DE102006023564A1

DE102006023564A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102006023564A1
Application number: DE102006023564A
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr.Ing. Smetana
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-22
Also published as: KR20090010062A; US8261897B2; WO2007135005A1; US20090200135A1; KR101380074B1

Abstract

Eine Freilaufkupplung umfasst zwischen einer Innenklemmbahn (2) und einer Außenklemmbahn (3) angeordnete Klemmkörper (11) und eine Gleitscheibe (1), welche einen an der Innenklemmbahn (2) anliegenden inneren Schenkel (4), einen an der Außenklemmbahn (3) anliegenden äußeren Schenkel (5) sowie einen die Schenkel (4, 5) verbindenden Mittelabschnitt (6) mit einer axial nach innen gerichteten Biegung (9) aufweist. Die Biegung (9) erstreckt sich vom äußeren Schenkel (4) bis zum inneren Schenkel (5) und weist vorzugsweise eine maximale Einprägetiefe (T) auf, die geringer als die Wandstärke (D) des Mittelabschnitts (6) ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung, die zwischen einer Innenklemmbahn und einer Außenklemmbahn angeordnete Klemmkörper sowie eine der Radiallagerung dienende, ebenfalls im Ringraum zwischen der Innenklemmbahn und der Außenklemmbahn angeordnete Gleitscheibe umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Eine Freilaufkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der U.S. 6,863,164 B2 bekannt. Diese Freilaufkupplung weist eine Gleitscheibe mit einem an der Innenklemmbahn anliegenden Schenkel, einem an der Außenklemmbahn anliegenden Schenkel sowie einen die Schenkel verbindenden Mittelabschnitt auf. Innerhalb des Mittelabschnitts ist eine axial nach innen gerichtete Biegung ausgebildet, welche einen der Schenkel der Gleitscheibe verstärkt. Hierdurch sollen elastische Deformationen der Gleitscheibe beim Betrieb der Freilaufkupplung vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung mit einer Gleitscheibe anzugeben, welche sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen axialem Bauraumbedarf und radialer Belastbarkeit auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Freilaufkupplung weist mehrere Klemmkörper sowie mindestens eine Gleitscheibe mit einer nach innen gerichteten, d.h. den Klemmkörpern zugewandten Biegung auf. Die Biegung erstreckt sich vom äußeren, an einer Außenklemmbahn anliegenden Schenkel der Gleitscheibe bis zum inneren, an einer Innenklemmbahn anliegenden Schenkel der Gleitscheibe. Mit anderen Worten: Der die Schenkel verbindende Mittelabschnitt der Gleitscheibe ist insgesamt als Biegung ausgebildet. Unter einer Biegung wird hierbei ein vollständig gekrümmter Verlauf ebenso wie eine Querschnittsform mit pfeilförmig in Richtung auf die Klemmkörper zulaufenden Teilabschnitten verstanden. Auch eine Querschnittsform des Mittelabschnitts der Gleitscheibe mit einer Kombination von mindestens einem in sich geraden Teilabschnitt und mindestens einem gekrümmten Teilabschnitt wird unter dem Begriff Biegung subsumiert.
Der axiale Abstand zwischen der am weitesten außenliegenden, d.h. von den Klemmkörpern entfernten, Oberfläche der Gleitscheibe und der am weitesten nach innen gebogenen Außenoberfläche des Mittelabschnitts wird als Einprägetiefe bezeichnet. Diese ist bevorzugt geringer als die Wandstärke des Mittelabschnitts. Somit existiert mindestens eine Radiallinie, welche den inneren Schenkel und den äußeren Schenkel der Gleitscheibe schneidet und zwischen den Schenkeln vollständig innerhalb des Mittelabschnitts verläuft. Der Mittelabschnitt der Gleitscheibe zeichnet sich damit durch einen geringen axialen Bau raumbedarf aus. Gleichzeitig ist durch die sich über die gesamte in radialer Richtung gemessene Höhe erstreckende Biegung des Mittelabschnitts eine elastische Nachgiebigkeit der Gleitscheibe in radialer Richtung gegeben. Selbst hohe auf die Freilaufkupplung wirkende Radialbelastungen führen allenfalls zu einer geringen plastischen Verformung der Gleitscheibe. Die elastisch nachgiebige Ausbildung des gesamten Mittelabschnitts der Gleitscheibe hat zudem den Vorteil, dass sich bei einer Kompression der Gleitscheibe in radialer Richtung die Winkellage des inneren Schenkels sowie des äußeren Schenkel höchstens in geringfügigem Maße ändert. Weitestgehend bleiben auch bei einer radialen Belastung der Gleitscheibe deren Schenkel in vollständiger Anlage an der jeweiligen Klemmbahn. Der damit gering gehaltene Kontaktdruck zwischen der Gleitscheibe und den Klemmbahnen wirkt sich insbesondere positiv hinsichtlich des Verschleißverhaltens aus.
Der zwischen dem inneren Schenkel und dem äußeren Schenkel angeordnete Mittelabschnitt der Gleitscheibe weist Bereiche mit unterschiedlicher Schrägstellung gegenüber einer orthogonal zu den Klemmbahnen verlaufenden Radiallinie auf. Vorzugsweise beträgt die Schrägstellung in keinem Bereich des Mittelabschnitts mehr als 30°, insbesondere nicht mehr als 20°, beispielsweise höchstens 10°. Der Mittelabschnitt der Gleitscheibe weist damit gegenüber einer herkömmlichen Gleitscheibe mit durchgehend ebenem Mittelabschnitt einen nur geringfügig erhöhten axialen Bauraumbedarf auf. Gleichzeitig sind Steifigkeit und plastische Kollapslasten der Gleitscheibe wesentlich erhöht. Der maximale axiale Versatz zwischen dem am weitesten außen, d.h. von den Klemmkörpern entfernt, liegenden Bereich des Mittelabschnitts und dem am weitesten innenliegenden Bereich des Mittelabschnitts, kurz als Einprägetiefe bezeichnet, beträgt vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte der Wandstärke des Mittelabschnitts. Die gesamte Ausdehnung des Mittelabschnitts in axialer Richtung der Freilaufkupplung beträgt in bevorzugter Ausgestaltung weniger als die Hälfte der axialen Gesamtbreite der Gleitscheibe.
Der Mittelabschnitt der Gleitscheibe setzt sich vorzugsweise aus genau zwei in unterschiedlicher Richtung gegenüber einer die Klemmbahnen senkrecht schneidenden Radiallinie schräg gestellten Teilabschnitten zusammen, nämlich einem an den inneren Schenkel anschließenden inneren Teilabschnitt und einem an den äußeren Schenkel anschließenden äußeren Teilabschnitt. Besonders günstige mechanische, insbesondere elastische Eigenschaften der Gleitscheibe sind erzielbar, wenn jeder der Teilabschnitte eine in radialer Richtung gemessene Höhe von mindestens einem Drittel der Gesamthöhe der Gleitscheibe aufweist.
Nach einer ersten Ausführungsform sind die Teilabschnitte des Mittelabschnitts der Gleitscheibe im Querschnitt jeweils in sich gerade ausgebildet. Der zwischen den Teilabschnitten eingeschlossene Winkel beträgt dabei mindestens 150°, beispielsweise 160°.
Nach einer zweiten Ausführungsform weist die Gleitscheibe im Mittelabschnitt einen im Querschnitt gekrümmten Verlauf auf. Hierbei entspricht der minimale Krümmungsradius des Mittelabschnitts mindestens der Hälfte der Gesamthöhe der Gleitscheibe.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 im Querschnitt eine Gleitscheibe einer Freilaufkupplung,
2 die Gleitscheibe nach 1 in elastisch deformiertem Zustand,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gleitscheibe einer Freilaufkupplung,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Gleitscheibe einer Freilaufkupplung,
5 ausschnittsweise eine Freilaufkupplung mit einer Gleitscheibe nach 1 sowie einer Gleitscheibe nach 4, und
6 in einer Ansicht analog 5 eine Freilaufkupplung mit einer Gleitscheibe nach 3 sowie einer Gleitscheibe nach 4.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 zeigt einen Querschnitt einer Gleitscheibe 1, welche ein so genanntes Sigma-Profil aufweist. Die Gleitscheibe 1 ist Teil einer nicht weiter dargestellten Klemmkörperfreilaufkupplung, deren Funktion prinzipiell beispielsweise aus der U.S. 6,863,164 B2 bekannt ist. Lediglich eine Innenklemmbahn 2 sowie eine Außenklemmbahn 3 sind in 1 angedeutet. Die Gesamthöhe H der Gleitscheibe 1 entspricht im Wesentlichen dem radialen Abstand zwischen der Innenklemmbahn 2 und der Außenklemmbahn 3. Die in axiale Richtung gemessene Ausdehnung der Gleitscheibe 1 ist als Gesamtbreite B bezeichnet. Das Sigma-Profil der Gleitscheibe 1 setzt sich zusammen aus einem an der Innenklemmbahn 2 anliegenden inneren Schenkel 4, einem an der Außenklemmbahn 3 anliegenden äußeren Schenkel 5 sowie einem die Schenkel 4, 5 verbindenden, in sich abgeknickten Mittelabschnitt 6. Die in sich abgeknickte, aus zwei Teilabschnitten 7, 8 gebildete Form des Mittelabschnitts 6 beschreibt eine axial nach innen gerichtete Biegung 9. Die axial innere Seite der Gleitscheibe 1 befindet sich in der Anordnung nach 1 auf der rechten Seite des Mittelabschnitts 6. Von der Außenseite der Gleitscheibe 1 (in 1 links) aus betrachtet, ist die Biegung 9 konkav geformt. Die Biegung 9 erstreckt sich über den gesamten Mittelabschnitt 6 vom äußeren Schenkel 5 bis zum inneren Schenkel 4.
Eine an der Außenseite der Gleitscheibe 1 anliegende, orthogonal zu den Klemmbahnen 2, 3 verlaufende Radiallinie RL berührt den Mittelabschnitt 6 an zwei Punkten, nämlich jeweils am Übergang zum inneren Schenkel 4 bzw. zum äußeren Schenkel 5. Der maximale Abstand der äußeren Oberfläche des Mittelabschnitts 6 von dieser Radiallinie RL wird als maximale Einprägetiefe T bezeichnet. Die maximale Einprägetiefe T bezieht sich auf den mechanisch unbelasteten Zustand der Gleitscheibe 1. Im Ausführungsbeispiel nach 1 befindet sich der Ort der maximalen Einprägetiefe T mittig zwischen der Innenklemmbahn 2 und der Außenklemmbahn 3. Die maximale Einprägetiefe T beträgt in diesem Ausführungsbeispiel knapp die Hälfte der Wandstärke D des Mittelabschnitts 6. Die in sich jeweils gerade ausgebildeten Teilabschnitte 7, 8 sind gegenüber der Radiallinie RL in unterschiedlichen Richtungen um einen Winkel α von 10° schräg gestellt, so dass der zwischen den Teilabschnitten 7, 8 eingeschlossene Winkel 160° beträgt.
Die ca. das 1,5-fache der Wandstärke D betragende axiale Ausdehnung des Mittelabschnitts 6 ist mit M bezeichnet und beträgt ca. 40% der Gesamtbreite B der Gleitscheibe 1. Die Wandstärke D des Mittelabschnitts 6 ist etwas größer als die Wandstärke S der Schenkel 4, 5 der als spanlos geformtes Blechteil hergestellten Gleitscheibe 1. Die Schenkel 4, 5 sind auf deren dem Mittelabschnitt 6 abgewandter Stirnseite im Bereich der Anlage an die Klemmbahnen 2, 3 mit einem Krümmungsradius R1, welcher zwischen 2% und 5% der Gesamthöhe H beträgt, abgerundet. Im selben Größenbereich liegt ein Krümmungsradius R2 auf der Innenseite der Gleitscheibe 1 im Bereich des Übergangs zwischen dem Schenkel 4, 5 und dem Mittelabschnitt 6. Auf der diesem Bereich gegenüberliegenden Außenseite der Gleitscheibe 1 beträgt ein mit R3 bezeichneter Krümmungsradius 10% bis 15% der Gesamthöhe H.
Die 2 zeigt die Gleitscheibe 1 in mechanisch belasteter, elastisch deformierter Form, wobei im Vergleich zur Anordnung nach 1 die Innenklemmbahn 2 um einen Wandversatz W in Richtung zur Außenklemmbahn 3 versetzt ist. Die Konturen der Innenklemmbahn 2 sowie der Gleitscheibe 1 in mecha nisch unbelastetem, der Anordnung nach 1 entsprechendem Zustand sind in 2 gestrichelt angedeutet. Wie aus 2 ersichtlich ist, liegen die Schenkel 4, 5 trotz erheblicher Verformung der Gleitscheibe 1 weiterhin nahezu vollständig an den Klemmbahnen 2, 3 an. Die axiale Ausdehnung M' des mechanisch belasteten Mittelabschnitts 6 nach 2 ist nur um ca. 10% größer als die axiale Ausdehnung M des Mittelabschnitts 6 im mechanisch unbelasteten Zustand. Die elastischen Verformungen der Gleitscheibe 1 führen nicht zu unzulässigen Belastungen weiterer Bauteile, insbesondere eines in den 1 und 2 nicht dargestellten Käfigs, auf welchen an beiden Stirnseiten jeweils eine Gleitscheibe 1 aufgesteckt ist.
Die Ausführungsform nach 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den 1 und 2 im wesentlichen dadurch, dass der Mittelabschnitt 6 unsymmetrisch ausgebildet ist. Der an den inneren Schenkel 4 anschließende Teilabschnitt 7 des Mittelabschnitts 6 erstreckt sich über 57% der Gesamthöhe H der Gleitscheibe 1. Die restlichen 43% der Gesamthöhe H werden vom an den äußeren Schenkel 5 anschließenden Teilabschnitt 8 des Mittelabschnitts 6 eingenommen. Der letztgenannte Teilabschnitt 8 ist gegenüber der Radiallinie RL um 10° schräg gestellt, so dass sich ein zwischen den Teilabschnitten 7, 8 ein geschlossener Winkel von etwas mehr als 160° ergibt.
In der Ausführungsform nach 4 ist der Mittelabschnitt 6 insgesamt konkav gekrümmt, wobei der Krümmungsradius R größer als die Gesamthöhe H der Gleitscheibe 1 ist. Der Ort der maximalen Einprägetiefe T unterteilt die Gesamthöhe H der Gleitscheibe 1 in diesem Fall im Verhältnis 48:52, wobei der Krümmungsradius R zum äußeren Schenkel 5 hin etwa abnimmt. Abweichend hiervon ist auch eine vollständig symmetrische Gestaltung des Querschnitts des gekrümmten Mittelabschnitts 6 möglich.
Die 5 und 6 zeigen die Einbausituation von Gleitscheiben 1 nach den vorstehend erläuterten Ausführungsformen. In einer teilweise geschnittenen Darstellung ist jeweils eine Freilaufkupplung 10 sichtbar, welche Klemmkörper 11 aufweist, die in einem Käfig 12 geführt sind. Weiter ist ein Federband 13 erkennbar, das der Anfederung der Klemmkörper 11 dient. Die Gleitscheiben 1 sind auf die Stirnseiten des Käfigs 12 aufgeschnappt, welcher dort jeweils eine Randleiste 14 aufweist. In der linken Hälfte von 5 und 6 ist jeweils die Gleitscheibe 1 nach 4 dargestellt. Zum Vergleich ist in der rechten Hälfte die Gleitscheibe 1 nach den 1 und 2 (5) bzw. die Gleitscheibe 1 nach 3 (6) dargestellt. Während Gleitscheiben 1 mit abgeknicktem Profil des Mittelabschnitts 6 (1 bis 3) fertigungstechnische Vorteile bieten, zeichnet sich die Gleitscheibe 1 mit durchgehend nach innen gewölbtem Mittelabschnitt 6 (4) durch nochmals optimierte mechanische Eigenschaften aus.

1: Gleitscheibe
2: Innenklemmbahn
3: Außenklemmbahn
4: innerer Schenkel
5: äußerer Schenkel
6: Mittelabschnitt
7: Teilabschnitt
8: Teilabschnitt
9: Biegung
10: Freilaufkupplung
11: Klemmkörper
12: Käfig
13: Federband
14: Randleiste
α: Winkel
B: axiale Gesamtbreite
D: Wandstärke
H: Gesamthöhe
M, M': axiale Ausdehnung des Mittelabschnitts
R: Krümmungsradius
R1, R2, R3: Krümmungsradius
RL: Radiallinie
S: Wandstärke
T: maximale Einprägetiefe
W: Wandversatz

Claims

Freilaufkupplung mit zwischen einer Innenklemmbahn (2) und einer Außenklemmbahn (3) angeordneten Klemmkörpern (11) und mit einer Gleitscheibe (1), welche einen an der Innenklemmbahn (2) anliegenden inneren Schenkel (4), einen an der Außenklemmbahn (3) anliegenden äußeren Schenkel (5) sowie einen die Schenkel (4, 5) verbindenden Mittelabschnitt (6) mit einer axial nach innen gerichteten Biegung (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Biegung (9) vom äußeren Schenkel (4) bis zum inneren Schenkel (5) erstreckt.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung (9) eine maximale Einprägetiefe (T) aufweist, die geringer als die Wandstärke (D) des Mittelabschnitts (6) ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Schrägstellung des Mittelabschnitts (6) gegenüber einer orthogonal zu den Klemmbahnen (2, 3) verlaufenden Radiallinie (RL) nicht mehr als 30° beträgt.
Freilaufkupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (6) mit einer maximalen Einprägetiefe (T) von nicht mehr als der Hälfte seiner Wandstärke (D) axial nach innen gebogen ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung (M) des Mittelabschnitts (6) weniger als die Hälfte der axialen Gesamtbreite (B) der Gleitscheibe (1) beträgt.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Mittelabschnitt (6) aus zwei axial nach innen gerichteten Teilabschnitten (7, 8), nämlich einem an den inneren Schenkel (4) anschließenden inneren Teilabschnitt (7) und einem an den äußeren Schenkel (5) anschließenden äußeren Teilabschnitt (8) zusammensetzt, wobei jeder Teilabschnitt (7, 8) eine in radiale Richtung gemessene Höhe von mindestens 1/3 der Gesamthöhe (H) der Gleitscheibe (1) aufweist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch im Querschnitt gerade ausgebildete Teilabschnitte (7, 8) des Mittelabschnitts (6) der Gleitscheibe (1).
Freilaufkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Teilabschnitten (7, 8) eingeschlossene Winkel mindestens 150° beträgt.
Freilaufkupplung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen im Querschnitt bogenförmig ausgebildeten Teilabschnitt (7, 8) des Mittelabschnitts (6) der Gleitscheibe (1).
Freilaufkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Krümmungsradius (R) der Teilabschnitte (7, 8) mindestens der Hälfte der Gesamthöhe (H) der Gleitscheibe (1) entspricht.