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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freilauf mit einem Außenring, einem Innenring und mindestens einem Klemmelement zwischen dem Außenring und dem Innenring, wobei der Innenring und der Außenring jeweils eine dem Klemmelement zugewandte Stützbahn aufweisen, an der eine Umfangsfläche des Klemmelements abstützbar oder abgestützt ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Freilaufanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Freilauf.
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Aus der Praxis sind Freilaufanordnungen für Kraftfahrzeuge bekannt, die der Kopplung der Ausgangsseite einer Startermotors mit der Ausgangsseite eines Verbrennungsmotors, also beispielsweise eine Kurbelwelle, dienen. Die bekannten Freilaufanordnungen weisen einen Freilauf auf, der im Wesentlichen einen Außenring, einen inneren Innenring und mehrere Klemmelemente zwischen dem Außenring und dem Innenring umfasst. Dabei weisen der Innenring und der Außenring jeweils eine den Klemmelementen zugewandte Stützbahn auf. So weist der Innenring beispielsweise eine in radialer Richtung nach außen weisende Stützbahn und der Außenring eine in radialer Richtung nach innen weisende Stützbahn auf, wobei an den Stützbahnen eine Umfangsfläche der Klemmelemente abstützbar oder abgestützt ist. So sind beispielsweise Klemmrollenfreiläufe bekannt, bei denen die Klemmelemente als zylindrische Klemmrollen ausgebildet sind. Bei den bekannten Klemmrollenfreiläufen weist die Umfangsfläche der zylindrischen Klemmrollen mithin eine geradlinige Querschnittskontur auf, die an der Querschnittskontur der Stützbahnen von Innenring und Außenring abstützbar oder abgestützt ist, wobei auch die Stützbahnen eine entsprechend geradlinige Querschnittskontur aufweisen.
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Die bekannten Freiläufe haben sich bewährt, es hat sich jedoch gezeigt, dass es bei den bekannten Freiläufen zu Beschädigungen an dem Klemmelement und/oder dem Außen- oder/und Innenring kommen kann, insbesondere wenn Innenring und Außenring relativ zueinander verkippen, beispielsweise um eine sich entlang einer Radialen des Freilaufs erstreckenden Achse.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Freilauf zu schaffen, der einen langlebigen und weitgehend beschädigungsfreien Betrieb gewährleistet. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem derart vorteilhaften Freilauf zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 10 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Freilauf weist einen Außenring, einen Innenring und mindestens ein Klemmelement zwischen dem Außenring und dem Innenring auf. So kann ein in radialer Richtung zwischen dem Außenring und dem Innenring ausgebildeter Freiraum zur Aufnahme des mindestens einen Klemmelements auch als Klemmspalt bezeichnet werden. Sowohl der Innenring als auch der Außenring weist jeweils eine dem Klemmelement zugewandte Stützbahn auf. Bei dem Freilauf kann es sich beispielsweise um einen Klemmrollenfreilauf handeln, bei dem das Klemmelement als Klemmrolle ausgebildet ist, während die Stützbahn des Innen- oder Außenrings in der Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet ist und die Stützbahn des Außen- oder Innenrings in der Vorderansicht einen von einem Kreis abweichenden Verlauf aufweist. Ebenso kann der Freilauf als sogenannter Klemmkörperfreilauf ausgebildet sein, bei dem das Klemmelement von einem Klemmkörper gebildet ist, während die Stützbahn sowohl des Innenrings als auch des Außenrings in der Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet ist. An den Stützbahnen von Innenring und Außenring ist eine Umfangsfläche des mindestens einen Klemmelements abstützbar oder abgestützt. Zumindest eine der Stützbahnen, also entweder die Stützbahn des Innenrings oder die Stützbahn des Außenrings, oder beide Stützbahnen von Innenring und Außenring weist/weisen eine von einer Geraden abweichenden Querschnittskontur auf. Alternativ oder ergänzend weist die Umfangsfläche des Klemmelements eine Querschnittskontur auf, die von einer Geraden abweicht. Die hierin genannten Stützbahnen umfassen dabei vorzugsweise nur diejenigen Punkte an dem Innen- bzw. Außenring, an denen das Klemmelement tatsächlich an dem Innenring bzw. dem Außenring abstützbar ist, wobei es ferner bevorzugt ist, wenn die Umfangsfläche des Klemmelements lediglich diejenigen Punkte an dem Klemmelement umfasst, über die das Klemmelement tatsächlich an der jeweiligen Stützbahn abstützbar ist.
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Indem zumindest eine der Stützbahnen oder/und die Umfangsfläche eine Querschnittskontur aufweist, die von einer Geraden abweicht, können erhöhte Beanspruchungen des Außen- und Innenrings sowie des mindestens einen Klemmelements, wie sie bei einem Verkippen des Außenrings relativ zu dem Innenring auftreten, vermieden werden. Mithin werden hierdurch insbesondere Beschädigungen oder/und Formänderungen an dem Außen- und Innenring sowie dem mindestens einen Klemmelement vermieden, wodurch ein langlebiger Betrieb des Freilaufs sichergestellt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist die Querschnittskontur der mindestens einen Stützbahn in Richtung des Klemmelements gewölbt. Alternativ oder ergänzend ist die Querschnittskontur der Umfangsfläche des Klemmelements in Richtung der Stützbahn gewölbt. Sinngemäß wird hierdurch ein Abrollen des Klemmelements in Querrichtung an der jeweiligen Stützbahn beim Verkippen des Innenring relativ zu dem Außenring unter Verringerung der Beanspruchung der Klemmelemente sowie des Außen- und Innenrings erreicht, so dass Beschädigungen oder Formänderungen vermieden und eine lange Laufzeit des Freilaufs erreicht werden kann. Der Begriff der Wölbung ist hierbei weit auszulegen. So kann die Wölbung sowohl stetig als auch unstetig ausgebildet sein. So kann sich eine Wölbung beispielsweise auch aus mehreren geradlinig, jedoch winklig zueinander ausgerichteten Abschnitten der jeweiligen Querschnittskontur zusammensetzen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist die Querschnittskontur der mindestens einen Stützbahn oder/und die Querschnittskontur der Umfangsfläche des Klemmelements stetig gewölbt. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch ein besonders sicheres und beanspruchungsreduzierendes Abrollen der Umfangsfläche des Klemmelements an der Stützbahn des Innen- oder/und Außenrings beim Verkippen des Außenrings relativ zu dem Innenring möglich ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist die gewölbte Querschnittskontur der mindestens einen Stützbahn oder/und der Umfangsfläche des Klemmelements bogenförmig, vorzugsweise kreisbogenförmig, gewölbt, um die vorstehend genannten Vorteile einer geringeren Beanspruchung sowie einer damit einhergehenden geringeren Beschädigungsgefahr noch zu verstärken.
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Um die vorstehend genannten Vorteile bereits bei einer geringfügigen Kippbewegung des Außenrings relativ zu dem Innenring zu erzielen, ist die Querschnittskontur zumindest einer der Stützbahnen von Außen- oder/und Innenring oder/und die Querschnittskontur der Umfangsfläche des Klemmelements in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs derart ausgebildet, dass die Querschnittskontur zumindest in einem mittleren Abschnitt, dessen Mitte von der Mitte der jeweiligen Querschnittskontur gebildet ist, einen von einer Geraden abweichenden Verlauf aufweist oder/und gewölbt ist. Wie bereits zuvor angedeutet, ist die genannte Querschnittskontur im Falle einer Wölbung vorzugsweise stetig, bogenförmig oder/und kreisbogenförmig gewölbt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs, die auf der vorangehend beschriebenen Ausführungsform basiert, beträgt der mittlere Abschnitt der jeweiligen Querschnittskontur weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10%, der Breite der genannten Querschnittskontur, um die Vorteile des erfindungsgemäßen Freilaufs bereits bei geringfügigen Kippbewegungen des Außenrings relativ zu dem Innenring zu realisieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist die mindestens eine Stützbahn an dem Außen- oder/und Innenring in einer Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet. So können beispielsweise beide Stützbahnen, also sowohl die Stützbahn des Außenrings als auch die Stützbahn des Innenrings in der Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet sein, um einen Freilauf in Form eines Klemmkörperfreilaufs zu erhalten. Alternativ ist lediglich eine der Stützbahnen in der Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet, während die Stützbahn des anderen Rings in der Vorderansicht einen von einer Kreisbahn abweichenden Verlauf aufweist, so dass auch von einem Klemmrollenfreilauf gesprochen werden kann, bei dem diejenige Stützbahn, die in der Vorderansicht einen von einem Kreis abweichenden Verlauf aufweist, auch als Stern bezeichnet werden könnte.
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Alternativ oder ergänzend zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist die mindestens eine Stützbahn in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung am Innenring des Freilaufs vorgesehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist das Klemmelement als Klemmrolle ausgebildet. Mithin handelt es sich bei dem Freilauf vorzugsweise um einen sogenannten Klemmrollenfreilauf, wobei vorzugsweise mindestens eine Stützbahn in einer Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet ist, während die andere Stützbahn in der Vorderansicht keinen kreisförmigen Verlauf aufweist und auch als sogenannter Stern bezeichnet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist das Verhältnis zwischen einer Breite und einem Außendurchmesser des als Klemmrolle ausgebildeten Klemmelements gleich oder kleiner als 1 zu 3, vorzugsweise gleich oder kleiner als 1 zu 4, besonders bevorzugt gleich oder kleiner als 1 zu 5. Aufgrund der bezogen auf die axiale Ausdehnung besonders geringen Breite und dem relativ großen Außendurchmesser des als Klemmrolle ausgebildeten Klemmelements ist eine besonders kurze axiale Bauweise des Freilaufs erzielbar. Überdies können die als Klemmrollen ausgebildeten Klemmelemente relativ einfach aufgrund der zuvor beschriebenen Querschnittskontur an Stützbahn oder/und Klemmelement an der zugeordneten Stützbahn abrollen, wenn es zu einem Verkippen des Außenrings relativ zu dem Innenring kommt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs ist das als Klemmrolle ausgebildete Klemmelement im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Stirnkanten der Klemmrolle mit einer Fase oder mit einem Übergangsradius versehen sind. Im Falle einer Fase an der Stirnkante hat sich ein Fasenwinkel von 45° als vorteilhaft herausgestellt. Bei dieser Ausführungsform ist es überdies bevorzugt, wenn die Fasengröße oder der Übergangsradius 0,1 mm oder mehr beträgt. Unabhängig von der jeweiligen Ausgestaltungsvariante hat eine Fase oder ein Übergangsradius an der Stirnkante der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Klemmrolle den Vorteil, dass ein Stirnkantenbruch aufgrund eines Verkippens des Außenrings relativ zu dem Innenring weitestgehend ausgeschlossen ist. Mithin trägt die Fase oder der Übergangsradius neben der wie vorangehend beschrieben geformten Querschnittskontur der Stützbahn oder/und der Umfangsfläche des Klemmelements dazu bei, einen langlebigen Betrieb des Freilaufs zu ermöglichen, ohne dass Beschädigungen an dem Außen- oder Innenring und dem Klemmelement auftreten.
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Bei den bekannten Freiläufen hat es sich gezeigt, dass die Klemmelemente, also beispielsweise die Klemmkörper oder Klemmrollen, mitunter in ihrer Bewegungsfreiheit relativ zu dem Außen- oder/und Innenring eingeschränkt sind. Dies führt die Anmelderin auf ein Anhaften der Klemmelemente an den seitlichen Führungsflächen zurück, die den Klemmspalt in axialer Richtung begrenzen. Um dieses Problem zu überwinden, ist das mindestens eine Klemmelement in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs aus Edelstahl oder Keramik gefertigt. Auf diese Weise wird nicht nur eine Korrosion oder Kontaktkorrosion an dem Klemmelement vermieden, vielmehr kann auch eine Magnetisierung des Klemmelements vermieden werden, die zu einer magnetischen Anhaftung des Klemmelements an den seitlichen Führungsflächen des Freilaufs führen kann.
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Die erfindungsgemäße Freilaufanordnung ist für ein Kraftfahrzeug konzipiert und weist einen Freilauf der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Art auf. In der Freilaufanordnung steht eine Ausgangsseite eines Startermotors, also beispielsweise das Starterritzel eines Startermotors, permanent mit dem Innen- oder Außenring in Drehmitnahmeverbindung, während eine Ausgangsseite eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs mit dem Außen- oder Innenring in Drehmitnahmeverbindung steht oder in Drehmitnahmeverbindung bringbar ist. Hierbei ist der Außenring vorzugsweise drehfest mit der Ausgangsseite des Verbrennungsmotors verbindbar oder verbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufanordnung ist der Freilauf als trockenlaufender Freilauf ausgebildet, so dass in dem Klemmspalt zwischen Außen- und Innenring kein Kühl- oder/und Schmierfluid vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine teilweise Seitenansicht einer Freilaufanordnung innerhalb eines Kraftfahrzeugs in geschnittener Darstellung zur Erläuterung des Grundaufbaus der Freilaufanordnung,
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2 den Ausschnitt A von 1 in vergrößerter Darstellung mit einer ersten Ausführungsvariante des Freilaufs,
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3 den Freilauf von 2 bei einem relativ zu dem Innenring verkippten Außenring,
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4 den Ausschnitt A von 1 in vergrößerter Darstellung mit einer zweiten Ausführungsvariante des Freilaufs,
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5 den Ausschnitt A von 1 in vergrößerter Darstellung mit einer dritten Ausführungsvariante des Freilaufs,
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6 den Freilauf von 5 bei einem relativ zu dem Innenring verkippten Außenring,
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7 den Ausschnitt A von 1 in vergrößerter Darstellung mit einer vierten Ausführungsvariante des Freilaufs und
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8 eine Draufsicht auf die Schnittlinie B-B von 1.
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1 zeigt zunächst den grundlegenden Aufbau einer Freilaufanordnung 2 innerhalb eines Kraftfahrzeugs. Die Freilaufanordnung 2 weist im Wesentlichen einen Freilauf 4, einen Anlasser 6 und einen Verbrennungsmotor 8 auf. Der Anlasser 6 weist einen Startermotor 10 mit einer Ausgangsseite 12 auf, die im Wesentlichen von einem durch den Startermotor 10 antreibbaren Starterritzel 14 gebildet ist. Von dem Verbrennungsmotor 8 ist eine Ausgangsseite 16 in Form einer Antriebswelle oder Kurbelwelle 18 dargestellt, die in der dargestellten Ausführungsform drehfest mit einem Drehmomentübertragungsglied 20 verbunden ist, bei dem es sich beispielsweise um eine Schwungscheibe handeln kann.
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In der 1 sind die einander entgegengesetzten axialen Richtungen 22, 24, die einander entgegengesetzten radialen Richtungen 26, 28 und die einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen 30, 32 der Freilaufanordnung 2 und des Freilaufs 4 anhand entsprechender Pfeile angedeutet. Die Drehachse 33 der Ausgangsseite 16 sowie des Freilaufs 4 erstreckt sich dabei in den axialen Richtungen 22, 24, wobei die Umfangsrichtungen 30, 32 auch als Drehrichtungen bezeichnet werden können.
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Die Ausgangsseite 12 in Form des Starterritzels 14 ist in radialer Richtung 26 außerhalb des Freilaufs 4 angeordnet, so dass von einer bezogen auf den Freilauf 4 radial außenliegenden Ausgangsseite 12 des Anlassers 6 gesprochen werden kann. Die Ausgangsseite 12 des Startermotors 10 steht permanent mit einem Starterkranz 34 in Drehmitnahmeeingriff, wobei der Starterkranz 34 zu diesem Zweck eine Drehmitnahmekontur 36 aufweist, die permanent mit dem Starterritzel 14 in Drehmitnahmeeingriff steht. Die Drehmitnahmekontur 36 ist hier als Verzahnung oder Außenverzahnung ausgebildet. Der Starterkranz 34 ist über ein Starterrad 38, das sich ausgehend von dem Starterkranz 34 in radialer Richtung 28 nach innen erstreckt, drehfest mit einem Innenring 40 des Freilaufs 4 verbunden. Ein den Innenring 40 des Freilaufs 4 in radialer Richtung 26 außen umgebender Außenring 42 des Freilaufs 4 ist hingegen drehfest mit der Ausgangsseite 16 des Verbrennungsmotors 8 verbunden, wobei der Außenring 42 in der dargestellten Ausführungsform drehfest über das Drehmomentübertragungsglied 20, also beispielsweise ein Schwungrad, mit der die Ausgangsseite 16 ausbildenden Antriebswelle 18 des Verbrennungsmotors 8 verbunden ist.
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Der Innenring 40 ist mittelbar oder unmittelbar in radialer Richtung 26, 28 an einem feststehenden Gehäuse 44, hier beispielhaft an dem in 1 angedeuteten Gehäuse 44 des Verbrennungsmotors 8, in Umfangsrichtung 30, 32 drehbar abgestützt. Um die Abstützung zu bewirken, erfolgt diese vorzugsweise über ein Radiallager 46, das besonders bevorzugt von einem Wälz- oder Gleitlager gebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Freilauf 4 als trockenlaufender Freilauf ausgebildet. Alternativ zu der Darstellung in 1 kann der Innenring 40 jedoch auch mittelbar oder unmittelbar in radialer Richtung 26, 28 an der Ausgangsseite 16, hier der Antriebswelle 18, in Umfangsrichtung 30, 32 drehbar abgestützt sein, wenngleich die Abstützung an dem Gehäuse 44 bevorzugt ist. In einer weiteren Alternative zu der Darstellung gemäß 1 kann der Freilauf 4 auch als nasslaufender Freilauf ausgebildet sein, dessen Versorgung mit Kühl- oder/und Schmiermittel in diesem Fall vorzugsweise über die Kühl- oder/und Schmiermittelversorgung des Verbrennungsmotors 8 erfolgen würde, wenngleich eine trockene Ausbildung des Freilaufs 4 bevorzugt ist.
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Der Innenring 40 und der Außenring 42 sind in radialer Richtung 26, 28 geschachtelt angeordnet, so dass zwischen diesen ein in Umfangsrichtung 30, 32 umlaufender Klemmspalt 48 ausgebildet ist. Innerhalb des Klemmspalts 48 sind mehrere, in Umfangsrichtung 30, 32 – möglichst gleichmäßig – voneinander beabstandete Klemmelemente 50 angeordnet, wobei die Klemmelemente 50 in der dargestellten Ausführungsform als Klemmrollen ausgebildet sind, die mithin einen kreisförmigen Umfang aufweisen, wie dies insbesondere der 8 entnommen werden kann. Das Klemmelement 50 weist eine Umfangsfläche 52 auf. Der Außenring 42 weist hingegen eine in radialer Richtung 28 nach innen weisende, dem Klemmspalt 48 bzw. dem Klemmelement 50 zugewandte äußere Stützbahn 54 auf, während der Innenring 40 eine in radialer Richtung 26 nach außen weisende, dem Klemmspalt 48 bzw. dem Klemmelement 50 zugewandte innere Stützbahn 56 aufweist. Mithin ist die Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 je nach Betriebszustand des Freilaufs 4 an der äußeren oder/und inneren Stützbahn 54; 56 von Außen- und Innenring 42; 40 über dessen Umfangsfläche 52 abstützbar oder abgestützt.
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Wie aus 8 ersichtlich ist die innere Stützbahn 56 in der Vorderansicht in Umfangsrichtung 30, 32 kreisförmig und zusammenhängend umlaufend ausgebildet an dem Innenring 40 vorgesehen. Die äußere Stützbahn 54 an dem Außenring 42 ist in der Vorderansicht nach 8 hingegen nicht kreisförmig in den Umfangsrichtungen 30, 32 umlaufend ausgebildet und überdies durch hervorstehende Ansätze 58 an dem Außenring 42 unterbrochen. Auch sind die Klemmelemente 50, hier die Klemmrollen, mittels eines Federelements 60 in die Umfangsrichtung 32 in die in 8 gezeigte Klemmposition vorgespannt, wobei die Federelemente 60 einerseits an dem Außenring 42 und andererseits an dem Klemmelement 50 abgestützt sind. Jedem der Klemmelemente 50 ist jeweils ein Federelement 60 zugeordnet. Bei dem Federelement 60 handelt es sich vorzugsweise um die in 8 gezeigte Wellenfeder.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass es sich bei dem Freilauf 4 um einen Klemmrollenfreilauf handelt, es sei jedoch angemerkt, dass es sich bei dem Freilauf 4 ebenso um einen Klemmkörperfreilauf handeln könnte, bei dem sowohl die äußere Stützbahn 54 als auch die innere Stützbahn 56 in der Vorderansicht kreisförmig und in Umfangsrichtung 30, 32 durchgehend umlaufend ausgebildet sein kann, während die als Klemmkörper ausgebildeten Klemmelemente 50 in diesem Fall eine von der Kreisform nach 8 abweichende Form oder Außenkontur aufweisen könnten.
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Die als Klemmrollen ausgebildeten Klemmelemente 50 weisen bezogen auf die axialen Richtungen 22, 24 eine Breite a und einen Außendurchmesser b auf, wobei das Verhältnis zwischen der Breite a und dem Außendurchmesser b des jeweiligen als Klemmrolle ausgebildeten Klemmelements 50 gleich oder kleiner als 1 zu 3, vorzugsweise gleich oder kleiner als 1 zu 4, besonders bevorzugt gleich oder kleiner als 1 zu 5, ist. Mit anderen Worten kann auch von münzenförmigen Klemmelementen 50 oder Klemmrollen gesprochen werden, die eine besonders kurze axiale Bauweise des Freilaufs 4 ermöglichen. Der Klemmspalt 48 ist in axialer Richtung 22 durch eine erste Seitenwand 62 und in axialer Richtung 24 durch eine zweite Seitenwand 64 begrenzt, wobei die erste Seitenwand 62 in der dargestellten Ausführungsform von einem Abschnitt des Drehmomentübertragungsgliedes 20 gebildet ist, während die zweite Seitenwand 64 separat von dem Drehmomentübertragungsglied 20 und als Ringscheibe ausgebildet ist. Sowohl die erste Seitenwand 62 als auch die zweite Seitenwand 64 sind drehfest an dem Außenring 42 des Freilaufs 4 befestigt, was beispielsweise mittels der in 1 dargestellten Schraubverbindung (kein Bezugszeichen) erfolgen kann.
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Um zu vermeiden, dass es an den Klemmelementen 50 oder/und den Seitenwänden 62, 64 zu einer Korrosion oder Kontaktkorrosion kommt und um ein Anhaften der Klemmelemente 50 aufgrund einer Magnetisierung an den Seitenwänden 62, 64 zu verhindern, sind die Klemmelemente 50 im Wesentlichen aus Edelstahl oder Keramik gefertigt.
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Der weitere Aufbau der Freilaufanordnung 2 sowie des Freilaufs 4 in 1 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben, wobei die 2 und 3 eine erste Ausführungsvariante des Freilaufs 4 zeigen.
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In 2 sind unter anderem die bereits zuvor erwähnten Stützbahnen 54, 56 sowie die Umfangsfläche 52 dargestellt. Die Umfangsfläche 52 weist eine Querschnittskontur 66, die äußere Stützbahn 54 eine Querschnittskontur 68 und die innere Stützbahn 56 eine Querschnittskontur 70 auf. In der dargestellten ersten Ausführungsvariante nach den 2 und 3 entspricht die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 der Klemmelemente 50 im Wesentlichen einer Geraden bzw. die Querschnittskontur 66 ist geradlinig ausgebildet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die als Klemmrollen ausgebildeten Klemmelemente 50 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Abweichend von der zylindrischen Grundform sind lediglich die Stirnkanten der als Klemmrollen ausgebildeten Klemmelemente 50 mit einem Übergangsradius r versehen, wobei der Übergangsradius r 0,1 mm oder mehr beträgt. Auch die Querschnittskontur 68 der äußeren Stützbahn 54 ist – wie aus 2 ersichtlich – geradlinig ausgebildet oder von einer Geraden gebildet. Im Gegensatz dazu weicht die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 von einer Geraden ab. Genauer gesagt ist die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 in radialer Richtung 26 nach außen und in Richtung des Klemmspalts 48 bzw. des Klemmelements 50 gewölbt, wobei die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 wie aus 2 ersichtlich stetig gewölbt ist. Auch ist die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 bogenförmig, vorzugsweise kreisbogenförmig, gewölbt. Man kann hier auch von einer konkav ausgebildeten Querschnittskontur 70 sprechen.
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Die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 weist eine Breite c auf, wobei angemerkt sei, dass die innere Stützbahn 56 bzw. die zugehörige Querschnittskontur 70 vorzugsweise nur diejenigen Punkte an dem Innenring 40 umfasst, an der das Klemmelement 50 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand des Freilaufes 4 tatsächlich abstützbar oder abgestützt ist. Die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56, die die vorstehend genannte Breite c in axialer Richtung 22, 24 aufweist, weist bezogen auf die axialen Richtungen 22, 24 eine Mitte 72 auf. Die Mitte 72 bildet gleichermaßen die Mitte eines mittleren Abschnitts 74 der Querschnittskontur 70 aus, wobei die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 zumindest in dem mittleren Abschnitt 74 den zuvor erwähnten, von einer Geraden abweichenden Verlauf aufweist oder/und auf die zuvor beschriebene Weise gewölbt ausgebildet ist, wobei es – wie bereits zuvor erwähnt – bevorzugt ist, wenn die Wölbung stetig, bogenförmig oder/und kreisbogenförmig ausgebildet ist. Dabei beträgt der mittlere Abschnitt 74 weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10%, der Breite c der Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56.
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Sollte der Außenring 42 relativ zu dem Innenring 40 während des Betriebes der Freilaufanordnung 2 um eine sich in den radialen Richtungen 26, 28 erstreckende Achse verkippen, wie dies anhand des Pfeils 76 in den 1 und 3 angedeutet ist, so kann die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 relativ einfach an der gewölbten Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 des Innenrings 40 – sinngemäß in Querrichtung des Klemmelements – abrollen, wie dies in 3 gezeigt ist, wobei dies unter Reduzierung der Beanspruchung des Klemmelements 50 sowie des Innenrings 40 erfolgt. Mithin können Beschädigungen an dem Klemmelement 50 und der inneren Stützbahn 56 des Innenrings 40 beim Verkippen des Außenrings 42 relativ zu dem Innenring 40 vermieden werden, so dass ein besonders langlebiger und störungsfrei arbeitender Freilauf 4 geschaffen ist. Hierzu tragen überdies die Übergangsradien r an den Stirnkanten der Klemmelemente 50 bei, die einen Kantenbruch an den Stirnkanten der Klemmelemente 50 ausschließen können.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des Freilaufs 4 in der Freilaufanordnung 2 aus 1, wobei die zweite Ausführungsvariante im Wesentlichen der Ausführungsvariante nach den 2 und 3 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
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Wie aus 4 ersichtlich, sind die Stirnkanten der Klemmelemente 50 in der zweiten Ausführungsvariante nicht mit einem Übergangsradius r, sondern vielmehr mit einer Fase 78 versehen, wobei der Fasenwinkel α vorzugsweise 45° beträgt. Die Fasengröße d beträgt hingegen wiederum vorzugsweise 0,1 mm oder mehr. Die Fase 78 hat in der zweiten Ausführungsvariante die gleiche Funktion sowie die gleichen Vorteile wie der Übergangsradius r nach der ersten Ausführungsvariante, wobei eine Fase 78 den besonderen Vorteil hat, dass diese besonders einfach und exakt gefertigt werden kann, so dass die Fertigung des Freilaufs 4 vereinfacht ist.
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Die 5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsvariante des Freilaufs 4 innerhalb der Freilaufanordnung 2 nach 1, wobei die dritte Ausführungsvariante im Wesentlichen den vorangehend beschriebenen Ausführungsvarianten entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
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Im Gegensatz zu den vorangehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsvarianten, weist die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 keinen von einer Geraden abweichenden Verlauf mehr auf, vielmehr ist die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 ebenso wie die Querschnittskontur 68 der äußeren Stützbahn 54 geradlinig oder als Gerade ausgebildet. Demgegenüber weicht jedoch die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 von einer Geraden oder einem geradlinigen Verlauf ab. Genauer gesagt ist die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 sowohl in radialer Richtung 26 nach außen in Richtung der äußeren Stützbahn 54 als auch in radialer Richtung 28 nach innen in Richtung der inneren Stützbahn 56 gewölbt. Auch ist die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 dabei, wie aus den 5 und 6 ersichtlich, stetig und bogen- oder kreisbogenförmig gewölbt. Es kann auch von einer konkav ausgebildeten Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 gesprochen werden.
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Die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 weist eine Breite e in den axialen Richtungen 22, 24 auf. Hier wie auch vor- und nachstehend gilt vorzugsweise, dass die Umfangsfläche 52 bzw. die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 lediglich diejenigen Punkte umfasst, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsstellung des Freilaufs 4 tatsächlich an der inneren oder/und äußeren Stützbahn 56; 54 abstützbar sind. Die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 weist bezogen auf die axialen Richtungen 22, 24 bzw. bezogen auf die Breite e eine Mitte 80 auf. Die Mitte 80 der Querschnittskontur 66 bildet gleichermaßen die Mitte eines mittleren Abschnitts 82 der Querschnittskontur 66 aus, wobei die Querschnittskontur 66 derart ausgebildet ist, dass diese zumindest in dem genannten mittleren Abschnitt 82 einen von einer Geraden abweichenden Verlauf aufweist oder/und auf die zuvor beschriebene Weise gewölbt ausgebildet ist. Auch in diesem Fall beträgt der mittlere Abschnitt 82 der Querschnittskontur 66 weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10%, der Breite e der Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52.
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Da das als Klemmrolle ausgebildete Klemmelement 50 aufgrund der Wölbung der Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 sinngemäß nicht mehr als zylindrisch ausgebildetes Klemmelement 50 zu sehen ist, müssen auch keine Übergangsradien r oder Fasen 78 an den Stirnkanten der Klemmelemente 50 vorgesehen sein, wie dies den 5 und 6 entnommen werden kann, grundsätzlich können jedoch auch bei dieser Ausführungsform entsprechende Übergangsradien r oder Fasen 78 vorgesehen sein.
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Wie aus 6 ersichtlich, kann das Klemmelement 50 bei einem Verkippen des Außenrings 42 relativ zu dem Innenring 40 aufgrund der Wölbung der Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 sowohl an der inneren Stützbahn 56 als auch an der äußeren Stützbahn 54 – sinngemäß in Querrichtung des Klemmelements 50 – abrollen, um die Beanspruchung des Klemmelements 50 und der Stützbahnen 54, 56 zu reduzieren, so dass auch in dieser dritten Ausführungsvariante Beschädigungen an den Klemmelementen 50 und den Ringen 40, 42 weitgehend ausgeschlossen sind und eine lange Lebensdauer des Freilaufs 4 erzielt werden kann.
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7 zeigt eine vierte Ausführungsvariante des Freilaufs 4 für die Freilaufanordnung 2 nach 1, wobei die vierte Ausführungsvariante den vorangehend beschriebenen Ausführungsvarianten im Wesentlichen entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
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Wie aus 7 ersichtlich, stellt die vierte Ausführungsvariante eine Kombination aus den Ausführungsvarianten nach 2 und 5 dar. Genauer gesagt weist sowohl die Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 als auch die Querschnittskontur 66 der Umfangsfläche 52 des Klemmelements 50 die zuvor beschriebene Abweichung von einer Geraden bzw. die zuvor beschriebene Wölbung auf, so dass hinsichtlich der weiteren Merkmale der vierten Ausführungsvariante nach 7 auf die Beschreibung der Merkmale aus den 2, 3, 5 und 6 verwiesen sei.
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Wenngleich in den Figuren nicht dargestellt, so ist es alternativ oder ergänzend zu der gewölbten Querschnittskontur 70 der inneren Stützbahn 56 ebenso möglich, die Querschnittskontur 68 der äußeren Stützbahn 54 derart auszubilden, dass diese von einer Geraden abweicht oder den bevorzugten gewölbten Verlauf der zuvor beschriebenen Art aufweist. Da die äußere Stützbahn 54 jedoch aufgrund ihrer Ausbildung als sogenannter Stern innerhalb des als Klemmrollenfreilauf ausgebildeten Freilaufs 4 in der Vorderansicht nicht in Umfangsrichtung 32, 30 kreisförmig umlaufend ausgebildet ist, wäre die Fertigung einer von einer Geraden abweichenden oder gewölbten Querschnittskontur 68 an der äußeren Stützbahn 54 erschwert. Aus diesem Grunde ist es bei den Freiläufen 4 bevorzugt und auch in den 2 bis 7 dargestellt, wenn die Querschnittskontur 68; 70 derjenigen Stützbahn 54; 56 von einer Geraden abweicht oder auf die beschriebene Weise gewölbt ausgebildet ist, die in der Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet ist, um die Fertigung des Freilaufs 4 zu vereinfachen. Hierbei kann es sich dann grundsätzlich auch um die Querschnittskontur 68 der äußeren Stützbahn 54 handeln, sofern diese in der Vorderansicht kreisförmig umlaufend ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Freilaufanordnung
- 4
- Freilauf
- 6
- Anlasser
- 8
- Verbrennungsmotor
- 10
- Startermotor
- 12
- Ausgangsseite
- 14
- Starterritzel
- 16
- Ausgangsseite
- 18
- Antriebswelle
- 20
- Drehmomentübertragungsglied
- 22
- axiale Richtung
- 24
- axiale Richtung
- 26
- radiale Richtung
- 28
- radiale Richtung
- 30
- Umfangsrichtung
- 32
- Umfangsrichtung
- 33
- Drehachse
- 34
- Starterkranz
- 36
- Drehmitnahmekontur
- 38
- Starterrad
- 40
- Innenring
- 42
- Außenring
- 44
- Gehäuse
- 46
- Radiallager
- 48
- Klemmspalt
- 50
- Klemmelement
- 52
- Umfangsfläche
- 54
- äußere Stützbahn
- 56
- innere Stützbahn
- 58
- hervorstehende Ansätze
- 60
- Federelement
- 62
- erste Seitenwand
- 64
- zweite Seitenwand
- 66
- Querschnittskontur
- 68
- Querschnittskontur
- 70
- Querschnittskontur
- 72
- Mitte der Querschnittskontur
- 74
- mittlerer Abschnitt
- 76
- Pfeil
- 78
- Fase
- 80
- Mitte der Querschnittskontur
- 82
- mittlerer Abschnitt
- a
- Breite
- b
- Außendurchmesser
- c
- Breite
- e
- Breite
- d
- Fasengröße
- r
- Übergangsradius
- α
- Fasenwinkel
