit die schräge Fläche 116 an der Fläche 120 entlang gleitet und den Ring 108 radial nach außen drückt, um entweder die Flächen 132A und 138A sowie die Flächen 132B und 138B in Eingriff miteinander zu bringen oder die Reibungskraft zwischen den Flächen 132A und 138A sowie zwischen den Flächen 132B und 138B zu erhöhen. Demgemäß drehen sich der Ring 108 und das Keilelement 106 zusammen mit der Nabe 104 gegenüber der Nabe 102. Durch diese relative Drehung werden die Rampen 146 und 150 veranlasst, aneinander vorbei zu gleiten, sodass die Rampen 146 die Rampen 150 (und den Ring 108) radial nach außen drücken, um den Ring 108 und die Nabe 104 drehfest miteinander zu verbinden.
Die relative Drehung zwischen der inneren Nabe 102 und der äußeren Nabe 104 zum Wechseln zwischen dem offenen und dem geschlossenen Modus kann aufgrund der Form der Rampen 142 und 150 in der Umfangsfläche CD1 oder der Umfangsrichtung CD2 erfolgen. Das heißt, für ein Wechseln zum geschlossenen Modus führt eine relative Drehung der inneren Nabe 102 und der äußeren Nabe 104 in einer der beiden Richtungen CD1 oder CD2 dazu, dass die Rampen 146 und 150 aneinander vorbei gleiten und das Keilelement radial nach außen verschieben. Es sollte klar sein, dass eine relative Drehung zwischen der inneren Nabe 102 und der äußeren Nabe 104 auch dann vorliegt, wenn sich die innere Nabe 102 und die äußere Nabe 104 mit unterschiedlichen Drehzahlen in derselben Umfangsrichtung oder in entgegengesetzten Umfangsrichtungen drehen. Die relative Drehung zwischen der inneren Nabe 102 und der äußeren Nabe 104 kann auch zustande kommen, wenn sich die innere Nabe 102 oder die äußere Nabe 104 nicht dreht.
Im geschlossenen Modus sind die Flächen 132A und 138A sowie die Flächen 132B und 138B drehfest miteinander verbunden. Zum Wechseln vom geschlossenen Modus zum offenen Modus verschiebt das Verschiebungselement 112 das Keilelement in der Richtung AD2, damit die schräge Fläche 116 an der Fläche 120 entlang gleitet, der Ring 108 sich radial nach innen zusammenzieht und den Spalt 140 erzeugt, der wiederum den Kontakt zwischen dem Ring 108 und der Nabe 104 aufhebt oder die Reibungskraft zwischen dem Ring 108 und der Nabe 104 verringert. Wenn kein Kontakt mehr besteht oder sich die Reibungskraft in Verbindung mit der radial nach innen gerichteten Kraft vom Ring 108 auf die Segmente 114 verringert, gleiten die Rampen 146 und 150 aneinander vorbei, sodass das Keilelement 106 radial nach innen verschoben wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Kupplung 100 selbstverriegelnd. Das heißt, sobald die Flächen 116 und 120 im geschlossenen Modus drehfest miteinander verbunden sind, reichen der Neigungswinkel 152 der Flächen 116 und 120 in Bezug auf die Achse AR und der Reibungskoeffizient zwischen den Flächen 116 und 120 aus, den geschlossenen Modus aufrechtzuerhalten.
Ein Vorteil besteht darin, dass durch die schrägen Flächen 132A/B und 138A/B eine Drehmomentkapazität der Kupplung 100 vergrößert wird. Durch Bilden des Keilelements aus getrennten Segmenten 114 kann die axiale Dicke 154 des Elements 106 vergrößert werden, wodurch die Drehmomentkapazität der Kupplung 100 weiter zunimmt. Gemäß dem oben Gesagten wird durch den Ring 108 die Verwendung von Segmenten 114 ermöglicht. Ein Vorteil besteht darin, das im offenen Modus der Kupplung 100 das Element 112 das Keilelement 106 in der Richtung AD2 verschiebt, sodass die Flächen 132A und 138A sowie die Flächen 132B und 138B einander nicht oder nur geringfügig berühren. Somit kommt es im offenen Modus nicht oder nur geringfügig zu Schleppverlusten infolge von Kontakten zwischen den Flächen 132A und 138A sowie zwischen den Flächen 132B und 138B. Ferner wird durch die Kupplung 100 ein schnelles und definiertes Verbinden der Naben 102 und 104 ermöglicht. Das elastische Element 110 braucht nur einen relativ geringen Anteil zur axialen Kraft in der Richtung AD1 beizutragen, um zum Auslösen des geschlossenen Modus das Keilelement 106 um eine relativ kurze axiale Strecke zu verschieben. Durch den Selbstverriegelungsaspekt des Keilelements 106 und des Rings 108 wird eine schnelle und stabile drehfeste Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Nabe sichergestellt.
Desgleichen besteht aufgrund des Selbstverriegelungsaspekts der Kupplung 100 keine Notwendigkeit, dass das Element 110 eine axiale Kraft in der Richtung AD1 ausübt, um das Keilelement in der geschlossenen Stellung zu halten. Somit besteht kein Bedarf an einem aktiven Element, das eine solche Kraft bereitstellt, wodurch sich die Komplexität und die energetischen Anforderungen verringern. Das Element 110 braucht nur eine ausreichende Kraft zum Verschieben des Keilelements bereitzustellen, um den Kontakt zwischen dem Ring 108 und der äußeren Nabe auszulösen oder geringfügig zu erhöhen. Weiterhin ergibt sich daraus, dass das Element 112 zum Verschieben des Keilelements keine Haltekraft seitens eines aktiven Elements 110 zu übertreffen braucht, wodurch sich die energetischen Anforderungen an das Element 112 verringern.
Die gezeigten Flächen 116 und 120 fallen in der Richtung AD1 radial nach innen ab; jedoch sollte klar sein, dass die Neigungswinkel der Flächen auch umgekehrt sein können, sodass die Flächen 116 und 120 in der Richtung AD1 radial nach außen abfallen.
Es ist einsichtig, dass verschiedene der oben offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder deren Alternativen auf wünschenswerte Weise zu vielen anderen unterschiedlichen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Durch den Fachmann können verschiedene gegenwärtig unvorhersehbare oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Varianten oder Verbesserungen daran vorgenommen werden, die auch durch die folgenden Ansprüche erfasst sein sollen.

Claims

Keilkupplung, die umfasst: eine innere Nabe; eine äußere Nabe; ein Keilelement, das eine Vielzahl einzelner über den Umfang verteilter Segmente enthält, die radial zwischen der inneren und der äußeren Nabe angeordnet sind; einen Außenring: der radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe angeordnet ist; drehfest mit der Vielzahl von Segmenten verbunden ist; und die Vielzahl von Segmenten radial nach innen drückt; ein erstes Verschiebungselement; und ein zweites Verschiebungselement, wobei: das erste Verschiebungselement für einen geschlossenen Modus der Keilkupplung das Keilelement in eine erste axiale Richtung drückt, die parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung liegt, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden; und das zweite Verschiebungselement für einen offenen Modus der Keilkupplung das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung verschiebt, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen der inneren und der äußeren Nabe zu ermöglichen.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei das zweite Verschiebungselement für den offenen Modus der Keilkupplung das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung verschiebt, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen dem Außenring und der äußeren Nabe zu ermöglichen.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei: jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten eine entsprechende äußere Umfangsfläche enthält, die in der ersten axialen Richtung radial nach innen abfällt; und der Außenring eine innere Umfangsfläche enthält, die in der ersten axialen Richtung radial nach innen abfällt.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei: jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten eine entsprechende äußere Umfangsfläche enthält, die mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Einbuchtung enthält; und der Außenring eine innere Umfangsfläche mit einer Vielzahl radial nach innen ragender Vorsprünge enthält, die zumindest teilweise in den mindestens einen sich radial nach innen erstreckenden Einbuchtungen angeordnet sind, um das Segment drehfest mit dem Außenring zu verbinden.
Kupplung nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl der radial nach innen ragenden Vorsprünge jedes Segment so halten, dass jedes Segment in einer Umfangsrichtung durch entsprechende Zwischenräume von über den Umfang hinweg benachbarten Segmenten aus der Vielzahl von Segmenten getrennt ist.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei: der Außenring einen radial äußersten Abschnitt mit einer ersten und einer zweiten Fläche enthält, die in einer radialen Richtung nach außen schräg aufeinander zulaufen; und die äußere Nabe einen radial innersten Abschnitt mit einer über den Umfang hinweg verlaufenden Nut enthält, die eine dritte und eine vierte Fläche enthält, die in der radialen Richtung nach außen schräg aufeinander zulaufen.
Kupplung nach Anspruch 6, wobei: die erste und die dritte Fläche im Wesentlichen parallel zueinander sind; und die zweite und die vierte Fläche im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Kupplung nach Anspruch 6, wobei als Reaktion darauf, dass das erste Verschiebungselement das Keilelement in der ersten axialen Richtung verschiebt, sich der Außenring radial nach außen ausdehnt, um: die erste und die dritte Fläche drehfest miteinander zu verbinden; und die zweite und die vierte Fläche drehfest miteinander zu verbinden.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei: es sich bei dem ersten Verschiebungselement um ein elastisches Element und bei dem zweiten Verschiebungselement um einen Kolben handelt; oder es sich bei dem ersten Verschiebungselement um einen Kolben und bei dem zweiten Verschiebungselement um ein elastisches Element handelt.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei im geschlossenen Modus der Kupplung eine Reibungskraft zwischen dem Außenring und der äußeren Nabe ausreicht, um die drehfeste Verbindung zwischen dem Außenring und der äußeren Nabe aufrechtzuerhalten.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei: jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten eine innere Umfangsfläche mit einer ersten Vielzahl über den Umfang hinweg abfallender Rampen enthält; die innere Nabe eine äußere Umfangsfläche mit einer zweiten Vielzahl über den Umfang hinweg abfallender Rampen enthält, die in die erste Vielzahl über den Umfang hinweg abfallender Rampen eingreifen; als Reaktion auf ein Verschieben des Keilelements in der ersten axialen Richtung die erste Vielzahl von Rampen über die zweite Vielzahl von Rampen gleitet, um die Vielzahl der Segmente radial nach außen zu drücken; und als Reaktion auf ein Verschieben des Keilelements in der zweiten axialen Richtung: die entsprechende erste Vielzahl von Rampen über die zweite Vielzahl von Rampen gleitet; und der Außenring sich radial nach innen zusammenzieht, um den Kontakt zwischen dem Außenring und der äußeren Nabe zu verringern oder aufzuheben.
Keilkupplung, die umfasst: eine innere Nabe; eine äußere Nabe; ein Keilelement, das eine Vielzahl einzelner über den Umfang hinweg verteilter Segmente enthält, die radial zwischen der inneren und der äußeren Nabe angeordnet sind, wobei jedes Segment eine entsprechende äußere Umfangsfläche enthält, die in einer ersten axialen Richtung parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung radial nach innen abfällt; einen Außenring; der radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe angeordnet ist; drehfest mit der Vielzahl von Segmenten verbunden ist; eine innere Umfangsfläche enthält, die in der ersten axialen Richtung radial nach innen abfällt; und die Vielzahl von Segmenten bis zum Kontakt mit der inneren Nabe radial nach innen drückt; ein erstes Verschiebungselement; und ein zweites Verschiebungselement; wobei: für einen geschlossenen Modus der Keilkupplung das erste Verschiebungselement das Keilelement in die erste axiale Richtung drückt, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden; und für einen offenen Modus der Keilkupplung das zweite Verschiebungselement das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung verschiebt, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen dem Außenring und der äußeren Nabe zu ermöglichen.
Kupplung nach Anspruch 12, wobei: jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten eine innere Umfangsfläche enthält, die mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Einbuchtung enthält; und der Außenring eine innere Umfangsfläche mit einer Vielzahl radial nach innen ragender Vorsprünge enthält, die zumindest teilweise in den mindestens einen sich radial nach innen erstreckenden Einbuchtungen angeordnet sind, um das Segment drehfest mit dem Außenring zu verbinden.
Kupplung nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl der radial nach innen ragenden Vorsprünge jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten so haltern, dass jedes Segment durch entsprechende Zwischenräume in einer Umfangsrichtung von über den Umfang hinweg benachbarten Segmenten aus der Vielzahl von Segmenten getrennt ist.
Kupplung nach Anspruch 12, wobei: der Außenring einen radial äußersten Abschnitt mit einer ersten und einer zweiten Fläche enthält, die in einer radialen Richtung nach außen schräg aufeinander zulaufen; und die äußere Nabe einen radial innersten Abschnitt mit einer über den Umfang hinweg verlaufenden Nut enthält, die eine dritte und eine vierte Fläche enthält, die in der radialen Richtung nach außen schräg aufeinander zulaufen.
Keilkupplung, die umfasst: eine innere Nabe; eine äußere Nabe, die einen radial innersten Abschnitt mit einer über den Umfang hinweg verlaufenden Nut enthält, die eine erste und eine zweite Fläche enthält, die in einer radialen Richtung nach außen schräg aufeinander zulaufen; ein Keilelement, das eine Vielzahl einzelner über den Umfang hinweg verteilter Segmente enthält, die radial zwischen der inneren und der äußeren Nabe angeordnet sind; einen Außenring: der radial zwischen dem Keilelement und der äußeren Nabe angeordnet ist; drehfest mit der Vielzahl von Segmenten verbunden ist; einen radial innersten Abschnitt mit einer dritten und einer vierten Fläche enthält, die in der radialen Richtung nach außen schräg aufeinander zulaufen; und die Vielzahl von Segmenten radial nach innen drückt; ein erstes Verschiebungselement; und ein zweites Verschiebungselement, wobei: für einen geschlossenen Modus der Keilkupplung das erste Verschiebungselement das Keilelement parallel zu einer Drehachse der Keilkupplung in eine erste axiale Richtung drückt, um die innere und die äußere Nabe, das Keilelement und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden; und für einen offenen Modus der Keilkupplung das zweite Verschiebungselement das Keilelement in einer zweiten axialen Richtung verschiebt, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, um eine relative Drehung zwischen der äußeren Nabe und dem Außenring zu ermöglichen.
Kupplung nach Anspruch 16, wobei: die erste und die dritte Fläche im Wesentlichen parallel zueinander sind; und die zweite und die vierte Fläche im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Kupplung nach Anspruch 17, wobei als Reaktion darauf, dass das erste Verschiebungselement das Keilelement in der ersten axialen Richtung verschiebt, sich der Außenring radial nach außen ausweitet, um: die erste und die zweite Fläche drehfest miteinander zu verbinden; und die zweite und die vierte Fläche drehfest miteinander zu verbinden.
Kupplung nach Anspruch 16, wobei: jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten eine entsprechende äußere Umfangsfläche enthält, die in der ersten axialen Richtung radial nach innen abfällt; der Außenring eine innere Umfangsfläche enthält, die in der ersten axialen Richtung radial nach innen abfällt.
Kupplung nach Anspruch 16, wobei: jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten eine äußere Umfangsfläche enthält, die mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Einbuchtung enthält; der Außenring eine innere Umfangsfläche mit einer Vielzahl radial nach innen ragender Vorsprünge enthält, die zumindest teilweise in den mindestens einen sich radial nach innen erstreckenden Einbuchtungen angeordnet sind, um jedes Segment drehfest mit dem Außenring zu verbinden; und die Vielzahl radial nach innen ragender Vorsprünge jedes Segment aus der Vielzahl von Segmenten so halten, dass jedes Segment in einer Umfangsrichtung durch entsprechende Zwischenräume von über den Umfang hinweg benachbarten Segmenten aus der Vielzahl von Segmenten getrennt ist.