DE10009450A1 - Freilauf-Käfigring - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Freilauf-Käfigring, in dem eine Vielzahl von Klemmstücken verschwenkbar gelagert und durch zumindest eine Feder im Einkuppelsinn vorgespannt ist, wobei sich die Klemmstücke radial nach außen am Käfigrand abstützen und unter Fliehkraft-Einwirkung eine im Entkuppelsinn wirkende Schwenkbewegung entgegen der Federkraft durchführen. Wesentlich ist nun, dass der Käfigring einstückig ausgeführt ist und in seinem zylindrischen Bereich eine Vielzahl in Umfangsrichtung aufeinander folgender Fenster aufweist, in denen die Klemmstücke in Umfangsrichtung unter gleichzeitiger Abstützung radial nach außen geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freilauf-Käfigring, in dem eine Vielzahl von Klemmstücken verschwenkbar gelagert und durch zumindest eine Feder im Einkuppelsinn vorgespannt ist, wobei sich die Klemmstücke radial nach außen am Käfigring abstützen und unter Fliehkraft-Einwirkung eine im Ent­ kuppelsinn wirkende Schwenkbewegung entgegen der Federkraft durchfüh­ ren.

Ein derartiger Freilauf-Käfigring ist durch die DE 20 04 457 bekannt. Er hat den Vorteil, dass die Klemmstücke im Leerlauf-Betrieb nicht wie üblich vom Innenring, sondern stattdessen vom Außenring abheben.

Grundsätzlich ist es bei Freiläufen bekannt, dass der Käfigring im Leerlauf zusammen mit dem Freilauf-Außenring umläuft, während der Freilauf- Innenring stillsteht. Dabei werden die Klemmstücke durch die auf sie ein­ wirkende Fliehkraft nach außen gedrückt, im Entkuppelsinn verschwenkt und dadurch vom Freilauf-Innenring abgehoben.

Demgegenüber gestattet es die DE 20 04 457, die Klemmstücke im Leer­ lauf nicht vom Innenring, sondern vom Außenring abheben zu lassen. Die­ se Alternative wird dann benötigt, wenn im Leerlaufbetrieb der Freilauf- Innenring umläuft, während der Außenring stillsteht. Dazu muss der Schwerpunkt der Klemmstücke derart gegenüber der Klemmstücke- Schwenkachse versetzt sein, dass die Schwenkbewegung im Entkuppel­ sinn zu einem Abheben der Klemmstücke vom Freilauf-Außenring führt. Da die Abstützung der Klemmstücke gegenüber dem Fliehrafteinfluß in diesem Fall nicht mehr über den Außenring erfolgen kann, stützen sie sich an einem konzentrischen Stützring bzw. am Käfigring ab, der in reibschlüssiger Verbindung mit dem Freilauf-Innenring steht.

Auf diese Weise wird jeglicher Verschleiß des Freilaufes im Leerlauf aus­ geschlossen, sobald die zur Fliehkraft-Abhebung der Klemmstücke erfor­ derliche Drehzahl überschritten ist. Dies hat deshalb besondere Bedeu­ tung, weil schon geringfügige Materialabtragungen an den Klemmstücken zu Funktionsstörungen infolge ungleichmäßigen Eingriffes und letztlich zu einem Versagen des Freilaufes mit gefährlichen Folgen für das Bedie­ nungspersonal führen können.

Bei der DE 20 04 457, von der die vorliegende Anmeldung ausgeht, be­ steht der Käfigring aus zwei ringförmigen, sich im wesentlichen radial erstreckenden Randscheiben, zwischen denen die Klemmstücke angeord­ net sind. Beide Randscheiben weisen an ihrem radial äußeren Rand auf­ einander zugerichtete Abkantungen auf, an denen sich die Klemmstücke über stirnseits angeordnete Kipplager gegenüber dem Fliehkraft-Einfluss radial abstützen. Die Verbindung der beiden Randscheiben erfolgt durch mehrere über den Umfang verteilte, sich in Axialrichtung erstreckende Bol­ zen.

Bei diesem bekannten Käfigring ist zwar eine gute Abstützung der Klemm­ stücke gegenüber den Fliehkräften gewährleistet. Die achsparallele Aus­ richtung der Klemmstücke ist jedoch für zahlreiche Anwendungsfälle unbe­ friedigend.

Es ist daher durch die DE 44 43 723 auch bekannt, an den genannten Randscheiben gesondert gefertigte Taschen anzuordnen, die in Umfangs­ richtung aufeinander folgen, derart, dass jedem Klemmstück in seiner axi­ alen Erstreckung zwei Taschen zugeordnet sind, die das Klemmstück an gegenüberliegenden Stirnseiten umgreifen. Dadurch sind die Klemmstücke auch in Umfangsrichtung exakt geführt und durch die radiale Abstützung sind sie für die Fliehkraft-Abhebung vom Außenring geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfigring anzubieten, der eine exakte Führung bzw. Abstützung der Klemmstücke in Umfangsrichtung wie auch gegenüber der Fliehkraft bietet, der aber we­ sentlich kostengünstiger herstellbar ist als die beiden vorbeschriebenen Käfigring-Typen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Käfigring einstückig ist und in seinem zylindrischen Bereich eine Vielzahl in Um­ fangsrichtung aufeinander folgender Fenster aufweist, in denen die Klemmstücke in Umfangsrichtung unter gleichzeitiger Abstützung radial nach außen geführt sind.

Durch diese Gestaltung zeichnet sich der erfindungsgemäße Käfigring durch außerordentlich günstige Herstellungskosten aus, denn die Fenster können durch einen einfachen Stanzvorgang erzeugt werden. Gleichzeitig wird sein Gewicht und sein Trägheitsmoment erheblich verringert, so dass er beim Einkuppeln schneller reagiert und die mit Verschleiß verbundene Synchronisierungsphase bis zum Greifen der Kupplung verkürzt wird.

Ähnliche Käfigringe mit Fenster sind zwar bereits durch die DE 19 15 567 bekannt geworden. Sie erlauben aber nicht die Abstützung der Klemmstü­ cke in Radialrichtung, so dass dort im Freilaufbetrieb nur ein Abheben der Klemmstücke vom Freilauf-Innenring möglich ist.

Im Sinne der erfindungsgemäß angestrebten Fliehkraft-Abhebung der Klemmstücke vom Außenring empfiehlt es sich, dass der Käfigring nicht - wie etwa bei der DE 19 15 567 - in mittlerer Höhe der Klemmstücke ver­ läuft, sondern radial weiter außen, so dass er mit seinen Fenstern die radi­ al außen liegende Hälfte der Klemmstücke umfasst. Dadurch steht seine innere Umfangsfläche als Abstützfläche für die Schwenklagerung der Klemmstücke zur Verfügung und nimmt gleichzeitig auch die Fliehkräfte auf. Außerdem erlaubt diese Positionierung des Käfigringes eines günstige Massenverteilung der Klemmstücke in Bezug auf deren Abhebebewegung vom Außenring.

Für die Federbelastung der Klemmstücke kann an sich auf bekannten Lö­ sungen zurückgegriffen werden. Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn die Federn lösbar am Käfigring befestigt werden, insbesondere in dessen Fenster lösbar eingehängt werden. Dadurch wird die Montage wesentlich erleichtert.

Häufig besteht der Wunsch, den Käfigring mit samt seinen Klemmstücken, aber ohne Innen- und Außenring an Kunden zu liefern. Dabei ergibt sich das Problem, dass die Klemmstücke aus dem Käfigring herausrutschen und vom Kunden wieder eingebaut werden müssen. Dies erfordert nicht nur Erfahrung und Geschicklichkeit, sondern kann bei einem fehlerhaften Einbau - auch nur eines einzigen Klemmstückes - zum Totalausfall des Freilaufes führen. Hier setzt eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung an, indem die ohnehin notwendigen Federn als Formteile, insbesondere Blechformteile, ausgebildet werden, die die Klemmstücke wie eine Tasche oder Klammer umgeben und unverlierbar im Käfigring halten. Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme auch die Montage des Freilaufes beim Hersteller selbst erleichtert.

Die Feder kann in diesem Fall als flache Biegefeder, insbesondere als Blattfeder ausgebildet sein.

Zur unverlierbaren Halterung der Klemmstücke im Käfigring empfiehlt es sich, dass das Formteil die üblicherweise stirnseits des Klemmstückes an­ geordneten Lagerzapfen an den radial innenliegenden Seiten umgreift, so dass die Klemmstücke sowohl radial nach außen wie auch radial nach in­ nen geführt sind. Diese beiden seitlichen Schenkel sind an ihren Enden zweckmäßig so ausgebildet, dass sie - so wie das andere Ende des Formteiles - in den Käfigring eingehängt werden können.

Um die Montage der Klemmstücke in den Käfigring zu erleichtern, sind die beiden seitlichen Schenkel des Formteiles zweckmäßig in Axialrichtung elastisch ausgebildet, damit die Klemmstücke trotz der seitlich vorstehenden Lagerzapfen radial in das Formteil eingesetzt werden können, obwohl das Formteil selbst bereits im Käfigring eingehängt ist.

Es besteht die Möglichkeit, das Formteil aus zwei axial benachbarten Tei­ len herzustellen, die jeweils für sich in den Käfigring eingehängt sind. Es ist aber auch möglich, mehrere in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Formteile miteinander zu verbinden, etwa in Form eines fortlaufend ge­ prägten Bandes. Im Grenzfall sind alle Formteile zu einem Ring verbunden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeich­ nung; dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Freilauf in eingebautem Zu­ stand, geschnitten längs der Linie I-I in Fig. II;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Freilauf radial von außen gemäß dem Pfeil A in Fig. 2;

Fig. 4 die gleiche Ansicht wie Fig. 3, jedoch bei einem anderen Blechformteil;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht und drei Seitenansichten eines Blechformteiles gemäß einer ersten Alternative;

Fig. 6 die gleichen Ansichten eines Blechformteiles gemäß einer zweiten Alternative;

Fig. 7 die gleichen Ansichten eines Blechformteiles gemäß einer dritten Alternative;

Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht ähnlich Fig. 2, mit den Klemmstücken in eingekuppelter und in entkuppelter Stellung und

Fig. 9 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, jedoch mit einem Käfigring ohne Abkantung.

In Fig. 1 erkennt man ein Zahnrad 1, das einerseits auf einer Welle 2 ge­ lagert ist, andererseits über einen Freilauf 3 mit einem koaxial angeordne­ ten Wellenteil 4 in Wirkverbindung steht.

Der Freilauf 3 besteht, wie auch aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, aus einem Käfigring 5 mit L-förmigem Querschnitt, der sich hauptsächlich in Axialrichtung erstreckt und in seinem zylindrischen Bereich eine Vielzahl von in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Fenstern 6 aufweist. Diese Fenster 6 haben eine etwa rechteckige Kontur und sind an allen vier Seiten von dem Material des Käfigringes umgeben.

In jedem der Fenster 6 ist ein Klemmstück 8 gelagert, wobei es mit seinen beiden stirnseitigen Lagerzapfen 8a auf einer inneren Umfangsfläche 5a des Käfigringes 5 anliegt. Nur bei dem rechten Fenster 6 in Fig. 2 ist das Klemmstück aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.

Zur unverlierbaren Halterung und zur Anfederung der Klemmstücke dienen Blechformteile 7 mit einer Körbchen-ähnlichen Gestalt, die formschlüssig in den Käfigring eingehängt sind.

Zur Verdeutlichung wird auf Fig. 5 hingewiesen. Man erkennt dort in Fig. 5a eine Seitenansicht in Axialrichtung, in Fig. 5b eine Ansicht in Um­ fangsrichtung, in Fig. 5c eine Draufsicht radial von außen und in Fig. 5d eine Schrägansicht. Das Blechformteil umgibt mit seinen beiden Schenkeln 7a und 7b das Klemmstück 8 an dessen beiden Stirnseiten und hält ihn somit in Axialrichtung fest. Da die beiden Schenkel unterhalb der Lager­ zapfen 8a des Klemmstückes 8 verlaufen und die Klemmstücke aufgrund ihrer Formgebung, insbesondere wegen ihrer seitlichen Lagerzapfen 8a, nicht nach oben aus dem Fenster 6 herausrutschen können, werden sie auch in Radialrichtung im Käfigring gehalten, und zwar schon dann, wenn diese noch nicht zwischen das Außenteil 1 und das Innenteil 4 eingebaut sind.

Bei der Bauform gemäß Fig. 5 sind die Schenkel 7a und 7b an ihren En­ den hakenförmig abgebogen, derart, dass die so gebildeten Haken 7c ent­ gegengesetzt nach außen ragen, so dass sie in das Fenster 6 eingesteckt und dort verhakt werden können, vergleiche Fig. 2 und 3. Die Haken um­ greifen dabei das Material des Käfigringes 5 an der radial innenliegenden Seite, im Bereich der Fensteröffnung und an der radial außenliegenden Seite, so dass sie in Radialrichtung formschlüssig vom Käfigring gehalten werden. Es wäre aber auch möglich, die Formteile nicht an den Fenstern 6 sondern an anderen Öffnungen oder Vorsprüngen des Käfigringes zu ver­ haken.

Wesentlich ist nun, dass direkt in dem Blechformteil 7 eine Biegefeder 7d angeformt ist und dass diese Biegefeder derart mit dem Klemmstück 8 zu­ sammenwirkt, dass sie es im Einkuppelsinn belastet. Dadurch entfallen die bisher notwendigen separaten Wickelfedern, die Taschen im Käfigring zur Aufnahme der Federn und vor allem das viel Fingerspitzengefühl erfor­ dernde Einsetzen der Wickelfedern.

Die Montage der Formteile 7 erfolgt in der Weise, dass sie zunächst ohne die Klemmstücke in die Fenster 6 eingesetzt werden. Dazu werden die ha­ kenförmigen Enden 7c in Umfangsrichtung etwas zusammengedrückt, so dass sie durch die Fensteröffnung 6 radial von innen nach außen durchge­ schoben und danach aufgrund ihrer Eigenspannung im Fenster form­ schlüssig verrasten. Sodann wird das Klemmstück 8 radial von innen in den Schlitz zwischen den Schenkeln 7a und 7b eingeschoben, wobei diese beiden Schenkel in axial entgegengesetzter Richtung auseinandergedrückt werden, damit die Lagerzapfen 8a der Klemmstücke an den genannten Schenkeln vorbeikommen. Wenn die Klemmstücke richtig im Formteil sit­ zen, werden die Schenkel wieder freigegeben, so dass sie zurückfedern und damit sitzen die Klemmstücke unverlierbar, aber frei beweglich für die korrekte Arbeitsweise im Käfig ring.

Fig. 4 zeigt die gleichen Ansichten wie Fig. 3, jedoch sieht hier das Blechformteil etwas anders aus, nämlich so wie in Fig. 6 dargestellt. Hier sind also nicht mehr vier hakenförmige Vorsprünge an den Ecken des Fensters 6 positioniert, sondern nur noch zwei mittig am Blechformteil an­ geordnete Vorsprünge 7c. Außerdem ist die Feder 7d etwas länger ausge­ bildet und weist einen zusätzlichen Bogen 7e auf. Sie ist dadurch etwas elastischer.

Fig. 7 zeigt eine dritte Variante für das Blechformteil 7 in den gleichen Ansichten wie Fig. 5 und 6. Es hat dabei die prinzipiell gleiche Form wie in Fig. 6, ist aber durch einen mittleren Trennschnitt in zwei spiegelbildli­ che Hälften geteilt.

Fig. 8 zeigt ein Klemmstück 8 in verschiedenen Positionen zwischen inne­ rer und äußerer Laufbahn. Bei der in durchgezogenen Linien dargestellten Position befinden sich die Klemmstücke in der eingekuppelten Stellung, al­ so in der Sperrposition, bei der in gestrichelten Linien dargestellten Positi­ on hingegen in der entkuppelten Stellung. Man erkennt in der entkuppelten Stellung deutlich, dass die Klemmstücke an ihrer radial außenliegenden Klemmfläche durch die Einwirkung der Fliehkraft von der äußeren Lauf­ bahn abgehoben ist. Ebenso erkennt man, dass die Klemmstücke dabei die Feder 7d, die sie im Einkuppelsinn belastet, zurückdrücken.

Während ihrer Schwenkbewegung rollen die Klemmstücke über ihre beiden stirnseitigen Lagerzapfen 8a an der radial innenliegenden Seite des Käfig­ ringes 5 ab. Das Ende der Schwenkbewegung im Entkuppelsinn wird be­ grenzt durch das Formteil 7, dessen Feder 7d mit zunehmender Auslen­ kung eine immer stärkere Rückstellkraft entwickelt und letztlich als An­ schlag fungiert.

In Fig. 9 ist schließlich noch eine Variante für den Käfigring 5 abgebildet. In diesem Fall hat der Käfigring eine glatt-zylindrische Form ohne radiale Abwinkelung. Seine beiden axialen Enden sitzen in trapezförmigen Schlit­ zen 14 der benachbarten Teile, um die Synchronisation des Käfigringes mit diesen Teilen herbeizuführen. Im Ausführungsbeispiel werden die benach­ barten Teile zum einen durch das wellenförmige Teil 4, zum anderen durch ein damit verbundenes tellerförmiges Teil 15 gebildet, wobei das tellerför­ mige Teil eine Anpressung in Axialrichtung auf den Käfigring ausübt, so dass er am ganzen Umfang in die Rillen 14 hineingedrückt wird.

Im übrigen sind in den glatt-zylindrischen Käfig die gleichen Blechformtei­ le 7 eingehängt, wie in den vorhergehenden Figuren dargestellt.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Blechformteile 7 ohne Fe­ der 7d auszubilden und stattdessen separate Federn einzusetzen.

Zusammenfassend besteht der Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass durch den einstückigen Käfigring mit Fenstern die angestrebte Ab­ stützung der Klemmstücke gegenüber Fliehkraft bei erheblich günstigeren Herstellungskosten als bisher realisiert wird und dass durch die speziellen Formteile 7 mit angeformter Feder 7d keine separaten Andrückfedern mehr für die Klemmstücke notwendig sind, so dass der Aufbau des Käfigringes sowie seine Montage erheblich vereinfacht wird.

Claims (13)

1. Freilauf-Käfigring (5), in dem eine Vielzahl von Klemmstücken (8) verschwenkbar gelagert und durch zumindest eine Feder (7d) im Einkup­ pelsinn vorgespannt ist, wobei sich die Klemmstücke (8) radial nach außen am Käfigring (5) abstützen und unter Fliehkraft-Einwirkung eine im Entkup­ pelsinn wirkende Schwenkbewegung entgegen der Federkraft durchführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (5) einstückig ist und in seinem zylindrischen Bereich eine Vielzahl in Umfangsrichtung aufeinander folgender Fenster (6) auf­ weist, in denen die Klemmstücke (8) in Umfangsrichtung unter gleichzeiti­ ger Abstützung radial nach außen geführt sind.

2. Käfigring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er auf dem Radialniveau der radial außenliegenden Hälften der Klemmstücke (8) verläuft.

3. Käfigring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er innere Umfangsflächen (5a) aufweist, an denen sich stirnseitige Lagerzapfen (8a) der Klemmstücke (8) radial nach außen abstützen.

4. Käfigring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Einkuppelsinn wirkende Feder (7d) lösbar am Käfigring (5) befestigt, insbesondere in dessen Fenster (6) lösbar eingehängt ist.

5. Käfigring nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7d) zusammen mit einer das Klemmstück (8) unverlierbar haltenden Klammer als einstückiges Formteil (7), insbesondere Blech­ formteil, ausgebildet ist.

6. Käfigring nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7d) als flache Biegefeder, insbesondere als Blattfeder ausgebildet ist.

7. Käfigring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7) stirnseitige Lagerzapfen (8a) des Klemmstückes (8) umgreift, um das Klemmstück (8) unverlierbar im Käfigring (5) zu halten.

8. Käfigring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7) zwei seitliche Schenkel (7a, 7b) aufweist, die das Klemmstück (8) an dessen beiden Stirnseiten umfassen.

9. Käfigring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden seitlichen Schenkel (7a, 7b) ebenfalls in den Käfigring (5) eingehängt sind.

10. Käfigring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden seitlichen Schenkel (7a, 7b) des Formteiles (7) in Axial­ richtung elastisch zu spreizen sind, um das radiale Einsetzen des Klemm­ stückes (8) zu erlauben.

11. Käfigring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7) aus zwei axial benachbarten Teilen besteht, die je­ weils für sich in den Käfigring (5) eingehängt sind.

12. Käfigring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Formteile (7) in ei­ nem gemeinsamen Formteil kombiniert sind.

13. Käfigring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7) ohne die Feder (7d) ausgebildet ist.