DE112019001588T5

DE112019001588T5 - Rotationsbremseinrichtung

Info

Publication number: DE112019001588T5
Application number: DE112019001588.5T
Authority: DE
Inventors: Takahide Saito; Koji Sato
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2021-04-01
Also published as: WO2019188576A1; JP2019168065A; US20210095724A1; JP7262174B2; US11346403B2

Abstract

Es wird eine Rotationsbremseinrichtung bereitgestellt, die zur Nutzung in einer Anwendung geeignet ist, in der eine äußere Komponente (2) stationär ist oder ihr Drehwinkel klein ist. Ein Kupplungsmechanismus (3) ist zwischen einer inneren Komponente (1) und der äußeren Komponente (2) angeordnet und beinhaltet einen elektromagnetischen Aktuator (24), der eine relative Drehung des Käfigs (22) derart steuert, dass aufgrund der relativen Drehung Eingriffselemente (21) zwischen einer Eingriffsstellung und einer neutralen Stellung verschoben werden. Ein Anker (33) ist relativ zu dem Käfig (22) bezüglich Drehung fixiert und kann von einem Elektromagneten (34) direkt magnetisch angezogen werden, der bezüglich Drehung relativ zu einem Gehäuse (4) fixiert ist, das den Kupplungsmechanismus (3) beherbergt. Die äußere Komponente (2) wird in einer radialen Richtung durch das Gehäuse (4) direkt gehalten und ist mit dem Gehäuse (4) derart in Eingriff, dass eine relative Drehung zueinander begrenzt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotationsbremsende Einrichtung bzw. eine Rotationsbremseinrichtung, die für einen ersten Bremsvorgang zum Anhalten der Drehung und für einen zweiten Bremsvorgang zur Ausübung einer Widerstandskraft, die eine Drehung verhindert, verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Bekannte Rotationsgetriebeeinrichtungen zur Übertragung von Drehmoment zwischen zwei Komponenten, die sich relativ zueinander drehen, beinhalten eine innere Komponente, eine äußere Komponente mit einem inneren Randbereich, der außerhalb der inneren Komponente liegt, einem Kupplungsmechanismus zum Übertragen und Sperren von Drehmoment zwischen der inneren Komponente und der äußeren Komponente, und ein Gehäuse, das den Kupplungsmechanismus aufnimmt. Der Kupplungsmechanismus beinhaltet Eingriffselemente, die zwischen dem inneren Randbereich der äußeren Komponente und der inneren Komponente angeordnet sind, einen Käfig, der die Eingriffselemente hält, und einen elektromagnetischen Aktuator, der die Drehung des Käfigs relativ zu der inneren Komponente steuert. Die Eingriffselemente sind aufgrund der Drehung des Käfigs relativ zu der inneren Komponente zwischen einer Eingriffsposition bzw. Eingriffsstellung, an der die Eingriffselemente mit der äußeren Komponente und der inneren Komponente in Eingriff sind, und einer neutralen Position bzw. Stellung, an der die Eingriffselemente entkoppelt sind, bewegbar.
Beispielsweise beinhaltet die Rotationsgetriebeeinrichtung, wie sie in der nachfolgend angegebenen Patentschrift 1 offenbart ist, eine Schalterfeder, einen Elektromagneten, einen Rotor und einen Anker. Die Schalterfeder wird bei Drehung des Käfigs relativ zu der inneren Komponente derart elastisch verformt, dass eine Drehung des Käfigs in Richtung zu seiner ursprünglichen Position mittels der rückstellenden Elastizität der Schalterfeder möglich ist, wodurch sich die Eingriffselemente in die neutrale Stellung bewegen. Der Anker wird so gehalten, dass er in der axialen Richtung beweglich ist und dass verhindert wird, dass er sich relativ zu dem Käfig dreht. Der Rotor ist relativ zu der äußeren Komponente bezüglich Drehung fixiert. Wenn der Anker durch Einschalten der elektromagnetischen Spule des Elektromagneten zu dem Rotor hin angezogen wird, wird der Käfig über den Anker und den Rotor mit der äußeren Komponente verbunden, und eine relative Drehung zwischen dem Käfig und der inneren Komponente bewirkt, dass die Eingriffselemente in eine zylindrische Oberfläche der äußeren Komponente und Kontaktflächen der inneren Komponente eingreifen, sodass ein Drehmoment zwischen der inneren Komponente und der äußeren Komponente wirkt. Wenn die elektromagnetische Spule deaktiviert wird, wird der Käfig in seine ursprüngliche Stellung durch die Federkraft der Schalterfeder gedreht, und die Eingriffselemente werden durch den Käfig in Umfangsrichtung zusammengedrückt und zu der neutralen Stellung bewegt.
DRUCKSCHRIFT DES STANDS DER TECHNIK
PATENTSCHRIFT
Patentschrift 1: JP Patentoffenlegung 2007-247713A
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Bei der Rotationsgetriebeeinrichtung gemäß der Patentschrift 1 beinhaltet der elektromagnetische Aktuator des Kupplungsmechanismus einen Rotor, der über eine Rotorführung mit der äußeren Komponente verbunden und ausgebildet ist, den Anker, der sich kontinuierlich unbegrenzt zusammen mit einer inneren Komponente dreht, mit dem Rotor mittels der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten, der in nicht drehbarer Weise von dem Gehäuse gehalten wird, in Kontakt zu bringen. Dieser Aufbau ist unter der Voraussetzung zu verwenden, dass, wenn der Kupplungsmechanismus ein Drehmoment überträgt, eine nicht beschränkte Drehung zwischen der inneren Komponente und der äußeren Komponente möglich ist. Daher wird die äußere Komponente über ein Wälzlager durch das Gehäuse gehalten, und es wird durch einen Haltering, der an dem Innenrand des Gehäuses befestigt ist, und einen Haltering, der an dem Außenrand der äußeren Komponente befestigt ist, verhindert, dass das Wälzlager sich axial ablöst.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben die Nutzung der Rotationsgetriebeeinrichtung, wie sie in der Patentschrift 1 vorliegt, als eine Rotationsbremseinrichtung für einen ersten Bremsvorgang zum Beenden einer Drehung, die auf die innere Komponente wirkt, während die äußere Komponente stationär ist, oder für einen zweiten Bremsvorgang zur Ausübung einer Widerstandskraft gegen eine Drehung, die auf die innere Komponente und die äußere Komponente einwirkt, wenn der Drehwinkel der äußeren Komponente klein ist (beispielsweise eine Umdrehung oder weniger), untersucht, und sie haben herausgefunden, dass die Anzahl der Bauteile groß ist und dass es Raum für Verbesserungen im Hinblick auf die Kosten gibt.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationsbremseinrichtung bzw. eine rotationsbremsende Einrichtung zu schaffen, die für den ersten Bremsvorgang zum Anhalten einer Drehung, die an der inneren Komponente oder der äußeren Komponente vorliegt, und für den zweiten Bremsvorgang geeignet ist, bei welchen der Drehwinkel der äußeren Komponente klein ist.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Um die vorhergehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Rotationsbremseinrichtung bereit mit: einer inneren Komponente; einer äußeren Komponente mit einem inneren Randbereich, der außerhalb der inneren Komponente angeordnet ist; einem Kupplungsmechanismus, der wahlweise ein Drehmoment zwischen der inneren Komponente und der äußeren Komponente überträgt und blockiert; und einem Gehäuse, das den Kupplungsmechanismus aufnimmt, wobei der Kupplungsmechanismus aufweist: Eingriffselemente, die zwischen dem inneren Randbereich der äußeren Komponente und der inneren Komponente angeordnet sind, einen Käfig, der die Eingriffselemente hält, und einen elektromagnetischen Aktuator, der den Kupplungsmechanismus steuert, wobei die Eingriffselemente durch relative Drehung des Käfigs zwischen einer Eingriffsposition bzw. Eingriffsstellung, an der die Eingriffselemente mit dem inneren Randbereich der äußeren Komponente und der inneren Komponente im Eingriff sind, und einer neutralen Position bzw. Stellung bewegbar sind, an der die Eingriffselemente von dem inneren Randbereich der äußeren Komponente und der äußeren Komponente entkoppelt sind, wobei der elektromagnetische Aktuator einen Anker aufweist, der bezüglich Drehung relativ zu dem Käfig fixiert ist, und einen Elektromagneten aufweist, der dem Anker zugewandt ist, wobei der Elektromagnet bezüglich Drehung relativ zu dem Gehäuse fixiert ist, wobei der Anker eine bewegliche Komponente ist, die ausgebildet ist, direkt magnetisch zu dem Elektromagneten bei Aktivierung des Elektromagneten angezogen zu werden, wobei die äußere Komponente in einer radialen Richtung direkt von dem Gehäuse gehalten wird, und wobei die äußere Komponente und das Gehäuse zwei Eingriffsbereiche als Paar enthalten, die miteinander in Eingriff bringbar sind derart, dass eine relative Drehung der äußeren Komponente und des Gehäuse begrenzt wird.
Wenn bei dieser Anordnung der Elektromagnet aktiviert wird, werden eine Reihe von Drehmomentübertragungswegen zwischen der inneren Komponente und der äußeren Komponente durch den Kupplungsmechanismus und zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse durch die beiden Eingriffsbereiche gebildet. Durch Verbinden einer Ausgangsseite der Einrichtung, d. h., ihres Bereichs hinter dem Kupplungsmechanismus 3 in Bezug auf den Energiedurchfluss zu beispielsweise einer externen stationären Komponente, einer beweglichen Komponente, einer verformbaren Komponente, und dergleichen derart, dass die Ausgangsseite in der Lage ist, dem Drehmoment der Eingangsseite relativ einen Widerstand entgegenzubringen, ist es daher möglich, den ersten Bremsvorgang zum Beenden der Drehung der inneren Komponente oder der äußeren Komponente auf der Eingangsseite auszuführen, oder den zweiten Bremsvorgang zum Ausüben einer Widerstandskraft gegen eine Drehung der inneren Komponente oder der äußeren Komponente auf der Eingangsseite auszuführen. Während des zuvor genannten ersten Bremsvorgangs oder des zuvor genannten zweiten Bremsvorgangs tritt während einer Nutzungsbedingung, bei der der Drehwinkel der äußeren Komponente klein ist, eine relative Drehung, die begrenzt andauert, nicht zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse auf, sodass das radiale Halten der äußeren Komponenten an dem Gehäuse mittels eines Wälzlagers zu einer zu aufwendigen Haltestruktur führen würde. Durch direktes und radiales Halten der äußeren Komponente an dem Gehäuse ist es daher möglich, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren. Ferner kann in dem elektromagnetischen Aktuator durch direktes magnetisches Anziehen des Ankers zu dem Elektromagneten im Vergleich zu einem Fall, in welchem der Anker über den Rotor magnetisch angezogen wird, ein Verlust an magnetischer Kraft in dem Rotor vermieden werden und die magnetische Anziehung auf den Anker wird erhöht. Folglich zeigt die Rotationsbremseinrichtung ein verbessertes Ansprechen, was beim ersten und beim zweiten Bremsvorgang wichtig ist, und es ist ferner möglich, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren.
Insbesondere werden die beiden Eingriffsbereiche vorzugsweise durch einen Eingriffsvorsprung, der auf der äußeren Komponente oder dem Gehäuse ausgebildet ist, und eine Eingriffsaussparung gebildet, die auf der entsprechenden anderen Komponente der äußeren Komponente und des Gehäuses ausgebildet ist. Bei diesem Aufbau kann eine relative Drehung zwischen dem Gehäuse und der äußeren Komponente einfach durch die Ausbildung eines Vorsprungs und einer Aussparung auf dem Gehäuse und der äußeren Komponente begrenzt werden.
Vorzugsweise sind die beiden Eingriffsbereiche außerhalb der Eingriffselemente (21) angeordnet. Da bei diesem Aufbau die Eingriffsposition zwischen den Eingriffselementen und der äußeren Komponente und die Eingriffsposition zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse in der radialen Richtung zueinander ausgerichtet sind, kann eine Verdrehung dieser im Eingriff stehenden Bereiche vermieden werden.
Vorzugsweise beinhaltet der Elektromagnet einen Feldkern, der von dem Gehäuse gehalten wird, wobei der Feldkern und das Gehäuse zwei Rotationsverhinderungsbereiche als Paar enthalten, die so miteinander verbunden sind, dass sie nicht relativ zueinander drehbar sind, wobei die beiden Rotationsverhinderungsbereiche durch einen Verbindungsvorsprung, der an dem Feldkern oder dem Gehäuse ausgebildet ist, und eine Verbindungsaussparung gebildet sind, die auf der entsprechenden anderen Komponente aus dem Feldkern und dem Gehäuse ausgebildet ist. Durch diesen Aufbau kann der Elektromagnet direkt und nicht drehend relativ zu dem Gehäuse einfach dadurch gehalten werden, dass ein Vorsprung und eine Aussparung auf dem Gehäuse und dem Feldkern ausgebildet sind.
Vorzugsweise beinhaltet die Rotationsbremseinrichtung ferner einen O-Ring, der eine Dichtung zwischen dem Gehäuse und der äußeren Komponente bewirkt. Wie zuvor erwähnt ist, führt eine Verwendung einer Öldichtung mit einer Dichtungslippe zu einem übermäßigen Gleitwiderstand, wenn eine relative Drehung, die nicht begrenzt wird, zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse nicht auftritt. Daher kann die Verwendung eines O-Rings zur Kostenreduzierung beitragen.
Vorzugsweise beinhaltet die Rotationsbremseinrichtung ferner einen Haltering, der an dem Gehäuse angebracht ist und axial an der äußeren Komponente anliegt. Im Vergleich zu einem Halteaufbau, der einen Innenring und einen Außenring eines Wälzlagers, das zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse angeordnet ist, mit einem Haltering auf Seite des Gehäuses und einem Haltering auf Seite der äußeren Komponente begrenzt, ist es bei diesem Aufbau möglich zu verhindern, dass die äußere Komponente aus dem Gehäuse herausgezogen wird.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Wie zuvor beschrieben ist, kann erfindungsgemäß die Anzahl der Bauteile verringert werden und das Ansprechverhalten kann verbessert werden, indem der zuvor beschriebene Aufbau eingesetzt wird. Daher kann eine Rotationsbremseinrichtung geschaffen werden, die für einen ersten Bremsvorgang zum Anhalten einer Drehung, die an einer inneren Komponente oder einer äußeren Komponente wirkt, und für einen zweiten Bremsvorgang geeignet ist, wenn der Drehwinkel der äußeren Komponente klein ist.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die einen Gesamtaufbau einer Rotationsbremseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II in 1.
3 ist eine Teilschnittansicht, die einen Anker in 1 zeigt, der durch einen Elektromagneten magnetisch angezogen wird.
4 ist eine Schnittansicht, die eine Rotationsbremseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESTE ART ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Mit Verweis auf 1 bis 3 wird nunmehr eine erste Ausführungsform als Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, beinhaltet die Rotationsbremseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine innere Komponente 1, eine äußere Komponente 2, die koaxial zu der inneren Komponente 1 angeordnet ist, einen Kupplungsmechanismus 3, der zwischen der inneren Komponente 1 und der äußeren Komponente 2 angeordnet ist, um wahlweise ein Drehmoment von der inneren Komponente 1 auf die äußere Komponente 2 zu übertragen oder die Übertragung zu sperren, und ein Gehäuse 4, das den Kupplungsmechanismus 3 aufnimmt.
Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „axial“ die Richtung entlang einer Achse (Drehmittelachse) der inneren Komponente 1 und der äußeren Komponente 2; der Begriff „radial“ bezeichnet eine Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung liegt; und der Begriff „in Umfangsrichtung“ bezeichnet die Umfangsrichtung um die Achse.
Die innere Komponente 1 oder die äußere Komponente 2 dient als eine Komponente zur Einspeisung eines Drehmoments in den Kupplungsmechanismus 3, und die entsprechende andere Komponente ist eine Komponente, auf die das Drehmoment aus dem Kupplungsmechanismus 3 übertragen wird.
Der Kupplungsmechanismus 3 ist elektromagnetisch zwischen einer in Eingriff stehenden Position bzw. Stellung bzw. Eingriffsstellung, in der das Drehmoment übertragen wird, und einer entkoppelten Stellung bzw. Position, in der die Übertragung des Drehmoments blockiert ist, umschaltbar.
Das Gehäuse 4 wird durch eine einzige rohrförmige Komponente mit Öffnungen an beiden Enden in der axialen Richtung gebildet. Das Gehäuse 4 ist aus einem nicht magnetischen Material hergestellt, um eine Abschwächung der magnetischen Kraft, die in dem Kupplungsmechanismus 3 elektromagnetisch erzeugt wird, zu reduzieren. Zu Beispielen derartiger nicht magnetischer Materialien gehören Aluminiumlegierungen.
Die innere Komponente 1 ist in Form einer hohlen Welle ausgebildet. Eine Welle S ist mit einem inneren Randbereich der inneren Komponente 1 verbunden. Die Welle S wird durch eine Öffnung 5 auf einer axialen Seite (in 1 die linke Seite) des Gehäuses 4 eingeführt. Eine Dichtung oder ein Lager 6 ist zwischen der Öffnung 5 des Gehäuses 4 und der Welle bzw. der Achse S angeordnet. Wenn eine Dichtung 6 verwendet wird, bewirkt diese eine Abdichtung zwischen der Welle S und dem Gehäuse 4. Wenn ein Lager 6 verwendet wird, so hält dieses die Welle S relativ zu dem Gehäuse 4 in drehbarer Weise. Das Lager kann ein abgedichtetes Wälzlager sein, sodass es auch als eine Dichtung dient.
Die äußere Komponente 2 beinhaltet einen inneren Randbereich 7, der außerhalb der inneren Komponente 1 liegt, einen Hüllenbereich 8, der sich von der anderen axialen Seite (in 1 die rechte Seite) des Gehäuses 4 aus erstreckt, und einen ringförmigen äußeren Randbereich 9, der außerhalb des inneren Randbereichs 7 liegt.
Der innere Randbereich 7 der äußeren Komponente 2 beinhaltet einen Bereich, auf dem ausgehend von dem Kupplungsmechanismus 3 ein Drehmoment übertragen wird. Um die Festigkeit des inneren Randbereichs 7 gegenüber dem Drehmoment zu gewährleisten und um die Übertragungsfähigkeit des Kupplungsmechanismus 3 sicherzustellen, ist ein Außendurchmesser der äußeren Komponente 2 außerhalb des inneren Randbereichs 7 maximal und ist größer als der Innendurchmesser der Öffnung 5 des Gehäuses 4.
Der Wellenbereich der äußeren Komponente 2 wird zur Verbindung mit anderen Komponenten verwendet. Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, in welchem der innere Randbereich 7 und der Wellenbereich 8 als eine einzige Komponente in Form der äußeren Komponente 2 ausgebildet sind, ist der Wellenbereich für die äußere Komponente nicht wesentlich, und es kann beispielsweise eine andere Welle mit der äußeren Komponente verbunden werden. Alternativ kann das Gehäuse an einer weiteren stationären Komponente befestigt sein und die äußere Komponente ist gegebenenfalls nur an dem Gehäuse befestigt, oder die äußere Komponente ist an einer weiteren stationären Komponente befestigt. Obwohl in dem gezeigten Beispiel die innere Komponente 1 mit der Welle S verbunden ist, kann die innere Komponente auch zusammen mit einem Wellenbereich ausgebildet sein, und der Wellenbereich kann mit einer weiteren Komponente verbunden sein. Die Verbindungsmittel dazu unterliegen keiner besonderen Beschränkung, und Beispiele diesbezüglich schließen eine Kerbverzahnung, eine Keilpassung und Passformverbindung mit ein.
Der runde äußere Randbereich 9 der äußeren Komponente 2 ist in Verbindung mit dem inneren Randbereich 7 ausgebildet. Der runde äußere Randbereich 9 liegt auf einem flanschförmigen Außenrand, der an der äußeren Komponente 2 ausgebildet ist. Der runde äußere Randbereich 9 beinhaltet eine radial äußere Oberfläche, die einen maximalen Außendurchmesser der äußeren Komponente 2 festlegt.
Das Gehäuse 4 besitzt einen runden inneren Randbereich 10 außerhalb des runden äußeren Randbereichs 9 der äußeren Komponente 2. Der runde äußere Randbereich 9 und der runde innere Randbereich 10 sind um den gesamten Umfang auf beiden axialen Seiten miteinander verbunden. Ein O-Ring 11 ist axial zwischen diesen verbundenen Bereichen angeordnet.
Die äußere Komponente 2 wird radial und direkt von dem Gehäuse 4 an den verbundenen Bereichen zwischen dem runden äußeren Randbereich 9 der äußeren Komponente 2 und dem runden inneren Randbereich 10 des Gehäuses 4 gehalten.
Der O-Ring 11 liefert eine Abdichtung zwischen der äußeren Komponente 2 und dem Gehäuse 4. Der O-Ring 11 ist ein ringförmiges Element mit einem O-förmigen (runden) Querschnitt. Der O-Ring 11 verhindert, dass Substanzen von außen eintreten und verhindert ferner ein Austreten von Schmierfluid aus dem Inneren des Gehäuses 4 nach außen. Das fluide Schmiermittel ist beispielsweise eine Schmiere, die im Voraus in dem Gehäuse 4 dicht untergebracht wird. Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, in welchem eine Dichtungsnut zum Halten des O-Rings 11 auf dem runden inneren Randbereich 10 des Gehäuses 4 ausgebildet ist, kann die Dichtungsnut auch auf einem runden äußeren Randbereich der äußeren Komponente 2 ausgebildet sein.
Die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 besitzen zwei Eingriffsbereiche 12 und 13 als Paar, die miteinander so in Eingriff bringbar sind, dass sie eine relative Drehung der äußeren Komponente 2 und des Gehäuses 4 zueinander begrenzen. Die beiden Eingriffsbereiche 12 und 13 sind aus einem Eingriffsvorsprung, der auf der äußeren Komponente 2 oder dem Gehäuse 4 ausgebildet ist, und einer Eingriffsaussparung aufgebaut, die auf der entsprechenden anderen Komponente ausgebildet ist.
Die Eingriffsbereiche 12, die Eingriffsvorsprünge sind, liegen auf dem äußeren Randbereich der äußeren Komponente 2 und sind als Einheit mit dem inneren Randbereich 7 ausgebildet. Die Eingriffsbereiche 12 sind Rippen mit jeweils zwei in Umfangsrichtung verlaufenden Stirnflächen, die sich in der axialen Richtung auf beiden Umfangsseiten der Rippe erstrecken. Die Eingriffsbereiche 13, die Eingriffsaussparungen sind, sind an dem inneren Randbereich des Gehäuses 4 ausgebildet. Die Eingriffsbereiche 13 sind Nuten, die sich in der axialen Richtung erstrecken und jeweils eine Schnittform haben, die an den entsprechenden Eingriffsbereich 12 angepasst ist.
Die hervorstehende Form der Eingriffsbereiche 12 und die Form der Nuten der Eingriffsbereiche 13 bilden damit parallele Passformen.
Die mehreren Eingriffsbereiche 12 der äußeren Komponente 2 sind auf einer axialen Seite des runden äußeren Randbereichs 10 angeordnet und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die Eingriffsbereiche 12 bilden Keilwellen auf dem äußeren Randbereich der äußeren Komponente 2. Die mehreren Eingriffsbereiche 13 des Gehäuses 4 sind an Positionen angeordnet, die den Eingriffsbereichen 12 entsprechen. Die Eingriffsbereiche 12 bilden Keilbohrungen auf dem inneren Randbereich des Gehäuses 4. Durch Keilpassung aufgrund der mehreren Paare aus Eingriffsbereichen 12 und 13 sind die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 derart miteinander verbunden, dass sie sich nicht relativ zueinander drehen können. Daher können sich die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 stets zusammen im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn in 2 drehen. Die äußere Komponente 2 wird ebenfalls radial und direkt durch das Gehäuse 4 an den Keilpassbereichen gehalten.
Obwohl eine Keilpassung als Struktur zum Verbinden der äußeren Komponente 2 mit dem Gehäuse 4 derart, dass die relative Drehung zueinander verhindert wird, als Beispiel angegeben ist, können Paare aus Eingriffsbereichen, die eine andere Passstruktur für Vorsprung und Aussparung bilden, etwa eine Kerbverzahnung oder eine Passung mit geeigneten Passformen stattdessen verwendet werden. Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, in welchem die beiden Eingriffsbereiche 12 und 13 zwischen dem äußeren Randbereich der äußeren Komponente 2 und dem inneren Randbereich des Gehäuses 4 vorgesehen sind, so können diese auch an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sein, vorausgesetzt, dass die Paare aus Eingriffsbereichen in der Umfangsrichtung miteinander in Eingriff bringbar sind. Beispielsweise können die Paare aus Eingriffsbereichen auf einer Stirnfläche des Gehäuses an dessen anderen axialen Seite und einem äußeren Flanschbereich der äußeren Komponente, der der Stirnfläche zugewandt ist, angeordnet werden, sodass sie miteinander in Eingriff sind.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Enden der Eingriffsbereiche 12 auf der einen axialen Seite radial zu dem Ende des inneren Randbereichs 7 auf der einen axialen Seite ausgerichtet. Die Bereiche der Eingriffsbereiche 12 auf der anderen axialen Seite sind als Flanschform zusammengeführt, die den runden äußeren Randbereich 10 bildet. Der Durchmesser eines imaginären Kreises, der die Eingriffsbereiche 12 umgibt, ist kleiner als der Außendurchmesser des runden äußeren Randbereichs 10. Die Eingriffsbereiche 13 können an der Flanschform der äußeren Komponente 2 an den anderen axialen Enden der Eingriffsbereiche 13 anliegen. Die Eingriffsbereiche 13 sind an den einen axialen Enden geschlossen, und die Eingriffsbereiche 12 können an den geschlossenen Enden der Eingriffsbereiche 13 anliegen. Eine Bewegung der äußeren Komponente 2 in der einen axialen Richtung relativ zu dem Gehäuse 4 wird durch das axiale Anliegen der äußeren Komponente 2 an dem Gehäuse 4 begrenzt.
Eine Bewegung der äußeren Komponente 2 in der anderen axialen Richtung relativ zu dem Gehäuse 4 wird durch einen Haltering 14 begrenzt. Der Haltering 14 ist an einer Halteringnut, die auf dem inneren Randbereich des Gehäuses 4 ausgebildet ist, befestigt und ist so ausgebildet, dass er axial an der äußeren Komponente 2 anliegt.
Die innere Komponente 1 beinhaltet einen Nockenringbereich 15, der in der radialen Richtung an einer axialen Zwischenposition der inneren Komponente 1 hervorsteht, einem ersten Endbereich 16, der auf der einen axialen Seite des Nockenringbereichs 15 liegt, und einen zweiten Endbereich 17, der auf der anderen axialen Seite des Nockenringbereichs 15 liegt. Ein Lager 18 ist zwischen dem äußeren Randbereich des zweiten Endbereichs 17 und dem inneren Randbereich 7 der äußeren Komponente 2 angeordnet. Das Lager 18 hält die innere Komponente 1 derart, dass sie relativ zu der äußeren Komponente 2 drehbar ist.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, beinhaltet der Kupplungsmechanismus 3 eine zylindrische Fläche 19, die auf dem inneren Randbereich 7 der äußeren Komponente 2 vorgesehen ist, Nockenflächen 20, die auf dem äußeren Randbereich des Nockenringbereichs 15 der inneren Komponente 1 vorgesehen sind, Eingriffselemente 21, die zwischen der zylindrischen Fläche 19 und den entsprechenden Nockenflächen 20 angeordnet sind, einen Käfig 22, der die Eingriffselemente 21 hält, eine Schalterfeder 23, die die Phase bzw. Lage des Käfigs 22 mit der Federkraft hält, und einen elektromagnetischen Aktuator 24, der ausgebildet ist, ein Eingreifen und Entkoppeln des Kupplungsmechanismus 3 zu steuern.
Die zylindrische Fläche 19 erstreckt sich zusammenhängend um den gesamten Umfang herum. Keilförmige Raumbereiche sind zwischen den jeweiligen Nockenflächen 20 und der zylindrischen Fläche 19 abgegrenzt. Jeder keilförmige Raumbereich wird ausgehend von dem Umfangsmittelpunkt der Nockenfläche 20 zu den beiden Umfangsenden hin graduell schmäler. Das heißt, der radiale Abstand zwischen der Nockenfläche 20 und der zylindrischen Fläche 19 nimmt in einer Umfangsrichtung (in der 1 die Richtung im Gegenuhrzeigersinn) ausgehend von der Position des Eingriffselements 21 in 2, die in der Umfangsrichtungsmitte der Nockenfläche 20 liegt, graduell ab, und nimmt auch von der vorhergehenden Position des Eingriffselements 21 in der entgegengesetzten Umfangsrichtung (in 1 die Richtung des Uhrzeigers) ab.
Obwohl in dem gezeigten Beispiel jede Nockenfläche 20 eine einzige ebene Fläche ist, kann die Nockenfläche durch mehrere ebene Flächenbereiche oder durch eine einzige gekrümmte Oberfläche aufgebaut sein. Obwohl in dem gezeigten Beispiel die zylindrische Fläche 19 auf der äu-ßeren Komponente 2 ausgebildet ist, ist es auch möglich, die zylindrische Fläche auf der inneren Komponente auszubilden und die Nockenflächen auf dem inneren Randbereich der äußeren Komponente zu bilden.
Die mehreren Nockenflächen 20 auf dem äußeren Rand der inneren Komponente sind in der Umfangsrichtung mit Abständen vorgesehen. Die Eingriffselemente 21 werden jeweils in einem der mehreren keilförmigen Raumbereiche aufgenommen.
Die Eingriffselemente 21 haben die Form einer Zylinderwalze, und sind aufgrund der Drehung des Käfigs 22 relativ zu den Nockenflächen 22 zwischen einer in Eingriff stehenden Stellung bzw. Eingriffsstellung, an der die Eingriffselemente 21 mit der zylindrischen Fläche 19 und den Nockenflächen 20 in Eingriff sind, und einer neutralen Stellung, in der die Eingriffselemente 21 von der zylindrischen Fläche 19 und den Nockenflächen 20 entkoppelt sind, bewegbar. Die Eingriffselemente 21 greifen in die zylindrische Fläche 19 und die Nockenflächen 20 ein, wenn sich der Käfig 22 relativ zu der inneren Komponente 1 dreht, wodurch ein Drehmoment zwischen der inneren Komponente 1 und der äußeren Komponente 2 übertragen wird.
Die zylindrische Fläche 19, die Nockenflächen 20 und die Eingriffselemente 21 sind radial zu den Paaren aus Eingriffsbereichen 12 und 13 ausgerichtet. Das heißt, die Paare aus Eingriffsbereichen 12 und 13 liegen außerhalb der Eingriffselemente 21.
Der Käfig 22 beinhaltet mehrere Säulen 25, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, wobei ein erster ringförmiger Bereich 26 an die einen axialen Seiten der Säulen 25 angrenzt, und ein zweiter ringförmiger Bereich 27 an die anderen axialen Seiten der Säulen 25 angrenzt. Jedes Eingriffselement 21 wird in dem Raumbereich zwischen einem entsprechenden in Umfangsrichtung benachbarten Paar aus Säulen 25 aufgenommen. Aufgrund des Kontakts mit den entsprechenden in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Säulen 25 werden die Umfangspositionen der Eingriffselemente 21 relativ zu den Nockenflächen 20 begrenzt, und auch die Eingriffselemente 21 drehen sich zwangsweise zusammen mit dem Käfig 22.
Der zweite ringförmige Bereich 27 des Käfigs 22 hat einen sich nach innen erstreckenden Flansch. Der zweite ringförmige Bereich 27 ist an dem inneren Randbereich des Flansches drehbar mit dem äußeren Randbereich des zweiten Endbereichs 17 der inneren Komponente 1 verbunden. Der Käfig 22 wird an dem Flansch des zweiten ringförmigen Bereichs 27 durch den Nockenringbereich 15 und einen Haltering 28 axial positioniert. Der Haltering 28 ist an einer Halteringnut, die in dem zweiten Endbereich 17 ausgebildet ist, befestigt.
Die Gesamtform des Käfigs 22 wird beispielsweise durch Verpressen unter Anwendung einer Metallplatte als Rohmaterial oder durch Metallpulververarbeitung hergestellt. Wenn die Gesamtform des Käfigs 22 durch Verpressen gebildet wird, kann beispielsweise eine Stahlplatte als die Metallplatte verwendet werden.
Die Schalterfeder 23 ist eine elastische Komponente, die ausgebildet ist, sich bei Drehung des Käfigs 22 relativ zu der inneren Komponente 1 derart elastisch zu verformen, dass eine Drehung des Käfigs 22 mittels der rückstellenden Elastizität der elastischen Komponente in die ursprüngliche Lage möglich ist, wodurch der Käfig 22 elastisch in einer Lage gehalten wird, in der die Eingriffselemente 21 in der neutralen Stellung sind. Die Schalterfeder 23 ist an dem ersten Endbereich 16 der inneren Komponente 1 angeordnet. Der Kupplungsmechanismus 3 hat einen Federhaltering 29, der die Schalterfeder 23 an dem ersten Endbereich 16 hält.
Die Schalterfeder 23 ist eine Metallfeder mit einem C-förmigen Ringbereich, und mit einem Paar aus Eingriffsstücken 30, die sich von beiden Enden des C-förmigen Ringbereichs nach außen erstrecken. Der Ringbereich der Schalterfeder 23 erstreckt sich über den äußeren Randbereich des ersten Endbereichs 16 und ist in eine Aussparung 31, die in der inneren Komponente 1 ausgebildet ist, eingepasst. Die Aussparung 31 ist in der Stirnfläche des Nockenringbereichs 15 ausgebildet und hat eine vorbestimmte Tiefe in der axialen Richtung. Die beiden Eingriffsstücke 30 der Schalterfeder 23 sind durch einen Ausschnitt, der in der Außenwand der Aussparung 31 ausgebildet ist, in einen Ausschnitt 32, der in dem ersten ringförmigen Bereich 26 des Käfigs 22 ausgebildet ist, eingeführt. Die beiden Eingriffsstücke 30 der Schalterfeder 23 drücken den Ausschnitt der Aussparung 31 und den ausgeschnitten Teil 32 des Käfigs 22 entsprechend in entgegengesetzte Umfangsrichtungen, wodurch der Käfig 22 in der Lage gehalten wird, in der die Eingriffselemente 21 in der neutralen Stellung sind.
Der Federhaltering 29 ist an den äußeren Rand des ersten Endbereichs 16 der inneren Komponente 1 und den inneren Rand des ersten ringförmigen Bereichs 26 des Käfigs 22 passend angebracht. Der Federhaltering 29 wird durch einen Haltering 46, der an dem äußeren Rand des ersten Endbereichs 16 befestigt ist, an einer Bewegung in der einen axialen Richtung gehindert. Daher verhindert der Federhaltering 29, dass die Schalterfeder 23 aus der Aussparung 31 austritt.
Der elektromagnetische Aktuator 24 beinhaltet einen Anker 33, der dem ersten ringförmigen Bereich 26 des Käfigs 22 axial zugewandt ist, einen Elektromagneten 34, der dem Anker 33 axial zugewandt ist, und eine Trennfeder 35, die den Anker 33 von dem Elektromagneten 34 wegdrückt.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, ist der Anker 33 eine bewegliche Komponente, die so an den Außenrand des ersten Endbereichs 16 der inneren Komponente 1 eingepasst ist, dass sie verschiebbar ist. Der Anker 33 wird an einer Drehung relativ zu dem Käfig 22 gehindert. Der Anker 33 ist mit einer Eingriffsbohrung 36 versehen, um eine Drehung zu verhindern. Der Käfig 22 besitzt ein Vorsprungsstück 37, das sich von dem ersten ringförmigen Bereich 26 in die Eingriffsbohrung 36 erstreckt. Das Vorsprungsstück 37 ist mit der Eingriffsbohrung 36 in der Umfangsrichtung über den gesamten Hubbereich des Ankers 33 in Eingriff bringbar. Aufgrund dieses Eingriffs wird der Anker 33 an einer Drehung gehindert, während er relativ zu der Haltekomponente 22 axial bewegbar ist. Als eine alternative Maßnahme zur Verhinderung einer relativen Drehung kann eine Verbindungsplatte zwischen dem Anker und dem Käfig angeordnet werden.
Der Elektromagnet 34 beinhaltet einen Feldkern 38, der von dem Gehäuse 4 gehalten wird, und eine elektromagnetische Spule 39, die durch den Feldkern 38 getragen wird. Der Elektromagnet 34 wird so gehalten, dass er relativ zu dem Gehäuse 4 nicht drehbar ist.
Der Feldkern 38 ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, sodass der Feldkern als ein Joch agiert. Der Feldkern 38 beinhaltet in integraler Weise einen inneren Rohrbereich, der sich in der axialen Richtung erstreckt, einen äußeren Rohrbereich, der sich der axialen Richtung an einer Stelle außerhalb des inneren Rohrbereichs erstreckt, und einen Rohrbodenbereich, der die entsprechenden einen axialen Seiten des inneren Rohrbereichs und des äußeren Rohrbereichs miteinander verbindet. Die elektromagnetische Spule 39 ist in dem Raumbereich zwischen dem inneren Rohrbereich und dem äußeren Rohrbereich des Feldkerns 38 angeordnet. Die elektromagnetische Spule 39 ist durch eine geeignete Maßnahme, etwa das Füllen des Raumbereichs mit Harz, durch Haftmittel oder durch Wickeln der elektromagnetischen Spule 39 um den Feldkern herum, an dem Feldkern befestigt.
Das Gehäuse 4 und der Feldkern 38 sind an Verbindungsflächen 40 und 41 davon miteinander verbunden. Somit wird der Feldkern 38 radial relativ zu dem Gehäuse 4 gehalten. Die Verbindungsfläche 40 des Gehäuses 4 ist eine zylindrische Fläche auf dem inneren Randbereich des Gehäuses 4, und die Verbindungsfläche 41 des Feldkerns 38 ist eine zylindrische Fläche auf dem äußeren Randbereich des äußeren Rohrbereichs.
Der Rohrbodenbereich des Feldkerns 38 liegt axial an einer Endwand des Gehäuses 4, die die Öffnung 5 des Gehäuses 4 bildet, an. Daher wird der Feldkern 38 axial so gehalten, dass er relativ zu dem Gehäuse 4 in der einen axialen Richtung nicht bewegbar ist.
Der Feldkern 38 und das Gehäuse 4 besitzen Rotationsverhinderungsbereiche als Paar 42 und 43, die so aneinander angebracht sind, dass sie relativ zueinander drehbar sind. Die beiden Rotationsverhinderungsbereiche 42 und 43 sind durch einen Verbindungsvorsprung, der auf dem Feldkern 38 oder dem Gehäuse 4 ausgebildet ist, und eine Verbindungsaussparung, die auf der entsprechenden anderen Komponente ausgebildet ist, gebildet. Der Rotationsverhinderungsbereich 42, der ein Verbindungsvorsprung ist, ist als Einheit mit dem Feldkern 38 ausgebildet. Der Rotationsverhinderungsbereich 42 besitzt eine Säulenform, die in der einen axialen Richtung aus einer Umfangsstelle an dem Rohrbodenbereich des Feldkerns 38 hervorsteht. Andererseits ist der Rotationsverhinderungsbereich 43, der eine Verbindungsaussparung ist, als Einheit mit der Endwand des Gehäuses, die die Öffnung 5 des Gehäuses 4 begrenzt, ausgebildet. Der Rotationsverhinderungsbereich 43 ist eine runde Bohrung mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Rotationsverhinderungsbereichs 42 entspricht derart, dass die Rotationsverhinderungsbereiche 42 und 43 zusammengeführt werden können. Der Elektromagnet 34 wird am Drehen in Bezug auf das Gehäuse 4 dadurch gehindert, dass die beiden Rotationsverhinderungsbereiche 42 und 43 verbunden werden.
Obwohl in dem gezeigten Beispiel der Rotationsverhinderungsbereich 42 oder der Verbindungsvorsprung auf dem Feldkern 38 ausgebildet ist, und der Rotationsverhinderungsbereich 43 oder die Verbindungsaussparung auf dem Gehäuse 4 ausgebildet ist, kann der Verbindungsvorsprung auf dem Gehäuse und die Verbindungsaussparung kann auf dem Feldkern ausgebildet sein.
Obwohl in dem gezeigten Beispiel die beiden Rotationsverhinderungsbereiche 42 und 43 an axial gegenüberliegenden Positionen des Feldkerns 38 und des Gehäuses 4 angeordnet sind, können die beiden Rotationsverhinderungsbereiche auf dem äußeren Rand des Feldkerns und dem inneren Rand des Gehäuses angeordnet sein. Beispielsweise können die beiden Rotationsverhinderungsbereiche einen Vorsprung-Aussparung-Verbindungsaufbau sein, etwa eine Keilverbindung, eine Schrägverzahnungsverbindung, oder eine Passformverbindung, die auf dem äußeren Rohrbereich des Feldkerns und dem inneren Rand des Gehäuses ausgebildet ist.
Ein Haltering 44 begrenzt die Bewegung des Feldkerns 38 in dem Gehäuse 4 in der anderen axialen Richtung. Der Haltering 44 ist in einer Halteringnut, die auf dem inneren Randbereich des Gehäuses 4 ausgebildet ist, angebracht und ist ausgebildet, an dem äußeren Rohrbereich des Feldkerns 38 axial anzuliegen.
Der Feldkern 38 ist in der Lage, direkt mit dem Anker 33 an den abgewandten Stirnflächen des inneren und des äußeren Rohrbereichs in Kontakt zu treten, d. h. an ihren Stirnflächen auf der anderen axialen Seite, die dem Anker 33 zugewandt ist.
Ein Lager 45 ist zwischen dem Feldkern 38 und der Welle S angeordnet. Das Lager 45 ist an dem inneren Rand des inneren Rohrbereichs des Feldkerns 38 befestigt. Das Lager 45 hält die Welle S derart, dass sie relativ zu dem Feldkern 38 drehbar ist.
Die Trennfeder 35 ist zwischen den Oberflächen des Ankers 33 und des Feldkerns 38, die einander zugewandt sind, angeordnet. Die Größe des Trennabstands in der axialen Richtung des Ankers 33 von dem Feldkern 38 wird durch den Haltering 46 begrenzt. Obwohl der Haltering 46 auch zur Beschränkung der Bewegung des Federhalterings 29 verwendet wird, kann auch ein separater Halterring für diesen Zweck verwendet werden.
Es wird nun die Funktion des Kupplungsmechanismus 3 beschrieben (siehe nach Bedarf 1 bis 3). In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Welle S eine Eingangswelle ist. Obwohl die elektromagnetische Spule 39 des elektromagnetischen Aktuators 24 deaktiviert ist, sind die Eingriffselemente 21 in der neutralen Stellung und der Käfig 22 wird durch die Federkraft der Schalterfeder 33 in der Lage gehalten, in der die Eingriffselemente 21 in Bezug auf die Nockenflächen 20 in der neutralen Stellung gehalten werden. Selbst wenn die Welle S sich im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn in 2 dreht, wird daher ein Drehmoment der inneren Komponente 1, die sich zusammen mit der Welle S dreht, nicht auf die äußere Komponente 2 übertragen, sodass die innere Komponente 1 relativ zu der äußeren Komponente 2 leerläuft (sich frei dreht). Das heißt, der Kupplungsmechanismus 3 ist in einem entkoppelten Zustand, in welchem die Übertragung eines Drehmoments von der inneren Komponente 1 auf die äußere Komponente 2 unterbrochen bzw. blockiert ist.
In diesem entkoppelten Zustand wird die Drehung der inneren Komponente 1 über die Schalterfeder 23 auf den Käfig 22 übertragen, sodass der Käfig 22 und die Eingriffselemente 21 sich zusammen drehen. Da der Anker 33 bezüglich einer Drehung relativ zu dem Käfig 22 fixiert ist, dreht sich der Anker 33 ebenfalls mit.
Wenn die elektromagnetische Spule 39 aktiviert wird, während die innere Komponente 1 sich dreht, wird eine Anziehungskraft auf den Anker 33 ausgeübt. Daher bewegt sich der Anker 33 entgegen der Elastizität der Trennfeder 35 und wird von dem Elektromagneten 34 direkt magnetisch angezogen.
Dabei wirkt der Reibungswiderstand zwischen den Oberflächen des Feldkerns 38 des Elektromagneten 34 und des Ankers 33, die zueinander hin angezogen werden, als Drehwiderstand des Käfigs 22. Dieser Reibungswiderstand wird im Voraus auf einen größeren Wert als die Federkraft der Schalterfeder 23 eingestellt. Daher wird die Schalterfeder 23 elastisch verformt, und der Käfig 22 dreht sich relativ zu der inneren Komponente 1. Aufgrund dieser relativen Drehung werden die Eingriffselemente 21 in schmale Bereiche der jeweiligen Keilzwischenräume zwischen der zylindrischen Oberfläche 19 und den Nockenflächen 20 gedrückt, und sie treten mit der zylindrischen Oberfläche 19 und der Nockenfläche 20 in Kontakt. Als Folge wird ein Drehmoment der inneren Komponente 1 über die Eingriffselemente 21 auf die äußere Komponente 2 übertragen. Das heißt, der Kupplungsmechanismus 3 wird in einen Eingriffszustand umgeschaltet, in welchem ein Drehmoment von der inneren Komponente 1 auf die äußere Komponente 2 übertragen wird.
Wenn in diesem Eingriffszustand die elektromagnetische Spule 39 deaktiviert wird, trennt sich der Anker 33 von dem Elektromagneten 34 und bewegt sich aufgrund der Druckkraft der Trennfeder 35 an eine Position, an der der Anker 33 an dem Halterring 46 anliegt. Wenn der Anker 33 von dem Elektromagneten 34 getrennt ist, bewirkt die Federkraft der Schalterfeder 23, dass der Käfig 22 sich relativ zu der inneren Komponente 1 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung dreht, wenn er sich in die Eingriffsposition bzw. Stellung bewegt, sodass die Eingriffselemente 21 durch die Säulen 25 mit mechanischem Druck beaufschlagt werden und in die neutrale Stellung zurückkehren. Der Kupplungsmechanismus 3 kehrt somit in den entkoppelten Zustand zurück.
Wenn ein Drehmoment auf den Wellenbereich 8 der äußeren Komponente 2 einwirkt, d. h., wenn der Wellenbereich 8 als eine Eingangswelle dient, und wenn das Drehmoment auf den Wellenbereich 8 bei entkoppeltem Kupplungsmechanismus 3 einwirkt, dann drehen sich die äußere Komponente 2, das Gehäuse 4 und der Elektromagnet 34 in freier Weise. Wenn die elektromagnetische Spule 39 aktiviert wird, während sich die äußere Komponente 2 dreht, dann wird der Anker 33 in der gleichen Weise wie zuvor beschrieben ist, direkt magnetisch von dem Feldkern 8 von dem Elektromagneten 34 angezogen. Somit wird der Käfig 22 über den Anker 33 und das Gehäuse 4 mit der äußeren Komponente 2 gekoppelt, und die innere Komponente 1 und der Käfig 22 drehen sich relativ zueinander. Aufgrund dieser relativen Drehung treten die Eingriffselemente 21 mit der zylindrischen Fläche 19 der äußeren Komponente 2 und den Nockenflächen 20 der inneren Komponente 1 in Eingriff, wodurch der Kupplungsmechanismus 3 in den Eingriffszustand umgeschaltet wird. Als Folge davon wird ein Drehmoment der äußeren Komponente 2 auf die innere Komponente 1 und die Welle S übertragen.
Wenn der Elektromagnet 34 aktiviert wird, wird auf diese Weise eine Reihe von Drehmomentübertragungswegen zwischen der inneren Komponente 1 und der äußeren Komponente 2 durch den Kupplungsmechanismus 3 und zwischen der äußeren Komponente 2 und dem Gehäuse 4 durch die beiden Eingriffsbereiche 12 und 13 gebildet. Durch den Anschluss einer Ausgangsseite der Einrichtung, d. h., eines Bereichs hinter dem Kupplungsmechanismus 3 in Bezug auf den Energiedurchfluss, an eine lastaufnehmende Komponente, etwa eine externe stationäre Komponente, eine bewegliche Komponente oder eine verformbare Komponente, derart, dass die Ausgangsseite in der Lage ist, dem von der Eingangsseite über den Kupplungsmechanismus 3 übertragenen Drehmomentwiderstand entgegenzubringen, ist es daher möglich, einen ersten Bremsvorgang zum Unterbrechen einer Drehung der Eingangsseite oder einen zweiten Bremsvorgang zur Ausübung einer Widerstandskraft gegen eine Drehung der Eingangsseite durch die Aktivierung des Elektromagneten 34 auszuführen.
Wenn die in 1 bis 3 gezeigte Rotationsbremseinrichtung für den ersten Bremsvorgang verwendet wird, und wenn die Welle S als eine Eingangswelle dient (in welchem Falle die innere Komponente 1 und die Welle S auf der Eingangsseite liegen, und die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 auf der Ausgangsseite liegen), dann werden die äußere Komponente 2 und/oder das Gehäuse 4 mit einer lastaufnehmenden Komponente, etwa einem Maschinenrahmen, verbunden, sodass sie nicht relativ zu der lastaufnehmenden Komponente drehbar sind. Wenn andererseits die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 als Komponenten auf der Eingangsseite verwendet werden, wird die Welle S, die auf der Ausgangsseite liegt, mit der lastaufnehmenden Komponente verbunden, derart, dass sie nicht relativ zu der lastaufnehmenden Komponente drehbar ist. Wenn der Kupplungsmechanismus 3 durch die Aktivierung des Elektromagneten 34 in den Eingriffszustand geschaltet wird, wird in jedem Falle eine Drehung auf der Eingangsseite in einer sehr kurzen Zeitdauer durch die Widerstandskraft der Ausgangsseite angehalten.
Wenn die Rotationsbremseinrichtung für den zweiten Bremsvorgang, bei welchem die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 relativ zueinander nicht drehbar sind, verwendet wird, dann drehen sie sich zusammen, und diese Drehung muss auf einen Bereich begrenzt werden, in der es nicht zu einem Bruch der Verdrahtung 47 für die Aktivierung der elektromagnetischen Spule 39 des Elektromagneten 34 kommt. Für gewöhnlich ist durch eine Begrenzung der Drehung des Elektromagneten 34 zusammen mit dem Gehäuse 4 auf 360° (eine Umdrehung) das Brechen der Verdrahtung 47 vermeidbar.
Somit findet während des zuvor beschriebenen ersten Bremsvorgangs oder, wenn der zuvor beschriebene zweite Bremsvorgang derart ausgeführt wird, dass der Drehwinkel der äußeren Komponente 2 klein ist, keine unbegrenzte und kontinuierliche relative Drehung zwischen der äußeren Komponente 2 und dem Gehäuse 4 statt, und somit wird das radiale Halten der äußeren Komponente an dem Gehäuse mittels eines Wälzlagers zu einer aufwendigen Haltestruktur. Im Gegensatz dazu wird bei der Rotationsbremseinrichtung, die in 1 bis 3 gezeigt ist, die äußere Komponente 2 direkt in der radialen Richtung durch das Gehäuse 4 an dem Keilpassbereich oder dem Verbindungsbereich des runden äußeren Randbereichs 9 und dem zuvor beschriebenen runden inneren Randbereich 10 gehalten, und somit kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden.
Ferner wird bei dem elektromagnetischen Aktuator 24 der Anker 33 direkt von dem Elektromagneten 34 magnetisch angezogen. Folglich wird im Vergleich zu der Situation, in der der Anker über einen Rotor magnetisch angezogen wird, ein Verlust an magnetischer Kraft in dem Rotor vermieden und die magnetische Anziehung auf den Anker 33 wird erhöht. Daher zeigt die in 1 bis 3 dargestellte Rotationsbremseinrichtung ein verbessertes Ansprechverhalten, was in dem zuvor beschriebenen ersten und zweiten Bremsvorgang wichtig ist, und es ist ferner möglich, die Anzahl der Bauteile zu verringern. Da ein Luftspalt nur zwischen dem Elektromagneten 34 und dem Anker 33 gebildet ist, ist es möglich, Abmessungsschwankungen des Luftspalts zu reduzieren und die magnetische Anziehungskraft zu stabilisieren.
Das heißt, in der in 1 bis 3 gezeigten Rotationsbremseinrichtung wird, insbesondere, da der Anker 33 durch eine bewegliche Komponente gebildet ist, die dazu geeignet ist, von dem Elektromagneten 34 durch die Aktivierung des Elektromagneten 34 direkt magnetisch angezogen zu werden, die äußere Komponente 2 direkt in der radialen Richtung durch das Gehäuse 4 gehalten; und die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 haben zwei Eingriffsbereiche 12 und 13 als Paar, die so miteinander in Eingriff treten, dass sie eine relative Drehung der äußeren Komponente 2 zu dem Gehäuse 4 begrenzen, und es ist daher möglich, die Anzahl der Bauteile der Rotationsbremseinrichtung zu verringern und somit die Kosten zu verkleinern, und es ergibt sich ebenfalls ein gutes Ansprechverhalten. Diese Rotationsbremseinrichtung ist daher für die Hinwendung bei dem zuvor beschriebenen ersten und zweiten Bremsvorgang geeignet.
Bei der in 1 bis 3 gezeigten Rotationsbremseinrichtung ist es möglich, eine relative Drehung zwischen dem Gehäuse 4 und der äußeren Komponente 2 zu verhindern oder eine derartige relative Drehung auf weniger als eine einzelne Umdrehung zu begrenzen, da jedes Paar an Eingriffsbereichen 12 und 13 aus einem Eingriffsvorsprung, der auf der äußeren Komponente 2 oder dem Gehäuse 4 ausgebildet ist, und einer Eingriffsaussparung, die auf der anderen Komponente ausgebildet ist, aufgebaut ist, wodurch Vorsprünge und Aussparungen auf dem Gehäuse 4 und der äußeren Komponente in einfacher Weise auszubilden sind.
Da ferner bei der in 1 bis 3 gezeigten Rotationsbremseinrichtung die Paare aus Eingriffsbereichen 12 und 13 außerhalb der Eingriffselemente 21 angeordnet sind, sind die Eingriffsposition bzw. -stellung (Drehmomentübertragungsstellung bzw. -position) der Eingriffselemente 21 und der äußeren Komponente 2 und die Eingriffsstellung (Drehmomentübertragungsstellung) der äußeren Komponente 2 und des Gehäuses 4 in der radialen Richtung zueinander ausgerichtet, sodass eine Verdrehung zwischen diesen Eingriffsstellungen vermieden werden kann.
Ferner wird bei der in 1 bis 3 gezeigten Rotationsbremseinrichtung der Feldkern 38 des Elektromagneten 34 durch das Gehäuse 4 gehalten, der Feldkern 38 und das Gehäuse 4 besitzen ein Paar aus Rotationsverhinderungsbereichen 42 und 43, die so miteinander verbunden sind, dass der Feldkern 38 und das Gehäuse 4 sich nicht relativ zueinander drehen können, und das Paar als Rotationsverhinderungsbereich 42 und 43 ist aus einem Verbindungsvorsprung, der auf dem Feldkern oder dem Gehäuse ausgebildet ist, und einer Verbindungsaussparung, die auf der anderen Komponente ausgebildet ist, aufgebaut ist. Daher kann durch einfaches Ausbilden eines Vorsprungs und einer Aussparung auf dem Gehäuse 4 und dem Feldkern 38 ermöglicht werden, den Elektromagneten 34 in Bezug auf das Gehäuse 4 direkt und nicht drehbar zu halten.
Wenn ferner die in 1 bis 3 gezeigte Rotationsbremseinrichtung für den zuvor beschriebenen ersten Bremsvorgang oder den zweiten Bremsvorgang verwendet wird, ist ein vorzeitiger Schaden an dem O-Ring 11 aufgrund einer relativen Drehung zwischen dem Gehäuse 4 und der äußeren Komponente 2 kein Problem. Durch die Verwendung eines O-Rings, der einen einfacheren Dichtungsaufbau als eine Öldichtung hat, ist es möglich, die Kosten der Rotationsbremseinrichtung zu verringern.
Da ferner bei der in 1 bis 3 gezeigten Rotationsbremseinrichtung die äußere Komponente 2 durch das Gehäuse direkt in der radialen Richtung gehalten wird, und der Haltering 14, der an dem Gehäuse 4 angebracht ist, und die äußere Komponente 2 in der axialen Richtung miteinander in Kontakt gebracht werden, kann im Vergleich zu einer Trennhinderungsstruktur, die einen inneren Ring und einen äußeren Ring eines Wälzlagers, das zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse angeordnet ist, mit einem Haltering auf der Gehäuseseite und einem Haltering auf der Seite der äußeren Komponente begrenzt, eine Trennung der äußeren Komponente 2 von dem Gehäuse 4 mit einem einfacheren Aufbau verhindert werden. Obwohl das Wälzlager zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse weggelassen wird, ist es möglich, eine Trennung der äußeren Komponente 2 von dem Gehäuse 4 zu verhindern.
In der ersten Ausführungsform sind die äußere Komponente 2 und das Gehäuse 4 durch die Paare aus Eingriffsbereichen 12 und 13 relativ zueinander bezüglich einer Drehung fixiert. Um jedoch der Anforderung zu genügen, eine Drehung in einer sehr kurzen Zeitdauer während des ersten Bremsvorgangs nicht anzuhalten, beispielsweise durch Fixieren lediglich des Gehäuses an einem stationären Element/Bereich, etwa einem Maschinenrahmen, und Ermöglichen einer Drehung der äußeren Komponente unter einem kleinen Drehwinkel, ist es möglich, eine relative Drehung zwischen der äußeren Komponente und dem Gehäuse innerhalb eines Bereichs von weniger als einer einzelnen Umdrehung zuzulassen. Eine zweite Ausführung als ein derartiges Beispiel ist in 4 gezeigt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben.
Die äußere Komponente 51 der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform besitzt Eingriffsbereiche 52, die durch Eingriffsvorsprünge gebildet sind, die mit Abständen von 90° angeordnet sind. Das Gehäuse 53 besitzt Eingriffsbereiche 54, die durch vier Eingriffsaussparungen gebildet sind, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein Eingriffsbereich 52 wird in einen jeweiligen Eingriffsbereich 54 eingeführt. Wenn die Eingriffselemente 21 in der neutralen Stellung sind, liegen die Eingriffsbereiche 52 an den Umfangsmittelpunkten der entsprechenden Eingriffsbereiche 54, und es gibt Lücken zwischen jedem Eingriffsbereich 52 und den Umfangsstirnflächen 55 und 56 des entsprechenden Eingriffsbereichs 54. Während des ersten oder des zweiten Bremsvorgangs, in welchem das Gehäuse 53 an einer stationären Komponente fixiert ist, können sich daher die innere Komponente 1 und die äußere Komponente 51 relativ zueinander drehen, bis jeder Eingriffsbereich 52 an einer der Umfangsstirnflächen 55 und 56 des entsprechenden Eingriffsbereichs 54 anschlägt.
Es sollte beachtet werden, dass die offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur Beispiele und nicht beschränkend sind. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht durch die vorhergehende Beschreibung festgelegt, sondern durch die Patentansprüche, und es werden alle Modifizierungen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche, sowohl wörtlich als auch äquivalent, abgedeckt.
Bezugszeichenliste

1.: innere Komponente
2, 51.: äußere Komponente
3.: Kupplungsmechanismus
4, 53.: Gehäuse
7.: innerer Randbereich
11.: O-Ring
12, 13, 52, 54.: Eingriffsbereich
14.: Haltering
21.: Eingriffselement
22.: Käfig
24.: elektromagnetischer Aktuator
33.: Anker
34.: Elektromagnet
38.: Feldkern
42, 43.: Rotationsverhinderungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007247713 A [0004]

Claims

Eine Rotationsbremseinrichtung, mit: einer inneren Komponente (1); einer äußeren Komponente (2, 51) mit einem inneren Randbereich (7), der außerhalb der inneren Komponente (1) liegt; einem Kupplungsmechanismus (3), der selektiv ein Drehmoment zwischen der inneren Komponente (1) und der äußeren Komponente (2, 51) überträgt und blockiert; und einem Gehäuse (4, 53), das den Kupplungsmechanismus (3) aufnimmt, wobei der Kupplungsmechanismus (3) beinhaltet: Eingriffselemente (21), die zwischen dem inneren Randbereich (7) der äußeren Komponente (2, 51) und der inneren Komponente (1) angeordnet sind, einen Käfig (22), der die Eingriffselemente (21) hält, und einen elektromagnetischen Aktuator (24), der den Kupplungsmechanismus (3) steuert, wobei die Eingriffselemente (21) durch eine relative Drehung des Käfigs (22) zwischen einer Eingriffsstellung, in der die Eingriffselemente (21) mit dem inneren Randbereich (7) der äußeren Komponente (2, 51) und der inneren Komponente (1) im Eingriff sind, und einer neutralen Stellung, in der die Eingriffselemente (21) von dem inneren Randbereich (7) der äußeren Komponente (2, 51) und der äußeren Komponente (2, 51) entkoppelt sind, bewegbar sind, wobei der elektromagnetische Aktuator (24) einen Anker (33), der bezüglich Drehung relativ zu dem Käfig (22) fixiert ist, und einen Elektromagneten (34) aufweist, der dem Anker (33) zugewandt ist, wobei der Elektromagnet (34) bezüglich Drehung relativ zu dem Gehäuse (4, 53) fixiert ist, wobei der Anker (33) eine bewegliche Komponente ist, die ausgebildet ist, durch Aktivierung des Elektromagneten (34) direkt magnetisch zu dem Elektromagneten (34) angezogen zu werden, wobei die äußere Komponente (2, 51) in einer radialen Richtung direkt durch das Gehäuse (4, 53) gehalten wird, und wobei die äußere Komponente (2, 51) und das Gehäuse (4, 53) ein Paar aus Eingriffsbereichen (12, 13, 52, 54) aufweisen, die so miteinander in Eingriff bringbar sind, dass sie eine relative Drehung der äußeren Komponente (2, 51) zu dem Gehäuse (4, 53) begrenzen.
Die Rotationsbremseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Paar aus Eingriffsbereichen (12,13, 52, 54) gebildet ist aus einem Eingriffsvorsprung (12, 52), der auf der äußeren Komponente (2, 51) oder dem Gehäuse (4, 53) ausgebildet ist, und einer Eingriffsaussparung (13, 54), die an der entsprechenden anderen Komponente aus der äußeren Komponente (2, 51) und dem Gehäuse (4, 53) ausgebildet ist.
Die Rotationsbremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Paar aus Eingriffsbereichen (12, 13, 52, 54) außerhalb der Eingriffselemente (21) angeordnet ist.
Die Rotationsbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektromagnet (34) einen durch das Gehäuse (4, 53) gehaltenen Feldkern (38) aufweist, der Feldkern (38) und das Gehäuse (4, 53) ein Paar aus Rotationsverhinderungsbereichen (42, 43) aufweisen, die so miteinander verbunden sind, dass sie relativ zueinander nicht drehbar sind, wobei das Paar aus Rotationsverhinderungsbereichen (42, 43) gebildet ist durch einen Verbindungsvorsprung (42), der auf dem Feldkern (38) oder dem Gehäuse (4, 53) ausgebildet ist, und eine Verbindungsaussparung (43), die auf der entsprechenden anderen Komponente aus dem Feldkern (38) und dem Gehäuse (4, 53) ausgebildet ist.
Die Rotationsbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen O-Ring (11) aufweist, der eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse (4, 53) und der äußeren Komponente (2, 51) bereitstellt.
Die Rotationsbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner einen Haltering (14) aufweist, der an dem Gehäuse (4, 53) befestigt ist und axial an der äußeren Komponente (2, 51) anliegt.