DE102010011576A1 - Freilaufkupplung mit einem zwischen einem festen Gehäuseteil und einer Welle angeordneten Hülsenfreilauf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung (1), mit einem zwischen einem festen Gehäuseteil (2) und einer Welle (3) angeordneten Hülsenfreilauf (4) mit einer radial äußeren Hülse (5), welche eine zylindrische Außenoberfläche (14) sowie eine Innenoberfläche (13) mit Klemmrampen aufweist, sowie mit zwischen der radial äußeren Hülse (5) und der Welle (3) geführten Klemmnadeln (7), wobei die Klemmnadeln (7) in einem Käfig (8) geführt und mittels Klemmfedern (15) gegen die Klemmrampen angefedert sind.
Um einen Überlastschutz für die Freilaufkupplung zu schaffen ist vorgesehen, dass zwischen einer radial inneren Mantelfläche (16) des Gehäuseteils (2) und der Außenoberfläche (14) der radial äußeren Hülse (5) des Hülsenfreilaufs (4) ein Überlastschutz in Form einer Rutschkupplung (17) angeordnet ist, wobei die Rutschkupplung (17) eine den Hülsenfreilauf (4) umgreifende vorgespannte Schlitzhülse (18) mit einem axial verlaufenden Schlitz (19) ist.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung, mit einem zwischen einem festen Gehäuseteil und einer Welle angeordneten Hülsenfreilauf mit einer radial äußeren Hülse, welche eine zylindrische Außenoberfläche sowie eine Innenoberfläche mit Klemmrampen aufweist, sowie mit zwischen der radial äußeren Hülse und der Welle geführten Klemmnadeln, wobei die Klemmnadeln in einem Käfig geführt und mittels Klemmfedern gegen die Klemmrampen angefedert sind.
• Hintergrund der Erfindung
• Aus der DE 42 10 560 C2 ist ein Freilauf bekannt, welcher eine mit Klemmrampen versehene Hülse aufweist, die mittels einer Schnappverbindung mit dem die Klemmnadeln führenden Käfig verbunden ist. Auf diese Weise ist ein Freilauf realisierbar, der rationell herstellbar sowie für eine zerstörungsfreie Demontage geeignet ist. Der bekannte Freilauf ist in klein dimensionierter Ausführung beispielsweise in Geräten der Kommunikationstechnik verwendbar. Ein anderer Hülsenfreilauf ist aus der DE 42 16 055 A1 bekannt.
• Der Vorteil derartiger Hülsenfreiläufe ist deren geringer Durchmesser, so dass sie als Freilaufkupplung bzw. als Teil einer Freilaufkupplung in Gehäusen eingesetzt werden können, bei denen nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht. So beschreibt beispielsweise die DE 101 13 440 A1 eine Antriebsnabe für Fahrräder, bei welcher Hülsenfreiläufe mit Radialnadellager verwendet werden.
• Jedoch geht mit dem Vorteil des geringstmöglichen Außendurchmessers der Nachteil bei Hülsenfreiläufen einher, dass sie in Vergleich zu anderen Wälzkörperfreiläufen eine geringe mechanische Stabilität aufweisen. Wird zuviel Kraft gegen die Sperrrichtung des Hülsenfreilaufs auf diesen aufgebracht, so kann es sehr schnell zu plastischen Verformungen der sehr dünnen Klemmrampen kommen, wodurch der Hülsenfreilauf irreversibel beschädigt wird und er seine Sperrwirkung in eine Drehrichtung nicht mehr erfüllen kann.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll eine Freilaufkupplung mit Hülsenfreilauf mit einem wirkungsvollen und preiswerten Überlastschutz ausgerüstet werden.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass zwischen dem Hülsenfreilauf der Freilaufkupplung und dem Gehäuseteil eine vorgespannte Schlitzhülse angeordnet ist.
• Die Erfindung geht daher aus von einer Freilaufkupplung, mit einem zwischen einem festen Gehäuseteil und einer Welle angeordneten Hülsenfreilauf mit einer radial äußeren Hülse, welche eine zylindrische Außenoberfläche sowie eine Innenoberfläche mit Klemmrampen aufweist, sowie mit zwischen der radial äußeren Hülse und der Welle geführten Klemmnadeln, wobei die Klemmnadeln in einem Käfig geführt und mittels Klemmfedern gegen die Klemmrampen angefedert sind. Zudem ist vorgesehen, dass zwischen einer radial inneren Mantelfläche des Gehäuseteils und der Außenoberfläche der radial äußeren Hülse des Hülsenfreilaufs ein Überlastschutz in Form einer Rutschkupplung angeordnet ist, wobei die Rutschkupplung eine den Hülsenfreilauf umgreifende vorgespannte Schlitzhülse mit einem axial verlaufenden Schlitz ist.
• Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass bei Überlast der Hülsenfreilauf durchrutscht, d. h. mitdreht, was auf überraschend einfache Weise durch die vorgespannte Schlitzhülse ermöglicht wird. Bei Überlast weitet sich der Schlitz der Schlitzhülse, so dass dann der Hülsenfreilauf innerhalb der Schlitzhülse drehen kann, während unter normalen Betriebsbedingungen der Hülsenfreilauf drehfest in der Schlitzhülse gelagert ist und nicht mitdrehen kann. Lässt die Überlast nach, verengt sich der Schlitz der Schlitzhülse wieder, so dass der Hülsenfreilauf dann wieder fest in der Schlitzhülse sitzt. Die Kraft bei Überlast wird also nicht auf die empfindlichen Klemmrampen, Klemmfedern und Klemmnadeln des Hülsenfreilaufs übertragen, sondern auf die reversibel verformbare Schlitzhülse. Hierdurch ist eine einfach aufgebaute aber wirkungsvoll gestaltete Freilaufkupplung geschaffen, die besonders vorteilhaft dort eingesetzt werden kann, wo mit hohen Überlastkräften zu rechnen ist, welches insbesondere bei Tretlagern von Fahrrädern der Fall ist.
• Außerdem kann vorgesehen sein, dass auf den Außenmantel der Schlitzhülse wenigstens zwei gummielastische O-Ringe aufgeschoben sind, wobei die O-Ringe unter Spannung gegen die innere Mantelfläche des Gehäuseteils anliegen.
• Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der Außenmantel der Schlitzhülse zwei Umfangsnuten aufweist, in welchen die gummielastischen O-Ringe gehaltert sind.
• Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hülsenfreilauf eine radial innere Hülse aufweist, welche drehfest auf die Welle aufgeschoben ist, wobei die im Käfig geführten Klemmnadeln zwischen der radial äußeren Hülse und der radial inneren Hülse angeordnet sind.
• Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass innerhalb des Hülsenfreilaufs axial beiderseits der Klemmnadeln jeweils ein Radiallager mit in Käfigen geführten Wälzkörpern angeordnet ist.
• In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die radial äußere Hülse an ihren axialen Enden beidseitig nach radial innen gerichtete Borde aufweist, wobei sich wenigstens die Klemmnadeln mit ihrem Käfig axial innerhalb der Borde befinden. Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass sich die Radiallager axial innerhalb der Borde befinden.
• Andere praktische Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass sich die radial innere Hülse axial innerhalb der Borde befindet.
• Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gehäuseteil eine Rahmenmuffe eines Fahrrades und die Welle eine Tretlagerwelle eines Fahrrades ist.
• Daneben eignet sich die Erfindung beispielsweise als ein Überlastschutz im Bürobereich oder im Sport- und Fitnessbereich.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
• 1 eine Längsschnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer Freilaufkupplung gemäß der Erfindung, und
• 2 die Freilaufkupplung aus 1 in teilweiser Radialschnittansicht.
• Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
• Demnach zeigen die 1 und 2 eine Freilaufkupplung 1, welche koaxial zwischen einem drehfesten Gehäuseteil 2 und einer drehenden Welle 3 angeordnet ist. Bei dem Gehäuseteil 2 kann es sich um eine Rahmenmuffe eines Fahrrades und bei der drehenden Welle 3 um eine Tretlagerwelle eines Fahrrades handeln. Die Freilaufkupplung 1 weist einen Wälzkörperfreilauf in Form eines Hülsenfreilaufs 4 auf, dessen mechanische Funktion grundsätzlich beispielsweise aus der DE 42 10 560 C2 bekannt ist.
• Der Hülsenfreilauf 4 weist eine radial äußere Hülse 5 und eine radial innere Hülse 6 auf, wobei letztere drehfest auf die Welle 3 aufgeschoben ist. Zwischen der radial äußeren Hülse 5 und der radial inneren Hülse 6 sind als Klemmrollen bezeichnete Klemmnadeln 7 in einem Käfig 8 geführt angeordnet. Axial beiderseits der Klemmnadeln 7 ist jeweils ein Radiallager 9 innerhalb des Hülsenfreilaufs 4 angeordnet. Als Nadelrollen ausgebildete Wälzkörper 10 der Radiallager 9 sind, ähnlich wie die Klemmnadeln 4, in Käfigen 11 geführt.
• Die radial äußere Hülse 5 weist beidseitig an ihren axialen Enden nach radial innen gerichtete Borde 12 auf, so dass sich die Klemmnadeln 7 mit ihrem Käfig 8, die Radiallager 9 mit ihren Käfigen 11 sowie die radial innere Hülse 6 axial innerhalb der Borde 12 befinden.
• An der Innenseite der radial äußeren Hülse 5 ist pro Klemmnadel 7 eine nicht dargestellte Klemmrampe ausgebildet, die jeweils durch spanlose Verformung der radial äußeren Hülse 5 hergestellt ist. Im Gegensatz zur die Klemmrampen aufweisenden Innenoberfläche 13 der radial äußeren Hülse 5 ist deren Außenoberfläche 14 zylindrisch. Unter einer zylindrischen Oberfläche wird in diesem Zusammenhang auch eine Oberfläche mit einer leichten Riffelung verstanden. Keinesfalls jedoch sind die Klemmrampen an der Außenoberfläche 14 sichtbar.
• Um die Klemmnadeln 7 an die Klemmrampen anzufedern, sind Klemmfedern 15 vorgesehen, die in 1 nur angedeutet dargestellt sind. Die Klemmfedern 15 können einteilig mit dem Käfig 8 ausgebildet sein.
• Zwischen Außenoberfläche 14 der radial äußeren Hülse 5 und einer radial inneren Mantelfläche 16 des Gehäuseteils 2 ist ein Überlastschutz in Form einer Rutschkupplung 17 angeordnet. Die Rutschkupplung 17 besteht aus einer den Hülsenfreilauf 4 umgreifenden und vorgespannten Schlitzhülse 18, welche durch einen axial verlaufenden Schlitz 19 axial unterbrochen ist. Die Breite des Schlitzes 19 ist so bemessen, dass ein gewisses Maß an Nachgiebigkeit gegeben ist. Ein Außenmantel 20 der Schlitzhülse 18 weist zwei Umfangsnuten 21 auf, in welchen jeweils ein gummielastischer O-Ring 22 aufgenommen ist. Die O-Ringe 22 liegen unter Spannung gegen die innere Mantelfläche 16 des Gehäuseteils an, wodurch die Schlitzhülse 18 vorgespannt ist.
• Der Schlitz 19 der Schlitzhülse 18 ist in 2 dargestellt, wobei 2 einen vereinfachten Radialschnitt der Freilaufkupplung 1 aus 1 entlang der Linie A-A' zeigt. In 2 sind nur die wesentlichen Bauteile der Freilaufkupplung 1 dargestellt, nämlich das Gehäuseteil 2, ein O-Ring 22, die Schlitzhülse 18 und die radial äußere Hülse 5 des Hülsenfreilaufs 4, während die weiteren, radial innen angeordneten Bauteile zur Vereinfachung in 2 nicht gezeigt sind.
• Im Normalbetriebszustand ist die Schlitzhülse 18 sowohl mit dem Gehäuseteil 2 als auch mit der radial äußeren Hülse 5 des Hülsenfreilaufs 4 drehfest verbunden. Je nach Drehrichtung der Welle 3 ist der Hülsenfreilauf 4 aktiv oder inaktiv, d. h., in einer Drehrichtung kann die Welle 3 frei drehen, während sie in der anderen Richtung gesperrt ist und dann nicht drehen kann. Wird eine zu große Kraft auf die Welle 3 entgegen ihrer freien Drehrichtung aufgebracht, würde dies normalerweise zu einer plastischen Verformung und damit zu einer Beschädigung wenigstens des Hülsenfreilaufs 4 führen. Durch die vorgespannte Schlitzhülse 18 wird ein Überlastschutz ermöglicht, da bei Überlast die Schlitzhülse 18 flexibel einfedert und mit dem Hülsenfreilauf 4 sowie mit der Welle 3 mitdreht.
• Auf diese Weise ist ein Überlastschutz für die Freilaufkupplung 1 geschaffen, welcher einfach aufgebaut ist und zuverlässig wirkt. Eine Beschädigung des Hülsenfreilaufs 4 ist durch die Rutschkupplung 17 ausgeschlossen.
• In Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, auf die radial innere Hülse 6 zu verzichten, so dass dann die Klemmnadeln 7 direkt in Wälzkontakt mit der Welle 7 sind. Ebenso ist es möglich, auf die beidseitig der Klemmnadeln 7 angeordneten Radiallager 9 zu verzichten und den Hülsenfreilauf 4 nur mit Klemmnadeln 7 zu versehen.
• Bezugszeichenliste

1

Freilaufkupplung

2

Gehäuseteil

3

Welle

4

Hülsenfreilauf

5

Radial äußere Hülse

6

Radial innere Hülse

7

Klemmnadel

8

Käfig

9

Radiallager

10

Wälzkörper

11

Käfig

12

Bord

13

Innenoberfläche

14

Außenoberfläche

15

Klemmfeder

16

Mantelfläche

17

Rutschkupplung

18

Schlitzhülse

19

Schlitz

20

Außenmantel

21

Umfangsnut

22

O-Ring

A-A'

Schnittlinie

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 4210560 C2 [0002, 0020]
• DE 4216055 A1 [0002]
• DE 10113440 A1 [0003]

Claims (9)

1. Freilaufkupplung (1), mit einem zwischen einem festen Gehäuseteil (2) und einer Welle (3) angeordneten Hülsenfreilauf (4) mit einer radial äußeren Hülse (5), welche eine zylindrische Außenoberfläche (14) sowie eine Innenoberfläche (13) mit Klemmrampen aufweist, sowie mit zwischen der radial äußeren Hülse (5) und der Welle (3) geführten Klemmnadeln (7), wobei die Klemmnadeln (7) in einem Käfig (8) geführt und mittels Klemmfedern (15) gegen die Klemmrampen angefedert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer radial inneren Mantelfläche (16) des Gehäuseteils (2) und der Außenoberfläche (14) der radial äußeren Hülse (5) des Hülsenfreilaufs (4) ein Überlastschutz in Form einer Rutschkupplung (17) angeordnet ist, wobei die Rutschkupplung (17) eine den Hülsenfreilauf (4) umgreifende vorgespannte Schlitzhülse (18) mit einem axial verlaufenden Schlitz (19) ist.
2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Außenmantel (20) der Schlitzhülse (18) wenigstens zwei gummielastische O-Ringe (22) aufgeschoben sind, wobei die O-Ringe (22) unter Spannung gegen die innere Mantelfläche (16) des Gehäuseteils anliegen.
3. Freilaufkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (20) der Schlitzhülse (18) zwei Umfangsnuten (21) aufweist, in welchen die gummielastischen O-Ringe (22) aufgenommen sind.
4. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenfreilauf (4) eine radial innere Hülse (6) aufweist, welche drehfest auf die Welle (3) aufgeschoben ist, wobei die im Käfig (8) geführten Klemmnadeln (7) zwischen der radial äußeren Hülse (5) und der radial inneren Hülse (6) angeordnet sind.
5. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hülsenfreilaufs (4) axial beiderseits der Klemmnadeln (7) jeweils ein Radiallager (9) mit in Käfigen (11) geführten Wälzkörpern (10) angeordnet ist.
6. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Hülse (5) an ihren axialen Enden beidseitig nach radial innen gerichtete Borde (12) aufweist, wobei sich wenigstens die Klemmnadeln (7) mit ihrem Käfig (8) axial innerhalb der Borde (12) befinden.
7. Freilaufkupplung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Radiallager (9) axial innerhalb der Borde (12) befinden.
8. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radial innere Hülse (6) axial innerhalb der Borde (12) befindet.
9. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) eine Rahmenmuffe eines Fahrrades und die Welle (3) eine Tretlagerwelle eines Fahrrades ist.

Images