DE69921105T2

DE69921105T2 - Klinkeneinwegkupplungsanordnung

Info

Publication number: DE69921105T2
Application number: DE69921105T
Authority: DE
Inventors: P. Daniel COSTIN; R. James PAPANIA; A. Duane BACON; R. Nirmal PAVANGAT; R. James WELLS; F. Gerald BENO; F. Ronald GREEN
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: EP1066477A4; JP2009079774A; EP1066477B1; KR20010041485A; DE69921105D1; EP1066477A1; DE69928142T2; CA2555918A1; CA2555918C; WO1999045289A1; CA2322535A1; CA2322535C; DE69928142D1; EP1388683B1; JP2010223434A; JP2003526758A; JP2009109017A; EP1388683A1

Description

Technisches Feld
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einweg-Klinkenkupplungsanordnung mit zentrifugal eingreifenden und sich lösenden Klinken und Leiträdern, die aus Nichteisen-Materialien hergestellt sind.
Technischer Hintergrund
Heutzutage sind verschiedene Typen von Einweg-Kupplungsanordnungen in Gebrauch. Solche Kupplungsanordnungen schließen Anordnungen vom Bremskeil-Typ, Walzen-Typ und vom Typ Sperrzahnrad mit Sperrklinke ein. Alle diese Einweg-Kupplungsanordnungen arbeiten in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung, bei der sie benutzt werden, zufrieden stellend.
Bei bestimmten Getrieben werden an die Einweg-Kupplungsanordnungen erhöhte Anforderungen bzgl. des Drehmomentes gestellt. Räumliche Beschränkungen machen es auch erforderlich, dass die Größe der Kupplungsanordnung innerhalb gewisser Grenzen bleibt. Derzeitige Einweg-Kupplungsanordnungen mit Bremskeil oder Walzen sind oft ungeeignet, um die Belastungsfähigkeit auszuweiten und unterliegen zusätzlich noch den Raumbegrenzungen.
Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen können bei einer gegebenen Baugröße die nominale Belastungsfähigkeit ausweiten. Die Konstruktionsgrenzen des Anordnungstyps Sperrzahnrad mit Sperrklinke werden durch die Kontaktspannung zwischen den Sperrklinken und Laufringen und/oder durch die innerhalb des Laufrings erzeugten Biege- Scher- und Ringspannungen bestimmt.
Klinkenkupplungsanordnungen besitzen mindestens eine Klinke, die so wirkt, dass sie zwei eingekerbte oder mit Aussparungen versehene Laufringe in einer Richtung zusammen verriegelt, und drehen frei in der anderen Richtung. Gewöhnlich beziehen sich die Unterschiede der bekannten Klinkenkupplungsanordnungen auf die Steuerung der Klinken- Bewegungen und die Wirkung auf diese Bewegung durch Zentrifugalkräfte. Klinkenkupplungsanordnungen werden z.B. in den US-Patenten Nr. 2.226.247, 3.554.340 und 5.449.057 gezeigt. Eine weitere Klinkenkupplungsanordnung wird im Britischen Patent Nr. 2116 gezeigt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Klinkenkupplungsanordnungen mit verbessertem Hochgeschwindigkeitsbetrieb zur Verfügung zu stellen.
Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen bereitzustellen, bei denen die Klinken mit Neigungskräften oder Schrägstellungen zum Eingriff hin ausgestattet sind. Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen zur Verfügung zu stellen, die Federn benutzen, um auf die Klinken Neigungskräfte zum Eingriff hin auszuüben.
Es ist des Weitern ein Ziel der vorliegen Erfindung, verbesserte Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen bereitzustellen, die preiswerter sind und ein geringeres Gewicht besitzen als die bekannten Anordnungen und dennoch hinsichtlich Wirkung und Leistung vergleichbar sind. Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen aus Nichteisen-Materialien wie Kunststoff oder Aluminium bereitzustellen, die stabil, dauerhaft und leicht sind.
Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen, die Federn benutzen, um auf die Klinken Neigungskräfte in Richtung auf den Eingriff hin auszuüben. Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen bereitzustellen, bei denen die äußeren Laufringelemente direkt in die Leitrad/Reaktor-Elemente eingebaut oder ein Teil davon sind.
WO 98/10.203 bildet unter Art. 54(3) EPC einen Teil des Standes der Technik und legt eine Anzahl von Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen offen. All die Anordnungen besitzen ein inneres Element mit Einkerbungen, ein äußeres Element mit Aussparungen und Klinkenelementen, die in den Aussparungen zum Eingriff mit den Einkerbungen positioniert sind. Es werden verschiedene Arten von Federelementen benutzt, um die Klinkenelemente zum Eingriff mit den Einkerbungen hin vorzuspannen, und jedes der Federelemente besitzt eine unterschiedliche lichte Weite zu den Klinkenelementen.
US-A-2.710.504 beschreibt eine Einweg-Klinkenkupplungsanordnung mit einem äußeren Element mit Aussparungen, einem inneren Laufringelement mit Einkerbungen, Klinkenelementen in den Aussparungen und eine Vorspannfeder zum Vorspannen der Klinkenelemente.
Übersicht über die Erfindung
Die obigen und andere Ziele der Erfindung werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, die eine Verbesserung gegenüber bekannten Einweg-Klinkenkupplungsanordnungen darstellt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Einweg-Klinkenkupplungsanordnung zur Verfügung, die umfasst:

ein äußeres Element mit einer Vielzahl von ersten Aussparungen;
ein inneres Laufringelement mit einer Vielzahl von Einkerbungen;
seine Vielzahl von Klinkenelementen, wobei eines der Klinkenelemente in jeder der ersten Aussparungen positioniert werden kann; und
Spanneinrichtungen, welche die Klinkenelemente auf Eingriff mit den Einkerbungen hin spannen;
wobei die Spanneinrichtungen mindestens ein Federelement umfassen, das in funktionellen Eingriff mit wenigstens einem der Klinkenelemente positioniert werden kann; und
die Klinkenelemente jeweils einen Höcker besitzen und die ersten Aussparungen jeweils eine entsprechende erste Vertiefung zum Eingriff mit dem Höcker aufweisen, wobei
das mindestens ein Federelement im Wesentlichen dieselbe axiale Breite wie die Klinkenelemente besitzt.

Die Einkerbungen können gezähnt sein und sind an der äußeren Begrenzungsfläche des inneren Laufringelementes angebracht, um während der Relativdrehung der Laufringe oder des inneren Laufrings und des Leitrads in einer Richtung mit den Klinken in verriegelnden Eingriff zu kommen. Die Einkerbungen können auf der Außenseite des Laufringelements Zähne enthalten, die so geformt sind, dass sie eine Drehung des äußeren Laufrings oder Leitrads in einer Richtung verhindern, aber in der entgegengesetzten Richtung eine freilaufende Drehung zulassen. Der Innendurchmesser des inneren Laufringelementes kann so angepasst werden, dass er in Eingriff kommt mit und sicher positioniert wird an einer Lagerwelle, wie etwa einer feststehenden Lagerwelle eines Fahrzeuggetriebes.
Der Schwerpunkt der Klinken kann auf Wunsch so gelegt oder platziert werden, dass, wenn sich die Kupplung dreht, die Zentrifugalkraft am Schwerpunkt die Klinke veranlasst, sich zu den Eingriffs- oder Löse-Positionen zu bewegen. Dies kann ohne eine Achse oder feststehenden Drehpunkt erreicht werden.
Die Federelemente können in sich abgeschlossene, ringförmige Schraubenfedern, zylindrische Schraubenfedern, Bandfedern, Z-förmige Federn, einzelne Blattfedern oder Ähnliches sein. Die Federkräfte können auf einer oder mehreren Umfangsnuten in den Klinken aufgebracht werden, oder die Federkräfte können auf die Klinkenelemente selbst oder in sich axial entlang den Klinken erstreckende Vertiefungen einwirken. Die Federelemente können breite Z-förmige Federn sein, die in der axialen oder einer tangentialer Richtung gefaltet sein können.
Das Leitradelement ist bevorzugt aus Nichteisen-Material hergestellt, das im Gewicht leichter als für Kupplungsanordnungen benutzte herkömmliche Materialien ist, insbesondere für die äußeren Laufringelemente. Das Nichteisen-Material kann ein Metall wie Aluminium oder ein Kunststoffmaterial wie Polyethylen sein, das die für den Einsatz der Kupplungsanordnung erforderlichen Standards in Dauerhaftigkeit und Festigkeit erfüllt.
Der Höcker im äußeren Laufring oder im Leitrad kann gegenüber dem Schwerpunkt der Klinken so platziert werden, dass die Eingriffskraft gesteuert wird. Dies ist wegen der Dauerhaftigkeit bei hoher Geschwindigkeit erforderlich. Diesbezüglich kann nach alternativen Ausführungsformen der Erfindung der Schwerpunkt so positioniert werden, dass die Klinke zur Eingriffsstellung oder auch zu einer „neutralen Position" hin – weder in Eingriff noch gelöst – gedrängt wird.
Die Federkräfte können auf eine Mittelnut oder eine oder mehrere Seitennuten in den Klinkenelementen aufgebracht werden, oder die Federkräfte können auf die Klinkenelemente selbst oder in sich axial entlang der Klinkenlänge ausdehnende Vertiefungen wirken.
Andere Ausführungsformen der Erfindung benutzen eine oder mehrere axiale Haltevorrichtungen. Diese Vorrichtungen enthalten Paare von Unterlegscheiben oder Kunststoffhalter mit sich axial ausdehnenden Flanschelementen. Die Vorrichtungen halten die Klinken axial und halten auch die Laufringe in axial-radialer Ausrichtung, während sie Relativdrehung gestatten. Die Haltevorrichtungen können auch als Drucklager wirken und können erforderliche Schmierung enthalten, um starken Verschleiß der Klinken zu vermeiden.
Durch Beseitigen der äußeren Laufringelemente der Kupplungsanordnungen und Einbauen der Klinkenaussparungen direkt in einen Leitrad- bzw. Reaktormechanismus oder ein anderes ähnliches Element können Material- und Herstellungskosten verringert werden. Ähnlich kann das innere Laufringelement weggelassen und die Einkerbungen direkt in ein Mittelwellenelement oder Ähnliches eingebaut werden. Auch das kann Einsparungen bei Material, Fertigungszeit und -kosten bewirken.
Die Einweg-Klinkenkupplungsanordnung der vorliegenden Erfindung findet insbesondere in Fahrzeuggetrieben Verwendung und kann in Umgebungen eingesetzt werden, wo beide Laufringe sich drehen oder wo eines der Laufräder feststehend ist. Die Erfindung kann ebenso in jedem Mechanismus benutzt werden, wo ein Zwangsanschlag erwünscht ist, um eine unerwünschte Umkehr- oder Rückwärtsdrehung wie bei einem Aufzugsmechanismus oder Ähnliches zu vermeiden.
Andere Merkmale, Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung offensichtlich, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen geprüft wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Einweg-Klinkenkupplungsanordnung mit einigen der Grundbestandteilen der vorliegenden Erfindung dar;
2 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Teil der in 1 gezeigten Kupplungsanordnung;
3 und 4 zeigen eine alternative Anordnung, die Federelemente benutzt und nicht die Erfindung verkörpert, wobei 4 einen Aufriss und 3 eine Explosionsansicht davon darstellt;
5 und 6 zeigen unvollständige Querschnitte der in 4 gezeigten Anordnung, wobei die Querschnitte jeweils entlang der Linien 5–5 und 6–6 in 4 und in Richtung der Pfeile genommen wurden;
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 4 gezeigten Kupplungsanordnung;
8, 9 und 10 stellen verschiedene Arten von Klinkenelementen zum Gebrauch mit einem ersten Federtyp dar, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpern;
11 und 12 veranschaulichen einen Typ von Klinkenelement zur Verwendung mit einem zweiten Federtyp, der nicht die vorliegende Erfindung verkörpert;
13 und 14 stellen eine weitere Variante dar, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert, wobei 14 ein Aufriss und 13 eine Explosionsansicht davon ist;
15 und 16 zeigen unvollständige Querschnitte der in 14 gezeigten Kupplungsanordnung, wobei die Querschnitte jeweils entlang der Linien 15–15 und 16–16 in 14 und in Richtung der Pfeile genommen wurden;
17 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 14 gezeigten Ausführungsform der Kupplungsanordnung;
18 und 19 bilden eine Bandfeder ab, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert;
20 und 21 bilden eine Schraubenfeder-Ausführungsform ab, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert;
22 bis 27 stellen Ausführungsformen der Erfindung dar, einschließlich Ausführungsformen mit elastischen Elementen, die sich im Wesentlichen quer zur axialen Breite der Klinkenelemente erstrecken;
28 bis 33A stellen weitere Ausführungsformen der Erfindung mit breiten Federelementen dar;
34 zeigt eine Anordnung, bei der die Klinkenaussparungen direkt in eine Leitrad-Reaktor-Baugruppe eingebaut sind;
35 ist ein Querschnitt der Anordnung von 34, der entlang der Linie 35–35 in 34 und in Pfeilrichtung genommen wurde;
36 zeigt eine Variante der in 34 – 35 gezeigten Anordnung, die nicht die Erfindung verkörpert;
37 ist ein vergrößerter Teil der in 36 gezeigten Anordnung;
38 ist eine perspektivische Ansicht der Verstärkungselemente, die in der in 36–37 gezeigten Ausführungsform verwendet werden;
39 stellt eine Anordnung dar, bei der die Eingriffskerben für die Klinkenelemente direkt an einem Wellenelement eingebaut sind;
40 stellt Klinken- und Aussparungselemente zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung dar;
41 bildet eine weitere Anordnung der Erfindung ab; und
42 bis 44 bilden die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab.
Beste Wege zur Ausführung der Erfindung
1 stellt schematisch einen Typ einer Einweg-Klinkenkupplungsanordnung 20 dar. Die Anordnung 20 enthält ein inneres Laufringelement 22, ein äußeres Laufringelement 24 und eine Vielzahl von einzelnen Klinkenelementen 25. Die Klinkenelemente 25 sind in Aussparungen 26 im äußeren Laufringelement positioniert. Eine Vielzahl von Einkerbungen 28 ist in der äußeren Begrenzungsfläche bzw. dem Umfang des inneren Laufringelements 22 platziert. Die Einkerbungen sind mit Zähnen ausgestattet, die so geformt sind, dass sie eine Drehung der beiden Laufringe gegeneinander in einer Richtung verhindern, aber eine Drehung in der anderen Richtung gestatten.
Wenn in 1 die Relativbewegung des inneren Laufringelements 22 zu dem äußeren Laufringelement 24 in Richtung des Uhrzeigers erfolgt, dreht sich der innere Laufring frei. Wenn die Relativbewegung des inneren Laufrings 22 gegenüber dem äußeren Laufring 24 gegen den Uhrzeigersinn erfolgt, werden das innere Laufringelement und das äußere Laufringelement durch eine der Klinken 25 miteinander verriegelt. In 1 wird diesbezüglich die verriegelte Klinke mit dem Bezugszeichen 25' gekennzeichnet. Die Klinke 25' überträgt Kraft über die Aussparung 26 im äußeren Laufringelement und die Einkerbung 28 im inneren Laufringelement.
In der in 1 gezeigten Kupplungsanordnung werden zehn Aussparungen 26 und zehn Klinkenelemente 25 zusammen mit elf Einkerbungen 28 im inneren Laufringelement 22 gezeigt. Obwohl die in 1 gezeigte Anordnung nur eine Klinke 25' im Eingriff zeigt, können mehr als eine Klinke in Eingriff kommen, was von der relativen Anzahl und Lage der Klinken und Einkerbungen wie auch den Fertigungstoleranzen abhängt. Mathematisch kann mehr als ein Klinkenelement in Eingriff kommen, wenn sowohl die Anzahl der Klinken als auch die Anzahl der Einkerbungen durch einen gemeinsamen Nenner größer eins ganzzahlig teilbar sind.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer in 1 gezeigten Kupplungsanordnung. Die in 2 gezeigte Klinke 25 ist in der freilaufenden Stellung abgebildet. Nach der vorliegenden Erfindung besitzt der Querschnitt der Klinke 25 einen Gipfelpunkt bzw.
Drehpunkthöcker 30, der durch die Schnittlinie von zwei im Wesentlichen flachen Seiten 32 und 34 ausgebildet ist. Der Gipfelpunkt 30 des Querschnitts bildet einen Drehpunkthöcker mit der Aussparung 26 des äußeren Laufrings, die so geformt ist, dass sie das Klinkenelement aufnimmt. In diesem Zusammenhang besitzt die Aussparung 26 im Wesentlichen gerade Seiten 36, 37,38 und 39.
Nach der in 2 gezeigten Anordnung ist der Schwerpunkt (CM) des Klinkenelementes 25 links von dem Drehpunkthöcker 30 platziert. Auf diese Weise veranlasst, wenn die Kupplungsanordnung 20 sich dreht, eine Zentrifugalkraft (CF) am Schwerpunkt (CM) die Klinke 25 sich zur Eingriffsstellung hin zu bewegen, d.h. die Stellung, in der sie mit der Kerbe 28 im inneren Laufringelement 22 im Eingriff ist. Das Drehmoment auf das Klinkenelement 25 ist proportional zum tangentialen Abstand des CM vom Höcker 30.
Obwohl die in 1 und 2 gezeigte Anordnung ein Klinkenelement zeigt, bei dem der Schwerpunkt zusammen mit der Aussparung im äußeren Laufring so positioniert ist, dass die Klinke sich tendenziell zur Eingriffsstellung hin bewegt, muss das nicht so sein. Zum Beispiel kann die Geometrie der Klinke geändert werden, um eine Klinke mit der Tendenz sich zu Lösen bereitzustellen. Auf diese Weise kann der CM rechts von dem Drehpunkthöcker 30 platziert werden.
Die Aussparung 26 im äußeren Laufring weist auch einen Gipfelpunkt oder Vertiefung 40 auf, die zu dem Drehpunkthöcker 30 des Klinkenelements 25 passt. Der Gipfelpunkt 40 in der Aussparung hält die Klinke 25 in der geeigneten Begrenzungsstellung für freie Bewegung in der Aussparung. Dies verhindert, dass die Enden 42 und 43 der Klinke 25 mit den jeweiligen Seiten 36 und 39 der Aussparung in Kontakt kommen. Wenn die Klinkenenden mit den angrenzenden Flächen der Aussparung des äußeren Laufrings in Kontakt kämen, könnte Reibung die Klinkenbewegung zum Eingriff hin verlangsamen. Es ist bevorzugt erwünscht, dass sich die Klinken so schnell wie möglich zum Eingriff mit dem inneren Laufringelement hin drehen.
Der Höcker der Klinke ist gegenüber dem Schwerpunkt der Klinke genau platziert, ungeachtet der genauen Lage der Klinke gegenüber dem äußeren Laufringelement. Dies gestattet eine genaue Steuerung der Eingriffskraft, die für den Betrieb bei hoher Geschwindigkeit bevorzugt wird. Dies wird auch mit einer verhältnismäßig einfachen Geometrie er reicht, die ohne eine Achse, getrennte Schwenkelemente oder Ähnliches auskommt. Ferner ist die Aussparung des äußeren Laufrings so gestaltet, dass sie auch einen entsprechenden Gipfelpunkt oder eine Vertiefung besitzt, die die Klinke in einer genauen Lage in der Aussparung hält. Diese Lage verhindert es, dass die Klinke mit den Seiten oder Enden der Aussparung in Kontakt kommt, wenn sie sich zum Eingriff hin schwenkt.
Die Klinkenelemente 25 sind bevorzugt aus einem gehärteten Stahlmaterial hergestellt und aus Stücken ausgebildet, die aus gezogenem Draht geschnitten werden. Dies gestattet eine genaue Steuerung der Klinkengeometrie und erlaubt auch eine genaue Steuerung des Schwerpunktes gegenüber dem Gipfelpunkt oder Drehpunkthöcker 30. In dieser Hinsicht kann der Schwerpunkt innerhalb einer Toleranz von 0,001 Inch (0,025 mm) gesteuert werden.
Eine weitere Anordnung wird in 3 bis 8 gezeigt. Diese Anordnung ist in den Zeichnungen im Allgemeinen durch die Bezugszeichen 50 gekennzeichnet. In der Einweg-Klinkenkupplungsanordnung 50 wird eine Feder benutzt, um eine Neigungskraft auf die Klinkenelemente zum Eingriff hin auszuüben. Eine Feder wird insbesondere für Klinken benötigt, die zentrifugal gelöst werden, wie auch für Eingriffsklinken, die in Eingriff kommen müssen, wenn das äußere Laufringelement feststehend ist. In 3 bis 8 enthält die Anordnung 50 ein äußeres Laufringelement 52, ein inneres Laufringelement 54, eine Vielzahl von Klinkenelementen 56 und ein Paar in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfedern 58 und 60. Ein Paar Sicherungsscheiben 62 und 64 werden in der in 3 gezeigten Ausführungsform auch vorgesehen und unten weiter besprochen.
Wie in 7 hauptsächlich gezeigt wird, sind die Klinkenelemente 56 in Aussparungen 66 in den äußeren Laufringelementen 52 platziert und so eingerichtet, dass sie mit den Kerben 68 in dem inneren Laufring 54 in Eingriff kommen. Die in sich geschlossenen, ringförmigen Schraubenfedern 58 und 60, von denen nur eine in 7 gezeigt wird, sind aus dünnem Ringdraht hergestellt und gewöhnlich verfügbar. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform, die zwei in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfedern 58 und 60 benutzt, wird wie in 8 gezeigt eine Vielzahl von Klinkenelementen 56 verwendet. Jedes der Klinkenelemente 56 besitzt ein Paar Vertiefungen oder seitliche Nuten 70 und 72. Die in sich geschlossenen, ringförmigen Schraubenfedern 58 und 60 sind in den Nuten 70 und 72 platziert, wenn die Klinkenelemente im äußeren Laufring untergebracht sind. Der übrige Aufbau des Klinkenelementes 56 ist ähnlich zu Klinkenelement 25, das oben mit Bezug zu 1 und 2 beschrieben wurde; in dieser Hinsicht besitzen die Klinkenelemente Drehpunkthöcker 74, die zu den Gipfelpunkten oder Vertiefungen 76 in den Aussparungen 66 passen.
Die Wirkungsweise der Federelemente 58 und 60 wird mit Bezug zu Feder 58 und den Klinkenelementen 56 in 7 gezeigt. Wenn in dieser Hinsicht die Klinkenelemente in ihrer gelösten Stellung sind, übt die in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfeder 58 eine Kraft in Richtung des äußeren Laufringelements und folglich zur Eingriffposition des Klinkenelements hin aus. Diese Feder liefert eine Kraft F (wie in 7 gezeigt) gegen die Fläche 80 eines jeden Klinkenelementes. Wenn die Klinkenelemente 56 in ihrer Eingriffsposition sind, d.h. in Eingriff mit den Einkerbungen 68 in dem inneren Laufring, ist das Federelement entspannt und übt keine Federkraft auf die Klinkenelemente aus. Dies wird mit Bezug zu dem mittleren Klinkenelement 56 in 7 gezeigt.
Die Federkraft kann auch so angeordnet sein, dass sie an einer einzelnen Seitennut oder einer Mittelnut der Klinkengeometrie wirkt. Dies wird jeweils in 9 und 10 gezeigt, wo die Klinkenelemente mit den Bezugszeichen 82 und 84 gekennzeichnet sind. Die in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfeder ist in unterbrochenen Linien dargestellt und mit Bezugszeichen 86 bezeichnet. Wenn eine von den in 9 und 10 gezeigten Klinken mit der in 3 bis 7 gezeigten Anordnung benutzt wird, dann wird die Lage der in sich geschlossenen, ringförmigen Schraubenfeder und die Anzahl der vorgesehen, in sich geschlossenen, ringförmigen Schraubenfedern entsprechend angepasst.
Öffnung oder Loch 81 im inneren Laufring 54 (6) bietet eine Zugangsöffnung zum Schmieren bezüglich des Getriebes oder anderer Mechanismen, in denen die Einweg-Kupplungsanordnung 50 eingesetzt wird. Es werden bevorzugt mehrere Zugangsöffnungen in der Kupplungsanordnung vorgesehen.
Die Federkraft an den Klinkenelementen kann auch auf andere Weise aufgebracht werden. Wie in 11 und 12 gezeigt besitzt das Klinkenelement 90 eine sich längs oder axial erstreckende Nut 92. Eine kleine Bandfeder 94 wird benutzt, um eine Federkraft (SF) in Richtung von Pfeil 96 auszuüben. Die Bandfedern 94 werden bevorzugt von dünnen Streifen aus Federstahlmaterial abgeschnitten und sind in den Nuten 92 platziert, um eine Kraft SF zum Eingriff der Klinkenelemente 90 hin auszuüben.
Die in 3 bis 6 gezeigten Scheiben 62 und 64 sind auch als axiale Sicherungsvorrichtungen oder -elemente bekannt und können zur Verbesserung oder Verstärkung der Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Die Elemente 62 und 64 halten die Klinkenelemente axial (längs) in der Kupplungsanordnung fest. Die Sicherungselemente halten auch die inneren und äußeren Laufringe in axialer Ausrichtung, während sie freie Relativdrehung gestatten. Ferner wirken die axialen Sicherungselemente als Drucklager zwischen der Kupplungsanordnung und äußeren Teilen des Mechanismus, die sich relativ zu der Kupplungsanordnung drehen, und müssen eine Axiallast durch die Anordnung tragen. Schließlich können die axialen Sicherungselemente (Scheiben) 62 und 64 Schmiermittel in der Kupplungsanordnung halten, das zur Vermeidung von übermäßigem Verschleiß der Klinkenelemente erforderlich ist.
Die Scheiben 62 und 64 können durch eine Presspassungsanordnung, Aufeinanderschichten, Schweißen oder mechanische Befestigung auf herkömmliche Weise mit dem äußeren Laufring verbunden werden.
Ein Halteelement (Sicherung) aus Spritzgusskunststoff kann ebenfalls verwendet werden. Solch ein Element 100 wird in 13 bis 17 gezeigt. In diesen Zeichnungen wird die Einweg-Klinkenkupplungsanordnung gewöhnlich mit Bezugszeichen 102 bezeichnet. Zusammen mit dem Halteelement 100 enthält die Anordnung 102 ein äußeres Laufringelement 104, eine inneres Laufringelement 106, ein Vielzahl von Klinkenelementen 108, ein in sich geschlossenes, ringförmiges Schraubenfedernelement 110 und ein zweites Halteelement 112.
Diesbezüglich können in der in 13-17 gezeigten Ausführungsform der Erfindung die Klinkenelemente 108 von jedem Typ sein, der vorher gezeigt und beschrieben wurde. Zusätzlich sind die Klinkenelemente 108 in Aussparungen 124 im äußeren Laufringelement enthalten und kommen mit Einkerbungen 122 im inneren Laufringelement auf dieselbe Weise in Eingriff, die oben mit Bezug zu 1 bis 12 beschrieben wurde.
Das Halteelement 100 hat eine Vielzahl von Flanschen oder aufrecht stehenden, spitzwinkligen Leitelementen 118 so aufgestellt, dass sie jeweils innerhalb des ringförmigen Raumes zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 106 und 104 positioniert sind. Das Element 100 ist ein radialer Lagerhalter für die Klinken und die Laufringelemente, und wirkt auch als Schmierölsperre für die Schmierung. Die Halteelemente 100 und 112 werden bevorzugt zusammen angebracht, um die Kupplungsanordnung axial zusammenzuhalten. Die Halteelemente wirken auch als Drucklager zwischen der Anordnung und äußeren Teilen des Mechanismus, die sich relativ zur Kupplungsanordnung drehen, und tragen die Axiallasten durch die Anordnung. Die Haltelemente 100 und 112 können auf jede herkömmliche Weise, wie etwa durch Presspassungsanordnung, Aufeinanderschichten, Ultraschall-Schweißen, mechanische Befestigung oder Ähnliches miteinander verbunden werden. Das Halteelement 100 wird bevorzugt aus einem Spritzguss-Kunststoffmaterial hergestellt und besitzt bevorzugt auch einen niedrigen Reibungskoeffizienten, so dass es gegenüber gewöhnlichen Stahl-auf-Stahl-Lagern verbesserte Lagereigenschaften zur Verfügung stellen kann.
Eine weitere Bandfeder wird in den 18 und 19 gezeigt. Hier werden Klinkenelemente 90' benutzt, die dieselben wie die zuvor beschriebenen Klinkenelemente 90 sind und die eine Axialnut 92' aufweisen. Ein Bandfederelement 130 besitzt eine ringförmige Gestalt und ist so eingerichtet, dass es zwischen die inneren und äußeren Laufringelemente der Kupplungsanordnung passt. Das Element 130 wird bevorzugt aus Federstahl gefertigt und besitzt eine Vielzahl von Öffnungen oder Ausschnitten 132 (nur eine davon wird gezeigt), die alle ein Zungenelement 134 haben. Die Klinkenelemente 90' sind in den Öffnungen 132 positioniert und die Zungenelemente befinden sich in den Nuten 92'. Die Bandfederelemente 130 liefern durch die Zungenelemente 134 eine Vorspannkraft auf die Klinkenelemente 90' in Richtung auf den Eingriff mit den Einkerbungen an dem inneren Laufringelement. Obwohl das in 18 dargestellte Zungenelement 134 nur einen kleinen Teil der Breite des Ausschnitts 132 und der Breite der Klinke 90' abdeckt, sollte es verständlich sein, dass an dem Federelement 130 auch Zungen vorgesehen werden können, die sich weiter oder ganz über die Breite des Ausschnitts und des Klinkenelementes erstrecken können.
Der Federmechanismus zum Vorspannen der Klinkenelemente zum Eingriff mit den Einkerbungen des inneren Laufrings hin kann über eine weite Bandbreite an Formen verfügen. Anders als bei den oben beschriebenen, in sich geschlossenen, ringförmigen Schraubenfedern und Bandfedern, können auch andere Federelemente wie zylindrische Schraubenfedern, Blattfedern und Ähnliches verwendet werden. In dieser Hinsicht wird z.B. in 20 und 21 eine zylindrische Schraubenfeder gezeigt. Eine oder mehrere zylindrische Schraubenfedern 140 sind in Aussparungen oder Bohrungen 142 positioniert, die mit den Aussparungen 144 im äußeren Laufringelement 146 verbunden sind. Die zylindrischen Schraubenfedern 140 spannen die Klinkenelemente 148 radial nach innen hin auf das innere Laufringelement vor.
In den in 22 bis 24 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung erstrecken sich die elastischen Vorspannelemente quer über die ganze oder im Wesentlichen ganze Breite des Klinkenelements. In 22 (die sich auf die In 18 und 19 gezeigte Ausführungsform bezieht) besitzen die Klinkenelemente 160 eine axiale Nut 162. Ein bandartiges Federelement 164 mit einer ringförmigen Gestalt ist so eingerichtet, dass es zwischen das innere und äußere Laufringelement der Kupplungsanordnung passt. Das Element 164 wird bevorzugt aus Federstahl hergestellt und besitzt eine Vielzahl von Öffnungen oder Ausschnitten 166 (nur eine davon wird gezeigt) mit einem Zungenelement 168. Die Klinkenelemente 160 sind in den Öffnungen 166 positioniert, und die Zungenelemente 168 befinden sich in den Nuten 162. Das Bandfederelement 164 sorgt durch die Zungenelemente 168 für Vorspannkräfte auf jedes der Klinkenelemente 160 in der Kupplungsanordnung zum Eingriff mit den Kerben am inneren Laufringelement hin.
Das Federzungenelement 168 ist breiter als das Federzungenelement 134, welches bei der in 18 und 19 verwendeten Ausführungsform benutzt wird. Das breite Federelement verringert die Erscheinungsform des Rollens beim Schwenken des Klinkenelementes. Als Folge davon vermeidet das breite Federelement ein Klappern der Klinke während des Freilaufmodus im Betrieb der Kupplungsanordnung. Die breite Federstruktur begrenzt nicht nur die Erscheinungsform des Rollens beim Schwenken, sondern verstärkt auch das Befeuchten der Klinkenelemente mit Fluid.
Eine weitere Ausführungsform der ein breites Federelement benutzenden Erfindung ist in 23 und 24 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein breites Federelement 170 vom Akkordeon-Typ (oder Z-Feder) radial vom Klinkenelement 172 nach außen angeordnet. Das Federelement 170 ist in einem Einschnitt bzw. einer Aussparung 174 im äußeren Laufringelement 176 positioniert, die mit der Klinkenaussparung 178 in Verbindung ist. Das Federelement 170, das bevorzugt aus Federstahl oder einem gleichwertigen Material hergestellt wird, drückt die Nase 180 des Klinkenelements 172 zum Eingriff mit den Einkerbungen des inneren Laufringelements. Die Breite des Federelementes 170 begrenzt die Erscheinungsform des Rollens beim Schwenken des Klinkenelements. Auch Fluid- und Reibungs befeuchtung werden mit dieser Konstruktion erreicht. Die Breite des Federelements 170 ist bevorzugt im Wesentlichen dieselbe wie die Breite des Klinkenelements, obwohl sie auch etwas größer sein kann, wenn es der Raum zulässt.
Eine weitere Art von Akkordeon- oder Z-Typ-Federelement 200, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist in 25 bis 27 gezeigt. Das Federelement 200 wird aus einem einzelnen Stück Federstahl oder aus gleichwertigem Material hergestellt und in der abgebildeten Weise geschnitten und gefaltet. Bei Federelement 200 sind die Falten 202 in tangentialer (ringförmiger) Richtung (quer zur axialen Richtung der Kupplung) ausgerichtet, wobei die Falten an den Enden angrenzend an die äußeren oder seitlichen Flächen der Laufringelemente der Kupplung positioniert sind.
Das Federelement 200 wird verwendet, um das Klinkenelement 204 im äußeren Laufringelement 206 in einer Richtung zum Eingriff mit den Einkerbungen am inneren Laufringelement hin vorzuspannen. Das Federelement 200 erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Breite oder im Wesentlichen über die ganze Breite des Klinkenelements 204.
Ein anderes breites Federelement 210 wird in 28 bis 33A gezeigt. Dieses Federelement ist ein einzelnes Federelement aus Edelstahl (Federhärte oder hohe Ausbeute) und wird in die gezeigte Form gebogen. Das Federelement 210 besitzt einen umgekehrten V-förmigen Abschnitt 212, der um eine Niet 214 herum befestigt ist, welche wiederum in Zusatzaussparung 213 gesichert ist, die an die Hauptklinkenaussparung 216 im äußeren Laufringelement 215 angrenzt. Der flache Flanschabschnitt 218 des Federelements 210 passt unter den ausgesparten Abschnitt 222 des Klinkenelements 220 und wirkt zur Vorspannung des Klinkenelementes zum Eingriff mit den Einkerbungen 224 im inneren Laufringelement 226. Das Klinkenelement 220 weist an einer Fläche auch eine ausgesparte, gekrümmte Nut 228 auf, um zu vermeiden, dass die Klinke an der Oberfläche der Aussparung haften bleibt.
Wie im Querschnitt von 33A gezeigt sind die Außenabschnitte 213A und 213B des V-förmigen Abschnitts 212, wenn das Federelement 210 in der Kupplungsanordnung zusammengebaut ist, gegen die Zusatzaussparung 213 verankert, während der Mittelteil 213C gegenüber dem Nietelement 214 verankert ist. Auch wird bevorzugt ein Paar Unterlegscheiben oder Scheiben 219 vorgesehen, um beim Halten des Federelements 210 an Ort und Stelle in der Kupplungsanordnung zu helfen.
Die breiten Federelemente von dem Typ, wie sie in 22 bis 33A gezeigt werden, können in den Kupplungsanordnungen an verschiedenen Stellen platziert werden, und können an verschiedenen Typen von Klinkenkupplungsanordnungen eingesetzt werden, einschließlich herkömmlichen Klinkenkupplungen, Klinkenkupplungen mit Drehpunkthöcker an den Klinkenelementen und Planetenklinkenkupplungen. Wenn erwünscht können ferner verschiedene innere und/oder äußere Laufringelemente aus der mechanischen Struktur entfernt werden, in welcher der Kupplungstypmechanismus verwendet wird, und die Klinkenaussparungen und eingreifenden Einkerbungen zur „Verriegelung" können direkt in den eingreifenden mechanischen Strukturteilen, wie Rotor oder Welle, ausgebildet werden.
In 34 bis 44 werden alternative Ausführungsformen zum Gebrauch mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsformen können verbesserte Werte bei den Kosten, den Fertigungs- und Montageabläufen wie auch eine verbesserte Leistungsfähigkeit liefern.
Wie in 34 bis 35 gezeigt sind die Klinkenaussparungselemente direkt als Teil eines Leitrads bzw. Reaktorelements 250 für einen Drehmomentwandler oder Ähnliches eingebaut. Das Element 250 kann ein integrales Teil sein, das einen Einweg-Kupplungsmechanismus erfordert. Das Element 250 ist bevorzugt aus einem Aluminium oder einem anderen Material hergestellt, das relativ einfach gegossen und spanend verformt werden kann. Eine Vielzahl von Aussparungselementen 252 wird direkt in der inneren Durchmesserfläche 254 des Elements 250 ausgebildet und/oder spanend bearbeitet. Die in den Aussparungen 252 positionierten Klinkenelemente 256 können von den hier gezeigten und beschriebenen Typen sein, und können zur Eingriffsposition hin gedrängt werden, indem der Schwerpunkt CM an vorbestimmter Lage positioniert wird oder durch eine der verschiedenen Typen von Federelementen oder -mechanismen, die alle hierin besprochen wurden.
Das Innenelement 260 kann ein typisches inneres Laufringelement des oben besprochenen Typs sein, das eine Vielzahl von Verriegelungseinkerbungen 262 aufweist, die um dessen Außendurchmesser 264 herum angeordnet sind. Alternativ kann das mittlere Wellenelement, das typischerweise durch Eingriffszähne, Schiebekeilelemente 266 oder Ähnliches mit dem inneren Laufringelement in Eingriff ist, Einkerbungen aufweisen, die direkt am Außenumfang der Welle spanend bearbeitet oder gegossen wurden, wodurch das innere Laufringelement beseitigt wird. Eine derartige Anordnung ist in 39 gezeigt, wo eine Vielzahl von Einkerbungen 262' an einem Wellenelement 270 vorgesehen ist, das typischerweise hohl ist, und das Wellenelement ist dann mit Element 272 in Eingriff, welches ein äußeres Laufringelement, ein Leitrad- bzw. Reaktorelement oder Ähnliches sein kann. Wellenelement 270 kann z.B. Teil eines Fahrzeuggetriebes sein.
Nach Wunsch des Kupplungskonstrukteurs und/oder im Einklang mit den Betriebsspezifikationen und Parametern für den Kupplungsmechanismus kann jede Anzahl von Aussparungen und Einkerbungen vorgesehen werden. Die in 34 bis 35 gezeigte Anordnung ist mit drei Aussparungen und Klinkenelementen ausgestattet, die gleichmäßig über den Innenumfang/-durchmesser des Außenelementes 250 verteilt sind. Um wirksam und leistungsfähig mit dieser Anzahl von Klinkenelementen in Eingriff zu kommen und dem Kupplungsmechanismus zu gestatten, sich in der gewünschten Zeit mit begrenztem Spiel (z.B. zwölf Grad) zu verriegeln, werden bevorzugt zehn Einkerbungen im inneren Element vorgesehen. 36-38 bilden eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab, in der Einlegeelemente 280 vorgesehen sind. Die Einlegeelemente 280 werden aus Stahl oder einem anderen harten oder gehärteten Material hergestellt und benutzt, um Schaden an weichen Materialien zu vermeiden, die für das äußere Leitrad, Reaktor oder Element 250 verwendet werden, wenn der Kupplungsmechanismus in Betrieb ist. Die Einfügungen können aus gestanztem Stahl oder Ähnlichem sein.
Die Aussparungselemente 282 im Element 250 sind mit einem größerem Raum oder Bereich versehen, damit die Einlegeelemente 280 darin untergebracht werden können. Die Einlegeelemente werden durch Presspassung, Gesenkschmieden oder anderweitig in den Aussparungen 282 dauerhaft befestigt. Die Klinkenelemente 256 sind wie gezeigt innerhalb der pfannenförmigen Einlegeelemente positioniert.
Ein anderes Klinkenelement, das mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wird in 40 gezeigt. In dieser Ausführungsform besitzt das Klinkenelement 300 eine unterschiedliche Größe und Abmessungen gegenüber den oben gezeigten Klinkenelementen. Insbesondere weisen die Klinkenelemente 300 eine größere Höhe H in radialer Richtung auf. Dies erhöht die Belastungsfähigkeit des Kupplungsmechanismus.
Wie bei den andern oben vorgestellten Anordnungen ist das Klinkenelement 300 in einer Aussparung 302 in einem weiteren Element 304 untergebracht, das ein äußerer Lauf ring, ein Leitrad bzw. Reaktor oder Ähnliches sein kann. Der Schwerpunkt CM des Klinkenelementes 300 kann wie gezeigt relativ zum Gipfelpunkt bzw. Drehpunkthöcker 306 so positioniert sein, dass durch Drehung des äußeren Elementes 304 eine Klinkeneingriffskraft erzeugt wird. Ähnlich ist eine Vielzahl von Einkerbungen 310 im Innenelement 312 ausgebildet, das ein innerer Laufring, ein Wellenelement oder Ähnliches sein kann.
Es kann auch eines der Federelemente oder -mechanismen derjenigen Typen und Ausbildungsformen verwendet werden, die oben besprochen wurden, um zu helfen eine Neigungskraft auf die Klinkenelemente 300 zum Eingriff hin auszuüben. Die Verwendung der Sicherungsscheiben oder der Drucklager an einer oder mehreren Seiten des in 40 gezeigten Einweg-Klinkenkupplungsmechanismus kann auch vorgesehen werden. Ferner können auch geeignete Schmierkanäle und -öffnungen vorgesehen werden, wie sie herkömmlich im Bereich der Kupplung benutzt werden.
Als eine zusätzliche Ausführungsform kann das äußere Element als ein Einlegeteil vorgesehen werden, das mit einem Leitrad, einem Reaktor oder einem anderen mechanischen Element verbunden ist. Das wird in 41 gezeigt. Das äußere Element 320 besitzt eine ringförmige Gestalt und ist so eingerichtet, dass es in den Hohlraum bzw. die Aussparung 322 in dem Leitrad, dem Reaktor oder dem anderen Element 324 passt. Das äußere Element 320, das bevorzugt aus einem Metallmaterial hergestellt wird, kann durch Presspassen oder durch Keilelement 326 in Element 324 verkeilt werden. Auf diese Weise kann das Element 324 aus preiswertem Material wie etwa Kunststoffmaterial hergestellt werden. Die anderen Abschnitte des Kupplungsmechanismus einschließlich des inneren Elements 260, der Klinkenelemente 256 und Ähnlichem sind dieselben wie weiter oben.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in 42-44 gezeigt und gewöhnlich mit dem Bezugszeichen 350 gekennzeichnet. Diese bevorzugte Ausführungsform eines Einweg-Kupplungsmechanismus vom Klinkentyp besitzt im Wesentlichen vier Teile: ein Leitradelement 352, ein inneres Laufringelement 354, eine Vielzahl von Klinkenelementen 356 und eine Vielzahl von Federelementen 358.
Der Innendurchmesser 360 des Leitradelementes 352 ist spanend so bearbeitet, dass er das innere Laufringelement 354 bevorzugt mit einem sehr kleinen Spiel (in der Größenordnung von 0,001 – 0,005 Inch bzw. 0,03 – 0,1 mm) aufnimmt. Das Leitrad weist auch eine Vielzahl von im Innendurchmesser ausgebildeten Aussparungen 362 auf, die die Klinkenelemente 356 unterbringen. Die Klinkenelemente und Aussparungen sind ähnlich zu den oben beschriebenen Klinkenelementen und Aussparungen mit der Ausnahme ausgebildet, dass die Schwerpunkte (CM) relativ zu den Höckern 364 so angeordnet sind, dass die Klinkenelemente zum Lösen vom Eingriff weg vorgespannt sind.
Das innere Laufringelement 354 besitzt eine Vielzahl von Einkerbungen 366, die an seinem äußeren Durchmesser bzw. Oberfläche 368 ausgebildet sind. Die Einkerbungen sind so gestaltet, dass sie eine Vielzahl von Zähnen 370 vorsehen, die gebraucht werden, um mit den Klinkenelementen in Eingriff zu kommen und die Drehung des Leitradelementes 352 in einer Richtung relativ zu dem inneren Laufringelement 354 zu verhindern. In der entgegengesetzten Richtung können die beiden Elemente 352 und 354 frei drehen, d.h. im Freilauf. Der Innendurchmesser 372 des inneren Laufrings 354 besitzt eine herkömmliche verkeilte Anordnung, um mit z.B. einem feststehenden, am Getriebe verankerten Lagerwellenelement 374 in Eingriff zu kommen.
Die Federelemente 358 sind Blattfederelemente, die aus gefalteten Stücken von Metallmaterial vom Federtyp, wie etwa Stahl, ausgebildet sind. Das Material wird in eine Z-förmige Federanordnung gefaltet, wobei die Längen 380 der Federelemente in axialer Richtung des Kupplungsmechanismus positioniert sind und die Endfalten 382 und freien Enden 384 der Federelemente bei den oder in Nähe der Enden der axialen Längen der Klinkenelemente platziert sind. In dieser Hinsicht erstrecken sich die Federelemente 358 bevorzugt im Wesentlichen über die gesamte Länge der Klinkenelemente 356 und üben gleichmäßig über die Klinkenelemente Eingriffsvorspannkräfte aus.
Die Federelemente 358 sind in Vertiefungen bzw. Aussparungen 390 positioniert, die in dem Leitradelement 352 ausgebildet sind und sich schneiden mit den oder sich öffnen in die Klinkenaussparungen 362. Die Aussparungen 390 besitzen eine Höhe „h", die ausreicht, um die Federelemente 358 so in einem zusammengedrückten oder vorgespannten Zustand zu halten, dass die Federelemente Vorspannkräfte auf die Klinkenelemente ausüben. Die Aussparungen 390 besitzen Längen „L", die im Wesentlichen den Längen der Klinkenelemente entsprechen.
In der in 42 und 44 gezeigten Ausführungsform sind vier Klinkenelemente und acht Einkerbungen vorgesehen. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform sind vier Klinkenelemente und zehn Einkerbungen vorgesehen. In Abhängigkeit von der Konstruktion der Einweg-Kupplungsanordnung, ihrem beabsichtigten Einsatz und der Umgebung können wie oben bemerkt auch andere Anzahlen von Klinkenelementen und Einkerbungen vorgesehen werden. Die Anordnung und Positionierung der Klinkenelemente und Einkerbungen ist bevorzugt so vorgesehen, dass zwei Klinkenelemente gleichzeitig in Eingriff kommen, um die Drehung des Kupplungsmechanismus zu verhindern.
Die Aussparungen 362 können in dem Leitradelement 352 je nach Wunsch durch Fräs- oder Räumvorgänge spanend bearbeitet werden. Die Aussparungen können auch beim Gießen des Leitrads ausgebildet werden. Ein Gießvorgang kann bevorzugt die genaue Größe und Abmessungen der Aussparungen zur Verfügung stellen, um die Notwendigkeit zu vermeiden, sie auf eine Endabmessung spanend zu bearbeiten.
In der in 42-44 gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann der innere Laufring wie herkömmlicher Weise bekannt aus einem Stahlmaterial hergestellt werden. Das äußere Element wird jedoch bevorzugt aus Nichteisen-Metall wie Aluminium oder Kunststoff gefertigt. Diese Materialien sind leichter als Stahl und sollen bevorzugt mit ausreichender Festigkeit und Dauerhaftigkeit geliefert werden, um die Spezifikationen und die erforderliche Leistungsfähigkeit des Einweg-Kupplungsmechanismus bereitzustellen. Die Federelemente und die Klinkenelemente können aus jedem herkömmlichen Material gemacht sein, das bei derzeitigen Einweg-Kupplungsmechanismen Verwendung findet, wie etwa Stahl.
Obwohl für das Leitradelement ein Aluminiummetall-Material bevorzugt wird, können auch andere Nichteisenmetall-Materialien verwendet werden. Dies schließt Titan, Zink, Nickel und Superlegierungen ein, die gewöhnlich bei Anwendungen in Hochtemperaturmotoren wie etwa bei Gasturbinenmotoren verwendet werden.
Kunststoffmaterialien, die für das Leitradelement 352 verwendet werden können, umfassen bevorzugt jene Materialen, die in heutigen Anwendungen mit hoher Temperatur und hohen Spannungen eingesetzt werden. Diese Materialien sollten eine hohe Zugspannungs- und Biegefestigkeit aufweisen und sollten eine strukturelle Unversehrtheit in Anwesenheit von Flüssigkeiten und anderen Fluiden aufweisen, die gewöhnlich in Getriebesystemen von Fahrzeugen oder Motoren benutzt werden.
Sowohl wärmehärtbare als auch thermoplastische Materialien können in Betracht gezogen werden. Polymere wie Polypropylen, Polyethylen (hohe Dichte bevorzugt), Nylon und Polyvinylchlorid (hohes Molekulargewicht bevorzugt) sind als geeignete Kunststoffmaterialien anzusehen. Kenner der Technik werden leicht verstehen, dass verschiedene Entwurfsparameter durch das Hinzufügen von Weichmachern, Hitzestabilisatoren, Füllstoffen, Schmiermitteln and Ähnlichem zum Polymer eingestellt werden können. Die Kunststoffmaterialien können auch mit Glasfasern oder Ähnlichem verstärkt werden. Schließlich werden, wie im US-Patent Nr. 5.121.686 offen gelegt, Phenolharz-Kunststoffe, die auch unter dem Handelsnamen Duroplast bekannt sind, bei der Herstellung von Fahrzeugkupplungsanordnungen verwendet und sind auch zur Fertigung der hierin beschriebenen Leitradelemente geeignet.
Um sicher zu stellen, dass die aufgrund des Eingriffs des Kupplungsmechanismus auf die Klinken wirkenden Kräfte, und folglich die auf die Aussparungswände in den Leitradelementen ausgeübten Kräfte, nicht die Aussparungen oder Leitradelemente beschädigen, können Einlegeelemente aus einem härterem Material in jeder der Aussparungen vorgesehen werden. Es können so Einlegeelemente des Typs vorgesehen werden, wie er oben mit Bezug zu 36–38 beschrieben worden ist. Ähnlich können die Aussparungswände mit einer Härterschicht oder einem -material ausgekleidet werden, wie durch die unterbrochene Linie 392 in 43 gezeigt wird.
In den bevorzugten Ausführungsformen, die Leitradelemente aus Nichteisen verwenden, können auch andere Federelemente als Mechanismus benutzt werden, um die Klinkenelemente zum Eingriff hin vorzuspannen, d.h. als Alternativen zu den in 42–44 gezeigten Z-förmigen Blattfederelementen. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfedern benutzt werden, wie sie oben in 3–7 abgebildet sind. Mit solchen Federelementen werden auch wie in 8–10 gezeigt entsprechende Klinkenelemente benutzt.

Claims

Einweg-Klinkenkupplungsanordnung, die umfasst: ein äußeres Element (176; 206; 215; 250; 304; 320; 352) mit einer Vielzahl erster Aussparungen (178; 216; 252; 282; 302; 362); ein inneres Laufringelement (226; 260; 312; 354) mit einer Vielzahl von Einkerbungen (224; 262; 262'; 310; 366); und eine Vielzahl von Klinkenelementen (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356), wobei eines der Klinkenelemente in jeder der ersten Aussparungen (178; 216; 252; 282; 302; 362) positioniert werden kann; Spanneinrichtungen (168; 170; 200; 210; 358), die die Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) auf Kontakt mit den Einkerbungen (224; 262; 262 ; 310; 366) zu spannen; wobei die Spanneinrichtungen (168; 170; 200; 210; 358) wenigstens ein Federelement (168; 170; 200; 210; 358) umfassen, das in funktionellem Kontakt mit wenigstens einem der Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) positioniert werden kann, und die Klinkenelemente jeweils einen Höcker (364) daran aufweisen, die ersten Aussparungen (178; 216); 252; 282; 302; 362) jeweils eine entsprechende erste Vertiefung zum Eingriff mit dem Höcker (364) haben, wobei das wenigstens eine Federelement (166; 170; 200; 210; 358) im Wesentlichen die gleiche axiale Breite hat wie die Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356).
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Federelement (168; 170; 200; 210; 358) ein Zungenelement (168) umfasst, das mit einem Bandfederelement (164) verbunden ist, das zwischen dem inneren Laufringelement (226; 260; 312; 354) und dem äußeren Element (176; 206; 215; 250; 304; 320; 352) positioniert werden kann, wobei das Bandfederelement (164) eine Vielzahl von Ausschnitten (166) aufweist und eines der Klinkenelemente (160) in jedem der Ausschnitte (166) positioniert werden kann und das Zungenelement (168) so ausgeführt ist, dass es ein entsprechendes Klinkenelement (160) auf Kontakt mit den Einkerbungen (224; 262; 262'; 310; 366) in dem inneren Laufring (226; 260; 312; 354) zu spannt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine zweite Vertiefung (174; 213; 390) in dem äußeren Element (176; 206; 215; 352) in funktioneller Verbindung mit einer der ersten Aussparungen (187; 216; 362) vorhanden ist und das wenigstens eine Federelement (170; 200; 358) in der zweiten Vertiefung (174; 213; 390) positioniert ist, um ein entsprechendes Klinkenelement (172; 204; 220; 356) auf Kontakt mit den Einkerbungen (224; 366) in dem inneren Laufring (226; 354) zuzuspannen.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Federelement (170; 200; 358) ein ziehharmonikaartiges Federelement (170; 200; 358) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei das ziehharmonikaartige Federelement (170; 200; 358) eine Vielzahl von Falten (202; 382) daran aufweist und in der Kupplungsanordnung so positioniert ist, dass die Falten (202; 382) tangential darin positioniert sind.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Federelement (210) ein gebogenes Stück aus Federstahlmaterial (210) umfasst, das in dem äußeren Laufringelement (215) durch ein Nietelement (214) festgehalten wird.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die zweite Vertiefung (213) eine zweite Aussparung (213) an eine der ersten Aussparungen (216) angrenzend umfasst und ein erster Teil (212) des wenigstens einen Federelementes (210) in der zweiten Aussparung (213) positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Federelement (210) in der zweiten Aussparung (213) durch das Nietelement (214) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste Teil (212) einen umgekehrt V-förmigen Teil (212) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei der V-förmige Teil (212) um das Nietelement (214) herum positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Federelement (168; 170; 200; 210; 358) ein Z-Federelement (170; 200; 358) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei das Z-Federelement (170; 200; 358) aus einem einzelnen Stück aus gefaltetem Federstahlmaterial (170; 200; 358) besteht.
Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Falten (202; 382) des Z-Federelementes (200; 350) in einer Richtung quer zur axialen Richtung der Kupplungsanordnung ausgerichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Falten des Z-Federelementes (170) in der axialen Richtung der Kupplungsanordnung ausgerichtet sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Klinkenelemente (160; 170; 204; 220; 256; 300; 356) in den ersten Aussparungen (178; 216; 252; 282; 302; 362) bei Drehung des inneren Laufringelementes (226; 260; 312; 354) oder des äußeren Elementes (176; 206; 215; 250; 304; 320; 352) in einer Richtung relativ zu dem anderen, d.h., dem inneren Laufringelement oder dem äußeren Element, gehalten werden und wenigstens eines der Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) mit einer der Einkerbungen (224; 262; 262'; 310; 366) in Eingriff kommt, wenn das innere Laufringelement und das äußere Element relativ zueinander in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden.
Anordnung nach Anspruch 15, wobei das äußere Element (176; 206; 215; 250; 304; 320; 352) ein Laufringelement ist und die Einrichtung zum Spannen der Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) des Weiteren das Höckerelement (364) an jedem der Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) sowie die entsprechende erste Vertiefung in jeder der Aussparungen (178; 216; 252; 282; 302; 362) und eine Form jedes der Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) umfasst, durch die der Schwerpunkt (CM) derselben relativ zu dem Höckerelement (364) so positioniert wird, dass bei Drehung des äußeren Laufringelementes (172; 206; 215; 250; 304; 320; 352) Zentrifugalkraft bewirkt, dass jedes Klinkenelement (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) sich auf Eingriff, Lösung oder eine neutrale Position zubewegt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl von Einkerbungen (224; 262; 262'; 310; 366) vorhanden ist, die sich von der Anzahl von Klinkenelementen (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) unterscheidet.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des Weiteren ein Paar scheibenförmiger Halteelemente (62; 64, 100; 112) umfasst, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Anordnung positioniert sind.
Anordnung nach Anspruch 18, wobei die Scheibenelemente (62; 64; 100; 112) ringförmig sind und die Scheibenelemente dazu beitragen, die Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) axial in den ersten Aussparungen (178; 216; 252; 282; 302; 362) zu halten.
Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, wobei eines des Paars von Halteelementen (62; 64; 100; 112) eine Vielzahl von Leitelementen (118) daran enthält und die Leitelemente (118) zwischen dem inneren Laufringelement (226; 260; 312; 354) und dem äußeren Element (176; 206; 215; 250; 304; 320; 352) positioniert sind.
Anordnung nach Anspruch 20, wobei sich die Leitelemente (118) axial erstrecken.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Klinkenelemente (160; 172; 204; 220; 256; 300; 356) eine gekrümmte Vertiefung in einer Außenfläche haben.