DE102013219880B4 - Freewheel, which is simple, inexpensive to produce and assemble - Google Patents
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Abstract
Freilauf mit einer zylindrischen Außenhülse (2), die eine Innenhülse (3) beabstandet umschließt, wobei als Klemmnasen (5) ausgeführte elastische Mittel einstückig mit der Außenhülse (2) oder der Innenhülse (3) verbunden zumindest kraftschlüssig mit einer Wandung der zugehörigen Innenhülse (3) oder der Außenhülse (2) in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmnasen (5) des einteilig aufgebauten Freilaufs (1) an einer strukturierten Oberfläche, einer Rampengeometrie (6) der Außenhülse (2), der Innenhülse (3) oder einer Welle (14) abgestützt sind und als Stege (4) ausgebildete Verbindungselemente zwischen der Außenhülse (2) und der Innenhülse (3) oder einer Welle (14) vorgesehen sind, die sich nach erfolgter Montage im Einbauzustand des Freilaufs (1) lösen.Freewheel with a cylindrical outer sleeve (2) which surrounds an inner sleeve (3) spaced, wherein as clamping lugs (5) running elastic means integrally with the outer sleeve (2) or the inner sleeve (3) at least frictionally connected to a wall of the associated inner sleeve ( 3) or the outer sleeve (2) are in operative connection, characterized in that the clamping lugs (5) of the one-piece freewheel (1) on a structured surface, a ramp geometry (6) of the outer sleeve (2), the inner sleeve (3) or a shaft (14) are supported and designed as webs (4) connecting elements between the outer sleeve (2) and the inner sleeve (3) or a shaft (14) are provided which dissolve after installation in the installed state of the freewheel (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Freilauf gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und Montage eines Freilaufs nach Anspruch 10.The invention relates to a freewheel according to the features of the preamble of
Freiläufe werden in der Antriebstechnik zur Drehmomentübertrag in nur eine Drehrichtung (Sperrrichtung) zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite eingesetzt. In der entgegengesetzten Drehrichtung (Freilaufrichtung) werden keine Drehmomente übertragen. In der Sperrrichtung drehen sich die Welle und die Nabe synchron, während sich in der Freilaufrichtung eine Relativbewegung einstellt.Freewheels are used in the drive technology for torque transfer in only one direction of rotation (reverse direction) between a drive side and a driven side. In the opposite direction of rotation (freewheeling direction) no torques are transmitted. In the reverse direction, the shaft and the hub rotate synchronously, while in the freewheeling direction sets a relative movement.
Durch die Anordnung eines Freilaufes als Überholfreilauf wird erreicht, dass beispielsweise in einem Riementrieb die anzutreibenden Aggregate unverändert weiterlaufen, wenn die Antriebsdrehzahl reduziert bzw. verzögert wird. Bei einem beschleunigten Antrieb tritt die Sperrwirkung des Freilaufs ein, wodurch die Abtriebsseite eingekuppelt wird. Die Schaltfunktionen, wie Freilaufen oder Sperren, übernimmt der Freilauf selbsttätig ohne zusätzliche Schaltglieder.The arrangement of a freewheel as a passing freewheel ensures that, for example, in a belt drive the driven units continue to run unchanged when the drive speed is reduced or delayed. In an accelerated drive, the blocking effect of the freewheel occurs, whereby the output side is engaged. The switching functions, such as free running or locking takes over the freewheel automatically without additional switching elements.
Bei bekannten Freiläufen mit Klemmkörpern besteht ein Freilaufeinbauelement aus drei Elementen, den Klemmkörpern, dem Käfig sowie Federmitteln. Die in dem Käfig in gleichem Abstand eingesetzten Klemmkörper werden mittels Federkraft in Kontakt mit einer äußeren und einer inneren zylindrischen Klemmbahn gebracht.In known freewheels with sprags a freewheel mounting element consists of three elements, the sprags, the cage and spring means. The clamping body inserted in the cage at the same distance are brought by spring force into contact with an outer and an inner cylindrical clamping track.
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten, kostengünstig herstellbaren Freilauf bereitzustellen, der außerdem die Montage vereinfacht.Object of the present invention is to provide a simple design, inexpensive to produce freewheel, which also simplifies the assembly.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.According to the invention the object is achieved by the features of
Gemäß Anspruch 1 ist ein einteiliger Aufbau des Freilaufs vorgesehen, bei dem instabile Stege als Verbindungselemente die Innenhülse mit der Außenhülse oder einer Welle verbinden. Dabei sind die Stege so ausgeführt, dass sich diese nach erfolgter Montage im Betriebszustand des Freilaufs lösen. Durch die Stege kann ein erfindungsgemäßer Freilauf realisiert werden, bei dem alle Bauteile unverlierbar zu einer Baueinheit zusammengefügt sind. Vorteilhaft sind die Stege so gestaltet bzw. dimensioniert, dass sich diese im eingebauten Zustand bereits bei einer geringen Drehmomentbeaufschlagung des Freilaufs selbsttätig trennen und damit eine ungehinderte Freilauffunktion sichergestellt ist, bei der sich eine Relativdrehung zwischen der Außen- und der Innenhülse einstellt. Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft unmittelbar nach dem Herstellungsprozess ein Verbauen des einteilig aufgebauten Freilaufs in der Anwendung.According to
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Freilaufs umfasst von der Außen- oder Innenhülse ausgehende, sich radial nach innen oder nach außen geneigte, gleichdimensionierte, als Klemmnasen ausgebildete Freilaufelemente. Bevorzugt schließt der Freilauf gemäß der Erfindung, dessen Außen- oder Innenhülse auch als Außenstern oder Innenstern bezeichnet werden kann, zumindest drei Klemmnasen ein. Alle Klemmnasen, die den Klemmelementen üblicher Freilaufkupplungen entsprechen, bilden zusammen mit der zugehörigen Außen- oder Innenhülse eine Einheit. Zur reibschlüssigen Wirkverbindung sind die selbstfedernd ausgeführten Klemmnasen kraftschlüssig und/oder formschlüssig an einer strukturierten, insbesondere als Rampengeometrie ausgeführten Oberfläche der zugehörigen Innen- oder Außenhülse abgestützt.The structure of the freewheel according to the invention comprises free-wheeling elements which extend from the outer or inner sleeve and which are inclined radially inwards or outwards, are uniform in dimension and designed as clamping lugs. Preferably, the freewheel according to the invention, whose outer or inner sleeve can also be referred to as an outer star or inner star, includes at least three clamping noses. All clamping lugs, which correspond to the clamping elements of conventional one-way clutches, together with the associated outer or inner sleeve form a unit. For frictional engagement, the self-locking executed clamping lugs are non-positively and / or positively supported on a structured, in particular designed as a ramp geometry surface of the associated inner or outer sleeve.
Mit dem konstruktiven einteiligen Aufbau des erfindungsgemäßen Freilaufs stellt sich im Vergleich zu bisherigen Freiläufen ein bedeutender Kostenvorteil ein, da ein Zusammenfügen von Einzelteilen zu einem Freilauf entfällt und damit aufwendige Investitionen für Montageeinrichtungen zur Montage des Freilaufs.With the constructive one-piece design of the freewheel invention provides a significant cost advantage compared to previous freewheels, since an assembly of items to a freewheel is eliminated and thus expensive investments for mounting devices for mounting the freewheel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise ein Kunststoff als Werkstoff für den erfindungsgemäßen Freilauf vorgesehen, mit dem ein Gewichts- und Kostenvorteil erzielbar ist. Weiterhin verursacht ein aus Kunststoff hergestellter Freilauf keine nachteilige Geräuschemission, was heutige Forderungen nach geräuschdämpfenden Anwendungen unterstützt. Bevorzugt eignen sich Thermoplaste, die zur Erzielung einer verbesserten Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit eine Armierung, beispielsweise eine vernetzte Kunstfaserarmierung oder Glasfasern, einschließen. Der Freilauf kann mit einem formgebenden Verfahren, einem Spritzgießverfahren der Kunststoff-Technologie hergestellt werden. Der einteilige Freilauf kann dabei mit einem Werkzeug und in einer Form hergestellt werden. Der aus dem Spritzgusswerkzeug entnehmbare Freilauf schließt auch die instabilen, einen Zusammenhalt des Freilaufs sicherstellenden Stege zwischen der Innenhülse und Außenhülse ein, die sich im Betriebszustand des Freilaufs lösen. Vorteilhaft ermöglicht der Aufbau des erfindungsgemäßen Freilaufs ein kostenoptimiertes axiales Entformen.According to an advantageous embodiment of the invention, a plastic is preferably provided as a material for the freewheel according to the invention, with which a weight and cost advantage can be achieved. Furthermore, a freewheel made of plastic causes no adverse noise emission, which supports today's demands for noise-damping applications. Thermoplastics which are preferred for achieving improved wear resistance and temperature resistance are a reinforcement, for example a crosslinked one Synthetic fiber reinforcement or glass fibers. The freewheel can be made with a molding process, an injection molding of plastic technology. The one-piece freewheel can be made with a tool and in a mold. The removable from the injection mold freewheel also includes the unstable, a cohesion of the freewheel ensuring webs between the inner sleeve and outer sleeve, which dissolve in the operating state of the freewheel. Advantageously, the structure of the freewheel according to the invention enables a cost-optimized axial demoulding.
Ferner eignet sich eine MIM-Technologie (Metal Injection Molding) zur Herstellung des erfindungsgemäßen Freilaufs. Mit diesem Verfahren können komplexe metallische Bauteile gegenüber klassischen Verfahren, wie Fräsen, Drehen und Erodieren, wirtschaftlich hergestellt werden. Die Bauteile können unterschiedliche Strukturen, wie dünnwandige Bereiche, rechteckige Taschen und Bohrungen und auch Hinterschnitte aufweisen. Bei der MIM-Technik, die zum Pulverspritzgießen zählt, wird ein Granulat aus einem thermoplastischen Trägermaterial (Binder) als Ausgangsmaterial mit einem Metallpulver vermischt. Die Masse kann anschließend wie Kunststoff in Spritzgussmaschinen verarbeitet werden.Furthermore, a MIM technology (Metal Injection Molding) is suitable for the production of the freewheel according to the invention. With this method, complex metallic components can be produced economically compared to classical methods, such as milling, turning and eroding. The components may have different structures, such as thin-walled areas, rectangular pockets and holes and also undercuts. In the MIM technique, which involves powder injection molding, a granule of a thermoplastic carrier material (binder) as a raw material is mixed with a metal powder. The mass can then be processed like plastic in injection molding machines.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erreichung eines verschleißfesten Freilaufs die Verwendung von Sintermetall vorgesehen. Beim Sintern werden metallische Stoffe durch Erwärmung miteinander verbunden und unter Druck verdichtet. Die Temperaturen bleiben dabei unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten, so dass die Form des Bauteils erhalten bleibt. Das Sintererzeugnis erhält durch die Temperaturbehandlung seine endgültigen Eigenschaften, wie Härte und Festigkeit, insbesondere Verschleißfestigkeit, die für den jeweiligen Einsatz erforderlich sind.In a further advantageous embodiment of the invention, the use of sintered metal is provided to achieve a wear-resistant freewheel. During sintering, metallic substances are joined together by heating and compressed under pressure. The temperatures remain below the melting temperature of the main components, so that the shape of the component is maintained. The sintered product obtained by the temperature treatment its final properties, such as hardness and strength, in particular wear resistance, which are required for the particular application.
Ein alternativer Aufbau der Erfindung umfasst eine Außenhülse oder eine Innenhülse, die einstückig mit einer Vielzahl von geneigt ausgerichteten Klemmnasen oder Klemmelementen verbunden ist. Die Klemmnasen stehen in Wirkverbindung zu einer strukturierten, beispielsweise als Zahnstruktur oder Rampengeometrie ausgebildeten Oberfläche der gegenüberliegenden Hülse.An alternative construction of the invention comprises an outer sleeve or an inner sleeve which is integrally connected to a plurality of inclined aligned clamping lugs or clamping elements. The clamping lugs are operatively connected to a structured, for example, as a tooth structure or ramp geometry formed surface of the opposite sleeve.
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung sind in der Außenhülse zur Darstellung von elastischen Klemmnasen oder Klemmelementen mehrere symmetrisch umfangsverteilte U-förmige Einschnitte bzw. Ausschneidungen eingebracht. Die Klemmnasen sind jeweils nach innen soweit geneigt, dass sie vorgespannt an der strukturierten Oberfläche oder einer Rampengeometrie der Innenhülse abgestützt sind. Alternativ dazu schließt die Erfindung an der Innenhülse entsprechend ausgebildete Klemmnasen oder Klemmelemente ein, die mit einer strukturierten Oberfläche oder Rampengeometrie der Außenhülse zusammenwirken.According to a preferred structural embodiment of the invention, a plurality of symmetrically circumferentially distributed U-shaped cuts or cutouts are introduced in the outer sleeve for the representation of elastic clamping lugs or clamping elements. The clamping lugs are each inwardly inclined so far that they are biased supported on the structured surface or a ramp geometry of the inner sleeve. Alternatively, the invention includes on the inner sleeve correspondingly formed clamping lugs or clamping elements which cooperate with a structured surface or ramp geometry of the outer sleeve.
Zur Erzielung eines dauerfesten Freilaufs ist gemäß einer weiteren Ausprägung der Erfindung der Freilauf entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment ausgelegt. Zur Vermeidung eines Ausfalls von Klemmnasen kann deren Anzahl einschließlich der Rampengeometrie an der zugehörigen Gegenhülse angepasst werden.To achieve a durable freewheel is designed according to a further embodiment of the invention, the freewheel according to the torque to be transmitted. To avoid a failure of clamping lugs whose number including the ramp geometry can be adapted to the associated mating sleeve.
Der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen Freilaufs ermöglicht abweichend zu bekannten Hülsenfreiläufen, dass der Freilauf durch Verdrehung um 180° vorteilhaft für unterschiedliche Klemmrichtungen eingesetzt werden kann.The design of the freewheel according to the invention allows deviating from known sleeve freewheels that the freewheel can be used by rotation by 180 ° advantageous for different clamping directions.
Der erfindungsgemäße kostenoptimierte Freilauf eignet sich insbesondere für Anwendungen im Office- oder im IT-Bereich, wie beispielsweise in Kopierern, Druckern oder anderen Büromaschinen.The cost-optimized freewheel according to the invention is particularly suitable for applications in the office or in the IT sector, such as in copiers, printers or other office machines.
Gemäß Anspruch 10 ist zur Herstellung und Montage eines Freilaufs ein folgende Schritte einschließendes Verfahren vorgesehen. Zunächst erfolgt die Herstellung des erfindungsgemäßen Freilaufs mit einem Spritzgießverfahren als einteiliger Spritzgussrohling, bei dem eine Außenhülse über Stege mit einer Innenhülse verbunden ist. Weiterhin sind Klemmnasen als elastische Mittel einstückig mit der Außenhülse oder der Innenhülse verbunden, die kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einer strukturierten Oberfläche oder einer Rampengeometrie an der zugehörigen Innenhülse oder Außenhülse abgestützt sind. Der Freilauf kann mit einem Spritzwerkzeug bzw. in einer Form hergestellt werden, wobei ein Entformen des Außenrings bevorzugt über zwei um 180° zueinander versetzte axiale Schieber erfolgt. Aufgrund des erfindungsgemäßen einteiligen Freilaufs entfällt im Vergleich zu bisherigen Freiläufen die Montage von Einzelkomponenten. Nach Fertigstellung kann eine Montage des Freilaufs in eine Aufnahme, insbesondere in eine Bohrung von einem Maschinenteil erfolgen. Dazu wird die Außenhülse des Freilaufs beispielsweise in die Aufnahme einer Büromaschine eingesetzt und anschließend eine Welle durch die Innenhülse des Freilaufs geführt. Bei anschließender Inbetriebnahme der Büromaschine und einer Relativverdrehung zwischen der Außenhülse und der Innenhülse reißen die Stege, wodurch die Freilauffunktion sichergestellt ist.According to claim 10, a method including the following steps is provided for the manufacture and assembly of a freewheel. First, the production of the freewheel according to the invention with an injection molding process as a one-piece injection molding blank, in which an outer sleeve is connected via webs with an inner sleeve. Furthermore, clamping lugs are integrally connected as elastic means with the outer sleeve or the inner sleeve, which are non-positively and / or positively supported with a structured surface or a ramp geometry on the associated inner sleeve or outer sleeve. The freewheel can be produced with an injection molding tool or in a mold, wherein demolding of the outer ring preferably takes place via two axial slides offset by 180 ° from one another. Due to the one-piece freewheel according to the invention eliminates the assembly of individual components compared to previous freewheels. After completion, a mounting of the freewheel can take place in a receptacle, in particular in a bore of a machine part. For this purpose, the outer sleeve of the freewheel is used, for example, in the recording of an office machine and then guided a shaft through the inner sleeve of the freewheel. Upon subsequent commissioning of the office machine and a relative rotation between the outer sleeve and the inner sleeve tear the webs, whereby the freewheeling function is ensured.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Sofern nicht anders erwähnt, sind in der Beschreibung gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which embodiments of the invention are shown. The invention is not limited to these embodiments. Unless otherwise stated, the same or functionally identical components are provided with the same reference numerals in the description. Show it:
Die
In der
Eine Drehmomentübertragung von der Welle
Eine Überholfunktion des Freilaufs
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Freilauffreewheel
- 22
- Außenhülseouter sleeve
- 33
- Innenhülseinner sleeve
- 44
- Stegweb
- 55
- Klemmnaseclamping nose
- 66
- Rampengeometrieramp geometry
- 77
- Aufnahmeadmission
- 88th
- Stellorganactuator
- 99
- Wellewave
- 1010
- Einschnittincision
- 1111
- Freilauffreewheel
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