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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft allgemein Kupplungen, und insbesondere Kupplungen mit mehreren Einrückmodi mit einem drehenden Element zum selektiven Sperren des Elements gegen Drehung, und um dem Element zu erlauben, sich in einer oder beiden Richtungen frei zu drehen.
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Hintergrund
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Ein Automobil umfasst in der Regel einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle enthält, die dazu ausgestaltet ist, Bewegungsleistung von dem Motor durch eine Antriebswelle zu übertragen, um die Räder zu drehen. Ein Getriebe ist zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebswellenkomponenten positioniert, um selektiv Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen der Kurbelwelle und der Antriebswelle zu steuern. Bei einem manuell geschalteten Getriebe kann eine entsprechende manuell betätigte Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe positioniert sein, um selektiv die Kurbelwelle in und außer Eingriff mit/von der Antriebswelle zu bringen, um das manuelle Schalten zwischen den verfügbaren Übersetzungsverhältnissen des Getriebes zu erleichtern.
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Ist das Getriebe andererseits automatisch, umfasst das Getriebe normalerweise eine innere Vielzahl von automatisch betätigten Kupplungseinheiten, die dazu geeignet sind, dynamisch zwischen verschieden verfügbaren Übersetzungsverhältnissen zu schalten, ohne eine Intervention durch den Fahrer zu erfordern. In derartige Getriebe werden Vielzahlen solcher Kupplungseinheiten eingebaut, die auch als Kupplungsmodule bezeichnet werden, um automatische Wechsel zwischen Übersetzungsverhältnissen zu erleichtern.
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In einem Automatikgetriebe für ein Automobil können insgesamt zwischen drei und zehn Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse verfügbar sein, wobei ein Rückwärtsgang nicht eingerechnet ist. Die verschiedenen Gänge können aus Innenzahnrädern, Zwischenrädern wie Planeten- oder Antriebszahnrädern, die von Trägern getragen werden, sowie aus äußeren Hohlrädern bestehen. Den verschiedenen Sätzen von auswählbaren Zahnrädern innerhalb des Getriebes können spezifische Getriebekupplungen zugeordnet sein, um die gewünschten Übersetzungsänderungen zu erleichtern.
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Da Automatikgetriebe eine Vielzahl von Zahnradsätzen umfassen können, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu ermöglichen, stellt die Zuverlässigkeit der Stellglieder, die für die automatische Schaltung von Kupplungsmodulen zwischen und/oder unter verschiedenen verfügbaren Betriebsmodi verwendet werden, eine ständige Herausforderung bei der Konstruktion dar. Es ist auch wünschenswert, glatte Übergänge zwischen den Betriebsmodi bereitzustellen, wenn die Kupplungsmodule in die Zahnräder ein- und daraus ausrücken. Diese Überlegungen sind auch in anderen Betriebsumgebungen wichtig, wo multimodale Kupplungsmodule implementiert sein können, um selektiv die Drehung von drehenden Komponenten wie Zahnrädern, Wellen, Drehmomentwandler-Komponenten und dergl. zu erlauben oder zu beschränken. Daher wurden große Anstrengungen unternommen, um Wege zu finden, die die Zuverlässigkeit und den reibungslosen Betrieb der Stellglieder bei wettbewerbsfähigen Kosten sicherstellen.
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Ein solches multimodales Kupplungsmodul ist beispielsweise aus der
WO 2014/120595 A1 bekannt. Dieses Modul weist einen äußeren und inneren Laufring auf, die relativ zueinander drehbar sind, wobei zwischen den beiden Laufringen erste und zweite Sperrklinken angeordnet sind, die über ein Nockenstellglied in Form eines eingeschränkt drehbaren Ringes mit innenliegenden Nocken angesteuert werden können. So bewirkt das Nockenstellglied in einer ersten Position, dass über nur eine der beiden Sperrklinken eine drehfeste Verbindung zwischen äußerem und innerem Laufring besteht, während das Nockenstellglied in einer zweiten Position eine drehfeste Verbindung über beide Sperrklinken, mithin in beiden Drehrichtungen, bewirkt.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Kupplung offenbart, um selektiv die Drehung einer drehenden Komponente zu verhindern. Die Kupplung kann umfassen: eine erste Sperrklinke, die um einen ersten Sperrklinken-Schwenkpunkt zwischen dem Einrücken in die drehende Komponente, um die Drehung der drehenden Komponente in einer ersten Richtung zu verhindern, und dem Ausrücken aus der drehenden Komponente, um die Drehung der drehenden Komponente in der ersten Richtung zu erlauben, schwenkbar ist, eine zweite Sperrklinke, die um einen zweiten Sperrklinken-Schwenkpunkt zwischen dem Einrücken in die drehende Komponente, um die Drehung der drehenden Komponente in einer zweiten Richtung zu verhindern, und dem Ausrücken aus der drehenden Komponente, um die Drehung der drehenden Komponente in der zweiten Richtung zu erlauben, schwenkbar ist, sowie einen Anker, der zwischen einer ersten Ankerstellung und einer zweiten Ankerstellung beweglich ist. Die Kupplung kann ferner ein gemeinsames Element umfassen, das schwenkbar mit dem Anker verbunden ist und mit der ersten Sperrklinke und der zweiten Sperrklinke in Eingriff steht, um die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke in und außer Eingriff mit/von der drehenden Komponente zu bewegen, und eine Drehmomentfeder, die das gemeinsame Element vorspannt, so dass es sich zu der ersten Sperrklinke hin und von der zweiten Sperrklinke weg dreht. Wenn der Anker in der ersten Ankerstellung ist, rückt das gemeinsame Element in die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke ein, um die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke aus der drehenden Komponente auszurücken und die Drehung der drehenden Komponente in der ersten Richtung und der zweiten Richtung zu erlauben; wenn der Anker in der zweiten Ankerstellung ist, rückt das gemeinsame Element in die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke ein, um die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke zu veranlassen, in die drehende Komponente einzurücken und die Drehung der drehenden Komponente in der ersten Richtung und der zweiten Richtung zu verhindern; und wenn der Anker in einer Ankerzwischenstellung zwischen der ersten Ankerstellung und der zweiten Ankerstellung ist, rückt das gemeinsame Element in die erste Sperrklinke ein, um die erste Sperrklinke aus der drehenden Komponente auszurücken und der drehenden Komponente zu erlauben, sich in der ersten Richtung zu drehen, und rückt in die zweite Sperrklinke ein, um die zweite Sperrklinke zu veranlassen, in die drehende Komponente einzurücken und die Drehung der drehenden Komponente in der zweiten Richtung zu verhindern.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupplung eine Ankerrückstellfeder umfassen, die den Anker zu der ersten Ankerstellung hin vorspannt, sowie ein Stellglied, das mit dem Anker gekoppelt und betätigbar ist, um den Anker aus der ersten Ankerstellung in die zweite Ankerstellung zu bewegen, wobei das Stellglied betätigbar sein kann, um den Anker in der Ankerzwischenstellung zu halten. In weiteren Ausführungsformen kann die Kupplung eine Sperrklinkenfeder umfassen, die mit dem Anker oder einem Kupplungsgehäuse verbunden ist und die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke zum Eingriff mit der drehenden Komponente hin vorspannt. Das gemeinsame Element kann eine untere Oberfläche umfassen, mit einem ersten distalen Ende, das mit der ersten Sperrklinke in Eingriff steht, und mit einem zweiten distalen Ende, das mit der zweiten Sperrklinke in Eingriff steht, wobei der Anker einen Schwenkarm umfassen kann, der sich von dem Anker nach außen erstreckt, und das gemeinsame Element kann schwenkbar an dem Schwenkarm zur Drehung des gemeinsamen Elements relativ zu dem Anker montiert sein, und die Drehmomentfeder kann an dem Anker und dem gemeinsamen Element montiert sein, und kann einen Spulenabschnitt umfassen, der um den Schwenkarm herum gewickelt ist, einen ersten Federarm, der mit dem Anker in Eingriff steht, und einen zweiten Federarm der mit dem gemeinsamen Element in Eingriff steht. In anderen Konfigurationen kann der Anker einen oberen Schwenkarm umfassen, der sich von dem Anker nach außen erstreckt, einen unteren Schwenkarm, der sich von dem Anker nach außen erstreckt und axial von dem oberen Schwenkarm entlang des Ankers beabstandet ist, wobei das gemeinsame Element zwischen dem oberen Schwenkarm und dem unteren Schwenkarm schwenkbar an dem Anker montiert ist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Kupplung offenbart, um selektiv die Drehbewegung eines Zahnrads zu verhindern. Die Kupplung kann eine erste Sperrklinke umfassen, die eine erste Spitze umfasst und um einen ersten Sperrklinken-Schwenkpunkt schwenkt, eine zweite Sperrklinke, die eine zweite Spitze umfasst und um einen zweiten Sperrklinken-Schwenkpunkt schwenkt, und ein Nockenstellglied, das sich dreht, um selektiv den Eingriff der ersten Spitze und der zweiten Spitze mit dem Zahnrad zu steuern.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Nockenstellglied mit einer ersten Ferse der ersten Sperrklinke und einer zweiten Ferse der zweiten Sperrklinke in Eingriff stehen, und die Kupplung kann eine Feder umfassen, die gegen die erste Ferse der ersten Sperrklinke und die zweite Ferse der zweiten Sperrklinke vorgespannt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Kupplung eine erste mechanische Verbindung umfassen, die das Nockenstellglied und die erste Spitze verbindet, sowie eine zweite mechanische Verbindung, die das Nockenstellglied und die zweite Spitze verbindet. Wenn das Nockenstellglied in einem ersten Modus positioniert ist, stehen die erste Spitze und die zweite Spitze nicht mit dem Zahnrad in Eingriff; wenn das Nockenstellglied in einem zweiten Modus positioniert ist, steht die erste Spitze mit dem Zahnrad in Eingriff, um die Drehung des Zahnrads in einer ersten Richtung zu verhindern, und die zweite Spitze steht nicht mit dem Zahnrad in Eingriff; und wenn das Nockenstellglied in einem dritten Modus positioniert ist, steht die zweite Spitze mit dem Zahnrad in Eingriff, um die Drehung des Zahnrads in eine zweite Richtung zu verhindern, während die erste nicht mit dem Zahnrad in Eingriff steht. Wenn das Nockenstellglied in einem vierten Modus positioniert ist, stehen die erste Spitze und die zweite Spitze mit dem Zahnrad in Eingriff, um die Drehung des Zahnrads in der ersten Richtung und der zweiten Richtung zu verhindern. In einer Ausführungsform kann das Nockenstellglied eine äußere Nockenfläche mit einem ersten Fortsatz, einem zweiten Fortsatz und einer primären Arretierung umfassen, wobei, wenn das Nockenstellglied in einem ersten Modus positioniert ist, die primäre Arretierung mit der ersten Sperrklinke in Eingriff steht und der zweite Fortsatz mit der zweiten Sperrklinke in Eingriff steht, um die erste Spitze und die zweite Spitze zu veranlassen, in das Zahnrad einzugreifen, um die Drehung des Zahnrads in eine erste Richtung und eine zweite Richtung zu verhindern, wenn das Nockenstellglied in einem zweiten Modus positioniert ist, der erste Fortsatz mit der ersten Sperrklinke in Eingriff steht, um die erste Spitze zu veranlassen, in das Zahnrad einzugreifen, um die Drehung des Zahnrads in der ersten Richtung zu verhindern, und der zweite Fortsatz mit der zweiten Sperrklinke in Eingriff steht, so dass die zweite Spitze nicht in das Zahnrad eingreift, wenn das Nockenstellglied in einem dritten Modus positioniert ist, der erste Fortsatz mit der ersten Sperrklinke in Eingriff steht und der zweite Fortsatz mit der zweiten Sperrklinke in Eingriff steht, so dass die erste Spitze und die zweite Spitze nicht in das Zahnrad eingreifen, und wenn das Nockenstellglied in einem vierten Modus positioniert ist, der erste Fortsatz mit der ersten Sperrklinke in Eingriff steht, so dass die erste Spitze nicht in das Zahnrad eingreift, und die primäre Arretierung mit der zweiten Sperrklinke in Eingriff steht, um die zweite Spitze zu veranlassen, in das Zahnrad einzugreifen, um die Drehung des Zahnrads in der zweiten Richtung zu verhindern. Weitere Aspekte sind durch die Ansprüche dieses Patents definiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Kupplung, wie sie in Bezug auf ein Zahnrad positioniert ist, das durch die Kupplung gesteuert werden soll;
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2 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Kupplung, wie sie in Bezug auf ein Zahnrad positioniert ist, das durch die Kupplung gesteuert werden soll;
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3 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Kupplung, wobei ein Abschnitt ihres Gehäuses entfernt ist, wobei die Kupplung in Bezug auf ein Zahnrad positioniert ist, welches durch die Kupplung gesteuert werden soll;
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4 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 3, wobei ein Nockenstellglied der Kupplung in einem ersten Modus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist;
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5 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 3, wobei ein Nockenstellglied der Kupplung in einem zweiten Modus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist;
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6 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 3, wobei ein Nockenstellglied der Kupplung in einem dritten Modus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist;
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7 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 3, wobei ein Nockenstellglied der Kupplung in einem vierten Modus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist;
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8 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Kupplung, wobei ein Abschnitt ihres Gehäuses entfernt ist;
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9 ist eine Draufsicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Kupplung, wobei ein Abschnitt ihres Gehäuses entfernt ist, wobei die Kupplung in einem ersten oder nicht gesperrten Modus in Bezug auf ein Zahnrad positioniert ist, das durch die Kupplung gesteuert wird;
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10 ist eine perspektivische Darstellung eines Kupplungsgehäuses der Ausführungsform der Kupplung von 9;
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11 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 9, wobei ein gemeinsames Element teilweise im Querschnitt dargestellt ist;
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12 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 9, wobei die Kupplung in einem Zwischenmodus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist;
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13 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 9, wobei die Kupplung in einem zweiten oder in beiden Richtungen gesperrten Modus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist;
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14 ist eine Draufsicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Kupplung, wobei ein Abschnitt ihres Gehäuses entfernt ist, wobei die Kupplung in einem ersten oder nicht gesperrten Modus in Bezug auf ein Zahnrad positioniert ist, das durch die Kupplung gesteuert wird;
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15 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 14, wobei die Kupplung in einem Zwischenmodus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist; und
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16 ist die Draufsicht der Ausführungsform der Kupplung von 14, wobei die Kupplung in einem zweiten oder in beiden Richtungen gesperrten Modus in Bezug auf das Zahnrad, das durch die Kupplung gesteuert wird, positioniert ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl der folgende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen darlegt, sollte klar sein, dass der rechtliche Schutzumfang durch den Wortlaut der Ansprüche definiert wird, die am Ende dieses Patents dargelegt sind. Die detaillierte Beschreibung ist als rein beispielhaft auszulegen und beschreibt keineswegs alle möglichen Ausführungsform, da eine solche Beschreibung aller möglichen Ausführungsformen unpraktisch, falls nicht gar unmöglich wäre. Es könnten auch zahlreiche alternative Ausführungsformen implementiert werden, entweder unter Verwendung bestehender Technologien, oder von Technologien, die nach dem Einreichungsdatum dieses Patents entwickelt werden, und würden dennoch in den Umfang der Ansprüche fallen, die den Schutzumfang definieren.
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Es sollte ebenfalls klar sein, dass, außer ein Begriff wird in diesem Patent ausdrücklich mit einem Satz definiert, der angibt, dass der Begriff hiermit eine angegebene Bedeutung haben soll, keine Absicht besteht, die Bedeutung eines Begriffs ausdrücklich oder implizit über ihre übliche oder gewöhnliche Bedeutung hinaus zu beschränken, und solche Begriffe sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie durch irgendeinen Teil dieses Patents eine eingeschränkte Bedeutung erhalten sollen (außer durch den Wortlaut der Ansprüche). Insofern als ein Begriff, der in den Ansprüchen am Ende dieses Patents definiert wird, in diesem Patent auf eine Weise verwendet wird, die mit einer einzelnen Bedeutung konsistent ist, geschieht dies rein aus Gründen der Klarheit und um den Leser nicht zu verwirren; es soll jedoch nicht bedeuten, dass der Anspruch implizit oder auf andere Weise auf diese Einzelbedeutung beschränkt werden soll.
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Eine erste Ausführungsform einer Kupplung, wie sie im Folgenden beschrieben wird, kann die Drehbewegung einer drehenden Komponente, etwa eines Zahnrads mit einer Vielzahl von geraden Zähnen, schrägen Zähnen, Arretierungen oder ähnlichen Komponenten, steuern. Die Kupplung kann eine erste Sperrklinke und eine zweite Sperrklinke umfassen, die um separate Achsen schwenken, um selektiv in das Zahnrad ein- und auszurücken und die Drehbewegung des Zahnrads zu erlauben oder zu verhindern. Die erste und zweite Sperrklinke können durch ein Nockenstellglied gesteuert werden, das die erste Sperrklinke, die zweite Sperrklinke oder beide Sperrklinken in Kontakt mit dem Zahnrad bewegt, sowie die erste Sperrklinke, die zweite Sperrklinke oder beide aus dem Zahnrad ausrückt. Die Ausführungsformen der Kupplung, die gezeigt und beschrieben werden, können in einer langen Reihe von Anwendungen verwendet werden, die von der Steuerung von Zahnrädern profitieren. Die Kupplung kann verwendet werden, um die Bewegung von Zahnrädern in Fahrzeuggetrieben zu steuern, doch sind auch andere Anwendungen möglich, die das selektive Erlauben einer Drehbewegung umfassen.
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Nun bezugnehmend auf 1 bis 3 wird dort eine Ausführungsform einer Kupplung 10 gezeigt, wie sie in ein Zahnrad 12 eingreift. In dieser Ausführungsform umfasst die Kupplung 10 eine primäre oder erste Sperrklinke 14, eine sekundäre oder zweite Sperrklinke 16, eine Feder 18, ein Nockenstellglied 20 und ein Antriebskettenrad 22, die alle durch ein Kupplungsgehäuse 24 getragen werden. Die Kupplung 10 kann benachbart zu dem Zahnrad 12 positioniert werden, so dass Abschnitte der ersten Sperrklinke 14 und der zweiten Sperrklinke 16 selektiv in Zähne 26 des Zahnrads eingreifen, die an einer äußeren Oberfläche 28 des Zahnrads 12 positioniert sind. Während die Zähne 26 des Zahnrads in dieser Ausführungsform an der äußeren Oberfläche 28 gezeigt sind, sind auch andere Konfigurationen möglich. Zum Beispiel kann die Kupplung 10 mit unterschiedlichen Zahnradkonstruktionen verwendet werden, wie sie dem Fachmann bekannt sind, etwa geradverzahnten Zahnrädern oder Keilwellen. Die Drehung des Zahnrads 12 kann vier Zustände umfassen: ungehinderte Drehung, vollständig verhinderte Drehung, Drehung nur im Uhrzeigersinn, und Drehung nur gegen den Uhrzeigersinn. Das Nockenstellglied 20 kann die Kupplung 10 steuern, um dem Zahnrad 12 zu erlauben, sich in Übereinstimmung mit einem dieser vier Zustände zu drehen, indem es in Bezug auf das Zahnrad 12 selektiv in die erste Sperrklinke 14, die zweite Sperrklinke 16, oder beide ein- oder daraus ausrückt.
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Die erste Sperrklinke 14 kann eine primäre oder erste Spitze 30 und eine primäre oder erste Ferse 32 umfassen, während die zweite Sperrklinke 16 eine sekundäre oder zweite Spitze 34 und eine sekundäre oder zweite Ferse 36 umfassen kann. Ein primärer oder erster Sperrklinken-Schwenkpunkt 38 kann sich zwischen oder an der ersten Spitze 30 und der ersten Ferse 32 befinden, während sich ein sekundärer oder zweiten Sperrklinken-Schwenkpunkt 40 zwischen der zweiten Spitze 34 und der zweiten Ferse 36 befinden kann. Die Feder 18 kann durch Kupplungsgehäuse 24 getragen werden und sowohl die erste Ferse 32 als auch die zweite Ferse 36 in den Kontakt mit dem Nockenstellglied 20 vorspannen. Die Kraft der Feder 18 kann auch die erste Sperrklinke 14 und die zweite Sperrklinke 16 um ihre jeweiligen Schwenkpunkte 38, 40 schwenken, so dass die erste Spitze 30 und die zweite Spitze 34 in die Zähne 26 des Zahnrads eingreifen.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsform der Kupplung 10 umfasst ein Antriebskettenrad 22 mit einer Vielzahl von Zähnen 42. Ein vertiefter Abschnitt des Nockenstellglieds 20 kann die Zähne 42 aufnehmen und eine Drehkraft von dem Antriebskettenrad 22 auf das Nockenstellglied 20 übertragen. Wird das Antriebskettenrad 22 in eine Richtung gedreht, dreht es das Nockenstellglied 20 in die entgegengesetzte Richtung, und steuert dabei die erste Sperrklinke 14 und die zweite Sperrklinke 16. Das Antriebskettenrad 22 kann durch eine große Vielfalt elektrischer und mechanischer Vorrichtungen angetrieben werden, die zur Schaffung einer Drehbewegung verwendet werden. Zum Beispiel kann das Antriebskettenrad 22 unter Verwendung eines Elektromotors, eines Elektromagnets, eines Hydraulikantriebs oder einer ähnlichen Vorrichtung gedreht werden. In alternativen Ausführungsformen kann ein lineares Stellglied anstelle des Antriebskettenrads 22 verwendet werden, um das Nockenstellglied 20 über eine geeignete mechanische Verbindung wie eine Zahnstangenanordnung anzutreiben. Während 3 zeigt, dass das Nockenstellglied 20 durch das Antriebskettenrad 22 gesteuert wird, ist es auch möglich, die Kupplung 10 ohne das Antriebskettenrad 22 zu implementieren, so dass die elektrischen/mechanischen Vorrichtungen das Nockenstellglied 20 direkt drehen. Das Nockenstellglied 20 kann eine äußere Nockenfläche 44 umfassen, die so geformt ist, dass die erste Sperrklinke 14 und die zweite Sperrklinke 16 sequenziell in Ansprechen auf die Drehung des Nockenstellglieds 20 in einer Richtung betätigt werden können. Die äußere Nockenfläche 44 kann auch einen primären oder ersten Fortsatz 46, eine primäre Arretierung 48, und einen sekundären oder zweiten Fortsatz 50 umfassen. Der Betrieb des Nockenstellglieds 20 und der verschiedenen Abschnitte der äußeren Nockenfläche 44 werden in Bezug auf die 4–7 detaillierter beschrieben.
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Das Zahnrad 12 kann daran gehindert werden, sich um eine Achse A sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, wenn die erste Spitze 30 und die zweite Spitze 34 durch die Feder 18 jeweils um den ersten Sperrklinken-Schwenkpunkt 38 und den zweiten Sperrklinken-Schwenkpunkt 40 in den Kontakt mit den Zähnen 26 des Zahnrads vorgespannt werden. In dieser Stellung des Nockenstellglieds 20 erlauben der erste Fortsatz 46 und der zweite Fortsatz 50 der äußeren Nockenfläche 44 der ersten Sperrklinke 14 und der zweiten Sperrklinke 16 jeweils, sich zu der äußeren Oberfläche 28 des Zahnrads 12 hin zu drehen. Dies kann als ein erster Modus, ein in zwei Richtungen gesperrter Modus oder ein Normalmodus bezeichnet werden, und ist in 4 dargestellt. Obwohl hierin aus Klarheitsgründen ”im Uhrzeigersinn” und ”gegen den Uhrzeigersinn” für die Veranschaulichung der Ausführungsformen und der Drehrichtungen der Elemente verwendet werden, könnte die Drehung der Elemente auch als in ”einer ersten Drehrichtung” und ”einer zweiten Drehrichtung”, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, erfolgend betrachtet werden.
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In einem zweiten Modus oder einem in einer Richtung gesperrten Modus kann die Kupplung 10 dem Zahnrad 12 erlauben, sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen, wie in den Zeichnungsfiguren dargestellt, jedoch eine Drehbewegung in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn verhindern. Die Konfiguration der Komponenten der Kupplung 10 für den zweiten Modus ist in 5 dargestellt. Um die Kupplung 10 für den zweiten Modus zu konfigurieren, kann das Nockenstellglied 20 in einer Richtung im Uhrzeigersinn gedreht werden, so dass der zweite Fortsatz 50 die zweite Ferse 36 zu den Zähnen 26 des Zahnrads hin verschiebt. Die zweite Sperrklinke 16 kann in der Richtung im Uhrzeigersinn schwenken und die zweite Spitze 34 aus den Zähnen 26 des Zahnrads ausrücken, so dass das Zahnrad 12 sich frei in der Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann. Während sich das Zahnrad 12 in der Richtung im Uhrzeigersinn dreht, drehen die Zähne 26 des Zahnrads die erste Sperrklinke 14 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn und bewegen die erste Spitze 30 in einer Richtung nach außen zu der Kupplung 10 hin gegen die Feder 18, die auf die erste Ferse 32 wirkt und die erste Spitze 30 in der Richtung im Uhrzeigersinn zurück zu den Zähnen 26 des Zahnrads hin vorspannt. Das Ausmaß der Winkeldrehung, das durch den zweiten Fortsatz 50 verwendet wird, um die zweite Spitze 34 freizugeben, kann gleich oder geringer als der Bogen der primären Arretierung 48 sein. Die primäre Arretierung 48 kann so geformt sein, dass, wenn das Nockenstellglied 20 sich dreht und die zweite Sperrklinke 16 mit dem zweiten Fortsatz 50 bewegt, die primäre Arretierung 48 der ersten Spitze 30 erlaubt, trotz der Drehung des Nockenstellglieds in Eingriff mit den Zähnen 26 des Zahnrads zu bleiben.
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In 6 ist ein dritter Modus oder ein in zwei Richtungen nicht gesperrter Modus dargestellt, in dem das Nockenstellglied 20 sich weiter in der Richtung im Uhrzeigersinn über die Stellung in dem zweiten Modus hinaus bewegt, um sowohl die erste Spitze 30 als auch die zweite Spitze 34 aus den Zähnen 26 des Zahnrads auszurücken. Im dritten Modus kann der zweite Fortsatz 50 ein Profil umfassen, dass die zweite Spitze 34 in einer ausgerückten Beziehung 26 zu den Zähnen 26 des Zahnrads hält, während die erste Ferse 32 in Eingriff mit dem ersten Fortsatz 46 steht und zu den Zähnen 26 des Zahnrads hin geschwenkt wird. Wird die erste Ferse 32 zu den Zähnen 26 des Zahnrads hin gegen die Kraft der Feder 18 bewegt, kann die erste Spitze 30 aus den Zähnen 26 des Zahnrads ausrücken. Wenn die erste Spitze 30 und die zweite Spitze 34 aus den Zähnen 26 des Zahnrads ausgerückt sind, kann sich das Zahnrad 12 frei in beiden Richtungen entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen.
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Das Nockenstellglied 20 kann sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn weiter aus dem dritten Modus in einen vierten Modus oder einen zusätzlichen in einer Richtung gesperrten Modus (7) drehen, der die Drehung des Zahnrads 12 nur in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn erlaubt. Wenn sich das Nockenstellglied 20 aus seiner Stellung in dem dritten Modus in den vierten Modus dreht, kann sich der zweite Fortsatz 50 der äußeren Nockenfläche 44 über die zweite Ferse 36 hinaus drehen und die zweite Ferse 36 mit der primären Arretierung 48 ausrichten. Während die zweite Ferse 36 zwischen dem zweiten Fortsatz 50 und der primären Arretierung 48 übergeht, dreht die Kraft der Feder 18 die zweite Sperrklinke 16 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn, so dass die zweite Ferse 36 sich zu der primären Arretierung 48 der äußeren Nockenfläche 44 hin bewegt und dadurch die zweite Spitze 34 in Kontakt mit der äußeren Oberfläche 28 und den Zähnen 26 des Zahnrads schwenkt. Während die zweite Spitze 34 in die Zähne 26 des Zahnrads eingreift, kann der erste Fortsatz 46 die erste Spitze 30 in einer ausgerückten Stellung in Bezug auf die Zähne 26 des Zahnrads halten. Die relativen Stellungen der ersten Spitze 30 und der zweiten Spitze 34 können eine Drehbewegung des Zahnrads 12 in der Richtung im Uhrzeigersinn verhindern, während sie die Drehbewegung in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn erlauben.
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Neben den in den 1–7 gezeigten sind auch andere Implementierungen der Kupplung möglich. Zum Beispiel bildet 8 eine Ausführungsform der Kupplung 10 ab, die die erste Sperrklinke 14, die zweite Sperrklinke 16 und das Nockenstellglied 20 umfasst. Hier kann das Nockenstellglied 20 mit der ersten Spitze 30 über eine primäre oder erste mechanische Verbindung 52 und mit einer sekundären oder zweiten Spitze 34 über eine sekundäre oder zweite mechanische Verbindung 54 verbunden sein. Eine primäre oder erste Feder 56 und eine sekundäre oder zweite Feder 58 können jeweils in die erste mechanische Verbindung 52 und die zweite mechanische Verbindung 54 einbezogen sein. 8 bildet ein einzelnes Nockenstellglied 20 ab, das sowohl die erste mechanische Verbindung 52 als auch die zweite mechanische Verbindung 54 steuert. Wie gezeigt sind sowohl die erste Spitze 30 als auch die zweite Spitze 34 aus den Zähnen des Zahnrads 26 ausgerückt, um die freie Drehung des Zahnrads 12 in beide Richtungen auf ähnliche Weise wie im dritten Modus wie in 6 gezeigt zu erlauben. In dieser Implementierung kann das Nockenstellglied 20 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, um die erste Spitze 30 weiter aus den Zähnen des Zahnrads 26 weg zu ziehen, während gleichzeitig das Nockenstellglied 20 eine Kraft auf die zweite Spitze 34 über die zweite mechanische Verbindung 54 ausüben kann, um die zweite Spitze 34 der zweiten Sperrklinke 16 in den Eingriff mit den Zähnen 26 des Zahnrads zu drehen. Ähnlich wie im vierten Modus von 7 wird dem Zahnrad 12 erlaubt, sich in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, während die Drehung in der Richtung im Uhrzeigersinn verhindert wird. Das Zahnrad 12 kann die durch die zweite Feder 58 ausgeübte Kraft überwinden, während es sich in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht, und die Zähne 26 des Zahnrads bewegen die zweite Spitze 34 zu dem Nockenstellglied 20 hin, doch die zweite Spitze 34 rückt in die Zähne 26 des Zahnrads ein, um die Drehung in der Richtung im Uhrzeigersinn zu verhindern. Umgekehrt kann das Nockenstellglied 20 in einer Richtung im Uhrzeigersinn gedreht werden, um die zweite Spitze 34 aus den Zähnen 26 des Zahnrads weg zu ziehen. Gleichzeitig kann das Nockenstellglied 20 auch eine Kraft auf die erste Spitze 30 über die erste mechanische Verbindung 52 ausüben, um in die Zähne 26 des Zahnrads einzugreifen. Dies kann dem Zahnrad 12 erlauben, sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen, während die Drehung in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn auf ähnliche Weise wie im in 5 gezeigten zweiten Modus verhindert wird. Das Zahnrad 12 kann sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn drehen, und die Zähne 26 des Zahnrads können die erste Spitze 30 zu dem Nockenstellglied 20 hin bewegen und die durch die erste Feder 56 ausgeübte Kraft überwinden.
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Die Implementierung der Kupplung 10, die in 8 gezeigt ist, kann die Drehung jeweils in nur eine Richtung verhindern, oder die freie Drehung in beiden Richtungen erlauben. Es sollte jedoch klar sein, dass andere Implementierungen der hierin beschriebenen Kupplungen 10 möglich sind. Zum Beispiel könnte das Nockenstellglied 20, das in 1–7 gezeigt ist, durch eine Kupplung 10 ersetzt werden, die ein erstes Nockenstellglied und ein zweites Nockenstellglied verwendet. Das heißt, statt einen einzelnen Nocken zu verwenden, der sequenziell in die oben beschriebenen vier Modi eintritt, könnte die Kupplung 10 zwei Nockenstellglieder verwenden, um sich direkt aus einem der Modi in den anderen zu bewegen, ohne in einen Zwischenmodus einzutreten. Die zwei Nockenstellglieder können gleichzeitig in die erste Sperrklinke 14 und die zweite Sperrklinke 16 einrücken, gleichzeitig aus der ersten Sperrklinke 14 und der zweiten Sperrklinke 16 ausrücken, oder separat in die oder aus der ersten Sperrklinke 14 und der zweiten Sperrklinke 16 ein- oder ausrücken. Das heißt, die Nocken können gleichzeitig betätigt oder gleichzeitig deaktiviert werden. In einer weiteren Implementierung könnte die Kupplung 10 dazu ausgestaltet sein, entweder die erste Sperrklinke 14 oder die zweite Sperrklinke 16 wegfallen zu lassen. Das Weglassen einer der Sperrklinken 14, 16 kann eine Einweg- oder Zweimodus-Kupplung 10 ergeben, die die freie Bewegung des Zahnrads 12 erlaubt oder die Drehbewegung in einer Richtung beschränkt. In einem weiteren Beispiel könnte die in 8 gezeigte Kupplung 10 ein erstes Nockenstellglied und ein zweites Nockenstellglied verwenden. In einer solchen Anordnung könnten die vier Betriebsmodi, die oben erläutert wurden, in einem durch die Spitzen betätigten System verwirklicht werden.
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Eine weitere alternative Ausführungsform einer Kupplung 100 ist in 9–14 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 9 ist die Kupplung 100 wie gezeigt mit einem Zahnrad 102 implementiert, um die Drehung des Zahnrads 102 zu steuern, indem es selektiv in die oder aus den Zähnen 104 des Zahnrads ein- oder ausrückt, die an einer äußeren Oberfläche 106 des Zahnrads 102 angeordnet sind. Während die Zähne 104 des Zahnrads in dieser Ausführungsform an der äußeren Oberfläche 106 gezeigt sind, sind auch andere Konfigurationen möglich, etwa die Verwendung der Kupplung 100 mit anderen Zahnradkonstruktionen oder Keilwellen, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert. In dieser Ausführungsform umfasst die Kupplung 100 eine primäre oder erste Sperrklinke 108 und eine sekundäre oder zweite Sperrklinke 110, die an einer Kupplungshalterung oder einem Kupplungsgehäuse 112 getragen werden, sowie ein Stellglied 114, das die Positionierung der Sperrklinken 108, 110 zum Sperren und Lösen der Kupplung 100 steuern soll. Das Kupplungsgehäuse 112 ist im Querschnitt dargestellt, um die Veranschaulichung und Beschreibung der Komponenten der Kupplung 100, die sich darin befinden, zu erleichtern. Auf ähnliche Weise wie vorstehend für die Sperrklinken 14, 16 beschrieben, kann die erste Sperrklinke 108 ein erstes Zahneingriffsende oder eine erste Spitze 116 und ein erstes Freigabeende oder eine erste Ferse 118 umfassen, während die zweite Sperrklinke 110 ein zweites Zahneingriffsende oder eine zweite Spitze 120 und ein zweites Freigabeende oder eine zweite Ferse 122 umfassen kann. Ein erster Sperrklinken-Schwenkpunkt 124 mit ersten Schwenkenden kann zwischen der erste Spitze 116 und der ersten Ferse 118 angeordnet sein, und ein zweiter Sperrklinken-Schwenkpunkt 126 mit zweiten Schwenkenden kann zwischen der zweiten Spitze 120 und der zweiten Ferse 122 angeordnet sein, und diese können in entsprechenden Öffnungen des Kupplungsgehäuses 112 montiert sein, wie im Folgenden erörtert wird, um die Sperrklinken 108, 110 zwischen gesperrten und nicht gesperrten Stellungen schwenken zu lassen.
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Das Kupplungsgehäuse 112 ist in 10 detaillierter dargestellt. Das Kupplungsgehäuse 112 umfasst einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt und eine Vielzahl von Öffnungen, durch welche Elemente der Kupplung 100 passieren können. Das Kupplungsgehäuse 112 umfasst primäre oder erste Sperrklinkenöffnungen 128 zur Aufnahme der entsprechenden Enden des ersten Sperrklinken-Schwenkpunkts 124 der ersten Sperrklinke 108, sowie sekundäre oder zweite Sperrklinkenöffnungen 130 zur. Aufnahme der entsprechenden Enden des zweiten Sperrklinken-Schwenkpunkts 126 der zweiten Sperrklinke 110. Die ersten Sperrklinkenöffnungen 128 und die zweiten Sperrklinkenöffnungen 130 können an entgegengesetzten Seiten 132, 134 des Kupplungsgehäuses 112 axial voneinander beabstandet sein. Die axiale Beabstandung der Öffnungen 128, 130 kann der ersten Sperrklinke 108 und der zweiten Sperrklinke 110 erlauben, jeweils um verschiedene Achsen 136, 138 zu schwenken, die sich zwischen den Seiten 132, 134 erstrecken und jeweils durch diese verlaufen. Das Kupplungsgehäuse 112 kann zusätzliche Öffnungen umfassen, darunter vertikale Schlitze 140 durch die Seiten 132, 134 und eine Ankeröffnung 142 durch eine obere Wand 144 des Kupplungsgehäuses 112, für weitere Komponenten der Kupplung 100, wie im Folgenden noch erläutert wird. Das Kupplungsgehäuse 112 kann aus einer Reihe von Materialien gebildet sein, wie dem Fachmann bekannt sein wird. In einer Implementierung kann das Kupplungsgehäuse 112 aus einer Metalllegierung unter Verwendung von Extrusionstechniken gebildet werden. Es sollte jedoch klar sein, dass die Form und Konstruktion des Kupplungsgehäuses 112 von dem hier Gezeigten abweichen kann.
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Zurück zu 9 kann das Stellglied 114 wie gezeigt ein elektromagnetisches, hydraulisches oder ein anderer Typ von linearem Stellglied sein, das in der Lage ist, wie hierin beschrieben eine lineare Bewegung zu erzeugen. In alternativen Ausführungsformen kann das Stellglied ein Drehstellglied sein, etwa ein Schrittmotor, der mit den Elementen der Kupplung 100 durch ein Gestänge oder einen anderen geeigneten, im Stand der Technik bekannten Mechanismus wirkverbunden ist, um die durch das Drehstellglied erzeugte Drehung in die hierin beschriebene lineare Bewegung umzuwandeln. Das veranschaulichte Stellglied 114 kann einen Kolben oder Anker 146 umfassen, der sich davon durch die Ankeröffnung 142 des Kupplungsgehäuses 112 und in das Äußere des Kupplungsgehäuses 112 in eine erste Ankerstellung oder eine ausgefahrene Ankerstellung erstreckt. Der Anker 146 kann einen Schwenkarm 148 umfassen, der sich an beiden Seiten der Armatur 146 nach außen erstreckt und durch die vertikalen Schlitze 140 durch die Seiten 132, 134 des Kupplungsgehäuses 112 erstreckt, um dem Anker 146 zu erlauben, sich linear innerhalb der durch die vertikalen Schlitze 140 vorgegebenen Grenzen nach oben und unten zu bewegen. Der Schwenkarm 148 kann durch den Anker 146 verlaufen und sich nach außen erstrecken. In alternativen Ausführungsformen kann der Schwenkarm 148 einteilig mit dem Anker 146 ausgebildet sein.
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Die Kupplung 100 umfasst ferner ein gemeinsames Element 150, das schwenkbar an dem Schwenkarm 148 der Armatur 146 montiert und über der ersten Sperrklinke 108 und der zweiten Sperrklinke 110 angeordnet ist, wobei ein primäres oder erstes distales Ende 152 einer unteren Oberfläche des gemeinsamen Elements 150 mit der ersten Ferse 118 in Eingriff steht, und ein sekundäres oder zweites distales Ende 154 mit der zweiten Ferse 122 in Eingriff steht. Der Schwenkarm 148 ist in entsprechenden Schwenköffnungen 156 für das gemeinsame Element an beiden Seiten des gemeinsamen Elements 150 aufgenommen, so dass das gemeinsame Element 150 um eine Achse schwenken kann, die jeweils ungefähr parallel zu den Achsen 136, 138 der Sperrklinken 108, 110 ist. Die Verbindung zwischen dem Anker 146 und dem gemeinsamen Element 150 ist in 11 detaillierter dargestellt, wobei das gemeinsame Element 150 teilweise im Querschnitt dargestellt ist. Eine vertikale Öffnung 158 durch das gemeinsame Element 150, durch welche der Anker 146 verläuft, bietet während des Betriebs der Kupplung 100 ausreichend Raum für das gemeinsame Element 150, um um die Schwenkarme 148 zu schwenken, ohne in Eingriff mit dem Anker 146 zu gelangen, wie im Folgenden noch detaillierter erläutert wird. Wo der Schwenkarm 148 eine separate Komponente ist, kann das gemeinsame Element 150 relativ zu dem Anker 146 positioniert werden und dann der Schwenkarm 148 durch die Schwenköffnungen 156 und das entsprechende Loch durch den Anker 146 eingeführt werden. Wenn der Anker 146 und der Schwenkarm 148 einteilig ausgebildet sind, kann das gemeinsame Element 150 in zwei Hälften gebildet sein, die an dem Schwenkarm 148 an jeder Seite der Armatur 146 installiert und dann aneinander gesichert werden können. In noch anderen alternativen Ausführungsformen können der Anker 146 und das gemeinsame Element 150 gleichzeitig durch 3D-Druck, Spritzgießen oder eine andere geeignete integrierte Herstellungstechnik ausgebildet werden.
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11 zeigt auch verschiedene Vorspannungsmechanismen, die verwendet werden können, um die Bewegung der Armatur 146, des gemeinsamen Elements 150 und der Sperrklinken 108, 110 während des Betriebs der Kupplung 100 zu steuern. Eine Druckfeder oder Ankerrückstellfeder 160 kann vorgesehen werden, um den Anker 146 und das gemeinsame Element 150 zu der normalen oder in zwei Richtungen nicht gesperrten Stellung vorzuspannen, die 9 und 11 gezeigt werden, wenn das Stellglied 114 nicht betätigt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ankerrückstellfeder 160 eine Spiralfeder, die um den Anker 146 herum angeordnet und zwischen einer inneren Oberfläche 162 der oberen Wand 144 des Kupplungsgehäuses 112 und einer oberen Oberfläche 164 des gemeinsamen Elements 150 positioniert ist, um das gemeinsame Element 150 von dem Stellglied 114 weg vorzuspannen. Mit dieser Konfiguration kann die Ankerrückstellfeder 160 dem gemeinsamen Element 150 erlauben, um die Schwenkarme 148 zu schwenken, während die Vorspannungskraft ausgeübt wird. Die Spiralfederanordnung der Ankerrückstellfeder 160 ist rein beispielhaft, und auch andere Konfigurationen von Vorspannungsmechanismen zur Vorspannung des Ankers 146 und des gemeinsamen Elements 150 zu der veranschaulichten Stellung hin, während dem gemeinsamen Element 150 erlaubt wird, zu schwenken, werden dem Fachmann bekannt sein.
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Eine Torsionsfeder oder Drehmomentfeder 166 kann vorgesehen werden, um das gemeinsame Element 150 so vorzuspannen, dass es sich in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn um die Schwenkarme 148 dreht, wie 9 und 11 gezeigt. Wie gezeigt umfasst die Drehmomentfeder 166 einen Spiralabschnitt 168, der um die Schwenkarme 148 der Armatur 146 gewickelt ist, einen ersten Federarm 170, der mit dem Anker 146 in Eingriff steht, und einen zweiten Federarm 172, der mit dem gemeinsamen Element 150 in Eingriff steht. Die Spannung in dem Spiralabschnitt 168 der Drehmomentfeder 166 neigt dazu, die Federarme 170, 172 zueinander hin zu ziehen oder zu drehen. Während der erste Federarm 170 an dem Anker 146 fixiert ist, dreht sich der zweite Federarm 172 gegen den Uhrzeigersinn zu dem Anker 146 hin, wie in 9 und 11 gezeigt, und veranlasst eine entsprechende Drehung des gemeinsamen Elements 150. Die veranschaulichte Anordnung der Drehmomentfeder 166 ist rein beispielhaft, und weitere Konfigurationen von Vorspannungsmechanismen, um das gemeinsame Element 150 zu veranlassen, sich relativ zu dem Anker 146 zu drehen, werden von den Erfordern in Betracht gezogen.
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Zusätzlich zu der Ankerrückstellfeder 160 und der Drehmomentfeder 166 kann die Kupplung 100 einen zusätzlichen Vorspannungsmechanismus in Form einer Sperrklinkenfeder 174 umfassen, die mit den Fersen 118, 122 der Sperrklinken 108, 110 gegenüber den distalen Enden 152, 154 des gemeinsamen Elements 150 in Eingriff steht. Die Sperrklinkenfeder 174 kann eine Kantilever- oder Blattfeder sein, die mit dem Anker 146 an einem distalen Ende 176 verbunden ist, das dem Stellglied 114 gegenüber und unterhalb des oder von dem gemeinsamen Element 150 nach außen liegt. Die Sperrklinkenfeder 174 kann einen ersten Federabschnitt 178 aufweisen, der sich nach außen zu der ersten Ferse 118 der ersten Sperrklinke 108 hin erstreckt und damit in Eingriff steht, um eine Vorspannungskraft bereitzustellen, die dazu neigt, wie dargestellt die erste Sperrklinke 108 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Auf ähnliche Weise erstreckt sich ein zweiter Federabschnitt 180 zu der zweiten Ferse 122 der zweiten Sperrklinke 110 hin und steht damit in Eingriff, um eine Vorspannungskraft bereitzustellen, die dazu neigt, die zweite Sperrklinke 110 wie gezeigt in der Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen. Durch diese Konfiguration neigt die Sperrklinkenfeder 174 dazu, die Spitzen 116, 120 der Sperrklinken 108, 110 zu der äußeren Oberfläche 106 des Zahnrads 102 hin und in ihre Sperrstellungen zu drehen. Die veranschaulichte Anordnung der Sperrklinkenfeder 174 ist rein beispielhaft, und weitere Konfigurationen von Vorspannungsmechanismen, um die Sperrklinken 108, 110 zu veranlassen, sich in ihre gesperrten Stellungen zu drehen, werden von den Erfindern in Betracht gezogen. Zum Beispiel könnte die Sperrklinkenfeder 174 an der inneren Oberfläche 162 des Kupplungsgehäuses 112 anstatt an dem Anker 146 montiert sein, während sie dennoch die nötige Vorspannungskraft erzeugt, um die Sperrklinken 108, 110 in die gewünschte Richtung zu drehen. Darüber hinaus könnten separate Federn für jede der Sperrklinken 108, 110 bereitgestellt werden und eine geeignete Konfiguration aufweisen, um die Sperrklinken 108, 110 unabhängig vorzuspannen, um den erforderlichen Bewegungsumfang der Sperrklinken 108, 110 während des Betriebs der Kupplung 100 bereitzustellen, wie dies im Folgenden erläutert wird.
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Zurück zu 9 ist die Kupplung 100 dort in einer ersten oder normalen Stellung oder einen ersten Betriebsmodus veranschaulicht, wobei die Sperrklinken 108, 110 so gedreht werden, dass die Spitzen 116, 120 außer Eingriff von den Zähnen 104 des Zahnrads 102 sind, und das Zahnrad 102 sich frei in beide Richtungen drehen kann. Dies kann als eine in zwei Richtungen nicht gesperrte Stellung oder der entsprechende Modus der Kupplung 100 angesehen werden. Der Anker 146 und das gemeinsame Element 150 können sich in diese Stellung aufgrund der Vorspannungskraft der Ankerrückstellfeder 160 bewegt haben, wenn das Stellglied 114 nicht betätigt wird, etwa, wenn der Druck von einem hydraulischen Stellglied genommen wird, oder die Elektrizität zu einem Elektromagnetstellglied unterbrochen wird.
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Wenn gewünscht wird, die Kupplung 100 einzurücken, um das Zahnrad 102 gegen Drehung in einer oder in beiden Richtungen zu sperren, kann das Stellglied 114 betätigt werden, um den Anker 146 zu veranlassen, sich wie in den Zeichnungen gezeigt nach oben gegen die Vorspannungskraft der Ankerrückstellfeder 160 zu bewegen. 12 veranschaulicht den Anker 146 und das gemeinsame Element 150 in einer Ankerzwischenstellung oder einem entsprechenden Modus, der das Zahnrad 102 sperrt, um die Drehung in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu verhindern, während die freie Drehung des Zahnrads 102 in der Richtung im Uhrzeigersinn erlaubt wird. Wenn der Anker 146, das gemeinsame Element 150 und die Sperrklinkenfeder 174 durch das Stellglied 114 nach oben gezogen werden, ist das kombinierte Drehmoment der Drehmomentfeder 166, die das gemeinsame Element 150 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn vorspannt, und des zweiten Federabschnitts 180, der die zweite Sperrklinke 110 in der Richtung im Uhrzeigersinn vorspannt und das zweite distale Ende 154 des gemeinsamen Elements 150 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn drängt, größer als das Drehmoment des ersten Federabschnitts 178, der die erste Sperrklinke 108 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn vorspannt, was wiederum eine erste Kraft auf das erste distale Ende 152 des gemeinsamen Elements 150 in der Richtung im Uhrzeigersinn ausübt. Falls erforderlich kann die Kupplung 100 einen entsprechenden Anschlag (nicht dargestellt) für eine oder beide der Sperrklinken 108 umfassen, um deren Drehung in die nicht gesperrten Positionen, die in 9 gezeigt sind, zu beschränken. Das Vorhandensein eines Anschlags für die erste Sperrklinke 108 kann erlauben, die Drehmomentfeder 166 so zu dimensionieren, dass ein ausreichendes Drehmoment erzeugt wird, um das Drehmoment, das durch den ersten Federabschnitt 178 der Sperrklinkenfeder 174 erzeugt wird, um einen gewünschten Umfang der Auslenkung des ersten Federabschnitts 178 zu überschreiten, ohne die erste Sperrklinke 108 zu veranlassen, sich zu weit in der Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen, so dass die erste Ferse 118 in die Zähne 104 des Zahnrads 102 eingreifen kann.
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Wenn sich das gemeinsame Element 150 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn in die in 12 gezeigte Stellung dreht, während es von dem Anker 146 nach oben gezogen, dreht sich das zweite distale Ende 154 entsprechend von der zweiten Ferse 122 der zweiten Sperrklinke 110 weg, was dem zweiten Federabschnitt 180 erlaubt, die zweite Sperrklinke 110 in der Richtung im Uhrzeigersinn zu der gesperrten Stellung hin zu drehen. Schließlich dreht sich in der in 12 gezeigten Zwischenstellung die zweite Sperrklinke 110 in die gesperrte Stellung, in der die zweite Spitze 120 in die Zähne 104 des Zahnrads 102 eingreift, um die Drehung des Zahnrads 102 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu verhindern. Gleichzeitig veranlasst das Drehmoment, das durch das erste distale Ende 152 des gemeinsamen Elements 150 auf die erste Ferse 118 der ersten Sperrklinke 108 ausgeübt wird, die erste Sperrklinke 108, in der nicht gesperrten Stellung zu bleiben, so dass das Zahnrad 102 sich noch immer frei in der Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Stellglieds 114 und einer Steuereinheit (nicht dargestellt) für die Kupplung 100 kann die Zwischenstellung oder der Zwischenmodus von 12 eine diskrete Stellung des Ankers 146 und des gemeinsamen Elements 150 sein, die durch das Stellglied 114 gehalten werden kann, um den in einer Richtung gesperrten Modus über eine längere Dauer aufrecht zu erhalten. In anderen Implementierungen der Kupplung 100 kann die Zwischenstellung oder der Zwischenmodus eine Übergangsstellung sein, die der Anker 146 und das gemeinsame Element 150 durchlaufen müssen, bevor sie eine zweite oder in zwei Richtungen gesperrte Stellung oder einen solchen Modus erreichen, wie im Folgenden erläutert.
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Wenn sich der Anker 146, das gemeinsame Element 150 und die Sperrklinkenfeder 174 weiter aufgrund der Kraft von dem Stellglied 114, die gegen die Ankerrückstellfeder 160 wirkt, nach oben bewegen, wird die Auslenkung und die Belastung in dem ersten Federabschnitt 178 der Sperrklinkenfeder 174 ausreichend, um das Drehmoment zu überwinden, das durch die Drehmomentfeder 166 und, wenn die zweite Ferse 122 noch immer mit dem zweiten distalen Ende 154 des gemeinsamen Elements 150 in Eingriff steht, den zweiten Federabschnitt 180 der Sperrklinkenfeder 174 erzeugt wird. An diesem Punkt veranlasst der erste Federabschnitt 178 die erste Sperrklinke 108, zu beginnen, sich in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu ihrer gesperrten Stellung hin zu drehen. Gleichzeitig veranlasst der Eingriff des ersten distalen Endes 152 des gemeinsamen Elements 150 mit der ersten Ferse 118 das gemeinsame Element 150, sich zurück in der Richtung im Uhrzeigersinn gegen die Kräfte der Drehmomentfeder 166 und des zweiten Federabschnitts 180 der Sperrklinkenfeder 174 zu drehen. Schließlich dreht sich, in einer zweiten Ankerstellung oder einer in zwei Richtungen gesperrten Stellung oder einem solchen Modus der Kupplung 100, wie in 13 gezeigt, die erste Sperrklinke 108 in eine Stellung, in der die erste Spitze 116 in die Zähne 104 des Zahnrads 102 eingreift, um die Drehung des Zahnrads 102 in der Richtung im Uhrzeigersinn zu verhindern. Die zweite Sperrklinke 110 bleibt in ihrer gesperrten Stellung, so dass sich das Zahnrad 102 in keine Richtung drehen kann.
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Wenn die Kupplung 100 gelöst werden soll, wird das Stellglied 114 deaktiviert, so dass der Anker 146 und das gemeinsame Element 150 unter der Verdrängungswirkung der komprimierten Ankerrückstellfeder 160 aus der zweiten Stellung von 13 in die erste Stellung von 9 nach unten bewegt werden können. Wenn der Anker 146 beginnt, sich nach unten zu bewegen, dreht sich das gemeinsame Element 150 unter der Verdrängungswirkung der Drehmomentfeder 166 gegen den Uhrzeigersinn. Die Drehung des gemeinsamen Elements 150 veranlasst die erste Sperrklinke 108, sich in der Richtung im Uhrzeigersinn und außer Eingriff von den Zähnen 104 des Zahnrads 102 zu drehen, um zuerst das Zahnrad 102 in der Richtung im Uhrzeigersinn freizugeben. Die zweite Sperrklinke 110 bleibt zunächst in ihrer gesperrten Stellung, wie in 12 gezeigt. Nachdem die erste Sperrklinke 108 ihre vollständig freigegebene Stellung erreicht hat, veranlasst die weitere Abwärtsbewegung des Ankers 146 und der Eingriff des ersten distalen Endes 152 des gemeinsamen Elements 150 mit der ersten Ferse 118 das gemeinsame Element 150, sich gegen die Kraft der Drehmomentfeder 166 in der Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Drehung im Uhrzeigersinn veranlasst den Eingriff zwischen der zweiten Ferse 122 und dem zweiten distalen Ende 154 des gemeinsamen Elements 150, und entsprechend die Drehung gegen den Uhrzeigersinn der zweiten Sperrklinke 110 aus der gesperrten Stellung von 12 und 13 und in die in 9 veranschaulichte freigegebene Stellung.
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14–16 veranschaulichen eine weitere alternative Ausführungsform einer Kupplung 200, die im Allgemeinen der Kupplung 100 ähnlich ist, jedoch eine modifizierte Anordnung aus Anker und gemeinsamem Element aufweist. Dieselben Komponenten der Kupplungen 100, 200 werden aus Gründen der Klarheit und Kürze mit denselben Bezugszeichen identifiziert. Unter Bezugnahme auf 14 umfasst die Kupplung 200 ein modifiziertes Kupplungsgehäuse 202, das aus einem Paar von Gehäuseplatten 204 (die nähere Platte ist hier abgenommen, um die internen Komponenten der Kupplung 200 sichtbar zu machen) besteht, die durch eine Distanzplatte 206 getrennt sind. Die Gehäuseplatten 204 und die Distanzplatte 206 können mit einer Öffnung 208 versehen sein, die dazu ausgestaltet ist, ein Stellglied 210 aufzunehmen und zu halten, das betätigt wird, um die Kupplung 200 zwischen nicht gesperrten und gesperrten Stellungen oder Modi zu bewegen, wie im Folgenden noch erläutert wird. Die Gehäuseplatten 204 können ferner Sperrklinkenöffnungen (nicht dargestellt) umfassen, die die Sperrklinken-Schwenkpunkte 124, 126 aufnehmen und den Sperrklinken 108, 110 erlauben, um die Sperrklinken-Schwenkpunkte 124, 126 zu schwenken, sowie vertikale Schlitze 212 ähnlich jenen, die vorstehend veranschaulicht und beschrieben wurden. Auch in dieser Ausführungsform ist die Sperrklinkenfeder 174 zwischen den Gehäuseplatten 204 montiert, wobei die Federabschnitte 178, 180 mit den Fersen 118, 122 der Sperrklinken 108, 110 in Eingriff stehen, um die Sperrklinken 108, 110 zu ihren gesperrten Stellungen hin vorzuspannen.
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Das Stellglied 210 umfasst einen Anker 214, der sich zwischen den Gehäuseplatten 204 davon weg nach unten erstreckt. In dieser Ausführungsform kann das Stellglied eine interne Ankerrückstellfeder (nicht dargestellt) umfassen, die den Anker zu der in 14 gezeigten nach unten ausgefahrenen Stellung hin vorspannt, wenn das Stellglied 210 nicht betätigt wird. Der Anker 214 umfasst einen oder mehrere sich nach außen erstreckende obere Schwenkarme 216 und untere Schwenkarme 218, die entlang des Ankers 214 axial voneinander beabstandet sind. Die Schwenkarme 216, 218 können sich durch die entsprechenden vertikalen Schlitze 212 der Gehäuseplatten 204 erstrecken, um die Schwenkarme 216, 218 zu führen, während der Anker 214 durch die Ankerrückstellfeder ausgefahren wird, und eingezogen wird, wenn das Stellglied 210 betätigt wird.
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Ein modifiziertes gemeinsames Element 220 ist an dem Anker 214 zwischen den oberen Schwenkarmen 216 und den unteren Schwenkarmen 218 montiert und über der ersten Sperrklinke 108 und der zweiten Sperrklinke 110 angeordnet, wobei ein erstes distales Ende 222 einer unteren Oberfläche des gemeinsamen Elements 220 mit der ersten Ferse 118 in Eingriff steht und ein zweites distales Ende 224 mit der zweiten Ferse 122 in Eingriff steht. Die Schwenkarme 216, 218 nehmen das gemeinsame Element 220 auf, so dass das gemeinsame Element 220 um eine Achse schwenken kann, die jeweils ungefähr parallel zu den Achsen 136, 138 der Sperrklinken 108, 110 ist. Eine Drehmomentfeder 226 kann vorgesehen werden, um das gemeinsame Element 226 so vorzuspannen, dass es sich in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn zwischen den Schwenkarmen 216, 218 dreht, wie in 14 bis 16 gezeigt. Wie gezeigt umfasst die Drehmomentfeder 226 einen Spiralabschnitt 228 zwischen den Schwenkarmen 216 der Armatur 218, einen ersten Federarm 230, der mit dem Anker 214 in Eingriff steht, und einen zweiten Federarm 232, der mit einer oberen Oberfläche 234 des gemeinsamen Elements 220 in Eingriff steht. Die Spannung in dem Spiralabschnitt 228 der Drehmomentfeder 226 neigt dazu, die Federarme 230, 232 voneinander weg zu drücken. Wenn der erste Federarm 230 an dem Anker 214 fixiert ist, dreht sich der zweite Federarm 232 gegen den Uhrzeigersinn von dem Anker 214 weg, wie in 14–16 gezeigt, und verursacht eine entsprechende Drehung des gemeinsamen Elements 220. Die veranschaulichte Anordnung der Drehmomentfeder 226 ist rein beispielhaft, und weitere Konfigurationen von Vorspannungsmechanismen, um das gemeinsame Element 220 zu veranlassen, sich relativ zu dem Anker 214 zu drehen, werden von den Erfindern in Betracht gezogen.
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Die Kupplung 200 arbeitet im Allgemeinen auf ähnliche Weise wie die Kupplung 100, die vorstehend veranschaulicht und beschrieben wurde. Unter Bezugnahme auf 14 ist dort die in zwei Richtungen nicht gesperrte Stellung oder der entsprechende Modus der Kupplung 200 gezeigt, wobei die Sperrklinken 108, 110 so gedreht sind, dass die Spitzen 116, 120 außer Eingriff mit den Zähnen 104 des Zahnrads 102 sind. Der Anker 214 und das gemeinsame Element 220 können sich aufgrund der Vorspannungskraft der Ankerrückstellfeder in diese Stellung bewegt haben, wenn das Stellglied 210 nicht betätigt wird. Wird das Stellglied 210 betätigt, bewegt sich der Anker 214 nach oben gegen die Vorspannungskraft der internen Ankerrückstellfeder. 15 veranschaulicht den Anker 214 und das gemeinsame Element 220 in der Zwischenstellung oder dem entsprechenden Modus, der die Drehung des Zahnrads 102 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn verhindert, während er die freie Drehung in dem Zahnrad 102 in der Richtung im Uhrzeigersinn erlaubt. Das gemeinsame Element 220 dreht sich in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn und spannt die erste Sperrklinke 108 in der Richtung im Uhrzeigersinn vor, um die erste Sperrklinke 108 in der nicht gesperrten Stellung zu halten. Gleichzeitig dreht sich das zweite distale Ende 224 von der zweiten Ferse 122 der zweiten Sperrklinke 110 weg, um dem zweiten Federabschnitt 180 zu erlauben, die zweite Sperrklinke 110 in der Richtung im Uhrzeigersinn zu der gesperrten Stellung hin und schließlich zu der gesperrten Stellung hin zu drehen, in der die zweite Spitze 120 in die Zähne 104 eingreift, um die Drehung des Zahnrads 102 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu verhindern. Wie oben erläutert kann die Zwischenstellung oder der entsprechende Modus von 15 eine diskrete Stellung des Ankers 214 und des gemeinsamen Elements 220 sein, die durch das Stellglied 210 gehalten werden kann, oder eine Übergangsstellung, die der Anker 214 und das gemeinsame Element 220 durchlaufen müssen, bevor sie die zweite oder in zwei Richtungen gesperrte Stellung oder den entsprechenden Modus erreichen.
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Wenn sich der Anker 214 und das gemeinsame Element 220 weiter nach oben bewegen, überwindet der erste Federabschnitt 178 der Sperrklinkenfeder 174 das Drehmoment, das durch die Drehmomentfeder 226 erzeugt wird. An diesem Punkt beginnt die erste Sperrklinke 108, sich zu ihrer gesperrten Stellung hin zu drehen, und die erste Ferse 118 veranlasst das gemeinsame Element 220, sich in der Richtung im Uhrzeigersinn zurück zu drehen. In der zweiten oder in zwei Richtungen gesperrten Stellung oder dem entsprechenden Modus der Kupplung 200, der in 16 gezeigt ist, greift die erste Spitze 116 in die Zähne 104 ein, um die Drehung des Zahnrads 102 in der Richtung im Uhrzeigersinn zu verhindern, während die zweite Sperrklinke 110 in ihrer gesperrten Stellung bleibt, so dass das Zahnrad 102 sich in keine Richtung drehen kann.
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Das Stellglied 210 wird deaktiviert, so dass der Anker 146 und das gemeinsame Element 150 aus der zweiten Stellung von 16 in die erste Stellung von 14 nach unten bewegt werden können, um die Kupplung 200 zu lösen. Wenn der Anker 214 beginnt, sich nach unten zu bewegen, dreht sich das gemeinsame Element 220 unter der Verdrängungswirkung der Drehmomentfeder 226 gegen den Uhrzeigersinn, um die erste Sperrklinke 108 zu veranlassen, sich in der Richtung im Uhrzeigersinn und außer Eingriff von den Zähnen 104 zu bewegen, um zunächst das Zahnrad 102 zur Drehung in der Richtung im Uhrzeigersinn freizugeben, während die zweite Sperrklinke 110 in ihrer gesperrten Stellung bleibt, wie in 15 gezeigt. Nachdem die erste Sperrklinke 108 ihre vollständig freigegebene Stellung erreicht hat, veranlasst die weitere Abwärtsbewegung des Ankers 214 das gemeinsame Element 220, sich gegen die Kraft der Drehmomentfeder 226 in der Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Drehung des gemeinsamen Elements 220 im Uhrzeigersinn veranlasst die Drehung der zweiten Sperrklinke 15 gegen den Uhrzeigersinn aus der gesperrten Stellung von 14 und 15 und in die in 13 veranschaulichte freigegebene Stellung.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die oben beschriebenen Kupplungen können selektiv den Eingriff einer ersten Sperrklinke und einer zweiten Sperrklinke steuern, die jeweils die Drehung eines drehenden Teils, der Geradzähne, Schrägzähne oder Arretierungen aufweisen kann, in einer Richtung verhindern. Die Kupplungen können selektiv die erste und zweite Sperrklinke einrücken, indem sie die durch ein Stellglied erzeugte Bewegung über einen intervenierenden Mechanismus, etwa ein Nockenstellglied oder ein gemeinsames Element, wie es oben beschrieben wurde, in eine Drehung der ersten und zweiten Sperrklinken umwandeln. In den gesperrten Stellungen greifen Spitzen der ersten und zweiten Sperrklinken in Zähne oder andere Elemente eines drehenden Teils ein, um die Drehung des Teils zu verhindern. Falls gewünscht können die Kupplungen selektiv in in einer Richtung oder in zwei Richtungen nicht gesperrte Stellungen versetzt werden, um die Kupplung zum Teil oder vollständig auszurücken, um die Drehung des drehenden Teils zu erlauben. In einigen Ausführungsformen können die Kupplungen eine Drehmomentfeder umfassen, die ein gemeinsames Element vorspannt, so dass es sich in einer Richtung dreht, um sequenziell eine Sperrklinke und dann die andere Sperrklinke auszurücken, um einen Übergang zwischen einer in zwei Richtungen gesperrten Stellung oder einem entsprechenden Modus und einer in einer Richtung gesperrten Stellung oder einem entsprechenden Modus weiter in eine in zwei Richtungen nicht gesperrte Stellung oder einen entsprechenden Modus zu vollziehen. Mit diesen Konfigurationen können die Kupplungen gemäß der vorliegenden Offenbarung einen reibungslosen Übergang von nicht gesperrt, oder ausgerückt, auf gesperrt, oder eingerückt, und umgekehrt bereitstellen, was das Betriebsempfinden des Benutzers der Vorrichtung, in der die Kupplungen implementiert sind, verbessert, und den Verschleiß der Komponenten der Vorrichtung verringert.
