WO2014187589A1 - Kupplungsvorrichtung sowie klappenvorrichtung mit einer derartigen kupplungsvorrichtung - Google Patents

Kupplungsvorrichtung sowie klappenvorrichtung mit einer derartigen kupplungsvorrichtung Download PDF

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WO2014187589A1
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drive
output
output element
shaft
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PCT/EP2014/054476
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Ringo Uhlendorf
Semir NAAMANE
Frank SOLZBACHER
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Pierburg Gmbh
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    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves

Definitions

  • a torque transmitting coupling is achieved by balls, which are arranged between the hub and the shaft.
  • a tool changer for a robot is known from DE 10 2007 016 300 A1, in which, for the coupling between a first element and a second element, balls arranged in recesses of the first element are loaded radially outward via an axially movable conical element, whereby these balls engage in corresponding recesses of the second element, whereby the second element is axially fixed to the first element.
  • a clutch for torque transmission between two components with different control ranges using balls for 15 torque transmission is not known.
  • flap devices are known in which two mutually coupled flaps, which each dominate a channel and have a different rotation angle range, are actuated via a common actuator.
  • flap devices are known in which two mutually coupled flaps, which each dominate a channel and have a different rotation angle range, are actuated via a common actuator.
  • combinations of exhaust gas flap or throttle valve with a coupled exhaust gas recirculation valve or diverter valve are known.
  • Such a flap device is described for example in DE 10 2005 25 002 266 AI.
  • an exhaust gas recirculation flap and an exhaust gas flap are actuated via a common actuator, wherein different adjustment angle ranges of the flaps can be adjusted via two different lever linkage.
  • DE 10 2010 020 709 a coupling of an exhaust gas flow damper with a diverter valve of a turbocharger is known, which via a made a coupling of a first drive shaft to an output shaft in a first defined rotation angle range and made the possibility for decoupling the rotational movement of the drive shaft of the output shaft in a defined second rotation angle range.
  • the drive shaft is in a first stationary clutch housing element and the output shaft is mounted in a second fixed clutch housing element.
  • the moving parts of the coupling device can be sealed to the outside, so that the ingress of dirt is reliably prevented.
  • the at least one ball is axially displaceable by a corresponding opening in the output element of the drive element in the direction of the second clutch housing element. In this way, the adhesion can be interrupted by the ball between the drive element and the output element, so that a decoupling takes place.
  • the at least one ball in the second rotation angle range 5 is inserted into protrusions of the second clutch housing element and pushed out of the drive element, whereby not only the frictional connection between the drive element and the output element is repealed, but at the same time a frictional connection between the second clutch housing element and the output element is made lo , so that the output element is locked.
  • the formations in a number corresponding to the number of balls are formed in a spherical zone in the second coupling housing element on a surface facing the output element.
  • the output element or a component connected to the output element abuts against a stationary stop. This ensures that the output element is not rotated further and the balls are forcibly pressed into the recesses of the clutch housing element.
  • the stop is firmly connected to the coupling housing and protrudes into a recess of the output element. It is created as a small-sized cost-coupling device.
  • the stop in such a way that, when the stop is reached, the spherical-zone-shaped formation of the second clutch housing element is arranged opposite to the at least one through-bore of the output element.
  • a tilting is excluded by the balls, which can slide after reaching the stop in the formations.
  • a driver connected to the drive element bears against the output element or one of the components connected to the output element in a torque-transmitting manner.
  • This driver reaches its point of contact after passing through the first angle of rotation and ensures that the balls are forcibly moved back from the second clutch housing element in the drive element and again form the frictional connection.
  • the driver engages in a section of the output element, abuts against the tangentially limiting wall surface of the driver in reversing the direction of rotation after passing through the second angle range in the first angular range.
  • the driver can be arranged in the interior of the coupling housing, so that a pollution-resistant and compact design.
  • the driver is so is arranged that upon reaching the driving point, the spherical-zone-shaped formation of the drive element is arranged opposite to the through hole of the output element.
  • the surfaces of the second clutch housing element and the drive element radially adjacent to the formations generate the force for the axial displacement of the balls.
  • Other components for generating the axial displacement are not required accordingly.
  • FIG. 1 shows, in an exploded view, a perspective view of a coupling device according to the invention.
  • Figure 2 shows a side view of the coupling device of Figure 1 in the engaged state in a sectional view.
  • FIG. 3 shows a plan view of the first clutch housing element of the clutch device from FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a plan view of the drive element of the coupling device from FIG. 1.
  • FIG. 5 shows a plan view of the output element of the coupling device from FIG. 1.
  • FIG. 6 shows a plan view of the second clutch housing element of the clutch device from FIG. 1.
  • FIG. 7 shows a side view of a flap device according to the invention.
  • the coupling device consists, as can be seen in Figures 1 and 2, of a two-part clutch housing 10 having a first fixed Kupplungsgeratiuseiement 12 and a second fixed Kupplungsgephaseuseeiement 14, in the interior of which the further functional members of the coupling device are arranged.
  • the two clutch housing elements 12, 14 are positioned and centered radially relative to one another via a pin 16, which is arranged in corresponding bores 18 in the outer peripheral region of the clutch housing elements 12, 14.
  • a drive shaft 20 is mounted in a bearing bore 21, which penetrates the clutch housing element 12 axially along the central axis.
  • a drive element 22 shown in FIG. 4, is arranged on the drive shaft 20 so as to be at least rotationally fixed.
  • the drive element 22 is designed disc-shaped and has at its periphery a over an angle of about 185 ° extending recess 24. In this recess 24 projects a pin 26 which in the first Clutch housing element 12 is secured in a corresponding bore 28.
  • three ball-zone-shaped formations 30 are formed, which are offset by 120 ° relative to each other on a circular arc about the central axis of the drive element 22. Furthermore, a bore 32 is formed in the outer region of the drive element, into which a pin 34 is inserted, which projects in the direction of the second coupling housing element.
  • first clutch housing member 12 On the first clutch housing member 12 is a circular, centrally around the central axis axially extending collar 36 is formed, which surrounds the drive member 22 radially. This collar 36 is surrounded directly by a peripheral wall 38 of the second clutch housing element 14, so that the clutch housing 10 is closed radially outward.
  • the second clutch housing element 14 which is shown in Figure 6, also has a central, axially extending bearing bore 40, in which an output shaft 42 is mounted on the drive element 22 facing end an output element 44 is attached.
  • the second coupling housing member 14 in the further radially inner region on another axial bore 46, in which a further pin 48 is fixed, which is in a recess 50 on the output element 44th protrudes.
  • three ball-zone-shaped formations 52 are arranged offset by 120 ° relative to one another at the same distance from the central axis.
  • the output element 44 has three openings in the form of through holes 56 which are offset by 120 ° to each other and whose central axis has the same distance to the central axis of the coupling device as the centers of the spherical-zone-shaped protrusions 30, 52 in the drive element 22 and in the second clutch housing element 14th
  • a ball 58 is arranged whose radius substantially corresponds to the radius of the formations 30, 52 and is only slightly smaller than the radius of the through bores 56.
  • the axial extent of the driven element 44 is smaller than the diameter of the balls 58.
  • the diameter of the balls 58 corresponds to the axial extent of the driven element 44 plus the axial depth of one spherical zone-shaped formation 30, 52.
  • a position is selected in which the pin 26 rests in the first coupling housing member 12 against a recess 24 of the drive element 22 tangentially bounding wall surface 60, the pin 48 of the second coupling housing member 14 against a tangentially bounding wall surface 62 of the recess 50 of the output element 44 abuts and the pin 34 of the drive element 22 projects into the second recess 54 of the output element 44 and in turn abuts against a tangentially bounding wall surface 63 of this recess 54.
  • the balls 58 are arranged in the through-hole 56 of the output element 44 and protrude into the spherical-zone-shaped formations 30 of the drive element 22.
  • the output element 44 remains again until the time at which the second rotation angle range is completely traversed and the pin 34 of the drive element 30, the recess 54 of Output element 44 has passed through and abuts against the tangentially bounding wall surface 63. From this point, the pin 34 serves as a driver 70 and ensures that the output element 44 follows the movement of the drive element 22. At this time, again lie the protrusions 30, 52 of the second clutch housing member 14 and the drive member 22 and the through holes 56 on an axially extending line.
  • An actuator 76 drives a first shaft, on which the first flap 72 is fixed, which dominates a flow cross-section of a first channel 78, which is formed in a first channel housing 80. From a second shaft, the second flap 74 is fixed, which regulates the flow cross section of a second channel 82 which is formed in a channel housing 84, wherein the shafts are each arranged centrally in the associated channel 78, 84. Between the two shafts the coupling device described is arranged so that the first shaft is the drive shaft 20 and the second shaft is the output shaft 42 of the coupling device.

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Abstract

Es sind Kupplungsvorrichtungen zur Drehmomentübertragung und definierten Entkopplung zweier Wellen mit einer Antriebswelle (20), einem Antriebselement (22), das mit der Antriebswelle (20) drehfest verbunden ist, einer Abtriebswelle (42), einem Abtriebselement (44), das mit der Abtriebswelle (42) drehfest verbunden ist und zumindest einer Kugel (58), über welche eine formschlüssige Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement (22) und dem Abtriebselement (44) herstellbar ist, indem die zumindest eine Kugel (58) in das Antriebselement (22) und das Abtriebselement (44) hineinragt, bekannt. Auch sind Klappenvorrichtung bekannt, bei denen zwei Klappen (72, 74) über einen Aktor (76) betätigt werden. Um eine Kupplungsvorrichtung mit zwei unterschiedlichen Drehwinkelbereichen der beiden Klappen herzustellen, die unempfindlich ist gegen Schmutz und einen geringen Bauraumbedarf aufweist, wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Kugel (58) in einem ersten Drehwinkelbereich der Antriebswelle (20) in das Antriebselement (22) und das Abtriebselement (44) zur formschlüssigen, drehmomentübertragenden Verbindung hineinragt und in einem zweiten Drehwinkelbereich, in der die Antriebswelle (20) von der Abtriebswelle (42) entkoppelt ist, aus dem Antriebselement (22) ausgeschoben ist. Bei der Verwendung dieser Kupplungsvorrichtung kann auf verschieden wirkende Gestänge an einem Aktor verzichtet werden.

Description

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einer angetriebenen Nabe und einer als Abtrieb dienenden Welle eine drehmomentübertragende Kopplung durch Kugeln erzielt wird, die zwischen der Nabe und der Welle angeordnet sind.
5 Des Weiteren ist aus der DE 10 2007 016 300 AI ein Werkzeugwechsler für einen Roboter bekannt, wobei zur Kopplung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element, in Ausnehmungen des ersten Elementes angeordnete Kugeln über ein axial bewegliches kegelförmiges Element nach radial außen belastet werden, wodurch diese Kugeln in i o entsprechende Ausnehmungen des zweiten Elementes greifen, wodurch das zweite Element axial am ersten Element fixiert wird.
Eine Kupplung zur Drehmomentübertragung zwischen zwei Bauteilen mit unterschiedlichen Stellbereichen unter Verwendung von Kugeln zur 15 Drehmomentübertragung ist nicht bekannt.
Es sind jedoch Klappenvorrichtungen bekannt, bei denen zwei miteinander gekoppelte Klappen, welche jeweils einen Kanal beherrschen und einen unterschiedlichen Drehwinkelbereich aufweisen, über einen 20 gemeinsamen Aktor betätigt werden. Bekannt sind dabei beispielsweise Kombinationen aus Abgasstauklappe oder Drosselklappe mit einem gekoppelten Abgasrückführventil oder Schubumluftventil.
Eine derartige Klappenvorrichtung wird beispielsweise in der DE 10 2005 25 002 266 AI beschrieben. Hier werden eine Abgasrückführklappe und eine Abgasstauklappe über einen gemeinsamen Aktor betätigt, wobei über zwei verschiedene Hebelgestänge unterschiedliche Stellwinkelbereiche der Klappen eingestellt werden können. 0 Aus der DE 10 2010 020 709 ist eine Kopplung einer Abgasstauklappe mit einem Schubumluftventil eines Turboladers bekannt, die über einen
Figure imgf000005_0001
eine Kopplung einer ersten Antriebswelle zu einer Abtriebswelle in einem ersten definierten Drehwinkelbereich hergestellt und die Möglichkeit zur Entkopplung der Drehbewegung der Antriebswelle von der Abtriebswelle in einem definierten zweiten Drehwinkelbereich hergestellt.
Dadurch, dass zwischen den Wellen zweier Klappen eine derartige Kupplungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die erste Welle als Antriebswelle der Kupplungsvorrichtung dient und die zweite Welle als Abtriebswelle der Kupplungsvorrichtung dient, wird es somit möglich ohne zusätzliche Hebelgestänge zwei Klappen so miteinander zu koppeln, dass diese unterschiedliche Drehwinkelbereiche aufweisen. Die Anordnung zwischen den beiden Klappenwellen führt zu einer Bauform mit sehr geringem Platzbedarf und der Möglichkeit die Kopplung einfach gegenüber dem verschmutzten Motor räum abzuschirmen.
Vorzugsweise ist die Antriebswelle in einem ersten feststehenden Kupplungsgehäuseelement und die Abtriebswelle ist in einem zweiten feststehenden Kupplungsgehäuseelement gelagert. Über diese Kupplungsgehäuseelemente können die beweglichen Teile der Kupplungsvorrichtung nach außen hin abgedichtet werden, so dass ein Eindringen von Schmutz zuverlässig verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die zumindest eine Kugel axial durch eine entsprechende Öffnung im Abtriebselement vom Antriebselement in Richtung des zweiten Kupplungsgehäuseelements verschiebbar. Auf diese Weise kann der Kraftschluss durch die Kugel zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement unterbrochen werden, so dass eine Entkopplung stattfindet.
Um eine präzise Entkopplung unter einem definierten Drehwinkel herstellen zu können, ist die zumindest eine Öffnung als Durchgangsbohrung ausgeführt, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Kugel entspricht.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Kugel im zweiten Drehwinkelbereich 5 in Ausformungen des zweiten Kupplungsgehäuseelements eingeschoben und aus dem Antriebselement ausgeschoben, wodurch nicht nur der Kraftschluss zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement aufgehoben wird, sondern gleichzeitig ein Kraftschluss zwischen dem zweiten Kupplungsgehäuseelement und dem Abtriebselement hergestellt l o wird, so dass das Abtriebselement arretiert wird.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind die Ausformungen in einer zur Anzahl der Kugeln korrespondierenden Anzahl kugelzonenförmig im zweiten Kupplungsgehäuseelement auf einer5 Oberfläche ausgebildet, die zum Abtriebselement weist. So wird eine gleichmäßige flächige Belastung der Kugeln hergestellt, wodurch diese eine längere Lebensdauer aufweisen.
Aus dem gleichen Grund ist es auch vorteilhaft, wenn auf einer0 Oberfläche des Antriebselements, die zum Abtriebselement weist, eine zur Anzahl der Kugeln korrespondierende Anzahl kugelzonenförmiger Ausformungen ausgebildet ist, so dass der Kraftschluss über die kugelzonenförmigen Ausformungen erfolgt. 5 Vorteilhafterweise liegt nach Durchfahren des ersten Drehwinkels das Abtriebselement oder ein mit dem Abtriebselement verbundenes Bauteil gegen einen feststehenden Anschlag an. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Abtriebselement nicht weiter gedreht wird und die Kugeln zwangsweise in die Ausnehmungen des Kupplungsgehäuseelementes gedrückt werden. In einer besonders kompakten Ausführung mit wenigen zu montierenden Teilen ist der Anschlag fest mit dem Kupplungsgehäuse verbunden und ragt in eine Ausnehmung des Abtriebselementes. Es wird so eine kleinbauende kostengünstige Kupplungsvorrichtung geschaffen.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, den Anschlag derart anzuordnen, dass mit Erreichen des Anschlags die kugelzonenförmige Ausformung des zweiten Kupplungsgehäuseelements gegenüberliegend zur mindestens einen Durchgangsbohrung des Abtriebselementes angeordnet ist. So wird ein Verkanten durch die Kugeln ausgeschlossen, die nach Erreichen des Anschlags in die Ausformungen gleiten können.
Vorzugsweise liegt bei Drehrichtungsumkehr während des Durchfahrens des ersten Drehwinkelbereiches ein mit dem Antriebselement verbundener Mitnehmer gegen das Abtriebselement oder eines der mit dem Abtriebselement verbundenen Bauteile drehmomentübertragend an. Dieser Mitnehmer erreicht seinen Anlagepunkt nach dem Durchfahren des ersten Drehwinkels und sorgt dafür, dass die Kugeln wieder vom zweiten Kupplungsgehäuseelement zwangsweise in das Antriebselement verschoben werden und dort erneut den Kraftschluss bilden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Mitnehmer in einen Ausschnitt des Abtriebselementes greift, gegen dessen tangential begrenzende Wandfläche der Mitnehmer bei Drehrichtungsumkehr nach Durchfahren des zweiten Winkelbereichs im ersten Winkelbereich anliegt. Durch diese Ausführung kann der Mitnehmer im Inneren des Kupplungsgehäuses angeordnet werden, so dass eine verschmutzungsunempfindliche und kompakte Bauform entsteht. Um auch nach Drehrichtungsumkehr ein gleitendes Eingreifen und Verschieben der Kugeln sicherzustellen, ist der Mitnehmer derart angeordnet ist, dass mit Erreichen des Mitnahmepunktes die kugelzonenförmige Ausformung des Antriebselementes gegenüberliegend zur Durchgangsbohrung des Abtriebselementes angeordnet ist.
Vorzugsweise erzeugen die zu den Ausformungen radial benachbarten Oberflächen des zweiten Kupplungsgehäuseelements und des Antriebselementes die Kraft zur axialen Verschiebung der Kugeln. Weitere Bauteile zur Erzeugung der axialen Verschiebung sind entsprechend nicht erforderlich.
Es wird somit eine Kupplungsvorrichtung sowie eine Klappenvorrichtung mit einer derartigen Kupplungsvorrichtung geschaffen, die einfach und kompakt aufgebaut ist, leicht zu montieren ist und mit der ohne einen zusätzlichen Steller zu benötigen, ein Koppeln und eine Entkopplung zwischen zwei Wellen und somit auch zwischen zwei Klappenkörpern in definierten Drehwinkelbereichen hergestellt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung und einer Klappenvorrichtung mit einer derartigen Kupplungsvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt in gesprengter Darstellung eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung aus Figur 1 im eingekuppelten Zustand in geschnittener Darstellung.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf das erste Kupplungsgehäuseelement der Kupplungsvorrichtung aus Figur 1. Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf das Antriebselement der Kupplungsvorrichtung aus Figur 1.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht des Abtriebselementes der Kupplungsvorrichtung aus Figur 1.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf das zweite Kupplungsgehäuseeiement der Kupplungsvorrichtung aus Figur 1. Figur 7 zeigt eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Klappenvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung besteht, wie in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, aus einem zweiteiligen Kupplungsgehäuse 10 mit einem ersten feststehenden Kupplungsgehäuseeiement 12 und einem zweiten feststehenden Kupplungsgehäuseeiement 14, in deren Inneren die weiteren Funktionsglieder der Kupplungsvorrichtung angeordnet sind. Die beiden Kupplungsgehäuseelemente 12, 14 sind über einen Stift 16, der in entsprechenden Bohrungen 18 im äußeren Umfangsbereich der Kupplungsgehäuseelemente 12, 14 angeordnet ist, radial zueinander positioniert und zentriert.
Im Inneren des ersten Kupplungsgehäuseelementes 12, welches in Figur 3 dargestellt ist, ist eine Antriebswelle 20 in einer Lagerbohrung 21 gelagert, welche das Kupplungsgehäuseeiement 12 axial entlang der Mittelachse durchdringt. Auf dem zum zweiten Kupplungsgehäuseeiement 14 ragenden Ende ist auf der Antriebswelle 20 ein in Figur 4 dargestelltes Antriebselement 22 zumindest drehfest angeordnet. Das Antriebselement 22 ist scheibenförmig ausgeführt und weist an seinem Umfang eine sich über einen Winkel von ca. 185° erstreckende Ausnehmung 24 aus. In diese Ausnehmung 24 ragt ein Stift 26, der im ersten Kupplungsgehäuseelement 12 in einer entsprechenden Bohrung 28 befestigt ist. Auf der zum zweiten Kupplungsgehäuseelement 14 weisenden Oberfläche des Antriebselementes 22 sind drei kugelzonenförmige Ausformungen 30 ausgebildet, welche um 120° versetzt zueinander auf einem Kreisbogen um die Mittelachse des Antriebselementes 22 angeordnet sind. Des Weiteren ist im äußeren Bereich des Antriebselementes eine Bohrung 32 ausgebildet, in die ein Stift 34 eingesteckt wird, der in Richtung des zweiten Kupplungsgehäuseelementes ragt.
Am ersten Kupplungsgehäuseelement 12 ist ein kreisförmiger, sich zentral um die Mittelachse axial erstreckender Kragen 36 ausgebildet, der das Antriebselement 22 radial umgibt. Dieser Kragen 36 wird unmittelbar von einer Umfangswand 38 des zweiten Kupplungsgehäuseelementes 14 umgeben, so dass das Kupplungsgehäuse 10 radial nach außen geschlossen ist.
Das zweite Kupplungsgehäuseelement 14, welches in Figur 6 dargestellt ist, weist ebenfalls eine zentrale, sich axial erstreckende Lagerbohrung 40 auf, in der eine Abtriebswelle 42 gelagert wird, auf deren zum Antriebselement 22 weisenden Ende ein Abtriebselement 44 befestigt ist. Neben der Bohrung 18, in die der Stift 26 aus dem ersten Kupplungsgehäuseelement 12 ragt weist das zweite Kupplungsgehäuseelement 14 im weiter radial innenliegenden Bereich eine weitere axiale Bohrung 46 auf, in der ein weiterer Stift 48 befestigt wird, der in eine Ausnehmung 50 am Abtriebselement 44 ragt. Des Weiteren sind auf einer zum Abtriebselement 44 weisenden Oberfläche des zweiten Kupplungsgehäuseelementes 14 drei kugelzonenförmige Ausformungen 52 um 120° versetzt zueinander in gleichem Abstand zur Mittelachse angeordnet. Die Ausnehmung 50 des in der Figur 5 dargestellten Abtriebselementes 44 erstreckt sich über einen Winkel von ca. 90° und erstreckt sich im vorliegendem Ausführungsbeispiel nicht über die gesamte axiale Länge des Abtriebselementes 44 sondern lediglich über einen zum zweiten Kupplungsgehäuseelement 14 weisenden axialen Abschnitt. Am Abtriebselement 44 erstreckt sich in einem Abstand von ca. 30° zur ersten Ausnehmung 50 eine zweite Ausnehmung 54 radial über einen Winkel von ca. 90° und axial über die gesamte Länge des Abtriebselementes 44.
Zusätzlich weist das Abtriebselement 44 drei Öffnungen in Form von Durchgangsbohrungen 56 auf, die um 120° versetzt zueinander angeordnet sind und deren Mittelachse den gleichen Abstand zur Mittelachse der Kupplungsvorrichtung aufweist wie die Mittelpunkte der kugelzonenförmigen Ausformungen 30, 52 im Antriebselement 22 und im zweiten Kupplungsgehäuseelement 14. In diesen Durchgangsbohrungen 56 ist jeweils eine Kugel 58 angeordnet, deren Radius im Wesentlichen dem Radius der Ausformungen 30, 52 entspricht und lediglich geringfügig kleiner ist als der Radius der Durchgangsbohrungen 56.
Wichtig für die Funktion der Kupplungsvorrichtung, die im Folgenden beschrieben wird, ist, dass die axiale Ausdehnung des Abtriebselementes 44 kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 58. Im Wesentlichen entspricht der Durchmesser der Kugeln 58 der axialen Ausdehnung des Abtriebselementes 44 zuzüglich der axialen Tiefe einer kugelzonenförmigen Ausformung 30, 52. Die beschrieben Teile sind so zusammengesetzt, dass sich Antriebselement 22 und Abtriebselement 44 unmittelbar gegenüberliegen, jedoch ohne axial in Kontakt zueinander zu stehen. Als Ausgangspunkt der Funktionsbeschreibung wird eine Stellung gewählt, in der der Stift 26 im ersten Kupplungsgehäuseelement 12 gegen eine die Ausnehmung 24 des Antriebselementes 22 tangential begrenzende Wandfläche 60 anliegt, der Stift 48 des zweiten Kupplungsgehäuseelementes 14 gegen eine tangential begrenzende Wandfläche 62 der Ausnehmung 50 des Abtriebselementes 44 anliegt und der Stift 34 des Antriebselementes 22 in die zweite Ausnehmung 54 des Abtriebselementes 44 ragt und wiederum gegen eine tangential begrenzende Wandfläche 63 dieser Ausnehmung 54 anliegt. Gleichzeitig sind die Kugeln 58 in der Durchgangsbohrung 56 des Abtriebselementes 44 angeordnet und ragen in die kugelzonenförmigen Ausformungen 30 des Antriebselementes 22.
Wird nun die Antriebswelle 20 und mit ihr das Antriebselement 22 entgegen dem Uhrzeigersinn nach der Darstellung in Figur 1 gedreht, wird zunächst durch den Eingriff der Kugeln 58 in die Ausformungen 30 des Antriebselementes 22 und die Durchgangsbohrungen 56 des Abtriebselementes 44 aufgrund des Kraftschlusses durch die Kugeln 58 das Abtriebselement 44 und somit auch die Abtriebswelle 42 in gleicher Weise gedreht wie die Antriebswelle 20. Dabei entfernen sich die Stifte 26, 34, 48 von den Wandflächen 60, 62 bis ein erster Drehwinkelbereich im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach ca. 90° durchfahren ist, wodurch der Stift 48 gegen eine zur ersten Wandfläche 62 gegenüberliegende zweite tangential begrenzende Wandfläche 64 der Ausnehmung 50 anliegt, so dass der Stift 48 als Anschlag 66 für das Abtriebselement 44 dient. Exakt bei diesem Drehwinkel liegen die Ausformungen 52 des zweiten Kupplungsgehäuseelementes 14 in axialer Verlängerung zu den Durchgangsbohrungen 56 des Abtriebselementes 44. Ein Weiterdrehen der Antriebswelle 20 beziehungsweise des Antriebselementes 22 führt dazu, dass die Kugeln 58 durch die zu den Ausformungen 30 benachbarte Oberfläche des Antriebselementes die Kugeln axial in die Ausformungen 52 verschieben. Somit wird der Kraftschluss zwischen dem Antriebselement 22 und dem Abtriebselement 44 aufgehoben, so dass nur noch das Antriebselement 22 gedreht wird, während das Abtriebselement 44 feststeht. In diesem zweiten durchfahrenen Drehwinkelbereich beginnt entsprechend auch der Stift 34 durch die Ausnehmung 54 des Abtriebselementes 44 zu wandern. Diese Drehung des Antriebselementes erfolgt bis eine tangential begrenzende Wandfläche 68 des Antriebselementes 22, die gegenüberliegend zur tangential begrenzenden Wandfläche 60 der Ausnehmung 24 angeordnet ist, gegen den Stift 26 anliegt. Damit ist der zweite Drehwinkelbereich durchfahren. Die Antriebswelle 20 ist in dieser Richtung nicht mehr drehbar.
Wird die Antriebswelle 20 und mit der Antriebswelle 20 das Antriebselement 22 nun im Uhrzeigersinn zurückgedreht, bleibt erneut zunächst das Abtriebselement 44 stehen und zwar bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Drehwinkelbereich vollständig durchfahren ist und der Stift 34 des Antriebselementes 30 die Ausnehmung 54 des Abtriebselementes 44 durchfahren hat und gegen die tangential begrenzende Wandfläche 63 anschlägt. Der Stift 34 dient ab hier als Mitnehmer 70 und sorgt dafür, dass das Abtriebselement 44 der Bewegung des Antriebselementes 22 folgt. Zu diesem Zeitpunkt liegen erneut die Ausformungen 30, 52 des zweiten Kupplungsgehäuseelementes 14 und des Antriebselementes 22 sowie die Durchgangsbohrungen 56 auf einer axial verlaufenden Linie. Durch die Bewegung des Abtriebselementes 44 entsteht eine Relativbewegung zum stillstehenden zweiten Kupplungsgehäuseelement 14, wodurch die Kugeln 58 axial aus den Ausformungen 52 des Kupplungsgehäuseelementes 14 in die Ausformungen 30 des Antriebselementes 22 verschoben werden, wodurch erneut ein Kraftschluss zwischen dem Antriebselement 22 und dem Abtriebselement 44 stattfindet. Diese Bewegung erfolgt bis schließlich der Stift 26 im ersten Kupplungsgehäuseelement 12 wieder gegen die tangential begrenzende Wandfläche 60 der Ausnehmung 24 des Antriebselementes 22 anschlägt, so dass die Bewegung stoppt. Bei erneuter Drehrichtungsumkehr wird die beschriebene Bewegung wiederholt. In Figur 6 ist eine besondere Verwendung dieser Kupplungsvorrichtung für zwei Klappen 72, 74 dargestellt. Ein Aktor 76 treibt eine erste Welle an, auf der die erste Klappe 72 befestigt ist, die einen Durchströmungsquerschnitt eines ersten Kanals 78 beherrscht, der in einem ersten Kanalgehäuse 80 ausgebildet ist. Aus einer zweiten Welle ist die zweite Klappe 74 befestigt, die den Durchströmungsquerschnitt eines zweiten Kanals 82 regelt, der in einem Kanalgehäuse 84 ausgebildet ist, wobei die Wellen jeweils zentrisch im zugehörigen Kanal 78, 84 angeordnet sind. Zwischen den beiden Wellen ist die beschriebene Kupplungsvorrichtung angeordnet, so dass die erste Welle die Antriebswelle 20 ist und die zweite Welle die Abtriebswelle 42 der Kupplungsvorrichtung ist.
Entsprechend entsteht mittels eines Aktors 76 ein Antrieb beider Klappen 72, 74, wobei die über einen ersten Drehwinkel von ca. 90° beide Klappen 72, 74 synchron gedreht werden und in einem zweiten Drehwinkel von ca. 90° lediglich die erste Klappe 72 gedreht wird.
Es entsteht somit eine einfach aufgebaute Kupplungsvorrichtung, mit der eine Betätigung zweier Klappen mit nur einem Aktor möglich ist, die einen unterschiedlichen Drehwinkelbereich aufweisen, ohne dass hierzu Hebel oder außenliegende Gestänge notwendig wären. Die Kupplungsvorrichtung ist gegen Verschmutzung geschützt und benötigt wenig Bauraum.
Es sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen der beschriebenen Kupplungsvorrichtung möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Neben einer radialen Anordnung der Antriebs- und Abtriebselemente zueinander, die zu einem radialen Verschieben der Kugeln führen würde, können selbstverständlich auch unterschiedliche zu durchfahrende Winkel durch Änderung der Größe der Ausnehmungen hergestellt werden. Mitnehmer und Anschläge können auch einstückig mit dem Antriebselement oder dem ersten beziehungsweise zweiten Kupplungsgehäuseteil hergestellt werden. Weitere konstruktive Änderungen sind ebenfalls denkbar.

Claims

Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
korrespondierende Anzahl kugelzonenförmiger Ausformungen (30) ausgebildet ist.
8. Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass
nach Durchfahren des ersten Drehwinkels das Abtriebselement (44) oder ein mit dem Abtriebselement (44) verbundenes Bauteil gegen einen feststehenden Anschlag (66) anliegt.
9. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anschlag (66) fest mit dem zweiten Kupplungsgehäuseelement (14) verbunden ist und in eine Ausnehmung (50) des Abtriebselementes (44) ragt.
10. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anschlag (66) derart angeordnet ist, dass mit Erreichen des Anschlags (66) die zumindest eine kugelzonenförmige Ausformung (52) des zweiten Kupplungsgehäuseelements (14) gegenüberliegend zur mindestens einen Durchgangsbohrung (56) des Abtriebselementes (44) angeordnet ist.
11. Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
bei Drehrichtungsumkehr während des Durchfahrens des ersten Drehwinkelbereiches ein mit dem Antriebselement (44) verbundener Mitnehmer (70) gegen das Abtriebselement (44) oder ein mit dem Abtriebselement (44) verbundenes Bauteil drehmomentübertragend anliegt.
Figure imgf000020_0001
zwischen den Wellen eine Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, wobei die erste Welle als Antriebswelle (20) der Kupplungsvorrichtung dient und die zweite Welle als Abtriebswelle (42) der Kupplungsvorrichtung dient.
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