DE102009015667A1

DE102009015667A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102009015667A1
Application number: DE200910015667
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-07

Abstract

Eine Freilaufkupplung weist einen zwischen zwei Ringen, nämlich einem Innenring und einem Außenring, gebildeten Ringraum (2) auf, in welchem eine Anzahl in einem Käfig (3) geführter Klemmelemente (5) sowie eine Anzahl Gleitelemente (6) angeordnet sind. Mindestens ein Gleitelement (6) ist als U-förmig gebogene Klammer ausgebildet, wobei zwei U-Schenkel (9, 10) des Gleitelementes (6) den Käfig (3) derart umgreifen, dass Endabschnitte (15) der U-Schenkel (9, 19) zur Anlage an einem ersten Ring vorgesehene Gleitflächen (16) bilden, während eine die U-Schenkel (9, 10) verbindende U-Basis (8) eine zur Anlage am zweiten Ring vorgesehene Gleitfläche (12) bildet, welche ein Fenster (11) aufweist, in welches ein Klemmelement (5) eingreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine reibschlüssig arbeitende Freilaufkupplung mit einem zwischen zwei Ringen, nämlich einem Innenring und einem Außenring, gebildeten Ringraum, in welchem eine Anzahl in einem Käfig geführter Klemmkörper sowie eine Anzahl Gleitelemente angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine Freilaufkupplung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 291 550 B1 bekannt. Diese Freilaufkupplung umfasst im Querschnitt knochenförmige Klemmkörper, welche in Fenstern eines Käfigs angeordnet sind, wobei der Käfig in diesem Fall als Doppelkäfig ausgebildet ist. Mit dem Käfig sind durch Schnappverbindungen Seitenscheiben verbunden, welche in ver stärkter Ausführung als Stützringe ausgebildet sind und damit als Gleitelemente einer Gleitlagerung zwischen dem Innenring und dem Außenring fungieren.
Eine Freilaufkupplung, die taillierte Klemmkörper aufweist, wie prinzipiell aus der EP 0 291 550 B1 bekannt, ermöglicht im Vergleich zu einer mit Klemmrollen arbeitenden Freilaufkupplung, wie beispielsweise aus der DE 1 450 161 B bekannt, bei gleichem Bauraum typischerweise die Übertragung eines höheren Drehmoments. Beiden Bauarten von Freilaufkupplungen ist gemeinsam, dass sie zur Herstellung einer Lagerfunktion zwischen dem Innen- und dem Außenring gesonderte Lagerelemente, beispielsweise Gleitscheiben oder so genannte Gleitsteine, benötigen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine reibschlüssig arbeitende Freilaufkupplung anzugeben, die eine Anzahl in einem Käfig geführter Klemmelemente sowie eine Anzahl der Radiallagerung zwischen einem Innenring und einem Außenring dienender Gleitelemente umfasst, welche sich durch einen kompakten Aufbau sowie rationelle Herstellungsmöglichkeiten auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Freilaufkupplung weist einen zwischen zwei Ringen, nämlich einem Innenring und einem Außenring, gebildeten Ringraum auf, in welchem eine Anzahl in einem ringförmigen Käfig geführter Klemmelemente sowie eine Anzahl Gleitelemente angeordnet sind. Mindestens ein Gleitelement, vorzugsweise jedes Gleitelement, ist als U-förmig gebogene Klammer ausgebildet, wobei die beiden U-Schenkel der Klammer den Käfig derart umgreifen, dass Endabschnitte der U-Schenkel zur Anlage an einem ersten Ring, das heißt entweder an dem Innenring oder an dem Außenring, vorgesehene Gleitflächen bilden, während eine die U-Schenkel verbindende U-Basis eine zur Anlage am zweiten Ring vorgesehene Gleitfläche bildet, welche ein Fenster aufweist, in das ein Klemmelement eingreift.
Die Gleitelemente sind derart gestaltet, dass die Freilaufkupplung ebenso viele Klemmkörper aufnehmen kann wie eine im Übrigen baugleiche Freilaufkupplung ohne Gleitelemente. Im Vergleich zu einer Freilaufkupplung, in welcher ein Gleitelement, etwa ein Gleitstein, Bauraum einnimmt, der ansonsten für ein Klemmelement zur Verfügung stehen würde, ist aufgrund der dichteren Bestückung mit Klemmelementen ein höheres Drehmoment übertragbar. Im Vergleich zu einer Freilaufkupplung mit scheibenförmigen Gleitelementen, das heißt Gleitscheiben, ist eine erhebliche Materialeinsparung sowie eine Gewichtseinsparung gegeben. Ein weiterer Vorteil gegenüber einer Freilaufkupplung mit Gleitscheiben ist dadurch gegeben, dass auf rationelle, weitestgehend identische Weise Gleitelemente für Freilaufkupplungen unterschiedlicher Dimensionierungen herstellbar sind. Hierbei wird ein Blechstreifen zunächst profiliert, beispielsweise durch Walzen und/oder Ziehen durch eine Matrix. Anschließend werden die Fenster ausgestanzt. Später werden einzelne Abschnitte dieses profilierten, durch Stanzen bearbeiteten Metallteils abgehackt. Erst diese abgehackten Abschnitte werden durch Walzen derart gekrümmt, dass sie den Durchmessern der durch den Innenring sowie den Außenring bereitgestellten Klemmbahnen der Freilaufkupplung angepasst sind.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die U-Basis des klammerförmigen Gleitelementes dem Außenring zugewandt. Die U-förmigen, als Gleitelemente dienenden Klammern sind damit zur Rotationsachse der Freilaufkupplung hin offen. Die am Außenring anliegenden, vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang der Freilaufkupplung verteilten Gleitelemente sorgen für eine zentrische Führung des Käfigs im Ringraum. Der Käfig ist vorzugsweise einteilig aus Kunststoff, beispielsweise faserverstärktem, insbesondere glasfaserverstärktem, Polypropylen, gefertigt. Für jedes Klemmelement weist der Käfig ein gesondertes Fenster auf, welches mit einem Fenster in einem Gleitelement fluchtet oder sich mit einem solchen Fenster in einem Gleitelement zumindest überlappt.
Um das Gleitelement in Umfangsrichtung auf dem Käfig zu fixieren, weist dieser vorzugsweise eine als Nut ausgebildete Aussparung auf, in welcher das Gleitelement einliegt. Die Nut befindet sich vorzugsweise auf der dem Außenring zugewandten Seite des Käfigs und weist eine Tiefe auf, die geringer als die Wandstärke des Gleitelementes ist. Damit ist sichergestellt, das die Gleitelemente, nicht jedoch der Käfig, den Außenring kontaktieren.
Die U-Schenkel des Gleitelementes weisen in bevorzugter Ausgestaltung aufeinander zu, das heißt nach innen, gerichtete Biegungen auf. Die Querschnittsgestaltung des Gleitelementes entspricht damit prinzipiell der aus der DE 10 2006 023 564 A1 bekannten Gestaltung einer Gleitscheibe, womit ein gewünschtes Maß an elastischer Nachgiebigkeit in Radialrichtung der Freilaufkupplung bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Belastbarkeit herstellbar ist. Der in der DE 10 2006 023 564 A1 als Mittelabschnitt bezeichnete Teil der Gleitscheibe ist hierbei mit einem der U-Schenkel des erfindungsgemäßen Gleitelementes vergleichbar.
Die Oberfläche des Gleitelementes ist vorzugsweise durch ein Buntmetall, beispielsweise Messing oder Bronze, gebildet. Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist das gesamte Gleitelement aus dem Buntmetall gefertigt. In besonders bevorzugter Ausgestaltung besteht das Gleitelement aus einem mit Buntmetall plattierten Stahlblech. Dies ist sowohl hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit als auch hinsichtlich der Herstellkosten von Vorteil.
Bei der Montage der Freilaufkupplung werden die einzelnen Gleitelemente, auch als Gleitsegmente bezeichnet, vorzugsweise von außen auf den Käfig aufgeschnappt. Das für ein Klemmelement ausgesparte Fenster in jedem Gleitelement sorgt maßgeblich dafür, dass sich das Gleitelement mit geringem Kraftaufwand elastisch verformen lässt, so dass die Freilaufkupplung ohne Beschädigung von Einzelteilen, insbesondere ohne plastische Verformungen, auf einfache Weise montierbar ist.
Die Freilaufkupplung umfasst vorteilhafterweise mindestens drei Gleitsegmente, wobei jedes der Gleitsegmente vorzugsweise genau ein Fenster aufweist, durch welches ein dem Gleitsegment zugeordnetes Klemmelement ragt. Die Anzahl der Klemmelemte ist vorzugsweise mindestens dreimal und höchstens fünfmal, insbesondere viermal, so groß wie die Anzahl der Gleitelemente. Anders ausgedrückt: Vorzugsweise wird jedes dritte bis jedes fünfte Klemmelement von einem Gleitelement umgriffen.
Als Klemmelemente der Freilaufkupplung sind in bevorzugter Ausgestaltung Klemmkörper mit tailliertem Querschnitt vorgesehen. Prinzipiell sind jedoch auch Klemmrollen oder Klemmnadeln als Klemmelemente geeignet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 eine Freilaufkupplung in perspektivischer Ansicht,
2 ein Detail der Freilaufkupplung nach 1,
3 ein Gleitelement der Freilaufkupplung nach 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 zeigen mit Ausnahme eines eine zylindrische Klemmbahn bereitstellenden Außenrings sowie eines eine weitere, ebenfalls zylindrische Klemmbahn bereitstellenden Innenrings beziehungsweise einer die Funktion eines Innenrings übernehmenden Welle eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Freilaufkupplung, hinsichtlich deren prinzipieller Funk tionsweise auf den eingangs erwähnten Stand der Technik sowie auf die EP 1 910 697 B1 verwiesen wird.
Zwischen dem Außenring und dem Innenring ist ein Ringraum 2 gebildet, in dem ein Käfig 3 angeordnet ist, welcher Fenster 4 für jeweils ein Klemmelement 5, nämlich einen taillierten Klemmkörper, aufweist. Jeder vierte Klemmpörper 5, in Unfangsrichtung betrachtet, wird klammerartig umgriffen von einem auf den Käfig 3 aufgeschnappten Gleitelement 6. Der Abstand zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Klemmelementen 6 ist in allen Fällen identisch, unabhängig davon, ob einem Klemmelement 5 ein Gleitelement 6 zugeordnet ist. Zur Anfederung der Klemmelemente 5, das heißt zur Belastung der Klemmelemente 5 im Sinne des Einkuppelns der Freilaufkupplung 1, ist ein radial innerhalb des Käfigs 3 angeordnetes Federband 7 vorgesehen.
Jedes Gleitelement 6 weist, wie insbesondere aus 3 hevorgeht, eine U-förmige Gestalt mit einer ebenen U-Basis 8 und zwei an diese einstückig anschließenden U-Schenkeln 9, 10 auf. Das Gleitelement 6 ist als spanlos umgeformtes Blechteil entweder aus einer Buntmetalilegierung oder aus einem buntmetallplattierten Stahlblech gefertigt.
Die U-Basis 8 des Gleitelementes 6 ist rahmenartig gestaltet, so dass ein rechteckiges Fenster 11 in einer durch die U-Basis 8 gebildeten, zur Kontaktierung des Außenrings vorgesehenen Gleitfläche 12 gegeben ist. Die seitlich, das heißt an den Stirnseiten der Freilaufkupplung 1, an die U-Basis 8 angeformten U-Schenkel 9, 10 haben jeweils eine konkave Form. Eine jeweils nach innen gerichtete, das heißt dem Käfig 3 zugewandte Biegung 13, 14 eines jeden U-Schenkels 9, 10 weist im Querschnitt eine Form aus, die prinzipiell der Form eines Mittelabschnitts einer aus der DE 10 2006 023 564 A1 bekannten Gleitscheibe entspricht. Jeder U-Schenkel 9, 10 ist auf seiner dem Innenring zugewandten Seite durch einen Endabschnitt 15 abgeschlossen, dessen Form und Funktion prinzipiell der Form und Funktion eines inneren Schenkels der aus der DE 10 2006 023 564 A1 bekannten Gleitscheibe entspricht, wobei jeder Endabschnitt 15 eine zur Kontaktierung des Innenrings vorgesehene Gleitfläche 16 bildet.
Durch die Biegungen 13, 14 der U-Schenkel 9, 10 ist auf jeder Seite des Gleitelementes 6 ein Sigma-artiges Profil (Σ-Profil) gebildet, welches ein Aufschnappen des Gleitelementes 6 auf den Käfig 3 und eine Fixierung in radialer Richtung ermöglicht. In tangentialer Richtung ist das Gleitelement 6 durch eine als Nut ausgebildete Aussparung 17, welche sich auf der Außenseite des Käfigs 3 befindet, fixiert. Die U-Basis 8 liegt derart in der Aussparung 17 ein, dass der Käfig 3 vom Außenring abgehoben ist, womit ein besonders reibungs- und verschleißarmer Betrieb der Freilaufkupplung 1 ermöglicht ist.

1: Freilaufkupplung
2: Ringraum
3: Käfig
4: Fenster (im Käfig)
5: Klemmelement
6: Gleitelement
7: Federband
8: U-Basis
9: U-Schenkel
10: U-Schenkel
11: Fenster (im Gleitelement)
12: Gleitfläche
13: Biegung
14: Biegung
15: Endabschnitt
16: Gleitfläche
17: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0291550 B1 [0002, 0003]
- DE 1450161 B [0003]
- DE 102006023564 A1 [0009, 0009, 0021, 0021]
- EP 1910697 B1 [0018]

Claims

Freilaufkupplung, mit einem zwischen zwei Ringen, nämlich einem Innenring und einem Außenring, gebildeten Ringraum (2), in welchem eine Anzahl in einem Käfig (3) geführter Klemmelemente (5) sowie eine Anzahl Gleitelemente (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gleitelement (6) als U-förmig gebogene Klammer ausgebildet ist, wobei zwei U-Schenkel (9, 10) des Gleitelementes (6) den Käfig (3) derart umgreifen, dass Endabschnitte (15) der U-Schenkel (9, 19) zur Anlage an einem ersten Ring vorgesehene Gleitflächen (16) bilden, während eine die U-Schenkel (9, 10) verbindende U-Basis (8) eine zur Anlage am zweiten Ring vorgesehene Gleitfläche (12) bildet, welche ein Fenster (11) aufweist, in welches ein Klemmelement (5) eingreift.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Fenster (11) aufweisende Gleitfläche (12) dem Außenring zugewandt ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) einteilig ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) aus Kunststoff gefertigt ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) in dessen von dem Gleitelement (6) umgriffenen Bereich eine Aussparung (17) aufweist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Schenkel (9, 10) des Gleitelementes (6) nach innen gerichtete Biegungen (13, 14) aufweisen.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (6) Buntmetall umfasst.
Freilaufkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (6) aus buntmetallplattiertem Stahlblech gefertigt ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gleitelemente (6) mindestens ein Fünftel und höchstens ein Drittel der Anzahl der Klemmelemente (8) beträgt.