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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung ist eine Fortführung der am 26. Mai 2021 eingereichten US-Patentanmeldung Nr.
17/331,291 , welche die Priorität aus der am 2. Juni 2020 eingereichten provisorischen US-Patentanmeldung Nr.
63/033,294 beansprucht, deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme vollumfänglich mit aufgenommen wird.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Kupplungsanordnungen sowie Verriegelungselemente zur Verwendung in diesen.
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Hintergrund
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Wie in US-Patent Nr.
8,844,693 beschrieben, können Freilaufkupplungsanordnungen in einer Reihe von strukturellen Umfeldern zur Übertragung eines Drehmoments von einem antreibenden Element auf ein angetriebenes Element verwendet werden. Dies ermöglicht es, ein Drehmoment von einem antreibenden Element auf ein angetriebenes Element zu übertragen, während eine Freilaufbewegung des antreibenden Elements relativ zu dem angetriebenen Element möglich ist, wenn das Drehmoment unterbrochen wird. Solche Kupplungen umfassen häufig einen äußeren Laufring, der konzentrisch in Bezug auf einen inneren Laufring angeordnet ist, wobei der äußere Laufring Kurvenflächen aufweist, die eine Tasche bilden, in der Kupplungsrollen installiert sind.
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Das antreibende Element ist mit einem Laufring verbunden, und das angetriebene Element ist mit dem anderen Laufring verbunden. Während der Drehmomentübertragung von dem antreibenden Element auf das angetriebene Element werden die Rollen an den Kurvenflächen durch eine Klemmwirkung blockiert, wodurch eine formschlüssige Antriebsverbindung zwischen dem antreibenden Element und dem angetriebenen Element hergestellt wird. Wenn das Drehmoment unterbrochen wird, ist ein Freilauf des angetriebenen Elements relativ zu dem antreibenden Element möglich, wenn die Rollen aus den jeweiligen Kurvenflächen freigegeben werden.
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Eine weitere gängige Freilauf- oder Überholkupplung umfasst überholende Kupplungsklemmkörper, die zwischen der innenseitigen zylindrischen Oberfläche eines äußeren Laufrings und der außenseitigen zylindrischen Oberfläche eines inneren Laufrings angeordnet sind, so dass die Laufringe durch die Klemmkörper gegenseitig arretiert werden, wenn ein Drehmoment auf das angetriebene Element übertragen wird. Wenn die Drehmomentübertragung unterbrochen wird, entsperren die Klemmkörper in Bezug auf die Oberflächen des inneren und des äußeren Laufrings.
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Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ist der Begriff „Kopplung“ dahingehend zu interpretieren, dass er Kupplungen oder Bremsen umfasst, wobei eine der Platten antreibbar mit einem Drehmomentübertragungselement eines Getriebes verbunden ist und die andere Platte mit einem weiteren Drehmomentübertragungselement verbunden ist oder verankert ist und in Bezug auf ein Getriebegehäuse stationär gehalten wird. Die Begriffe „Kopplung“, „Kupplung“ und „Bremse“ können austauschbar verwendet werden.
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Eine Taschenplatte kann mit Aussparungen oder Taschen ausgebildet sein, die im Winkelabstand zueinander um die Achse einer Freilaufkupplung herum angeordnet sind. Die Taschen sind in der ebenen, d.h. planaren Oberfläche der Taschenplatte ausgebildet. In jeder Tasche ist ein Drehmoment übertragendes Verriegelungselement aufgenommen. Das eine Ende oder ein hinteres Ende des Verriegelungselements kommt an einem Ankerpunkt in einer Tasche der Taschenplatte in Anlage. Eine entgegengesetzte Kante des Verriegelungselement, die als aktive Kante oder als vorderes Ende bezeichnet werden kann, ist aus einer Stellung in der Tasche in eine Stellung bewegbar, bei der sich das vordere Ende über die ebene Oberfläche der Taschenplatte hinaus nach außen erstreckt. Die Verriegelungselemente können durch einzelne Federn von der Taschenplatte weg vorgespannt sein.
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Eine Kerbenplatte kann mit mehreren Aussparungen oder Kerben ausgebildet sein, die ungefähr auf dem Radius der Taschen der Taschenplatte angeordnet sind. Die Kerben sind in der ebenen Oberfläche der Kerbenplatte ausgebildet.
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Ein weiteres Beispiel für eine planare Freilaufkupplung ist in US-Patent Nr.
5,597,057 offenbart.
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Weitere US-Patente, die mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehen, sind die US-Patente Nr.
5,070,978 ;
5,449,057 ;
5,806,643 ;
5,871,071 ;
5,918,715 ;
5,964,331 ;
5,927,455 ;
5,979,627 ;
6,065,576 ;
6,116,394 ;
6,125,980 ;
6,129,190 ;
6,186,299 ;
6,193,038 ;
6,244,965 ;
6,386,349 ;
6,481,551 ;
6,505,721 ;
6,571,926 ;
6,854,577 ;
7,258,214 ;
7,275,628 ;
7,344,010 und
7,484,605 .
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Noch weitere verwandte US-Patente umfassen die US-Patente Nr.
4,200,002 ;
5.954.174 und
7,025,188 . Neuere verwandte Patentdokumente umfassen die US-Patente Nr.
7,100,756 ;
7,223,198 ;
7,383,930 ;
7,448,481 ;
7,451,862 ;
7,455,156 ;
7,455,157 ;
7,450,548 ;
7,614,486 ;
7,661,518 ;
7,743,678 ;
7,942,781 ;
7,98,372 ;
7,992,695 ;
8,042,669 ;
8,042,670 ;
8,051,959 ;
8,056,690 ;
8,079,453 ;
8,083,042 ;
8,091,696 ;
8,491,439 ;
8,646,587 ;
8,720,659 ;
8,881,516 ;
8,986,157 ;
9,121,454 ;
9,186,977 ;
9,188,170 ;
9,188,172 und
9,188,174 . Auch schließt dies die veröffentlichten US-Patentanmeldungen Nr.
2008/0110715 ;
2011/0269587 ;
2011/0183806 ;
2011/0214962 ;
2011/0297500 ;
2008/0169165 ;
2009/0159391 und
2010/0288592 ein.
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Normalerweise sollen die steuerbaren Verriegelungselemente einer steuerbaren oder schaltbaren Freilaufkupplung durch eine Auswahlplatte abgedeckt gehalten werden, um zu verhindern, dass diese versehentlich in die Kerbenplatte der Kupplung eingreifen. Wenn die steuerbaren Verriegelungselemente beim Überholen, d.h. im Freilauf freigelegt werden, kann es passieren, dass sie an der Kerbenplatte sperren. Wenn dies bei einer schnelleren als einer vorgegebenen sicheren Geschwindigkeit geschieht, kann dies dazu führen, dass die Kupplung bricht und der Fahrzeugbesitzer mit einem kaputten Getriebe zurückbleibt.
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Mit anderen Worten ergibt sich ein potentieller Fehlerzustand, wenn eine Schieber- oder Auswahlplatte während des Freilaufmodus oder -zustands verschoben oder bewegt wird und dadurch eines oder mehrere der Verriegelungselemente bei hoher Geschwindigkeit in der Kerbenplatte einrasten.
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Auch könnte bei einer schaltbaren oder steuerbaren Einwegkupplung oder Bremse ein unsynchronisiertes Einkuppeln der Verriegelungselemente in der Kerbenplatte bei hohen Geschwindigkeiten schädlich sein. Ein unsynchronisiertes Einkuppeln tritt auf, wenn die Verriegelungselemente am Einkuppeln gehindert werden, wenn sich die Kupplung oder Bremse in der Richtung dreht, welche die Verriegelungsrichtung wäre, und die Verriegelungselemente dann plötzlich einkuppeln können. Ein Einkuppeln bei hoher Geschwindigkeit, d.h. Drehzahl, mit hoher Schwungkraft kann zu sofortigem Ausfall führen.
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Die US-Patente Nr.
10,145,428 und
10,539,198 (die beide auf den Abtretungsempfänger der vorliegenden Anmeldung übertragen sind) offenbaren eine Kupplungsanordnung mit einem Freilaufmodus und einem kanalförmigen Verriegelungselement. Das Verriegelungselement weist einen schrägen, offenen Kanal auf, der sich durch ein vorderes Ende und einen Grundkörper des Verriegelungselements bis zu einer Oberseite des Grundkörpers erstreckt. Das Verriegelungselement ist zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar. Die erste Stellung ist eine Kopplungsstellung, und die zweite Stellung ist eine entkoppelte Stellung. Unter Druck stehendes Fluid, das auf eine Unterseite des Kanals gerichtet wird, drückt bei Drehung eines ersten Elements der Anordnung in eine erste Richtung das Verriegelungselement in die zweite Stellung.
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Zusammenfassung beispielhafter Ausführungsformen
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Eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungsanordnung und ein ratschendes Verriegelungselement zur Verwendung in dieser bereitzustellen, wobei das Verriegelungselement und/oder eine Kerbenplatte der Kupplungsanordnung zusätzlich mit einer Sperrstruktur versehen ist, so dass, wenn das Verriegelungselement nicht abgedeckt ist oder freiliegt, dieses nicht in die Kerbenplatte eingreift, bevor eine vorgegebene sichere, „niedrige“ Drehzahl erreicht ist. Während die Sperrstruktur das Verriegelungselement am Einkuppeln hindert, ratscht das Verriegelungselement durch. Durch die Nutzung einer solchen Sperrstruktur wird die Kupplungsanordnung robuster und ausfallsicherer, da nicht ausschließlich auf die Auswahlplatte vertraut wird, um zu verhindern, dass das Verriegelungselement bei „hohen“ Drehzahlen in die Kerbe der Kerbenplatte eingreift.
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Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe und weiterer Aufgaben mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplungsanordnung mit einem Freilaufmodus bereitgestellt. Die Kupplungsanordnung umfasst ein erstes und ein zweites Kupplungselement, ein Verriegelungselement sowie eine Sperrstruktur (oder Sperreinrichtungen). Das erste und das zweite Kupplungselement weisen eine erste beziehungsweise eine zweite Kupplungsseite auf, die in engem Abstand zueinander angeordnet sind. Mindestens eines der Kupplungselemente ist um eine Achse drehbar gelagert. Das Verriegelungselement ist zwischen den Kupplungsseiten der Kupplungselemente angeordnet und ist zwischen einer Kopplungsstellung und einer entkoppelten Stellung bewegbar. Die Kopplungsstellung ist gekennzeichnet durch Stoßanlage des Verriegelungselements in beiden Kupplungselementen. Die entkoppelte Stellung ist gekennzeichnet durch abwesende Stoßanlage des Verriegelungselements in mindestens dem ersten Kupplungselement. Die Sperrstruktur ist dem ersten Kupplungselement und/oder dem Verriegelungselement zugehörig, d.h. mit diesen verbunden. Die Sperrstruktur verhindert, dass das Verriegelungselement in die Kopplungsstellung eintritt, und verhindert dadurch eine Stoßanlage des Verriegelungselements in dem ersten Kupplungselement, wenn das erste Kupplungselement relativ zu dem zweiten Kupplungselement in einer ersten Richtung schneller als mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht.
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In Ausführungsformen ist die Sperrstruktur nur dem Verriegelungselement zugehörig. In anderen Ausführungsformen ist die Sperrstruktur nur dem ersten Kupplungselement zugehörig. In anderen Ausführungsformen ist die Sperrstruktur dem Verriegelungselement als auch dem ersten Kupplungselement zugehörig.
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In Ausführungsformen ist die dem Verriegelungselement zugehörige Sperrstruktur eine Rippe, eine Vorwölbung oder ein Vorsprung an dem Verriegelungselement. In Ausführungsformen ist die dem ersten Kupplungselement zugehörige Sperrstruktur eine Rippe, eine Vorwölbung oder ein Vorsprung auf der ersten Kupplungsseite der ersten Kupplungselements.
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Die Stoßanlage des Verriegelungselements in dem ersten Kupplungselement in der Kopplungsstellung kann ferner gekennzeichnet sein durch eine Stoßanlage eines vorderen Endes des Verriegelungselements an einer Schulter des ersten Kupplungselements. In diesem Fall verhindert die Sperrstruktur, dass das Verriegelungselement in die Kopplungsstellung eintritt, und verhindert dadurch eine Stoßanlage des vorderen Endes des Verriegelungselements an der Schulter des ersten Kupplungselements.
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Das erste Kupplungselement kann eine Kerbenplatte sein und das zweite Kupplungselement kann eine Taschenplatte sein.
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Die Kupplungsanordnung kann eine steuerbare oder schaltbare Freilaufkupplungsanordnung sein.
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Die Kupplungsanordnung kann ferner ein Steuerelement zwischen den Kupplungsseiten umfassen, das zur Steuerung einer Stellung des Verriegelungselements dient. Das Steuerelement kann mindestens eine vollständig durch dieses hindurchreichende Öffnung aufweisen, so dass sich das Verriegelungselement durch diese hindurch in die Kopplungsstellung erstrecken kann. Das Steuerelement kann eine Steuerplatte oder Auswahlplatte sein, die um die Achse drehbar ist.
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In Ausführungsformen liegt die vorgegebene Drehzahl in einem Bereich von einer bis zu 200 Umdrehungen pro Minute.
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Die Kupplungsanordnung kann ferner ein Vorspannelement aufweisen, das von dem zweiten Kupplungselement getragen wird, um das Verriegelungselement in Richtung der Kopplungsstellung zu drücken.
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Das Verriegelungselement kann durch Schwenken zwischen der Kopplungsstellung und der entkoppelten Stellung bewegt werden.
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Das Verriegelungselement kann eine Strebe, eine Sperrklinke oder dergleichen sein. Das Verriegelungselement in Form einer Strebe kann eine Wippstrebe, eine Radialstrebe oder dergleichen sein.
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Weiterhin wird zur Lösung der vorstehenden Aufgabe und weiterer Aufgaben mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verriegelungselement zur Verwendung in einer Kupplungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Kupplungselement bereitgestellt. Das Verriegelungselement umfasst einen Körper und eine Sperrstruktur an dem Körper. Die Sperrstruktur verhindert, dass das Verriegelungselement in eine Kopplungsstellung eintritt, die durch Stoßanlage des Verriegelungselements in dem ersten als auch dem zweiten Kupplungselement gekennzeichnet ist, wenn sich das erste Kupplungselement relativ zu dem zweiten Kupplungselement in einer ersten Richtung schneller als mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht.
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Die Sperrstruktur kann eine Rippe, eine Vorwölbung oder ein Vorsprung sein.
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Das Verriegelungselement kann ferner ein vorderes Ende zum Elementeingriff aufweisen. Die Stoßanlage des Verriegelungselements in dem ersten Kupplungselement in der Kopplungsstellung kann ferner gekennzeichnet sein durch eine Stoßanlage des vorderen Endes des Verriegelungselements an einer Schulter des ersten Kupplungselements. In diesem Fall verhindert die Sperrstruktur, dass das Verriegelungselement in die Kopplungsstellung eintritt, und verhindert dadurch eine Stoßanlage des vorderen Endes des Verriegelungselements an der Schulter des ersten Kupplungselements.
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Das Verriegelungselement kann ferner zwei entgegengesetzt vorspringende Ohren umfassen.
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Das Verriegelungselement kann ein planares Verriegelungselement, ein wippendes Verriegelungselement oder ein radiales Verriegelungselement sein.
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Die Sperrstruktur kann einen oder mehrere integral, d.h. einstückig ausgebildete Rippenabschnitte an einer Oberseite eines Grundkörperteils des Verriegelungselements umfassen. Der Rippenabschnitt kann mittig zwischen Seitenflächen des Grundkörpers des Verriegelungselements angeordnet sein.
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Figurenliste
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- Die 1A, 1B und 1C sind teilweise weggebrochene Querschnittsansichten, die eine Kupplungsanordnung nach dem Stand der Technik zu Beginn des Aufrichtens des Verriegelungselements, während des Aufrichtens des Verriegelungselements beziehungsweise bei vollständigem Eingriff des Verriegelungselements zeigen.
- 2 ist eine perspektivische, schematische Ansicht verschiedener Verriegelungselemente (d.h. Streben), die gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
- 3 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische, schematische Ansicht eines Verriegelungselements in dessen vollständiger Eingriffsstellung in einer Kerbe einer Kerbenplatte, die gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
- 4A ist eine perspektivische, schematische Ansicht eines Verriegelungselements, das gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
- 4B ist eine teilweise weggebrochene Draufsicht einer Kerbenplatte zur Verwendung mit dem Verriegelungselement aus 4A, wobei die Kerben der Kerbenplatte jeweils eine mittige Rippe aufweisen.
- 4C ist eine teilweise weggebrochene Ansicht, die das Verriegelungselement aus 4A in einer der Kerben aus 4B zeigt.
- Die 5A, 5B und 5C sind teilweise weggebrochene Querschnittsansichten, die Teile der Kupplungsanordnung aus den 4A, 4B und 4C zu Beginn des Aufrichtens des Verriegelungselements, während des Aufrichtens des Verriegelungselements beziehungsweise bei vollständigem Eingriff des Verriegelungselements zeigen.
- 6A ist eine perspektivische, schematische Ansicht eines Verriegelungselements, das eine mittige Rippe aufweist und das gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
- 6B ist eine teilweise weggebrochene Draufsicht einer Kerbenplatte zur Verwendung mit dem Verriegelungselement aus 6A.
- 6C ist eine teilweise weggebrochene perspektive, schematische Ansicht, die das Verriegelungselement aus 6A in der Kerbe aus 6B zeigt.
- Die 7A, 7B und 7C sind teilweise weggebrochene Querschnittsansichten, die Teile der Kupplungsanordnung aus den 6A, 6B und 6C zu Beginn des Aufrichtens des Verriegelungselements, während des Aufrichtens des Verriegelungselements beziehungsweise bei vollständigem Eingriff des Verriegelungselements zeigen.
- 8A ist eine perspektivische, schematische Ansicht eines Verriegelungselements mit einem Durchgangsloch, das gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
- 8B ist eine teilweise weggebrochene Draufsicht einer Kerbenplatte mit einer mittigen Rippe im Inneren der Platte zur Verwendung mit dem Verriegelungselement aus 8A;
- Die 9A, 9B und 9C sind teilweise weggebrochene Querschnittsansichten, die Teile der Kupplungsanordnung aus den 8A und 8B zu Beginn des Aufrichtens des Verriegelungselements, während des Aufrichtens des Verriegelungselements beziehungsweise bei vollständigem Eingriff des Verriegelungselements zeigen.
- 10A ist eine perspektivische, schematische Ansicht eines Verriegelungselements mit einer „hohen“ mittigen Rippe, das gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
- 10B ist eine teilweise weggebrochene Draufsicht einer Kerbenplatte zur Verwendung mit dem Verriegelungselement aus 10A.
- 10C ist eine teilweise weggebrochene perspektivische, schematische Ansicht, die das Verriegelungselement aus 10A in einer Taschenplatte und zumindest teilweise von einer Auswahlplatte abgedeckt zeigt.
- Die 11A, 11B und 11C sind teilweise weggebrochene Querschnittsansichten, die Teile der Kupplungsanordnung aus den 10A, 10B und 10C zu Beginn des Aufrichtens des Verriegelungselements, während des Aufrichtens des Verriegelungselements beziehungsweise bei vollständigem Eingriff des Verriegelungselements zeigen.
- 12 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische, schematische Draufsicht zur Veranschaulichung einer wippenden oder einen mittigen Drehpunkt aufweisenden Version eines ratschenden Verriegelungselements und des diesem zugeordneten Kupplungselements, die gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
- 13 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische, schematische Seitenansicht einer radialen Version (d.h. mit radialem Verriegelungselement) eines ratschenden Verriegelungselements und des diesem zugehörigen Kupplungselements, die gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
- 14 ist eine weitere Ansicht des radialen Verriegelungselements und des diesem zugeordneten Kupplungselements aus 13, und
- 15 ist eine analoge Ansicht einer optionalen Ausbildungsform eines radialen Verriegelungselements.
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Detaillierte Beschreibung
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Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung stehen, die in vielfältigen und alternativen Formen verwirklicht werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details sind daher nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als veranschaulichende Grundlage, um einem Fachmann die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen.
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Damit in einer Kupplungsanordnung mit einem ersten Kupplungselement (d.h. einer Kerbenplatte 14) und einem zweiten Kupplungselement (d.h. einer Taschenplatte 10) ein Durchratschen erfolgt, darf es allgemein für ein Verriegelungselement (d.h. eine Strebe) 34 nicht möglich sein, sich weit genug aufzurichten, um einen Eingriff in einer Kerbe 28 der Kerbenplatte 14 mit Stoßanlage an einer Schulter 45 zu erreichen, bis die Schulter 45 der Kerbe mit einem vorderen Eingriffsende 39 des Verriegelungselements 34 in der mit 24 gekennzeichneten Richtung in Ausrichtung kommt. Mit anderen Worten, damit ein Durchratschen erfolgt, nachdem das Verriegelungselement 34 beginnen konnte sich aufzurichten, während sich die Kerbenplatte 14 relativ zu der Taschenplatte 10 in der Richtung 24 dreht, muss die Schulter 45 der Kerbe das vordere Eingriffsende 39 des Verriegelungselements passieren, bevor sich das Verriegelungselement 34 bis zu einem kritischen Winkel aufgerichtet hat, bei dem das vordere Eingriffsende 39 des Verriegelungselements an der Schulter 45 der Kerbe in Stoßanlage kommen kann. Eine durchratschende Kupplung ist derart ausgelegt, dass es eine kritische Relativgeschwindigkeit zwischen der Kerbenplatte 14 und der Taschenplatte 10 gibt, oberhalb derer diese Bedingung erfüllt ist und ein Durchratschen stattfindet, und unterhalb derer diese Bedingung nicht erfüllt ist, und kein Durchratschen erfolgt. Unterhalb der kritischen Geschwindigkeit, wenn kein Ratschen erfolgt, kommt das Verriegelungselement 34 in Stoßanlage an der Schulter 45 der Kerbe und überträgt ein Drehmoment, indem es die beiden Kupplungselemente 10 und 14 gegenseitig verriegelt.
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Die kritische Geschwindigkeit wird durch zwei Hauptfaktoren bestimmt: (i) durch den Winkelabstand, den die Kerbenplatte 14 relativ zu der Taschenplatte 10 zurücklegt, ab dem Zeitpunkt ab dem das Verriegelungselement 34 beginnen kann sich aufzurichten, bis zu dem Zeitpunkt zu dem die Schulter 45 der Kerbe mit der Anlagefläche 39 des Verriegelungselements in Ausrichtung kommt; und (ii) durch die Zeitspanne, die das Verriegelungselement 34 braucht, um den kritischen Winkel zu erreichen, bei dem es Eingriff mit Stoßanlage an der Schulter 45 der Kerbe erreicht, nachdem das Verriegelungselement 34 beginnen konnte sich aufrichten.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Sperrstruktur an dem Sperrelement 34 und/oder an der Kerbenplatte 14 bereitgestellt, durch die der Winkelabstand verkürzt wird, den die Kerbenplatte 14 relativ zu der Taschenplatte 10 zurücklegt, ab dem Zeitpunkt ab dem das Verriegelungselement 34 beginnen kann sich aufrichten, bis zu dem Zeitpunkt zu dem die Schulter 45 der Kerbe mit der Anlagefläche 39 des Verriegelungselements in Ausrichtung kommt, wodurch die kritische Geschwindigkeit verringert wird, oberhalb derer das Verriegelungselement durchratscht und unterhalb derer das Verriegelungselement in die Kerbe 28 eingreift. Da durch die Sperrstruktur die kritisch Geschwindigkeit reduziert wird, reduziert sich auch die Auftreffgeschwindigkeit und die daraus folgende Beschädigung für den Fall, dass das steuerbare Verriegelungselement sich zu der Kerbe 28 hin aufrichten kann, während sich die Kerbenplatte 14 relativ zu der Taschenplatte 10 in der Richtung 24 dreht, die die Eingriffsrichtung darstellt.
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Die 1A, 1B und 1C zeigen ein allgemein mit 10 bezeichnetes Taschenelement oder eine Taschenplatte gemäß dem Stand der Technik von einer allgemein mit 11 bezeichneten planaren Kopplungs- oder Kupplungsanordnung. Eine allgemein mit 14 bezeichnete Kerbenplatte der Anordnung 11 ist typischerweise in die Taschenplatte 10 eingebettet. Die Kerbenplatte 14 kann mit einem (nicht gezeigten) Teil verbunden sein, und zwar über eine an der Kerbenplatte 14 ausgebildete innere Verzahnung, die in eine Verzahnung an dem Teil eingreift. Die Taschenplatte 10 kann typischerweise mit einer äußeren Verzahnung versehen sein.
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Ein Aktuator (nicht gezeigt) kann antriebsmäßig mit einer allgemein mit 20 bezeichneten Steuer- oder Auswahlplatte verbunden sein, wodurch eine Winkeleinstellung der Steuerplatte 20 bezüglich einer Mittelachse, um die mindestens eine der Platten 10 und 14 drehbar ist, bewirkt wird. Die Steuerplatte 20 ist zwischen den Platten 10 und 14 angeordnet, zur begrenzten Winkeldrehung relativ zu den Platten, wie allgemein in US-Patent Nr.
7,344,010 dargestellt ist.
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Eine Drehung der Kerbenplatte 14 um die Mittelachse relativ zu der Taschenplatte 10 in einer Winkelrichtung wie durch den Pfeil 24 angegeben wird verhindert, wenn die Verriegelungselemente durch die Steuerplatte 20 freigelegt werden. Die Bewegung gemäß Pfeil 24 wird in einem Betriebsmodus erreicht, wenn der Aktuator die Winkeleinstellung der Steuerplatte 20 relativ zu der Taschenplatte 10 (beispielsweise über eine Gabel) um die Mittelachse in eine Stellung bringt, bei der die Verriegelungselemente abgedeckt sind.
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Die Kerbenplatte 14 weist eine Kupplungsseite 26 mit einer oder mehreren darin ausgebildeten Kerben 28 auf. Wie bereits erwähnt kann die Kerbenplatte 14 dazu angepasst sein, in der Taschenplatte 10 aufgenommen zu werden.
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Die Taschenplatte 10 weist eine Kupplungsseite 30 mit Taschen 33 auf, die in entsprechenden Verriegelungselement-Aufnahmebereichen der Taschenplatte ausgebildet sind. Die Steuerplatte 20 ist in Zwischenlage zwischen den Kupplungsseiten 26 und 30 der Kerbenplatte 14 bzw. der Taschenplatte 10 angeordnet.
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Es wird nun auf die 2 bis 11C Bezug genommen, die eine Mehrzahl von Verriegelungselementen (d.h. Streben, Sperrklinken oder dergleichen) wie auch eine Mehrzahl von Kupplungselementen wie Kerben- und Taschenplatten darstellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. In den Ausführungsformen der 2 bis 11C ist jeweils nur die Geometrie des Verriegelungselements und der Kerbenplatte gegenüber der Geometrie des Verriegelungselements und der Kerbenplatte gemäß dem Stand der Technik aus den 1A, 1B und 1C verändert. Die Verriegelungselemente 34 weisen jeweils eine erste Endfläche oder Stirnseite 36 an einem vorderen Ende 39 auf. Die Verriegelungselemente 34 weisen ferner jeweils eine zweite Endfläche oder Stirnseite 38 an einem der ersten Endfläche 36 entgegengesetzten hinteren Ende 41 auf. Das hintere Ende 41 kommt an einer Schulter 37 in der Taschenplatte 10 in Anlage. Die Verriegelungselemente 34 weisen ferner jeweils eine Oberseite 40 und eine Unterseite 42 eines Grundkörperteils 43 auf.
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Das Verriegelungselement 34 ist bewegbar zwischen einer Kopplungsstellung und einer entkoppelten Stellung. Die Kopplungsstellung ist gekennzeichnet durch Stoßanlage des Verriegelungselements 34 sowohl in der Taschenplatte 10 als auch in der Kerbenplatte 14. Insbesondere ist der Eingriff des Verriegelungselements 34 mit Stoßanlage in der Kerbenplatte 14 in der Kopplungsstellung gekennzeichnet durch Stoßanlage des vorderen Endes 39 des Verriegelungselements an der Schulter 45 der Kerbe. Die entkoppelte Stellung ist gekennzeichnet durch abwesende, also fehlende oder nicht bestehende Stoßanlage des Verriegelungselements 34 in zumindest der Kerbenplatte 14.
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In den 10 A und 10C weist das Sperrelement 34 außerdem eine Sperrstruktur an der Oberseite 40 des Grundkörperteils 43 in Form einer mittigen Rippe 44 auf. Die mittige Rippe 44 hält das Verriegelungselement 34 in der entkoppelten Stellung, die gekennzeichnet ist durch eine abwesende Stoßanlage des vorderen Endes 39 in der Kerbenplatte 14, wenn die Kerbenplatte 14 relativ zu der Taschenplatte 10 schneller als mit einer vorgegeben Drehzahl dreht (d.h. in Richtung 24). Das heißt, die Sperrstruktur verhindert, dass das Verriegelungselement 34 in die Kopplungsstellung eintritt, und verhindert dadurch eine Stoßanlage des Verriegelungselements 34 in der Kerbenplatte 14 während einer Drehung der Kerbenplatte 14 in einer ersten Richtung (d.h. in Richtung 24) relativ zu der Taschenplatte 10 oberhalb der vorgegebenen Drehzahl. In Ausführungsformen liegt die vorgegebene Drehzahl in einen Bereich von null bis zu 200 Umdrehungen pro Minute. Die vorgegebene Drehzahl hängt von der Auslegung der Sperrstruktur ab.
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Es wird nun auf 10A Bezug genommen, in der die mittige Rippe 44 vorzugsweise mittig zwischen den Seitenflächen 60 des Grundkörperteils 43 des Verriegelungselements 34 angeordnet ist.
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In den Ausführungsformen der 4B und 8B nimmt die Sperrstruktur außerdem die Form einer mittigen Rippe 62 innerhalb der jeweiligen Kerben 28 der Kerbenplatte 14 an. In der Ausführungsform aus 8A weist die Verriegelungselementstrebe 34 ein Loch 63 auf, das durch das Grundkörperteil 43 von der Oberseite 40 zur Unterseite 42 hindurchreichend ausgebildet ist.
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In Ausführungsformen kann eine oder können mehrere Sperrstrukturen entweder nur mit dem Verriegelungselement 34 verbunden sein, nur mit der Kerbenplatte 14, oder sowohl mit dem Verriegelungselement 34 als auch der Kerbenplatte 14. Eine dem Verriegelungselement 34 zugehörige Sperrstruktur kann eine Rippe, eine Vorwölbung oder ein Vorsprung an der Verriegelung sein. In der schematischen Ansicht der in 2 gezeigten verschiedenen Verriegelungselemente sind weitere beispielhafte, den Verriegelungselementen 34 zugehörige Sperrstrukturen mit dem Bezugszeichen 35 bezeichnet. Eine der Kerbenplatte 14 zugehörige Sperrstruktur kann eine Rippe, Vorwölbung oder ein Vorsprung an der Kupplungsseite 26 der Kerbenplatte sein. In den 3, 12 und 14 sind weitere beispielhafte, den Kerbenplatten 14 zugehörige Sperrstrukturen mit dem Bezugszeichen 65 bezeichnet. Bei der in 3 gezeigten Konfiguration fungieren die der Kerbenplatte 14 zugehörigen Sperrstrukturen 65 jeweils als eine „Freigabekante“, die ein „Freigabemerkmal“ 67 bilden.
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Wenn sich die Steuerplatte 20 in ihrer ersten Stellung befindet, deckt sie den Satz von Verriegelungselementen 34 nicht ab. Wenn sich die Steuerplatte 20 in ihrer zweiten Stellung befindet, deckt sie den Satz von Verriegelungselementen 34 ab. Wenn die Verriegelungselemente 34 nicht abgedeckt sind, können sie bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit der Kerbenplatte 14 relativ zu der Taschenplatte 10 in Richtung 24 durchratschen. Unterhalb der vorgegebenen Geschwindigkeit kommen die Verriegelungselemente 34 in Stoßanlage in den Kerben 28 der Kerbenplatte 14, um eine Drehung zwischen der Taschenplatte 10 und der Kerbenplatte 14 in der durch den Pfeil 24 angegebenen Richtung zu unterbrechen oder zu verhindern.
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In dem oben beschriebenen Beispiel ist die Steuerplatte 20 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 46 versehen. Diese sind im Winkelabstand zueinander um die Mittelachse herum angeordnet. Wenn die Steuerplatte 20 geeignet in der ersten Stellung angeordnet ist, befindet sich direkt über jeder Ausnehmung 33 eine Öffnung 46.
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Die Öffnungen 46 und Kerben 28 sind derart bemessen, dass die vorderen Enden 39 der Verriegelungselemente 34 in die Kerben 28 der Kerbenplatte 14 eintreten können und an den Schultern 45 der Kerben 28 in Stoßanlage kommen können, um eine Verriegelungswirkung zwischen den Verriegelungselementen 34 und der Kerbenplatte 14 zu erzielen, durch die eine Drehung zwischen der Kerbenplatte 14 und der Taschenplatte 10 verhindert oder gestoppt wird.
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Wenn die Steuerplatte 20 aus der ersten Stellung in eine andere (d.h. zweite) Winkelstellung gedreht wird, kommt die Steuerplatte 20 in Anlage an der Oberseite der Verriegelungselemente 34 und bewirkt damit, dass die Verriegelungselemente um ihre Drehpunkte 70 nach unten schwenken, in die jeweiligen Aussparungen 33 hinein, und an einer Anlagestelle 72 zumindest teilweise von der Steuerplatte 20 abgedeckt sind und an einer Schwenkbewegung nach oben gehindert werden. Wenn die Steuerplatte 20 derart angeordnet ist, kann sich die Kerbenplatte 14 in Bezug auf die Taschenplatte 10 in der Richtung 24 im Freilauf um die Mittelachse drehen.
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Die Verriegelungselemente 34 weisen jeweils zwei in entgegengesetzter Richtung vorstehende Ohren 68 auf, die sich an deren hinterem Ende 41 seitlich erstrecken.
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Unter jedem der Verriegelungselemente 34 ist in Federtaschen 66, die in den Ausnehmungen 33 ausgebildet sind, eine Schraubenfeder 64 angeordnet, wenngleich mit einer Ausführungsform der Erfindung eine beliebige geeignete Verriegelungselement-Feder verwendet werden kann.
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Wenn die Kerbenplatte 14 innerhalb der Taschenplatte 10 aufgenommen oder in diese eingebettet ist, mit der Steuerplatte 20 in Zwischenlage, werden die Kerbenplatte 14 und die Taschenplatte 10 typischerweise durch einen Haltering oder Sprengring (nicht gezeigt) axial festgehalten. Der Sprengring wird in einer Nut aufgenommen und gehalten, die in der Taschenplatte 10 ausgebildet ist. Im zusammengebauten Zustand ist die Steuerplatte 20 typischerweise in einer ringförmigen Nut (nicht gezeigt) angeordnet, die in der Taschenplatte 10 ausgebildet ist.
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Die Verriegelungselemente aus den 2 - 11 lassen sich als ratschende planare Verriegelungselemente charakterisieren. Das Verriegelungselement aus 12 ist ein ratschendes Verriegelungselement mit mittigem Schwenkpunkt, oder ein wippendes Verriegelungselement, das in 12 allgemein mit 34' bezeichnet ist. Das Verriegelungselement 34' ist zusammen mit dem ihm zugeordneten Kupplungselement oder der Kerbenplatte 14' gezeigt.
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Das Verriegelungselement aus 13 lässt sich als eine radiale Ausbildungsform des planaren Verriegelungselements aus den 2 - 11 charakterisieren und ist in 13 allgemein mit 34'' bezeichnet. Das Verriegelungselement 34'' ist zusammen mit den diesem zugeordneten Kupplungselementen (d.h. der Kerbenplatte 14'' und der Taschenplatte 10'') gezeigt, vorgespannt durch eine Feder 64''. In 14 ist das radiale Verriegelungselement 34'' allgemein in einer auseinandergezogenen Ansicht dargestellt. Eine alternative Ausbildungsform eines radialen Verriegelungselements ist in 15 allgemein mit 34''' bezeichnet. Eine auseinandergezogene Ansicht der Kerbenplatte 14'' ist allgemein in 14 gezeigt.
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Die radialen Verriegelungselemente 34'' und 34''' aus 14 bzw. 15 werden typischerweise nicht durch eine Auswahlplatte betätigt, sondern werden vielmehr durch einen Linearaktuator betätigt.
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Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen sämtliche mögliche Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr handelt es sich bei den in der Beschreibung verwendeten Begriffen eher um beschreibende als um einschränkende Begriffe. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von der erfinderischen Idee und vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale verschiedener realisierter Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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