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Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf mit einer Rotationsachse für eine drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung, sowie ein Fertigungsverfahren für einen Rollenfreilauf.
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Aus dem Stand der Technik sind Rollenfreiläufe unterschiedlichster Ausführungsformen bekannt. Häufig werden Rollenfreiläufe zu einem frühen Zeitpunkt der Auslegung einer Anwendung in Auftrag gegeben und/oder es ergeben sich nachträglich Änderungen hinsichtlich des (maximalen) übertragbaren Drehmoments. Bisher erfordert dies eine neue Berechnung und Auslegung eines solchen Rollenfreilaufs. Dies stellt daher einen erheblichen Kostenfaktor dar.
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Die
US 3 935 753 A offenbart einen mehrteiligen Freilauf. Die einzelnen Freiläufe sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen. Am Innenumfang des Gehäuses ist eine entsprechende Rampenkontur zur Klemmung der Klemmrollen ausgeformt.
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Aus der
DE 10 2015 221 564 A1 ist ein einreihiger Freilauf bekannt, welcher einen zylindrischen Außenring mit an einer Innenumfangsfläche ausgeformten Klemmrampen aufweist. Gegen diese Klemmrampen werden Klemmrollen mittels Federn angefedert. Diese Klemmrollen sind in einem Käfig aufgenommen, welcher drehfest mit dem Außenring verbunden ist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf mit einer Rotationsachse für eine drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Wälzkörperkäfig;
- - eine Mehrzahl von Wälzkörpern, wobei die Wälzkörper in dem Wälzkörperkäfig aufgenommen sind; und
- - einen Rampenring mit einer Rampenkontur für eine Klemmung der Wälzkörper mit der Rampenkontur in einer ersten Drehrichtung, sowie für eine Freigabe eines relativen Verdrehens der Wälzkörper relativ zu dem Rampenring in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung.
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Der Rollenfreilauf ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur des Rampenrings zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Wälzkörperreihen eingerichtet ist; und
der Wälzkörperkäfig eine Mehrzahl von separaten Teilkäfigen umfasst, wobei jeder Teilkäfig zumindest eine Wälzkörperreihe umfasst.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Der Rollenfreilauf ist wie herkömmlich für eine drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung um eine Rotationsachse eingerichtet, sodass also in einer ersten Drehrichtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, um die Rotationsachse ein anliegendes Drehmoment (vollständig) nahezu verlustfrei übertragen wird. In einer zweiten Drehrichtung, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, entsprechend beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, ist ein Drehmoment nicht oder auf eine vernachlässigbare Größe reduziert beziehungsweise auf ein akzeptables Schleppmoment reduziert übertragbar.
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Die Wälzkörper, beispielsweise Kugeln oder Zylinderrollen, sind in einem Wälzkörperkäfig aufgenommen und darin definiert angeordnet. Die Wälzkörper sind von dem Wälzkörperkäfig zudem radial gegen den Rampenring vorgespannt.
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Der Rampenring weist eine Rampenkontur auf, mittels welcher ein jeweiliger Wälzkörper in der ersten Drehrichtung, beispielsweise infolge einer abrupten Verringerung des Durchmessers, bei einem Verdrehen des Rampenrings relativ zu dem jeweiligen Wälzkörper im Zusammenspiel mit der radialen Vorspannung des Wälzkörpers formschlüssig gehalten ist. In der zweiten Drehrichtung hingegen ist der jeweilige Wälzkörper relativ zu dem Rampenring verdrehbar, beispielsweise infolge einer sanften Verringerung des Durchmessers, welche so entgegen der Vorspannung mittels des Wälzkörperkäfigs überwindbar ist.
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Die hier vorgeschlagene Rampenkontur des Rampenrings ist zum Aufnehmen einer Mehrzahl von axial benachbarten Wälzkörperreihen eingerichtet. Der Rollenfreilauf ist daher zum Übertragen eines Drehmoments eingerichtet, welches der Summe des jeweils (maximal) übertragbaren Drehmoments jeder einzelnen der Wälzkörperreihen entspricht. Indem nur ein einziger (gemeinsamer) Rampenring vorgesehen ist, sind die Wälzkörperreihen hinsichtlich ihrer Freilauffunktion stets oder zumindest bei anliegendem Drehmoment zueinander synchronisiert.
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Der Wälzkörperkäfig umfasst hierzu eine Mehrzahl von separaten Teilkäfigen, wobei jeder Teilkäfig zumindest eine Wälzkörperreihe umfasst. Indem der Wälzkörperkäfig anders als bisher eine Mehrzahl von Teilkäfigen umfasst, ist eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Anzahl von Wälzkörperreihen in dem Rollenfreilauf eingestellt. Verändert sich das zu übertragende (maximale) Drehmoment, so wird die Anzahl der Wälzkörperreihen entsprechend angepasst, beispielsweise die Anzahl erhöht, wenn das (maximale) zu übertragende Drehmoment erhöht wird. Eine neuerliche Auslegung oder gar Berechnungen sind dann nicht notwendig.
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Die Teilkäfige sind in einer Ausführungsform vor oder während der Montage miteinander verbindbar, beispielsweise formschlüssig. Bevorzugt sind die Teilkäfige zueinander lose montiert und justieren sich so relativ zueinander beziehungsweise relativ zu der Rampenkontur infolge des anliegenden Drehmoments. Ein Justieren bei der Montage sowie eine hohe Fertigungstoleranz sind bei dieser losen Ausführungsform nicht erforderlich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein solcher Rollenfreilauf für mehrere Anwendungen einsetzbar und muss nicht für jeden Auftrag neu ausgelegt und angepasst werden. Stattdessen wird ein stufenweise veränderbarer Drehmomentbereich angeboten und der Rollenfreilauf dem angegebenen Wunsch nach mit einer entsprechenden Anzahl von Wälzkörperreihen ausgestattet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass die Teilkäfige identisch gebildet sind.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine große Gleichheit von Teilen geschaffen, sodass die Stückzahlen der Teile hoch ist und damit Fertigungskosten reduziert sind. Zudem ist die Montagesicherheit erhöht, wenn lediglich ein einziger Typ von Teilkäfigen vorliegt. Weiterhin ist der Abstand zwischen den Wälzkörpern der einen oder mehreren Wälzkörperreihen eines Teilkäfigs im Vergleich zu einem anderen (identischen) Teilkäfig im Rahmen der Fertigungstoleranz der involvierten Werkzeugmaschinen identisch, also eine Toleranzabweichung der Teilkäfige untereinander geringer als bei unterschiedlichen (beispielsweise baugleichen) Werkzeugmaschinen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass die Teilkäfige jeweils ausschließlich eine einzige Wälzkörperreihe umfassen.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Flexibilität hinsichtlich des einstellbaren (maximal übertragbaren) Drehmoments besonders groß. Sofern insgesamt etwa ein bis vier Wälzkörperreihen im Bereich der möglichen Anwendungen liegt, ist auch der Montageaufwand in einem kostentechnisch zulässigen Zeitrahmen. Weiterhin ist der oben genannte Kostenaufwand infolge der hohen Anzahl von Teilkäfigen entsprechend verringert.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Rampenkontur eine axiale Länge aufweist, welche der Summe der axialen Breiten von einsetzbaren Teilkäfigen entspricht.
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Hierbei entspricht die axiale Länge der Rampenkontur der Summe von einsetzbaren Teilkäfigen mit unter Umständen unterschiedlichen Breiten. Bei dieser Ausführungsform ist die Rampenkontur flexibel eingerichtet für die jeweils gewünschte Anzahl von Wälzkörperreihen, also dem gewünschten (maximal) übertragbaren Drehmoment entsprechend. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die axiale Länge der Rampenkontur einem Vielfachen einer axialen Breite eines Teilkäfigs. Die einsetzbaren Teilkäfige sind hierzu mit einer identischen Breite ausgeführt, bevorzugt insgesamt identisch ausgeführt. Ist das höchste abdeckbare Drehmoment beispielsweise mit vier Wälzkörperreihen übertragbar, so entspricht die Länge der Rampenkontur dem Vierfachen der Breite des einsetzbaren Teilkäfigs.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Rampenring in der Fertigung eine Roh-Länge aufweist, welche individuell auf eine bestimmte Länge kürzbar, bevorzugt abstechbar, ist.
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Hierbei ist der Rampenring für ein Anwendung auf die Länge entsprechend dem geforderten (maximalen) Drehmoment kürzbar, beispielsweise mittels Abstechen. Es wird also nur ein solcher axialer Bauraum benötigt, wie die Anzahl der Wälzkörperreihen dies erfordert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt können, beispielsweise bei hoher Auftragslage, bereits Rampenringe vorgefertigt werden und für die individuelle Anforderung dann entsprechend gekürzt werden.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass der Rampenring einseitig einen axialen Endanschlag aufweist und gegenüberliegend eine offene Seite aufweist, wobei die Wälzkörperreihen axial in die offene Seite einschiebbar sind.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Montage besonders einfach ausführbar, indem die Wälzkörperreihen (in den Teilkäfigen) axial einfach eingeschoben werden. Bei einer Ausführungsform wird die offene Seite nach dem Einschieben der Wälzkörperreihen zu einem Anschlag umgelegt, beispielsweise mittels Bördeln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fertigungsverfahren für einen Rollenfreilauf vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- a. Herstellen eines Rampenrings mit einer Rampenkontur mit einer vorbestimmten Roh-Länge, bevorzugt mittels Tiefziehen;
- b. Bestimmen eines zu übertragenden Drehmoments in der ersten Drehrichtung;
- c. Bestimmen einer korrespondierenden Anzahl von Wälzkörperreihen in einem Wälzkörperkäfig mit einer bestimmten Breite;
- d. Anpassen der Roh-Länge der Rampenkontur auf die Breite der in Schritt c. bestimmten Anzahl von Wälzkörperreihen, wobei die so angepasste Roh-Länge der Länge der Rampenkontur im Endzustand entspricht; und
- e. Einbringen der bestimmten Anzahl von Wälzkörperreihen in den angepassten Rampenring.
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Vorneweg sei darauf hingewiesen, dass die gezeigte Reihenfolge der Schritte lediglich eine bevorzugte Reihenfolge darstellt und die Schritte auch in einer anderen Reihenfolge ausführbar sind. Einzig gilt: der Schritte a. muss vor Schritt d. und Schritt e. ausgeführt werden, weiterhin der Schritt b. vor Schritt c., sowie müssen die Schritte b. und c. zumindest vor Schritt d. ausgeführt werden.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass gemäß einer Ausführungsform das so gefertigte Wälzlager einen einzigen einstückigen Wälzkörperkäfig umfasst, wobei also der Wälzkörperkäfig einem Teilkäfig gemäß dem vorstehend beschriebenen Rollenfreilauf entspricht. Ein solcher Wälzkörperkäfig umfasst eine oder mehrere Wälzkörperreihen. Beispielsweise entspricht im Übrigen oder in einer Ausführungsform mit zwei oder mehr Teilkäfigen der Rollenfreilauf, welcher mit diesem Fertigungsverfahren hergestellt wird, dem zuvor beschriebenen Rollenfreilauf.
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Es wird zudem auf die vorhergehende Beschreibung zu dem Rollenfreilauf, welcher einer optionalen Ausführungsform des mittels des Fertigungsverfahrens gefertigten Rollenfreilaufs entspricht, verwiesen und dort erläuterte Schritte zur Fertigung eines Rollenfreilaufs stellen zumindest optional einen Bestandteil des hier aufgezeigten Fertigungsverfahrens dar.
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Der Rampenring wird beispielsweise aus Metall hergestellt und dazu beispielsweise stranggegossen oder aus einem Roh-Blech tiefgezogen. Alternativ ist der Rampenring aus einem Kunststoff oder verstärkten Kunststoff hergestellt, und beispielsweise spritzgegossen. Weiterhin ist der Rampenring beispielsweise aus einem Keramikwerkstoff hergestellt, beispielsweise mittels Sintern, wobei hierbei die erforderliche axiale Länge (vergleiche unten oder vorstehend) bevorzugt vor dem Verfestigen, also in der Phase als Grünling, erzeugt wird.
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Das Drehmoment wird von dem Anwender des Rollenfreilaufs bestimmt oder die Außenlast und der mechanische Zusammenhang vorgegeben, sodass daraus das (maximale) übertragbare Drehmoment ermittelbar ist.
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Der Rollenfreilauf wird neu ausgelegt oder ist ein Rollenfreilauf (-system) aus dem Bestand, zu welchem bereits alle Eckdaten bekannt sind, vor allem das (maximal) übertragbare Drehmoment. Damit ist dann die erforderliche Anzahl von Wälzkörperreihen bestimmbar. Beispielsweise sind zwei Wälzlagerreihen erforderlich bei einem Rampenring mit einer Roh-Länge für maximal drei Wälzlagerreihen.
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Dann wird, wenn die erforderliche Anzahl von Wälzkörperreihen zu einer solchen Gesamtbreite führt, welche geringer ist als die Roh-Länge der Rampenkontur, der Rampenring auf die erforderliche Länge gekürzt, beispielsweise mittels Abstechen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine Fertigungsanlage, welche dazu eingerichtet ist, die Roh-Länge der Rampenkontur zu verändern, auch dann unter den hier zugrundeliegenden Gedanken fällt, wenn dieser Schritt nicht durchgeführt wird, beispielsweise nicht notwendig ist.
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Abschließend werden die Wälzkörperreihen eingebracht. In einer Ausführungsform wird das Einbringen der Wälzkörperreihen vor dem Anpassen der Länge der Rampenkontur durchgeführt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Fertigungsverfahrens vorgeschlagen, dass der Rollenfreilauf nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wälzkörperreihe in Schritt e. axial in die offene Seite eines Rampenrings eingeschoben wird, wobei der Rampenring einseitig einen axialen Endanschlag aufweist und gegenüberliegend eine offene Seite aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Fertigungsanlage zum Ausführen des Fertigungsverfahrens nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen. Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Fertigungsanlage vorgeschlagen, dass damit ein Rollenfreilauf nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung fertigbar ist.
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Die Fertigungsanlage umfasst zumindest eine Maschine. In einer Ausführungsform ist lediglich die Anlage zum Fertigen des Rampenrings mit der Rampenkontur in der Roh-Länge und zum Kürzen, bevorzugt Abstechen, des Rampenrings umfasst. In einer Ausführungsform ist zudem die Anlage zum Fertigen der Wälzkörper, des Wälzkörperkäfigs und/oder anderer Bestandteile sowie von Teil-Bearbeitungsschritten umfasst.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Rollenfreilauf mit zwei Wälzlagerreihen;
- 2: ein Rampenring mit einer Roh-Länge;
- 3: ein Rollenfreilauf gemäß 4 in Explosionsdarstellung; und
- 4: ein Rollenfreilauf mit drei Wälzlagerreihen.
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In 1 ist ein Rollenfreilauf 1 in perspektivischer Ansicht gezeigt, bei welchem ein Drehmoment 20 (in gezeigter Richtung) um die Rotationsachse 2 in der ersten Drehrichtung 7 (nahezu) verlustfrei übertragbar ist und in der zweiten Drehrichtung 8 ist kein Drehmoment übertragbar. Die erste Drehrichtung 7 und die zweite Drehrichtung 8 sind die relativen Drehrichtungen bezogen auf einen stehenden Rampenring 5. Zur drehrichtungsabhängigen Drehmomentübertragung sind in dem Rampenring 5 eine Mehrzahl von Wälzkörpern 4 vorgesehen. Die Wälzkörper 4 sind in einem Wälzkörperkäfig 3 als eine erste Wälzkörperreihe 9 und eine zweite Wälzkörperreihe 10 geführt und gegen den Rampenring 5 radial vorgespannt. Der Wälzkörperkäfig 3 ist hier in einen ersten Teilkäfig 12 für die erste Wälzkörperreihe 9 und einen zweiten Teilkäfig 13 für die zweite Wälzkörperreihe 10 unterteilt. Bevorzugt sind diese beiden Teilkäfige 13, 14 lose zueinander verdrehbar in dem Rampenring 5 angeordnet. Der Rampenring 5 ist hier mit einem Endanschlag 18 und einer offenen Seite 19 ausgeführt, sodass die Wälzkörper 4 in dem Wälzkörperkäfig 3 durch die offene Seite 19 in den Rampenring 5 bis zu dem Endanschlag 18 axial einschiebbar sind. Der Rampenring 5 weist zur drehrichtungsabhängigen Drehmomentübertragung eine Rampenkontur 6 auf, welche in 2 und 3 gut zu erkennen und daher nur dort bezeichnet ist. Diese Rampenkontur 6 weist eine Länge 15 auf, welche sich von dem (optionalen) Endanschlag 18 bis zu der offenen Seite 19 erstreckt. Diese Länge 15 entspricht in dieser Ausführungsform dem Zweifachen der Breite 16 eines Teilkäfigs 12, 13, sodass die beiden Teilkäfige 12, 13 hier exakt aufgenommen sind.
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In 2 ist ein Rampenring 5 in perspektivischer Ansicht gezeigt, welcher beispielsweise für die Ausführungsform des Rollenfreilaufs 1 gemäß 1 oder 4 eingerichtet ist. In der dargestellten Form weist der Rampenring 5 eine Roh-Länge 17 auf, welche auf die benötigte Länge 15 (vergleiche 1) kürzbar ist. Die Rampenkontur 6 umfasst eine (zu der Anzahl der Wälzkörper 4 einer Wälzkörperreihe 9, 10, 11 korrespondierende) Mehrzahl von identischen Rampen auf, welche sich jeweils in eine Steilrampe 21 zum Drehmomentübertragen (bei der ersten Drehrichtung 7 der Wälzkörperreihen 9, 10, 11 relativ zu dem Rampenring 5) und ein Flachrampe 22 zum (bei der zweiten Drehrichtung 8 der Wälzkörperreihen 9, 10, 11 relativ zu dem Rampenring 5) Überrollen gegen die Vorspannung durch den Wälzkörperkäfig 3 eingerichtet sind.
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In 3 ist ein Rollenfreilauf 1, wie es in 4 gezeigt ist, in einer Explosionsdarstellung gezeigt, welche den Montageschritt des axialen Einschiebens (darstellungsgemäß nach links) der einzelnen Teilkäfige 12, 13 und 14 durch die offene Seite 19 bis zu dem Endanschlag 18 wiedergibt. Die Länge 15 entspricht hier der Roh-Länge 17 des Rampenrings 5 gemäß der Darstellung in 2, wurde also nicht gekürzt. Die Länge 15 des Rampenrings 5 gemäß 1 ist hingegen gegenüber der Roh-Länge 17 gemäß 2 gekürzt (für zwei Teilkäfige 12, 13). Die Länge 15 hier in 3 entspricht dem Dreifachen der Breite 16 der (identischen) Teilkäfige 12, 13 und 14, welche bevorzugt auch mit den Teilkäfigen 12 und 13 in 1 identisch sind.
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In 4 ist der Rollenfreilauf 1 gemäß 3 im Endzustand mit drei Teilkäfigen 12, 13 und 14 gezeigt, welche die drei Wälzlagerreihen 9, 10 und 11 führen und deren Wälzkörper 4 gegen die Rampenkontur 6 (vergleiche 3) radial vorspannen.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Rollenfreilauf und dem Fertigungsverfahren, sowie der Fertigungsanlage wird ein kostengünstiges und flexibles Bausystem für ein veränderliches übertragbares Drehmoment bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollenfreilauf
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Wälzkörperkäfig
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Rampenring
- 6
- Rampenkontur
- 7
- erste Drehrichtung
- 8
- zweite Drehrichtung
- 9
- erste Wälzkörperreihe
- 10
- zweite Wälzkörperreihe
- 11
- dritte Wälzkörperreihe
- 12
- erster Teilkäfig
- 13
- zweiter Teilkäfig
- 14
- dritter Teilkäfig
- 15
- Länge der Rampenkontur
- 16
- Breite eines Teilkäfigs
- 17
- Roh-Länge
- 18
- Endanschlag
- 19
- offene Seite
- 20
- Drehmoment
- 21
- Steilrampe
- 22
- Flachrampe
