DE102008017681A1

DE102008017681A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102008017681A1
Application number: DE200810017681
Authority: DE
Inventors: Matthias Sperber; Johann Stark
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-15
Also published as: CN101990608A; EP2268936A1; CN101990608B; WO2009124677A1

Abstract

Eine Freilaufkupplung (1) weist einen zwischen einer Welle (10) und einem Außenring (7) gebildeten Ringraum (9) auf, in welchem Klemmrollen (2) angeordnet sind, die in voneinander beabstandeten Führungselementen (8) separat angefedert sind, wobei jede Klemmrolle (2) gegen ein gesondertes, im Außenring (7) gehaltenes, eine Klemmrampe (3) bildendes Absperrelement (4) angefedert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit einem zwischen einer Welle und einem Außenring gebildeten Ringraum, in welchem Klemmrollen angeordnet sind, die in voneinander beabstandeten Führungselementen separat angefedert sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine gattungsgemäße Freilaufkupplung ist beispielsweise aus der DE 26 04 567 C2 bekannt. Diese Freilaufkupplung weist als Klemmelemente Rollen auf, die zusammen mit jeweils einer Faltbiegefeder in separaten Segmentkäfigen angeordnet sind. Die Segmentkäfige der bekannten Freilaufkupplung haben zusätzlich eine Selbstzentrierungsfunktion. Zu diesem Zweck ist eine Fläche eines jeden Segmentkäfigs als Gleitfläche ausgebildet. Die Segmentkäfige der aus der DE 26 04 567 C2 bekannten Freilaufkupplung können entweder aus Blech gestanzt oder als Massivkäfige hergestellt sein.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit separat geführten Rollen arbeitende Freilaufkupplung anzugeben, welche besonders rationell herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Freilaufkupplung weist einen Außenring und ein konzentrisch in diesem angeordnetes, hohl oder massiv ausgebildetes Bauteil auf, welches ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Welle bezeichnet wird. Zwischen der Welle und dem Außenring ist ein Ringraum gebildet, in dem Klemmrollen in voneinander beabstandeten Führungselementen angeordnet sind, wobei jede Klemmrolle separat angefedert ist. Die Klemmrolle kontaktiert hierbei jedoch nicht direkt den Außenring, sondern ein dem jeweiligen Führungselement zugeordnetes, eine Klemmrampe bildendes Sperrelement. Damit ist es möglich, den Außenring im Gegensatz zu dem aus Metall gefertigten Sperrelement aus einem mechanisch relativ gering belastbaren Material, insbesondere Kunststoff, herzustellen.
Unter Klemmrollen sind im vorliegenden Fall zylindrische Klemmelemente unabhängig von ihrer Dimensionierung oder ihrem Längen-Durchmesser-Verhältnis zu verstehen. In diesem Sinne gelten auch Nadeln als Klemmrollen. Nadelförmige Elemente können auch als Sperrelemente der Freilaufkupplung verwendet werden. Hierbei kontaktiert eine Klemmrolle vorzugsweise mehrere parallel zueinander angeordnete Nadeln, wobei diese zumindest annähernd orthogonal zur Klemmrolle angeordnet sind. Zwar bestehen damit nur Punktkontakte zwischen der Klemmrolle und dem Sperrelement, doch ist damit in vielen Anwendungsfällen ein ausreichendes Drehmoment zwischen der Welle und dem Außenring übertragbar.
Ein linienförmiger Kontakt zwischen der Klemmrolle und der Klemmrampe ist auf einfache Weise durch ein Sperrelement herstellbar, welches einen blättchenförmigen Abschnitt aufweist oder insgesamt als Blättchen ausgebildet ist. Hierbei kann im Bereich des Blättchens eine die Klemmrampe bildende Vertiefung in das Sperrelement eingeprägt sein. Ebenso kann die Freilauffunktion mit einem gegenüber der tangentialen Richtung der Welle schräg gestellten, in sich ebenen Blättchen hergestellt werden. Eine Schrägstellung des Blättchens kann auch zusätzlich zu einer in dieses eingeformten Vertiefung vorgesehen sein. In allen Fällen ist es von Vorteil, wenn an das Blättchen ein Sicherungsabschnitt angeformt ist, welcher die Klemmrolle gegen Herausfallen aus der Freilaufkupplung in einer axialen Richtung sichert. In der entgegengesetzten axialen Richtung ist die Klemmrolle vorzugsweise unmittelbar durch den Außenring gegen Herausfallen gesichert.
Das die Klemmrampe bildende Sperrelement, die dieses kontaktierende Klemmrolle sowie das zugehörige Federelement sind in vorteilhafter Ausgestaltung in einer bevorzugt aus Kunststoff gefertigten Kassette angeordnet, welche bei der Montage der Freilaufkupplung in eine Ausnehmung im Außenring eingesetzt wird. Einheitliche Kassetten sind dabei für Freilaufkupplungen unterschiedlicher Größe verwendbar. Die Anzahl der Kassetten und damit der Klemmrollen pro Freilaufkupplung ist in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Welle und des Außenrings sowie vom zu übertragenden Drehmoment festlegbar, wobei mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, Klemmrollen im Ringraum angeordnet sind. Die Kassetten sowie der Außenring sind in besonders montagefreundlicher Weise derart gestaltet, dass jede Kassette in Axialrichtung in den Außenring einschiebbar ist und dort beispielsweise mittels einer Schnappverbindung gehalten wird. Ebenso können die Sperrelemente durch Schnapp- und/oder Klemmverbindungen im sie aufnehmenden Bauteil gehalten sein. Dies gilt auch für Ausführungsformen ohne im Außenring aufgenommene Kassetten.
Als Federelemente zur Anfederung der Klemmrollen sind beispielsweise Schaumstoffelemente geeignet. Alternativ kommen Blattfedern in Betracht, welche je nach Ausgestaltung unterschiedliche Zusatzfunktionen übernehmen können: Eine Blattfeder aus Metall kann zugleich die Klemmrampe bilden und/oder die Klemmrolle gegen Herausfallen sichern. Die Sicherungsfunktion gegen Herausfallen kann hierbei eine axiale Verlagerung der Klemmrolle und/oder ein Herausfallen radial nach innen – bei nicht eingesetzter Welle – betreffen. Die genannten Sicherungsfunktionen sind auch durch ein Federelement aus Kunststoff herstellbar. Statt eines Federelementes kann auch ein zumindest teilweise magnetisiertes Bauteil vorhanden sein, welches die Funktion der Anfederung der Klemmrolle übernimmt. Hierbei kann die Klemmrolle vom magnetisierten Bauteil entweder angezogen – im Sinne einer Zugfeder – oder abgestoßen – im Sinne einer Druckfeder – werden, wobei bedarfsweise auch die Klemmrolle magnetisiert ist. Das magnetisierte Bauteil kann mit dem Sperrelement identisch sein.
Sämtliche Bauteile der Freilaufkupplung sind bevorzugt korrosionsgeschützt ausgeführt. Beispielsweise sind die Klemmrollen sowie die Sperrelemente aus nicht rostendem Stahl oder aus korrosionshemmend beschichtetem Metall gefertigt, während die Federelemente entweder als korrosionsgeschützte Metallteile oder als Kunststoffteile ausgebildet sind.
Der Außenring weist nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine Verzahnung auf. Ebenso kommt die Ausbildung des Außenrings als Riemenscheibe in Betracht. Als bevorzugtes Anwendungsgebiet der Freilaufkupplung sind Bürogeräte wie Kopierer oder Drucker zu nennen, in welchen die Freilaufkupplung herkömmliche Hülsenfreiläufe ersetzen kann. Weiter ist die Freilaufkupplung beispielsweise in Angelrollen, Fahrrädern, Sportartikeln sowie im Automobilbereich verwendbar.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 und 2 ausschnittsweise ein erstes Ausführungsbeispiel einer Rollenfreilaufkupplung mit in einen Außenring eingesetzten, Klemmrampen bildenden Sperrelementen,
3 und 4 Details von Freilaufkupplungen mit unterschiedlichen Federelementen,
5 eine Freilaufkupplung mit im Außenring aufgenommener, eine Klemmrolle führender Kassette,
6 eine Freilaufkupplung mit einstückig mit einem Sperrelement ausgebildetem Federelement,
7 und 8 Freilaufkupplungen mit unterschiedlich profilierten Sperrelementen,
9 und 10 verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten eines Sperrelements mit angeformtem Sicherungsabschnitt,
11 ausschnittsweise eine weitere Ausführungsform einer Freilaufkupplung, und
12 bis 14 verschiedene Varianten einer Anfederung von Klemmrollen mittels magnetisierter Bauteile.
Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wesentliche Funktionselemente einer in den 1 und 2 in Ausschnitten vereinfacht dargestellten Freilaufkupplung 1 sind eine Anzahl Klemmrollen 2, Klemmrampen 3 bildende Sperrelemente 4, an welchen jeweils eine Klemmrolle 2 anliegt, sowie zur Anfederung jeweils einer einzelnen Klemmrolle 2 vorgesehene Federn 5. Die Anordnung aus Sperrelement 4 und Feder 5 befindet sich in einer Aussparung 6 eines Außenrings 7 der Freilaufkupplung 1 und stellt ein Führungselement 8 zur Führung der Klemmrolle 2 dar. Die größtenteils innerhalb der Aussparung 6 angeordnete Klemmrolle 2 ragt in einen Ringraum 9, welcher zwischen dem Außenring 7 und einer konzentrisch in diesem angeordneten Welle 10 gebildet ist. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion der Freilaufkupplung 1 wird beispielhaft auf die aus der DE 26 04 567 C2 bekannte Freilaufkupplung verwiesen. Im Unterschied zu dieser bekannten Freilaufkupplung kontaktieren die Klemmrollen 2 jedoch nicht Klemmflächen, welche durch einen Außenring gebildet sind, sondern lediglich die Sperrelemente 4, welche die in diese eingeleiteten Kräfte auf einen breiteren Querschnitt verteilen und in den Außenring 7 einleiten. Zur Herstellung des Außenrings 7 eignet sich daher ein relativ nachgiebiges Material, insbesondere Kunststoff. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Außenring 7 als Zahnrad mit einer am Außenumfang angeordneten Verzahnung 11 ausgebildet. Das Zahnrad 7 einschließlich der Verzahnung 11 kann hierbei aus Kunststoff oder aus Metall, beispielsweise einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein.
Wie aus 2 hervorgeht, ist das Sperrelement 4 mehrteilig, nämlich aus einzelnen im Wesentlichen in tangentialer Richtung der Freilaufkupplung 1 verlaufenden Nadeln 12 bestehend, aufgebaut. Der Durchmesser der Nadeln 12 ist geringer als der Durchmesser der Klemmrolle 2. Innerhalb der Aussparung 6 im Außenring 7 sind Nuten 13, 14 ausgebildet, die der Halterung der Nadeln 12 dienen. Die einzelnen Nadeln 12 können in Axialrichtung der Freilaufkupplung 1, das heißt quer zur Erstreckung der Nadeln 12, in den Außenring 7 eingesetzt werden, wobei, wie aus dem Querschnitt nach 2 hervorgeht, eine Fixierung der Nadeln 12 durch eine Schnappverbindung gegeben ist. Zur Anfederung der Klemmrolle 2 gegen die Nadeln 12 ist im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 eine als Blattfeder ausgebildete Feder 5 vorgesehen, welche entweder aus korrosionsgeschütztem Metall oder aus Kunststoff gefertigt ist.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist in einer vereinfachten Ausgestaltung als Feder 5 ein Schaumstoffelement in die Aussparung 6 eingesetzt. Das Sperrelement 4 kann entweder, entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2, mehrteilig oder einteilig ausgebildet sein. Dies gilt auch für die Ausführungsform nach 4, welche eine Freilaufkupplung 1 mit einer Feder 5 zeigt, an die einstückig ein mit einer Stirnfläche 15 des Außenrings 7 fluchtender Halteabschnitt 16 angeformt ist. Der Halteabschnitt 16 verhindert ein Herausfallen der Klemmrolle 2 in einer axialen Richtung aus der Freilaufkupplung 1. In der entgegengesetzten axialen Richtung ist die Aussparung 6 geschlossen, womit im Außenring 7 ein Anschlag 17 gebildet ist, der die Klemmrolle 2 zusammen mit dem Halteabschnitt 16 mit geringem Spiel axial positioniert. Der Halteabschnitt 16 kann zusätzlich auch eine Dichtungsfunktion übernehmen. In nicht näher dargestellter Weise ist die Feder 5 einschließlich des Halteabschnitt 16 durch eine Rast- oder Klemmverbindung in der Aussparung 6 befestigt.
Im Ausführungsbeispiel nach 5 ist das gesamte Führungselement 8 durch eine Kassette 18 gebildet, die vorzugsweise im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt ist und als vorgefertigtes Bauteil in eine Aussparung 19 im Außenring 7 eingesetzt ist. Auf der der Feder 5 gegenüberliegenden Seite der die Klemmrolle 2 aufnehmenden Aussparung 6 ist durch die Kassette 18 ein Vorsprung 20 gebildet, welcher ein Herausfallen der Klemmrolle 2 radial nach innen verhindert, solange die Welle 10 noch nicht in die Feilaufkupplung 1 eingesetzt ist.
Der Vorsprung 20 ist auch im Ausführungsbeispiel nach 6 erkennbar, in diesem Fall jedoch durch das Sperrelement 4 gebildet. Weiter ist in diesem Ausführungsbeispiel auch die Feder 5 einstückig mit dem Sperrelement 4 ausgebildet. Das in diesem Fall mehrere Funktionen vereinende Sperrelement 4 kann entweder direkt in den Außenring 7 oder in eine Kassette 18 eingesetzt sein.
Die 7 und 8 zeigen verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten eines blättchenförmigen Sperrelements 4, wobei dieses im Ausführungsbeispiel nach 7 eine konstante Dicke aufweist, während es im Ausführungsbeispiel nach 8 eine eingeprägte Vertiefung 21 aufweist, die die Klemmrampe 3 bildet.
Die 9 und 10 zeigen Weiterbildungen der Sperrelemente 4 nach den 8 und 7, wobei in jedem Fall ein Sicherungsabschnitt 22 einstückig an einem blättchenförmigen, die Klemmrampe 3 bildenden Abschnitt 23 angeformt ist. Die Abschnitte 23 und 22 des Sperrelements 4 sind orthogonal zueinander angeordnet, wobei der Sicherungsabschnitt 22 die Funktion des Halteabschnitts 16 (4) übernimmt. Zusätzlich zum Sicherungsabschnitt 22 kann auch die Feder 5 einstückig an das Sperrelement 4 angeformt sein. Eine besonders einfache Ausführungsform eines Sperrelements 4 mit integrierter Feder 5 ist in 11 dargestellt.
In den Ausführungsbeispielen nach den 12 und 13 ist die Feder 5 durch ein magnetisiertes Bauteil 24, nämlich einen nadelförmigen Permanentmagneten, ersetzt, welcher auf die Klemmrolle 2 abstoßend beziehungsweise anziehend wirkt. In jedem Fall wird die Klemmrolle 2 mit einer Kraft in Richtung ihrer klemmenden Position beaufschlagt. Im Ausführungsbeispiel nach 14 entfällt ein gesondertes magnetisiertes Bauteil. Dessen Funktion wird durch das Sperrelement 4 übernommen, wobei eine Kraft im Sinne einer Anfederung zischen einem magnetisierten Bereich 25 des Sperrelements 4 und der Klemmrolle 2 wirkt.

1: Freilaufkupplung
2: Klemmrolle
3: Klemmrampe
4: Sperrelement
5: Feder
6: Aussparung
7: Außenring
8: Führungselement
9: Ringraum
10: Welle
11: Verzahnung
12: Nadel
13: Nut
14: Nut
15: Stirnfläche
16: Halteabschnitt
17: Anschlag
18: Kassette
19: Aussparung
20: Vorsprung
21: Vertiefung
22: Sicherungsabschnitt
23: blättchenförmiger Abschnitt
24: magnetisiertes Bauteil
25: magnetisierter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2604567 C2 [0002, 0002, 0021]

Claims

Freilaufkupplung (1), mit einem zwischen einer Welle (10) und einem Außenring (7) gebildeten Ringraum (9), in welchem Klemmrollen (2) angeordnet sind, die in voneinander beabstandeten Führungselementen (8) separat angefedert sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klemmrolle (2) gegen ein gesondertes, im Außenring (7) gehaltenes, eine Klemmrampe (3) bildendes Sperrelement (4) angefedert ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (7) aus Kunststoff gefertigt ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) mindestens eine orthogonal zur Klemmrolle (2) angeordnete Nadel (12) umfasst.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) einteilig ausgebildet ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) eine blättchenartige Form aufweist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) eine eingeprägte, die Klemmrampe (3) bildende Vertiefung (21) aufweist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) einen die Klemmrolle (2) in einer axialen Richtung haltenden Sicherungsabschnitt (22) aufweist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das jedes Sperrelement (4) in einer gesondert im Außenring (7) fixierten Kassette (18) angeordnet ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, das die Kassette (18) aus Kunststoff gefertigt ist
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) durch eine Schnappverbindung im Außenring (7) gehalten ist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrolle (2) durch eine als Blattfeder ausgebildete Feder (5) an die Klemmrampe (3) angefedert ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder mit einen die Klemmrolle (2) in axialer Richtung sichernden Halteabschnitt (16) einstückig verbunden ist.
Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5) einstückig mit dem die Klemmrampe (3) bildenden Sperrelement (4) ausgebildet ist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrolle (2) durch eine als Schaumstofffeder ausgebildete Feder (5) gegen die Klemmrampe (3) angefedert ist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrolle (2) durch ein vollständig oder teilweise, in einem Bereich (25), magnetisiertes Bauteil (4, 24) an die Klemmrampe (3) angefedert ist.
Freilaufkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (7) als Zahnrad ausgebildet ist.