DE102005046800A1

DE102005046800A1 - Freilaufkäfigring

Info

Publication number: DE102005046800A1
Application number: DE102005046800A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Straub
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Ein für eine Freilaufkupplung geeigneter Freilaufkäfigring (1) weist zwei ringförmige, sich im Wesentlichen radial erstreckende Randscheiben (2) auf, die durch mehrere in Umfangsrichtung benachbarte, axial verlaufende Zwischenstücke (3) miteinander verbunden sind, wobei die Randscheiben (2) zusammen mit den Zwischenstücken (3) als einteiliges Blechteil ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen zur Anordnung zwischen einem Innenring und einem Außenring einer Freilaufkupplung vorgesehenen Freilaufkäfigring, welcher zwei parallel voneinander beabstandete, ringförmige Randscheiben sowie mehrere diese verbindende, axial verlaufende Zwischenstücke aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Ein Freilaufkäfigring der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 31 51 727 C2 bekannt. Die Randscheiben dieses Freilaufkäfigrings sind beispielsweise gestanzte Blechronden. Zu deren Verbindung sind als Zwischenstücke einzelne Klammern vorgesehen. Die Klemmkörper des Freilaufs sind durch die Kontur der Zwischenstücke unverlierbar im Käfigring gehalten. Eine rationelle Herstellung von Freilaufkäfigringen unterschiedlichen Durchmessers soll dadurch möglich sein, dass gleichartige Zwischenstücke für verschiedene Randscheiben verwendbar sind.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für eine Klemmkörperfreilaufkupplung geeigneten Freilaufkäfigring anzugeben, der sich durch besondere rationelle Herstellungsmöglichkeiten auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Freilaufkäfigring mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser zur Anordnung zwischen einem Innenring und einem Außenring einer Freilaufkupplung geeignete Freilaufkäfigring weist zwei ringförmige, sich im Wesentlichen radial erstreckende Randscheiben sowie mehrere diese verbindende, in Umfangsrichtung benachbarte, axial verlaufende Zwischenstücke auf. Der gesamte Freilaufkäfigring einschließlich der Randscheiben sowie der Zwischenstücke ist als einteiliges, insbesondere durch Stanzen, Biegen und Schweißen hergestelltes, Blechteil ausgebildet. Im Vergleich zu aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzten Freilaufkäfigringen hat der erfindungsgemäße Freilaufkäfigring nicht nur den Vorteil, dass er besonders rationell herstellbar ist, sondern darüber hinaus durch die einstückige Bauweise auch den Vorteil einer hohen Stabilität in Relation zu seiner Masse. Der komplett aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Freilaufkäfigring ist auch für höhere Betriebstemperaturen von beispielsweise mehr als 200°C geeignet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Zwischenstücken des Freilaufkäfigrings gebildeten Aussparungen eine abgestufte Form, in der Art einer T-Form, auf. Hierbei schließt ein in Axialrichtung schmalerer Bereich der Aussparung unmittelbar an einen in Axialrichtung des Freilaufs breiteren Bereich an. Während der breitere Bereich zur Aufnahme eines Klemmkörpers vorgesehen ist, ermöglicht der schmalere Bereich eine radiale Auslenkung einer den Klemmkörper anfedernden Feder zunge. In radialer Draufsicht auf den Freilaufkäfigring ist zwischen dem schmaleren und dem breiteren Bereich der Aussparung ein Absatz gebildet, welcher als Anschlagfläche für einen Klemmkörper dient. Insbesondere kann sich ein unter Fliehkrafteinwirkung stehender Klemmkörper in Freilaufposition an der Anschlagfläche des Freilaufkäfigrings abstützen. Ebenso ist jedoch auch die Möglichkeit gegeben, dass ein in Radialrichtung statisch belasteter Klemmkörper eine Kraft vom Innenring des Freilaufs über den Freilaufkäfigring zum Außenring oder umgekehrt überträgt.

Die den in der Aussparung des Freilaufkäfigrings geführten Klemmkörper mit einer Kraft beaufschlagende Federzunge ist nicht Teil des Freilaufkäfigrings. Vielmehr sind eine der Anzahl der Aussparungen entsprechende Anzahl an Federzungen an ein Federband angeformt, welches, vorzugsweise unter radialer Vorspannung, in den Freilaufkäfigring eingelegt ist. Die Anordnung aus Freilaufkäfigring und Federband wird als Freilaufeinsatz bezeichnet. Das radial innerhalb des Freilaufkäfigrings gehaltene Federband ist in Axialrichtung schmaler als der einstückig spanlos gefertigte Freilaufkäfigring.

Ähnlich wie der Freilaufkäfigring weist auch das Federband in Umfangsrichtung verlaufende Randbereiche sowie diese verbindende, in Axialrichtung verlaufende Stege auf. Allerdings sind die Enden des Federbandes in bevorzugter Ausgestaltung nicht miteinander verbunden, sondern lose übereinander gelegt. Vorzugsweise stützen sich lediglich die Randbereiche des Federbandes am Freilaufkäfigring ab. Zu diesem Zweck weist der Freilaufkäfigring an die Randscheiben angeformte, axial zwischen diesen liegende, radial nach innen gebogene Anschlagszungen auf. Die die umlaufenden Randbereiche des Federbandes verbindenden Federstege haben dagegen keinen unmittelbaren Kontakt mit dem Freilaufkäfigring. Damit ist eine Torsion der axial verlaufenden Stege des Federbandes möglich. Eine solche Torsion tritt auf, wenn eine an den Steg des Federbandes angeformte, einen Klemmkörper anfedernde Federzunge in Radialrichtung ausgelenkt wird. Die Federwirkung ist dabei größtenteils durch die Torsion des Steges und höchstens zu einem geringen Anteil durch eine Verbiegung der Federzunge in sich gegeben.

Zur Herstellung einer Radiallagerung zwischen dem Innenring und dem Außenring der Freilaufkupplung können am Freilaufkäfigring gehaltene, insbesondere auf diesen aufschnappbare, Gleitscheiben, insbesondere aus einem Buntmetall oder einem mit Buntmetall beschichteten Material, vorgesehen sein.

Eine Wälzlagerung zwischen dem Innenring und dem Außenring der Freilaufkupplung ist zum einen mittels axial neben dem Freilaufkäfigring angeordneter Wälzlager, beispielsweise Kugellager, Zylinderrollenlager oder Nadellager, realisierbar. Zum anderen können zwischen einzelnen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Klemmkörpern Wälzkörper im Freilaufkäfigring geführt sein. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Wälzlagerung zwischen dem Innenring und dem Außenring der Freilaufkupplung keinen zusätzlichen axialen Bauraum benötigt.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung des Zeichnung
1 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Freilaufkäfigring,
2 im Querschnitt eine Anordnung mit einem Freilaufkäfigring und einer aufgesteckten Gleitscheibe,
3 im Querschnitt einen Freilauf mit mit Klemmkörpern bestücktem Freilaufkäfigring,
4 einen Freilauf mit Klemmkörpern und zusätzlichen Wälzkörpern zur Radiallagerung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Ausschnitt eines komplett als Blech-Stanzbiegeteil gefertigten Freilaufkäfigrings 1 einer hier nicht weiter dargestellten Klemmkörperfreilaufkupplung gezeigt. Die Axialrichtung des Freilaufs ist durch eine Achse A gegeben. Der Freilaufkäfigring 1 ist axial begrenzt durch zwei ringförmige, sich radial erstreckende Randscheiben 2, von welchen in 1 nur eine ausschnittsweise sichtbar ist. Die Randscheiben 2 sind miteinander verbunden durch in Axialrichtung verlaufende, auch als Stege bezeichnete Zwischenstücke 3. Zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, gleichartig geformten Stegen 3 ist eine Aussparung 4 gebildet. Diese weist in radialer Draufsicht auf den Freilaufkäfigring 1 eine T-Form auf, von welcher in 1 etwa die Hälfte erkennbar ist. Dabei erstreckt sich der Querbalken des T in Richtung der Achse A. Allgemein setzt sich die T-förmige Aussparung 4 aus zwei aneinander grenzenden, eine rechteckige Grundform aufweisenden Bereichen 5, 6 zusammen, nämlich einem in Axialrichtung schmaleren Bereich 5 und einem in Axialrichtung breiteren Bereich 6. Der schmalere Bereich 5 ist zur Führung eines parallel zur Achse A ausgerichteten, in 1 nicht dargestellten Klemmkörpers vorgesehen, während der breitere Bereich 6 der Aussparung 4 die ungehinderte Ausdenkung einer in 1 ebenfalls nicht dargestellten, im Wesentlichen tangential ausgerichteten Federzunge ermöglicht.
In den breiteren Bereich 6 der Aussparung 4 erstreckt sich eine radial nach innen gerichtete, an die Randscheibe 2 angeformte Anschlagszunge 7, auf deren Funktion nachstehend noch näher eingegangen wird. Die radiale Erstreckung der Anschlagszunge 7 ist geringer als die ebenfalls in Radialrichtung gemessene Ausdehnung der Randscheibe 2. Der schmalere Bereich 5 ist in Axialrichtung begrenzt durch jeweils einen Umfangsabschnitt 8 des Freilaufkäfigrings 1. Am Übergang zwischen dem schmaleren Bereich 5 und dem breiteren Bereich 6 befindet sich eine in Axialrichtung verlaufende Anschlagfläche 9 des Freilaufkäfigrings 1, die zugleich eine Begrenzung des Umfangsabschnitts 8 darstellt. Stellt man sich die gesamte Aussparung 4 als T vor, so begrenzt jede Anschlagfläche 9 einen Teil des Querbalkens des T. Eine weitere, ebenfalls in Axialrichtung verlaufende Anschlagfläche 10 ist durch die dem breiteren Bereich 6 zugewandte Oberfläche des Zwischenstücks 3 gegeben. Sämtliche Anschlagflächen 9, 10 dienen der Begrenzung der Kippbewegung eines im Freilaufkäfigring 1 geführten taillierten Klemmkörpers.
In 2 sind ein Innenring 11 und ein Außenring 12 einer Freilaufkupplung angedeutet, wobei es sich bei hier als Innenring 11 bezeichneten Bauteil selbstverständlich auch um eine massive Welle handeln kann. In analoger Weise kann es sich beim Außenring 12 beispielsweise um ein Gehäuse mit einer geeigneten Bohrung handeln. Die zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 angeordneten Komponenten der Freilaufkupplung werden allgemein als Freilaufeinsatz 13 bezeichnet. Zusätzlich zum Freilaufkäfigring 1 umfasst der Freilaufeinsatz 13 nach 2 eine Anzahl Klemmkörper 14, ein Federband 15 sowie eine Gleitscheibe 16.
In 2 sind zwei verschiedene mögliche Varianten eines Freilaufeinsatzes 13 angedeutet, nämlich zum einen mit Gleitscheibe 16 (linke Bildhälfte) und zum anderen ohne Gleitscheibe (rechte Bildhälfte). Ist das Aufstecken der Gleitscheibe 16 auf die Randscheibe 2 vorgesehen, so ist diese radial nach innen, nahezu bis zum Innenring 11, verlängert. Im Übrigen ist der Aufbau und die Funktion des Freilaufeinsatzes 13 unabhängig vom Vorhandensein der Gleitscheibe 16.
Das Federband 15 ist mit geringem Axialspiel zwischen den Randscheiben 2 angeordnet und liegt hierbei an den Anschlagszungen 7 des Freilaufkäfigrings 1 an. Die Anschlagszungen 7 kontaktieren ausschließlich den Randscheiben 2 benachbarte Randbereiche 17 des Federbandes 15, während die Randbereiche 17 verbindende, parallel zu den Zwischenstücken 3 ausgerichtete und radial innerhalb dieser angeordnete Federstege 18 keinen Kontakt zum Freilaufkäfigring 1 haben. In 2 ist auch eine an den Federsteg 18 angeformte Federzunge 19 angedeutet, die den Klemmkörper 14 mit einer Kraft in Richtung dessen Klemmposition beaufschlagt.
Die Form der Klemmkörper 14 ist genauer anhand 3 ersichtlich: Es handelt sich um nicht rotierbare taillierte Klemmkörper 14 mit einer charakteristischen Einschnürung 20, die sich etwa in der Mitte zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 befindet. Die radiale Lage der Einschnürungen 20 der Klemmkörper 14 bestimmt die Lage des Federbandes 15, auf welchem der Freilaufkäfigring 1 schwimmend, d.h. mit zumindest geringfügiger Beweglichkeit sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung, gelagert ist.
Die 3 zeigt den Freilaufeinsatz 13 in freilaufender Funktion. Der Außenring 12 rotiert ebenso wie der Freilaufkäfigring 1 im Uhrzeigersinn. Die Winkelgeschwindigkeit ist derart hoch, dass die Klemmkörper 14 aufgrund der auf diese einwirkenden Zentrifugalkräfte vom Innenring 11 abgehoben sind. Die aus der Rotationsbewegung resultierenden Massenkräfte übersteigen die Federkräfte, welche über die Federzungen 19 auf die Klemmkörper 14 aufgebracht werden und diese in Richtung der nicht dargestellten Klemmposition zu kippen versuchen.
In der dargestellten Freilaufposition der Klemmkörper 14 sollten diese nur geringfügig vom Innenring 11 abgehoben sein. Damit sind einerseits Reibungseinflüsse des Freilaufeinsatzes 13 eliminiert; andererseits ist bei einer Reduzierung der Drehzahl des Außenrings 12 schnell wieder die Klemmbereitschaft der Klemmkörper 14 gegeben. Wie aus 3 hervorgeht, wird der Kippwinkel der Klemmkörper 14 in der gewünschten Weise allein durch den Freilaufkäfigring 1 begrenzt. Ein zweiter Käfig zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 ist nicht erforderlich.
4 zeigt eine Ausführungsform eines Freilaufeinsatzes 13, der besonders zur Aufnahme von Radialkräften F_radial zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 geeignet ist. Die Klemmkörper 14 sperren, wenn ein Drehmoment M in einer bestimmten Richtung zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 wirkt, beispielsweise ein Drehmoment M, welches den Außenring 12 bei feststehendem Innenring 11 im Uhrzeigersinn verdrehen würde. Die Form der Klemmkörper 14 weicht vom Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 ab, jedoch ist ebenfalls eine taillierte Grundform gegeben. Die Anfederung der einzelnen Klemmkörper 14 erfolgt nicht mittels eines durchgehenden Federbandes, sondern mittels einzelner, am Freilaufkäfigring 1 gehaltener Federelemente 21. Die Randscheiben 2 des wie im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 einstückiges als Stanzbiegeteil aus Blech gefertigten Freilaufkäfigrings 1 erstrecken sich radial annähernd vom Außenring 12 bis etwa in die Mitte des Spaltraums 22 zwischen dem Außenring 12 und dem Innenring 11. Die Federelemente 21 sind von außen in Öffnungen 23 des Freilaufkäfigrings 1 eingesteckt, wobei lediglich ein im Querschnitt U-förmiger Abschnitt 24 des Federelementes 21 in den Bereich radial innerhalb des Freilaufkäfigrings 1 ragt. Der U-förmige Abschnitt 24 bildet einen Anschlag 25, welcher die Verkippung des Klemmkörpers 14 in Freilaufrichtung begrenzt.
Zur Aufnahme der Radialkräfte F_radial ist zwischen zwei Klemmkörpern 14 ein Wälzkörper 26 angeordnet, der wie die Klemmkörper 14 im Freilaufkäfigring 1 geführt ist. Mindestens drei über den Umfang verteilte Wälzkörper 26, nämlich Zylinderrollen, tragen auch dazu bei, ein zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 wirkendes Kippmoment M_Kipp aufzunehmen.
Rotiert der Außenring 12 bei feststehendem Innenring 11 in Freilaufrichtung, in der Anordnung nach 4 also im Gegenuhrzeigersinn, so entspricht die Winkelgeschwindigkeit des Freilaufkäfigrings 1 etwa der Hälfte der Winkelgeschwindigkeit des Außenrings 12. Diese Überlegung geht davon aus, dass die radiale Abmessung des Spaltraums 22 im Vergleich zu den Ringen 11, 12 gering ist. Abweichende Verhältnisse ergeben sich bei relativ breitem Spaltraum 22. In jedem Fall ist die Differenz der Geschwindigkeit zwischen dem Klemmkörper 14 und dem Innenring 11 oder dem Außenring 12 geringer als diejenige Geschwindigkeitsdifferenz, die zwischen dem Klemmkörper 14 und einem der Ringe 11, 12 auftritt, falls der Klemmkörper 14 mit dem anderen der Ringe 12, 11 mitrotiert. Die relativ geringen Differenzen zwischen den Winkelgeschwindigkeit des Freilaufkäfigrings 1 und damit der Klemmkörper 14 einerseits und jedem der Ringe 11, 12 andererseits ermöglicht einen besonders weichen, d.h. mechanische Spitzenbelastungen vermeidenden Übergang zwischen einem Betrieb des Freilaufeinsatzes 13 mit freilaufenden Klemmkörpern 14 und einem Betrieb des Freilaufeinsatzes 13 mit sperrenden, d.h. eine Relativbewegung zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 blockierenden Klemmkörpern 14.

1: Freilaufkäfigring
2: Randscheibe
3: Zwischenstück
4: Aussparung
5: schmalerer Bereich
6: breiterer Bereich
7: Anschlagszunge
8: Umfangsabschnitt
9: Anschlagfläche
10: Anschlagfläche
11: Innenring
12: Außenring
13: Freilaufeinsatz
14: Klemmkörper
15: Federband
16: Gleitscheibe
17: Randbereich
18: Federsteg
19: Federzunge
20: Einschnürung
21: Federlement
22: Spaltraum
23: Öffnung
24: Abschnitt
25: Anschlag
26: Wälzkörper
A: Achse
F_radial: Radialkraft
M: Drehmoment
M_Kipp: Kippmoment

Claims

Freilaufkäfigring (1), mit zwei ringförmigen, sich im Wesentlichen radial erstreckenden Randscheiben (2), die durch mehrere in Umfangsrichtung benachbarte, axial verlaufende Zwischenstücke (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Randscheiben (2) zusammen mit den Zwischenstücken (3) als einteiliges Blechteil ausgebildet sind.
Freilaufkäfigring (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein einstückiges, durch Stanzen, Biegen und Schweißen hergestelltes Teil ist.
Freilaufkäfigring (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zwischenstücken (3) eine Aussparung (4) gebildet ist, welche einen in Axialrichtung schmaleren Bereich (5) und einen daran anschließenden, in Axialrichtung breiteren Bereich (6) aufweist.
Freilaufkäfigring (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang zwischen dem breiteren Bereich (6) und dem schmaleren Bereich (5) der Aussparung (4) eine Anschlagfläche (9) für einen unter Fliehkrafteinwirkung stehenden Klemmkörper (14) gebildet ist.
Freilaufkäfigring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch an die Randscheiben (2) angeformte, axial zwischen diesen liegende, radial nach innen gebogene Anschlagszungen (7), welche zur radialen Abstützung eines zwischen den Randscheiben angeordneten Federbandes (15) geeignet sind.
Freilaufeinsatz (13), umfassend einen Freilaufkäfigring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie ein eine Anzahl Federzungen (19) zur Anfederung von Klemmkörpern (14) aufweisendes, gegen den Freilaufkäfigring vorgespanntes Federband (15), dessen in Axialrichtung gemessene Breite geringer als die Breite des Freilaufkäfigrings (1) ist.
Freilaufeinsatz (13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Federstege (18), welche umlaufende Randbereiche (17) des Federbandes (15) verbinden, ohne unmittelbaren Kontakt mit dem Freilaufkäfigring (1) radial innerhalb der Zwischenstücke (3) angeordnet sind.
Freilaufeinsatz (13) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine auf der Randscheibe (2) gehaltene Gleitscheibe (16).