DE102005047020A1

DE102005047020A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102005047020A1
Application number: DE102005047020A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Straub; Frieder Altmann
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
Also published as: US7503442B2; FR2891598B1; US20070074946A1; FR2891598A1

Abstract

Eine Freilaufkupplung (1) umfasst DOLLAR A È einen zwischen einem Lagerinnenring (2) und einem Lageraußenring (3) gebildeten Spaltraum (12), wobei mindestens einer der Lagerringe (1, 2) als spanlos geformte Hülse ausgebildet ist, DOLLAR A È im Spaltraum (12) angeordnete, eine Einschnürung (7) aufweisende Klemmkörper (6), DOLLAR A È ein Federband (13) mit tangential ausgerichteten, in Radialrichtung auslenkbaren Federzungen (14), welche die Klemmkörper (6) im Bereich der Einschnürungen (7) kontaktieren, sowie DOLLAR A È einen Käfig (17) mit Aussparungen (18) zur Aufnahme der Klemmkörper (6), welcher radial außerhalb des Federbandes (13) im Spaltraum (12) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit Klemmkörpern, welche in einem Spaltraum zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring angeordnet und dabei in Aussparungen eines Käfigs geführt sind, wobei zur Anfederung der Klemmkörper ein durchgehendes Federband vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine Freilaufkupplung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 80 14 018 U1 bekannt. Diese Freilaufkupplung weist als Lageraußenring eine Hülse auf, die in der Art einer die Lagernadeln umgebenden Hülse eines Nadellagers ausgebildet sein kann. Der Lageraußenring ist zum Einpressen in eine Bohrung eines Teils geeignet, in welchem die Freilaufkupplung befestigt werden soll. Die Klemmkörper der Freilaufkupplung sind gegen Herausfallen nach innen dadurch gesichert, dass die Klemmkörper führende Käfigtaschen in Richtung auf die Welle konvergieren. Eine Sicherung der Klemmkörper gegen Herausfallen nach außen ist, so lange sich der Käfig samt Klemmkörper nicht in der Hülse befindet, nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung anzugeben, welche sich durch rationelle Fertigungsmethoden sowie eine besonders vielseitige Verwendbarkeit auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Freilaufkupplung weist zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring in einem Käfig geführte Klemmkörper mit einer taillierten Form auf. Die Taillierung, d.h. die Einschnürung der Klemmkörper befindet sich etwa in der Mitte zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring und ist beidseitig ausgebildet. Ein im Spaltraum zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring angeordneter Klemmkörper weist somit zwei konkav gekrümmte Oberflächenabschnitte auf, welche zusammen die Einschnürung des Klemmkörpers beschreiben. Jeder Klemmkörper wird im Bereich seiner Einschnürung von einer Federzunge kontaktiert, die Teil eines einzigen, im Spaltraum umlaufenden Federbandes ist.

Die einzelnen Federzungen sind dabei im Wesentlichen tangential ausgerichtet und in Radialrichtung auslenkbar, wobei die Klemmkörper durch die Federzungen mit einer Kraft in Richtung zur Klemmposition beaufschlagt werden. Die Enden des Federbandes sind vorzugsweise überlappend angeordnet und nicht miteinander verbunden. Der effektive Umfang des Federbandes ist somit nicht genau festgelegt, jedoch ist die Lage des Federbandes im Spaltraum durch die Lage der Einschnürungen der Klemmkörper gegeben. Das somit etwa mittig zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring angeordnete Federband befindet sich radial innerhalb eines Käfigs, welcher Aussparungen zur Aufnahme der Klemmkörper aufweist. Eine Gestaltung des Käfigs, welche ein Herausfallen von Klemmkörpern nach innen verhindert, ist nicht erforderlich, da die Klemmkörper bereits durch das Federband sowohl gegen Herausfallen nach innen als auch gegen Herausfallen nach außen gesichert sind. Das gesamte Federband ist vorzugsweise im nicht montierten Zustand gegen den Käfig vorgespannt; im montierten Zustand richtet sich das Federband an den Klemmkörpertaillen aus. Die Positionierung des Käfigs, welcher bevorzugt aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, gefertigt ist, innerhalb des Spaltraums ist durch die Lage des Federbandes bestimmt, wobei der Käfig außengeführt, das heißt durch den Lageraußenring geführt, ist. Dabei weist der Käfig relativ zum Federband eine zumindest geringfügige Beweglichkeit sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung auf. Der Käfig ist damit schwimmend auf dem Federband gelagert und außengeführt. Der Lageraußenring und/oder der Lagerinnenring ist in besonders rationeller Weise als spanlos geformte Hülse ausgebildet. Diese Hülse wird in eine Bohrung eines massiven Anschlussteils, beispielsweise eines Gehäuses, eingepresst bzw. auf eine Welle aufgepresst. Die dünnwandige Ausbildung der Hülse bzw. der Hülsen bietet besonders vielfältige Möglichkeiten, die Freilaufkupplung mit Anschlusskonstruktionen zu verbinden. Von besonderem Vorteil ist, dass eine Anschlussbohrung, in welche die äußere Hülse des Freilaufs mit Überdeckung einpressbar ist, nicht gehärtet zu sein braucht. Analoges gilt für eine Welle, auf die eine innere Hülse des Freilaufs aufpressbar ist.

Der einzige Käfig der Freilaufkupplung weist in bevorzugter Ausgestaltung Anlageflächen auf, welche die Aussparung begrenzen und einen Anschläge für die Klemmkörper bilden. Eine Anlagefläche kann verschiedene Funktionen erfüllen: Zum einen kann ein in Freilaufstellung befindlicher Klemmkörper bei ausreichend hoher Drehzahl des Lageraußenrings durch die auftretende Fliehkraft vom Lagerinnenring abheben und an der Anlagefläche des Käfigs anschlagen, wobei sich der Klemmkörper in gewünschter Weise nur geringfügig vom Lagerinnenring entfernt, um bei Bedarf schnell wieder eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring herstellen zu können. Zum anderen ist die Möglichkeit gegeben, eine statische, in Radialrichtung wirkende Belastung vom Innenring über den Klemmkörper und den Käfig, auf welchem der Klemmkörper an der Anlagefläche aufliegt, auf den La geraußenring zu übertragen. In diesem Belastungszustand liegt der Käfig am Lageraußenring an, was ansonsten, insbesondere bei in Klemmposition befindlichen Klemmkörpern, nicht der Fall ist.

Die die Klemmkörper aufnehmenden Aussparungen des Käfigs sind in Umfangsrichtung in bevorzugter Ausgestaltung ausgedehnter als es allein für die Aufnahme der Klemmkörper erforderlich wäre. Zusätzlich zu einem ersten Bereich, in dem der Klemmkörper aufgenommen ist, weist die Aussparung einen in Umfangsrichtung daran anschließenden, in Axialrichtung schmaleren Bereich auf, welcher die radiale Auslenkung der Federzunge in Richtung zum Lageraußenring ermöglicht. Die Federzunge ist axial zwischen den Anlageflächen für den Klemmkörper angeordnet, welche die Grenze zwischen dem schmaleren und dem breiteren Bereich der Aussparung bilden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 und 2 verschiedene Schnitte einer Freilaufkupplung,
3 ein Federband der Freilaufkupplung nach 1 und 2, und
4 einen Käfig der Freilaufkupplung nach 1 und 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 zeigen in vereinfachten Schnittdarstellungen eine Freilaufkupplung 1 mit einem Lagerinnenring 2 und einem Lageraußenring 3, welche als spanlos geformte Hülsen, ähnlich einer Hülse eines Nadellagers, ausgebil det sind. Dementsprechend sind die äußere Oberfläche des Lagerinnenrings 2 sowie die innere Oberfläche des Lageraußenrings 3 als Wälzlagerlaufbahnen mit einer Oberflächenhärte von mindestens 670 HV ausgeführt. Während der Lagerinnenring 2 verdrehsicher auf einer Welle 4 gehalten ist, ist der Lageraußenring 3 in die Bohrung eines Anschlussteils 5 eingepresst. Der Presssitz ist ausreichend stabil, um ein Wandern des Lageraußenrings 3, der im bestimmungsgemäßen Betrieb sowohl Druck- als auch Zugbelastungen ausgesetzt sein kann, zu verhindern. Die Funktion der dargestellten Freilaufkupplung 1 entspricht der Funktion einer herkömmlichen Klemmkörperfreilaufkupplung, wie sie beispielsweise in der DE 103 10 225 A1 beschrieben ist.
Die Freilauffunktion wird hergestellt durch die Lagerringe 2, 3 kontaktierende Klemmkörper 6, welche eine auch als Taillierung bezeichnete Einschnürung 7 aufweisen. Jeder Klemmkörper 6 weist im Querschnitt nach 1 vier Umfangsabschnitte auf, nämlich einen konvex gekrümmten, dem Lagerinnenring 2 zugewandten Innenabschnitt 8, einen dem Lageraußenring 3 zugewandten, ebenfalls konvex gekrümmten Außenabschnitt 9, sowie zwei zwischen den genannten Abschnitten 8, 9 liegende, diese verbindende Längsabschnitte 10, 11 mit einer konkaven Form, welche die Einschnürung 7 bildet.
In dem mit den Bezugszeichen 12 gekennzeichneten Spaltraum zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 3 verläuft ein Federband 13, welches separat in 3 dargestellt ist. Die radiale Lage des konzentrisch zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 3 angeordneten Federbandes 13 entspricht etwa der Lage der Einschnürungen 7, womit sich das Federband 13 annähernd mittig im Spaltraum 12 befindet. Jeder Klemmkörper 6 ist durch eine Federzunge 14 des Federbandes 13 angefedert, welche entsprechend der Anordnung des Federbandes 13 zumindest annähernd tangential ausgerichtet ist. In der in 1 dargestellten Freilaufposition der Klemmkörper 6 sind die Federzungen 14 etwas nach außen ausgelenkt. Beim Übergang in die nicht dargestellte Klemmposition würden die Klemmkörper 6 im Gegenuhrzeigersinn verkippt werden, wobei die Federzungen 14 radial nach innen schwenken. Die Klemmposition wird beispielsweise erreicht, wenn in der Anordnung nach 1 die Welle 4 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird und dabei ein Drehmoment auf das Anschlussteil 5 überträgt.
Jede Federzunge 14 ist angeformt an einen in Axialrichtung verlaufenden Federsteg 15, der wiederum einstückig verbunden ist mit umlaufenden Federborden 16. Das gesamte Federband 13 ist vorgespannt gegen einen dieses radial umgebenden Käfigs 17, welcher in 4 isoliert dargestellt ist. Der aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigte Käfig 17 weist Aussparungen 18 zur Aufnahme der Klemmkörper 6 auf, wobei sich jede Aussparung 18 zusammensetzt aus einem in Axialrichtung schmaleren Bereich 19 und einem in Axialrichtung breiteren Bereich 20 und damit in radialer Draufsicht die Form eines flachen T beschreibt. Am Übergang zwischen dem schmaleren Bereich 19 und dem breiteren Bereich 20 der Aussparung 18 befindet sich eine Anlagefläche 21, die einen Anschlag für den konkaven Längsabschnitt 11 des Klemmkörpers 6 bildet. Kippt der Klemmkörper 6, ausgehend von der in 1 dargestellten Position, weiter in Richtung Freilaufposition, d.h. im Uhrzeigersinn, so kommt der Längsabschnitt 10 zur formschlüssigen Anlage an der gegenüber den Lagerringen 2, 3 schräg gestellten Anlagefläche 21. Geschieht dieser Kippvorgang durch Fliehkrafteinwirkung auf den Klemmkörper 6, so hebt dieser geringfügig vom Lagerinnenring 2 ab. Damit ist in gewünschter Weise jegliche Reibung zwischen dem Klemmkörper 6 und dem Lagerinnenring 2 aufgehoben.
Unabhängig von der Rotation des Lagerinnenrings 2 sowie des Lageraußenrings 3 ist in nicht dargestellter Weise eine Kraftübertragung zwischen den Lagerringen 2, 3 in radialer Richtung möglich, wenn der Klemmkörper 6 an der Anlagefläche 21 des Käfigs 17 anliegt. In diesem Fall wird ein in 1 erkennbarer Spalt 22 zwischen dem Käfig 17 und dem Lageraußenring 3 geschlossen, wobei der gesamte Spaltraum 12 durch die Radialbelastung zwischen den Lagerringen 2, 3 geringfügig verengt wird. Mit anderen Worten: Im Fall einer statischen Radialbelastung zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 3 ergibt sich eine zumindest geringfügige Exzentrität zwischen den Lagerringen 2, 3. Um dies zu vermeiden, kann die Möglichkeit vorgesehen sein, den Käfig 17 mit nicht dargestellten Gleitscheiben zur Herstellung einer Gleitlagerung zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 3 zu verbinden.
Wie aus 2 ersichtlich, weist der Lageraußenring 3 Borde 23, 24 auf, die die axiale Position des Käfigs 17 und damit auch der Klemmkörper 6 festlegen. Der Käfig 17 befindet sich ausschließlich radial außerhalb der Mitte des Spaltraums 12. Im Gegensatz zum Lageraußenring 3 weist der Lagerinnenring 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel keine Borde auf und ermöglicht somit eine Axialverschiebung der Klemmkörper 6. Abweichend hiervon sind auch Ausführungsformen mit einseitigem Bord oder beidseitigen Borden am Lagerinnenring 2 realisierbar.

1: Freilaufkupplung
2: Lagerinnenring
3: Lageraußenring
4: Welle
5: Anschlussteil
6: Klemmkörper
7: Einschnürung
8: Innenabschnitt
9: Außenabschnitt
10: Längsabschnitt
11: Längsabschnitt
12: Spaltraum
13: Federband
14: Federzunge
15: Federsteg
16: Federbord
17: Käfig
18: Aussparung
19: schmalerer Bereich
20: breiterer Bereich
21: Anlagefläche
22: Spalt
23: Bord
24: Bord

Claims

Freilaufkupplung (1), mit – zwischen einem Lagerinnenring (2) und einem Lageraußenring (3) gebildeten Spaltraum (12), wobei mindestens einer der Lagerringe (1, 2) als spanlos geformte Hülse ausgebildet ist, – im Spaltraum (12) angeordneten, eine Einschnürung (7) aufweisenden Klemmkörpern (6), – einem Federband (13) mit tangential ausgerichteten, in Radialrichtung auslenkbaren Federzungen (14), welche die Klemmkörper (6) im Bereich der Einschnürungen (7) kontaktieren, – einem Käfig (17) mit Aussparungen (18) zur Aufnahme der Klemmkörper (6), welcher radial außerhalb des Federbandes (13) im Spaltraum (12) angeordnet ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (17) aus Kunststoff gefertigt ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (17) eine Anlagefläche (21) für einen in Radialrichtung belasteten Klemmkörper (6) aufweist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (17) zumindest im belastungsfreien Zustand radial vom Lageraußenring (3) beabstandet ist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (18) des Käfigs (17) einen ersten, den Klemmkörper (6) aufnehmenden Bereich (20) sowie einen in Umfangsrichtung daran anschließenden, in Axialrichtung schmaleren Bereich (19), welcher die radiale Auslenkung der Federzunge (14) in Richtung zum Lageraußenring (3) ermöglicht, aufweist.