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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Freilauf mit wenigstens einem ersten Freilaufring, mit Klemmkörpern und mit einem zweiten Freilaufring, wobei die Freilaufringe konzentrisch zueinander auf einer axial verlaufenden Rotationsachse angeordnet und die Klemmkörper radial zwischen den Freilaufringen in Taschen aufgenommen sind, und wobei mindestens eine Klemmrampe an dem ersten Freilaufring ausgebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die WO 2010 / 106 058 A1 offenbart einen Freilauf, welcher in einem Starter verbaut ist.
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Die
DE 196 44 045 A1 offenbart einen Freilauf mit zwei Freilaufringen und Klemmkörpern. Ein Außenring der Freilaufringe ist spanlos hergestellt, so dass dessen Klemmrampen kalt umgeformte Funktionsoberflächen für die Klemmkörper aufweisen. Die Klemmkörper sind zwischen dem Außenring und einen Innenring in Taschen eines Freilaufkäfigs aufgenommen.
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Einen weiteren Freilauf zeigt
JP 2000 179 589 A . Der Freilauf ist in eine Lagerung zum Lagern eines Riemenrades integriert. Die Klemmrampe weisen gekrümmt verlaufende Funktionsoberflächen auf, welche in Umfangsrichtung ineinander übergehen.
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Die Funktionsoberflächen unterscheiden sich hinsichtlich ihres Verlaufs und Anstiegs voneinander, wodurch ein Durchrutschen bzw. Blockieren des Freilaufs verhindert werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Freilauf zu schaffen, der sich kostengünstig und zugleich sehr genau und funktionssicher herstellen lässt.
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Generell gilt: Die Rotationsachse des Freilaufs wird unbeachtlich ihrer tatsächlichen räumlichen Lage nachfolgend immer als axial verlaufend bzw. als axial ausgerichtet betrachtet. Axial ist demzufolge mit der Rotationsachse gleichgerichtet. Daraus folgend ist „radial“ senkrecht bzw. quer zur Rotationsachse ausgerichtet.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Freilauf einen Freilaufkäfig mit Taschen aufweist, wobei die Taschen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse durch Querstege eines radial zwischen dem ersten Freilaufring und dem zweiten Freilaufring angeordneten Freilaufkäfigs begrenzt sind, wobei der Freilaufkäfig Seitenränder aufweist, welche axial über die Querstege miteinander verbunden sind. Der erste Freilaufring ist mit wenigstens einer sich in radialer Richtung in den Freilaufring erstreckenden Ausnehmung versehen. Außerdem ist an dem Freilaufkäfig wenigstens ein von der Rotationsachse radial wegstehender Vorsprung ausgebildet, welcher formschlüssig in die Ausnehmung eingreift.
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Die radiale Ausnehmung ist entweder eine radiale Vertiefung wie ein radiales Loch, die/das in alle umfangseitigen und axialen Richtungen durch das Material des ersten Freilaufringes begrenzt und nur nach radial innen offen ist. Alternativ ist die Vertiefung eine sich axial vom einer Stirnseite des ersten Freilaufrings zu der anderen Stirnseite des Freilaufringes erstreckende Nut. Die Nut kann wahlweise axial an einer Stirnseite einseitig begrenzt und zu einer anderen Stirnseite hin axial offen sein. Als Funktionspartner dazu ist an dem Freilaufkäfig eine der Anzahl der Ausnehmungen entsprechende Anzahl an Vorsprüngen ausgebildet, die radial aus dem Käfig hervorstehen und formschlüssig in jeweils eine der radialen Ausnehmungen eingreifen. Die Positionen der Vertiefungen und der Vorsprünge sind so festgelegt, dass der Käfig und damit insbesondere die Käfigtaschen und daraus folgend die Klemmkörper in dem Käfig beim Zusammenbau des Freilauf vorteilhaft exakt gegenüber den Rampen positioniert werden können. Die Vorsprünge werden deshalb bei der Montage des Freilaufkäfigs in den Freilauf an den jeweiligen Ausnehmungen orientiert und dort formschlüssig eingesetzt, sodass die Taschen in ihrer bestimmungsgemäßen Position gegenüber den Rampen ausgerichtet sind.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Käfig in axialer Richtung an dem Freilaufring mit den Rampen festgelegt und mit den Klemmkörpern in Position gehalten ist.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Freilaufkäfig auch bei Bewegungen um die Rotationsachse über diesen Formschluß mit dem ersten Freilaufring und seinen Rampen in Position mitgenommen und gehalten wird. Die Vorsprünge sind insbesondere an einem im Kunststoffspritzverfahren hergestellten Käfig einfach und kostengünstig einzubringen. Die Ausnehmungen lassen sich beim spanlosen Umformen der Innenkontur des ersten Freilaufringes zusammen mit den anderen Formelementen in einem Arbeitsgang ohne zusätzlichen Aufwand und ohne zusätzliche Kosten einbringen. Der Vorsprung ist vorteilhaft aus Festigkeitsgründen an dem Quersteg ausgebildet, weil er dort eine stabile Basis findet.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest der erste Freilaufring wenigstens an den Klemmrampen eine kalt umgeformte Funktionsoberfläche, also eine durch Kaltumformen erzeugte Funktionsoberfläche aufweist. Unter kalt umgeformter Funktionsoberfläche ist dabei eine Oberfläche insbesondere an den Klemmrampen zu verstehen, welche eine durch den Prozess des Kaltumformen erzeugte homogene und vorteilhaft nicht durch spanabhebende Prozesse beeinflusste Oberflächenstruktur aufweist.
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Durch spanabhebende Prozesse, wie Fräsen, Hobeln, Stoßen, Drehen, Schleifen, Polieren oder Reiben wird gewöhnlich eine Oberfläche der Rohlinge durch Mikroeinschnitte gestört. Diese Mikroeinschnitte können beispielsweise Verschleiß in den Kontaktzonen zwischen Klemmkörpern und Freilaufring fördern.
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Prozesse des Kaltumformens sind Kneten, Walzen, Rollieren, Fließpressen, Prägen oder Tiefziehen. Nach derartigen Prozessen weisen die Oberflächen der Bauteile hinsichtlich ihrer Struktur und des Faserverlaufs einen homogenen, glatten nicht unterbrochenen und zumindest an der Oberfläche kalt verfestigten Zusammenhalt auf. Der Freilaufring ist vorzugsweise ein durch Fließpressen erzeugtes Bauteil. Funktionsoberflächen sind im Sinne der Erfindung die Flächen an den Klemmrampen, die für den unmittelbaren Kontakt der Klemmrampen mit den Klemmkörpern vorgesehen sind.
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Unter Kaltumformen wird das plastische Umformen von Stählen unterhalb der Rekristallisationstemperatur ihrer Werkstoffe ohne vorherige zusätzliche Erwärmung des zu behandelnden Materials verstanden. Das Kaltumformen unterscheidet sich deshalb vom Warmumformen im Wesentlichen dadurch, dass das Werkstück oder der Rohling vor dem Umformprozess, z.B. im Gegensatz zur bisher gewohnten Herstellung durch Schmieden, nicht erwärmt wird.
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Der Vorteil der vorgenannten Ausgestaltung liegt darin, dass eine durch das plastische Umformen erzeugte Funktionsoberfläche an den Klemmrampen eine höhere Festigkeit aufweist, die durch eine beim Kaltumformen auftretende Kaltverfestigung entsteht. Die dabei entstehende Oberflächenstruktur ist nicht durch spanabhebende Prozesse gestört/unterbrochen und ist bei geeigneter Auswahl der Werkstoffe und Werkzeuge ausreichend glatt strukturiert und minimiert vorteilhaft Verschleiß.
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Generell sind Klemmrampen hinsichtlich ihrer Geometrie relativ kompliziert ausgeführt und gewöhnlich aufwändig nur durch spanabhebende Verfahren und deshalb zeit- und kostenintensiv herstellbar. Die Erfindung macht es möglich, dass derartig aufwändige Prozesse vermieden werden, insbesondere dann, wenn, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, der erste Freilaufring ein kaltgeformtes Bauteil ist. Derartige Bauteile lassen sich an allen beliebigen Stellen mit hoher Präzision herstellen. Freilaufringe nach dem bisherigen Stand der Technik werden in der Regel durch Schmieden hergestellt und dann insbesondere an den Klemmrampen nachgearbeitet. Alternativ verbleiben die durch das Schmieden erzeugten Funktionsflächen, wenn diese nicht nachgearbeitet werden, im Vergleich zum Ergebnis der oben beschriebenen Erfindung relativ ungenau. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist also die hohe Maßgenauigkeit der Freilaufringe.
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Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die in dem Freilauf ausgebildeten Taschen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse durch Querstege eines Käfigs begrenzt sind. Die Querstege sind die in axiale Richtungen verlaufenden Stege eines radial zwischen dem ersten Freilaufring und dem zweiten Freilaufring angeordneten Freilaufkäfigs. Sie verbinden die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verlaufenden und die Taschen linksseitig und rechtsseitig begrenzenden Seitenränder des Freilaufkäfigs miteinander. Über den Käfig sind vorteilhaft mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte Klemmkörper sicher geführt und in Position zu den Klemmrampen gehalten.
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Das Material des Käfigs ist vorzugsweise wenigstens ein Kunststoff. Derartige Käfige aus Kunststoff lassen sich einfach und kostengünstig, insbesondere durch Kunststoffspritztechnik, herstellen. Es ist jeweils vorzugsweise ein Klemmkörper in einer Tasche des Käfigs aufgenommen. Die Zahl der Taschen des Käfigs entspricht vorzugsweise der Anzahl der Klemmkörper.
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Jede der Taschen ist gegenüber einer der Klemmrampen so ausgerichtet, dass die Klemmkörper gegenüber der Klemmrampe positioniert sind und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme wenigstens einer Feder gegen eine der Klemmrampen vorgespannt sind. Dementsprechend sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass jeder Klemmkörper mittels jeweils wenigstens einer an dem Freilaufkäfig gehaltenen Druckfeder in Umfangsrichtung bzw. tangential gegen eine Funktionsoberfläche der Klemmrampe vorgespannt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Geometrie der Querstege des Käfigs. Der Quersteg weist in beliebigen senkrecht von der Rotationsachse durchstoßene Radial-Schnittebenen einen Querschnitt auf, welcher durch zwei miteinander verbundene Wandabschnitte gekennzeichnet ist. Beide Wandabschnitte verlaufen axial parallel zur Rotationsachse, sind aber in unterschiedliche radiale Richtungen ausgerichtet.
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Ein erster Wandabschnitt des jeweiligen Querstegs verläuft dabei in radialer Richtung zwischen dem zweiten Freilaufring und dem ersten Freilaufring und füllt den zwischen dem ersten Freilaufring und zweiten Freilaufring ausgebildeten Ringspalt, vorbehaltlich radialer Spiele zu den Freilaufringen, fast vollständig aus. Die Spiele sind für die Montage bzw. Bewegung notwendige Luftspalte, die radial innenseitig zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem Inneren zweiten Freilaufring und radial außenseitig zwischen dem zweiten Wandabschnitt und dem ersten Freilaufring ausgebildet sind.
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Der einteilig mit dem ersten Wandabschnitt ausgebildete zweite Wandabschnitt ist jeweils entweder tangential oder umfangsseitig in Richtung einer Tasche verlaufend ausgerichtet sowie einteilig-einmaterialig mit dem Käfig und damit auch einteilig mit dem ersten Wandabschnitt ausgebildet. Der zweite Wandabschnitt geht von dem ersten Wandabschnitt ab und verläuft in Umfangsrichtung in Richtung einer Tasche.
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Die radiale Höhe der ersten Wandabschnitte entspricht, vorbehaltlich der vorgenannten Spiele, im Wesentlichen der radialen Abmessung des Ringspaltes, welcher an dem ersten Wandabschnitt zwischen den beiden Freilaufringen ausgebildet ist. Zwischen dem zweiten Freilaufring (Freilaufring innen) und dem zweiten Wandabschnitt ist dagegen in radialer Richtung ein radialer Luftspalt ausgebildet, dessen radiale Höhe wenigstens einem Drittel der radialen Höhe des ersten Wandabschnitts entspricht.
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Der Sinn und Vorteil einer derartigen Ausbildung der Querstege besteht darin, dass zum einen über den ersten Wandabschnitt eine saubere Zentrierung des Käfigs stattfindet und der Käfig stabilisiert ist. Zum anderen ist über die umfangsseitige „Verlängerung“ des ersten Wandabschnitts der Abstand zwischen den Taschen den Ausführungen des Freilaufs angepasst einstellbar, ohne dass zu viel Käfigmasse erzeugt wird. Denn - durch den zweiten Wandabschnitt ist ein in der Masse reduzierter Quersteg geschaffen. Das deshalb, weil die radiale Wandstärke des zweiten Wandabschnitts durch den radialen Luftspalt vorzugsweise im Wesentlichen auf die umfangsseitige bzw. tangentiale Wandstärke des ersten Wandabschnitts reduziert ist. Die in der Querschnitts-Radialebene betrachteten Abmessungen des ersten Wandabschnitts ergeben sich aus der radialen Höhe und einer umfangsgerichteten Breite, welche vorzugsweise den radialen Abmessungen des zweiten Wandabschnitts in dieser Radialebene entspricht. Somit ergeben sich gleichmäßige Wandstärkenübergänge im Quersteg und gleichmäßige Wandstärken der beiden Wandabschnitte. Das wirkt sich positiv auf den Materialverbrauch bei der Herstellung des Käfigs und auf dessen Fertiggewicht aus und erleichtert die Herstellung eines Käfigs aus Kunststoff, bei der generell gleichmäßige Wandstärken und Wandstärkenübergänge von Vorteil sind.
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Der jeweilige Quersteg ist also so gestaltet, dass jede Tasche des Freilaufs in die eine Umfangsrichtung durch einen ersten Wandabschnitt des Quersteges und in die entgegengesetzte Umfangsrichtung durch einen zweiten Wandabschnitt des Quersteges begrenzt ist. Wie anfangs schon erwähnt wurde, ist die jeweilige Tasche außerdem seitlich jeweils durch einen Seitenrand begrenzt. Der radiale Radialspalt zwischen dem zweiten Wandabschnitt und dem inneren Freilaufring ist vorzugsweise an einer Öffnung zu einer Tasche umfangsseitig hin offen und wahlweise seitlich zur einen Seite und/oder zur anderen Seite hin durch einen Abschnitt des jeweiligen Seitenrandes begrenzt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der radial unterhalb des zweiten Wandabschnitts des Quersteges ausgebildete Radialspalt vorteilhaft als Speicher für Schmierfett benutzt werden kann. Allgemein betrachtet besteht Schmierfett aus einem Eindicker und Schmieröl. Der Eindicker dient unter anderem als ein Schwamm, welcher das im Schmierfett enthaltene Schmieröl tröpfchenweise speichert und tröpfchenweise an die Umgebung abgibt. In diesem Fall ist unter der Umgebung das Innere des Freilaufs zu verstehen. Das von dem Eindicker nach und nach abgegebene Schmieröl kann über die Öffnung (en) des Radialspalts gezielt dem Kontakt zwischen Klemmkörper und Freilaufringen zugeführt werden. Das Volumen der Speicher bzw. der Radialspalte kann so ausgeführt werden, dass die darin gespeicherte Fettmenge für eine Lebensdauerschmierung des Freilauf ausreicht.
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Der Freilauf ist als eine selbstschaltende Überholkupplung ausgeführt und aus einem inneren Freilaufring, einem äußeren Freilaufring, Klemmkörpern und wahlweise einem Käfig gebildet. Der innere Freilaufring ist wahlweise ein ringförmiges Bauteil nach Art eines Innenringes eines Wälzlagers oder ist eine Nabe oder eine Welle. An dem ringförmigen Bauteil ist innen ein Wellensitz ausgeführt und außen ist eine Laufbahn für die Klemmkörper bzw. sind taschenartige radiale Vertiefungen für das Arretieren der Klemmkörper vorgesehen. Der Wellensitz innen ist ein innenzylindrischer Sitz, der möglicherweise auch mit einer Verzahnung versehen sein kann. Alternativ weist der Wellensitz beliebige andere Formen auf und kann zum Beispiel schlitzförmig ausgebildet sein oder beliebige andere von der innenzylindrischen Form abweichende Innenkonturen aufweisen. Eine Nabe kann wahlweise ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet sein und weist außen eine Laufbahn für die Klemmkörper bzw. taschenartige radiale Vertiefungen für das Arretieren der Klemmkörper auf. Alternativ können auch die Laufbahnen für die Klemmkörper bzw. die taschenartigen radialen Vertiefungen für das Arretieren der Klemmkörper außen an einer Welle ausgebildet sein. Der äußere Freilaufring ist im Wesentlichen Gegenstand der vorhergehenden und nachfolgenden Betrachtungen und vorzugsweise in ein Gehäuse eingepresst bzw. als ein Gehäuse ausgebildet. Die Klemmkörper sind wahlweise Kugeln oder sind vorzugsweise Klemmrollen, können aber auch beliebige andere Formen aufweisen. Der Käfig ist aus Stahl oder vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt.
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Unter „selbstschaltende Überholkupplung“ ist ein Freilauf zu verstehen, für den es nachfolgend beschriebene drei Betriebszustände gibt.
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Freilauffunktion - erster und zweiter Freilaufring rotieren relativ zueinander oder die Einrichtung steht (nicht in Betrieb). Es werden keine Drehmomente übertragen. Klemmfunktion - beginnt mit einer Relativdrehzahl zwischen erstem und zweitem Freilaufring so, dass die Klemmrollen an den Klemmrampen aufsteigen und radial zwischen den Freilaufringen eingeklemmt sind. Es werden Drehmomente übertragen.
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Überlastsicherung - Schläge oder zu hohe Lasten in der Klemmfunktion führen zum Zurückspringen der Klemmrollen von der ersten Funktionsoberfläche auf die zweite Funktionsoberfläche an den Klemmrampen und damit zur kurzzeitigen Freigabe in die Freilauffunktion.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmrampe mit einer ersten Funktionsoberfläche und mit einer zweiten Funktionsoberfläche versehen ist. Jede der Funktionsoberflächen ist radial nach innen zur Rotationsachse gewandt und für den Kontakt mit einem Klemmkörper versehen.
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Die jeweilige Funktionsoberfläche verläuft in einer Radialebene betrachtet anders gekrümmt als die andere Funktionsfläche. Die Radialebene ist eine beliebige gedachte und von der Rotationsachse senkrecht durchstoßene Schnittebene, welche in dem Schnitt auch die Funktionsoberfläche bzw. die Funktionsoberflächen schneidet. Diese Radialebene liegt nachfolgenden Betrachtungen zugrunde.
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Die erste Funktionsoberfläche trifft an einer Körperkante auf die zweite Funktionsoberfläche bzw. geht an dieser Körperkante in die zweite Funktionsoberfläche über. Die Körperkante verläuft achsparallel zur Rotationsachse und damit senkrecht durch die gedachte Radialebene. Die Körperkante verläuft geradlinig oder gekrümmt. Die Funktionsoberflächen verlaufen so gekrümmt, dass diese an beliebiger Stelle durch jeweils eine Gerade an einem bestimmten Tangenspunkt tangiert werden. Eine erste der Geraden jedoch tangiert in der Radialebene die erste Funktionsoberfläche an einem ersten Tangenspunkt und schneidet dabei in der Radialebene die Körperkante in einem in der Radialebene liegenden Schnittpunkt. Eine zweite Gerade tangiert in der Radialebene die zweite Funktionsoberfläche an einem zweiten Tangenspunkt und schneidet in der Radialebene die Körperkante an demselben Schnittpunkt. Eine dritte Gerade schneidet denselben Schnittpunkt in der Radialebene. Diese dritte Gerade schneidet in der Radialebene auch die Rotationsachse senkrecht und verläuft zugleich durch denselben oben genannten Schnittpunkt, an dem auch die erste und zweite gerade die Körperkante schneiden. Die dritte Gerade und die erste Gerade sind mit einem ersten Winkel zueinander geneigt, der kleiner ist als ein zweiter Winkel, der zwischen der dritten Gerade und der ersten Gerade ausgebildet ist. Die erste Funktionsoberfläche verläuft folglich mit einer stärken Krümmung als die zweite Funktionsoberfläche, die flach verläuft.
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Der Vorteil der Ausbildung von zwei derartig gestalteten Funktionsoberflächen an der jeweiligen Rampe liegt in der Funktion der jeweiligen Funktionsoberflächen. Die Klemmkörper sind radial/tangential zwischen der ersten Funktionsoberfläche und dem zweiten Freilaufring im Betriebsmodus der Klemmfunktion eingespannt. Beim „Einfädeln“ der Klemmkörper in die Klemmfunktion und im Modus der Überlastsicherung gleitet der jeweilige Klemmkörper an der zweiten Funktionsfläche. Sowohl das Einfädeln als auch das schlagartigen Herausspringen der Klemmkörper in der Überlastfunktion in und sowohl aus der Position an der ersten Funktionsoberfläche verläuft über den weichen Einlauf bzw. Auslauf der zweiten Funktionsoberfläche weich und gedämpft. Schlagartiges Auf- und Zuspringen des Freilaufs, wie das bei Freilaufringen des bisher bekannten Standes der Technik mit Klemmrampen vorkommen kann, wird vorteilhaft vermieden.
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Der beschriebene Freilauf wird vorzugsweise in einer Startvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in Fahrzeugen mit zwei oder drei Rädern eingesetzt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der 1 bis 6 näher erläutert, wobei mit
- 1 ein Freilauf 1 in einem Längsschnitt (entlang der Linie I-I siehe 2) entlang seiner Rotationsachse 5,
- 2 der mit 1 dargestellte Freilauf 1 in einer in der Bildebene liegenden Radialebene und dabei dem Querschnitt der Linie II-II nach 1 folgend,
- 3 ein erster Freilaufring 2 des mit den 1 und 2 abgebildeten Freilaufes in einer Frontalansicht,
- 4 der erste Freilaufring 2 in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 5 und der Linie IV-IV aus 3 folgend,
- 5 der erste Freilaufring 2 in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 5 und der Linie V-V aus 3 folgend und
- 6 ein mit X markiertes Detail des in 2 dargestellten Querschnitts des Freilaufs 1 in nicht maßstäblicher Darstellung
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abgebildet ist.
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Generell gilt: Axial ist mit der Rotationsachse 5 gleichgerichtet. Daraus folgend ist „radial“ senkrecht bzw. quer zur Rotationsachse 5 ausgerichtet.
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1 und 2 - Der Freilauf 1 ist mit wenigstens einem ersten Freilaufring 2, Klemmkörpern 3, einem Freilaufkäfig 10 und einem zweiten Freilaufring 4 (siehe 2) versehen. Die Freilaufringe 2 und 4 sind konzentrisch zueinander auf einer axial in der Darstellung nach 1 von links nach rechts und in der Darstellung nach 2 in die Bildebene senkrecht hinein verlaufenden Rotationsachse 5 angeordnet. Die Klemmkörper 3 sind als Rollen ausgeführt. Der Käfig 10 weist Taschen 6 auf. Die Taschen 6 sind in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 5 durch Querstege 13 begrenzt. Die Querstege 13 sind die in axiale Richtung verlaufenden Stege des radial zwischen dem ersten Freilaufring 2 und dem zweiten Freilaufring 4 angeordneten Freilaufkäfigs 10 und verbinden linksseitig und rechtsseitig in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 5 verlaufende Seitenränder 14 und 15 des Freilaufkäfigs 10 miteinander. In der Darstellung nach 1 sind beide Seitenränder 14 und 15 sichtbar. In der Darstellung nach 2 ist aufgrund der Schnittdarstellung lediglich in der Draufsicht der teilweise verdeckte Seitenrand 15 sichtbar. Über den Käfig 10 sind vorteilhaft mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte Klemmkörper 3 sicher geführt und in Position zu den Klemmrampen 7 gehalten, welche in der Darstellung nach 1 verdeckt und deshalb nicht sichtbar sind. Das Material des Käfigs 10 ist ein geeigneter Kunststoff.
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Jeder der in einer der Taschen 6 geführten Klemmkörper 3 ist in bestimmten Betriebszuständen mittels einer an dem Freilaufkäfig 10 gehaltenen Druckfeder 25 in Umfangsrichtung bzw. tangential gegen die jeweilige Klemmrampe 7 vorgespannt.
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2 - An den ersten Freilaufring 2 sind Klemmrampen 7 ausgebildet, die durch Kaltumformen hergestellte Funktionsoberflächen 8 und 9 aufweisen. Die Klemmkörper 3 sind radial zwischen den Freilaufringen 2 und 4 angeordnet und in Taschen 6 aufgenommen. Der zweite Freilaufring 4 ist wie eine Welle bzw. wie ein Wellenzapfen ausgeführt und weist radiale Vertiefungen 28 auf, wobei in jeder der Vertiefungen 28 ein Klemmkörper 3 positioniert ist. Jeder der Klemmkörper 3 liegt einer der Klemmrampen 7 gegenüber bzw. an. Jede der Taschen 6 ist deshalb gegenüber einer der Klemmrampen 7 so ausgerichtet, dass die Klemmkörper 3 gegenüber der Klemmrampe 7 positioniert sind und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der als Druckfeder 25 ausgeführten Feder gegen eine der Funktionsoberfläche gegen 8 bzw. 9 der jeweiligen Klemmrampe 7 vorgespannt sind. Jede der Druckfedern 25 ist an einem in der jeweiligen Tasche 6 ausgebildeten Steg 36 gehalten. Die Stege 36 sind entweder mit einem oder mit beiden der Seitenränder 14 und 15 verbunden.
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Der jeweilige Quersteg 13 weist in beliebigen senkrecht von der Rotationsachse 5 durchstoßenen Radial-Schnittebenen, also auch in der betrachteten Bildebene, einen Querschnitt auf, welcher durch zwei miteinander verbundene Wandabschnitte 22 und 23 gekennzeichnet ist, welche beide axial parallel zur Rotationsachse 5 zwischen den Seitenrändern 14 und 15 verlaufen aber mit ihren Enden 37 und 38 in unterschiedliche radiale Richtungen ausgerichtet sind. Das Ende 37 des ersten Wandabschnitts 22 zeigt in Richtung Rotationsachse 5. Das zweite Ende 38 des zweiten Wandabschnitts 23 weist in Richtung einer Tasche 6 bzw. begrenzt diese in Umfangsrichtung.
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Der erste Wandabschnitt 22 verläuft in radialer Richtung zwischen dem zweiten Freilaufring 4 und dem ersten Freilaufring 2 und füllt den sich radial zwischen dem ersten Freilaufring 2 und zweiten Freilaufring 4 erstreckenden Ringspalt 39 - dies vorbehaltlich radialer Spiele zu den Freilaufringen - fast vollständig aus. Die Spiele sind für die Montage bzw. Bewegung notwendige Luftspalte, die radial innenseitig zwischen dem Ende 37 des ersten Wandabschnitts und dem inneren zweiten Freilaufring 4 und radial außenseitig zwischen dem zweiten Wandabschnitt 23 und dem ersten Freilaufring 2 ausgebildet sind.
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Der einteilig mit dem ersten Wandabschnitt 22 ausgebildete jeweilige zweite Wandabschnitt 23 ist jeweils entweder tangential oder umfangsseitig in Richtung einer Tasche 6 verlaufend ausgerichtet sowie einteilig-einmaterialig mit dem Käfig 10 und damit mit dem ersten Wandabschnitt 22 ausgebildet. Der jeweilige zweite Wandabschnitt 23 geht von dem ersten Wandabschnitt 22 ab und verläuft in Umfangsrichtung in Richtung einer Tasche 6.
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Die radiale Höhe H der ersten Wandabschnitte 22 entspricht, vorbehaltlich der vorgenannten Spiele, jeweils im Wesentlichen der radialen Abmessung des Ringspaltes 39. In radialer Richtung ist zwischen dem zweiten Freilaufring 4 und dem zweiten Wandabschnitt 23 ein radialer Luftspalt 24 ausgebildet, dessen radiale Höhe h wenigstens einem Drittel der radialen Höhe H des ersten Wandabschnitts 22 entspricht. Die Summe aus der radialen Dicke h1 des zweiten Wandabschnitts 23 und der radialen Höhe h des Luftspalts 24 ergeben die radiale Höhe H des ersten Wandabschnitts 22. Der Luftspalt 24 kann mit Luft oder beliebigen Gasen und Flüssigkeiten aber auch mit Öl und/oder Schmierfett zumindest teilweise ausgefüllt sein.
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Der jeweilige Quersteg 13 ist so gestaltet, dass jede Tasche 6 des Freilaufs 1 in die eine Umfangsrichtung durch einen ersten Wandabschnitt 22 und in die entgegengesetzte Umfangsrichtung durch einen zweiten Wandabschnitt 23 begrenzt ist. Wie anfangs schon erwähnt ist die jeweilige Tasche außerdem seitlich jeweils durch einen Seitenrand 14 und 15 begrenzt. Der jeweilige radiale Luftspalt 24 zwischen dem zweiten Wandabschnitt und dem Inneren Freilaufring weist zu einer Tasche 6 eine Öffnung 40 am Ende 38 auf.
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Der in diesem Fall durch den ersten und zweiten Wandabschnitt 22, 23 und zwei Abschnitte der Seitenränder 14 und 15 begrenzte Luftspalt 24 bildet eine Kavität und kann vorteilhaft als Speicher für Schmierfett benutzt werden.
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Der erste Freilaufring 2 ist mit wenigstens einer sich in radialer Richtung in den Freilaufring 2 erstreckenden Ausnehmung 11 versehen, die eine sich axial vom einer Stirnseite des ersten Freilaufrings zu der anderen Stirnseite des Freilaufringes erstreckende Nut ist. An dem Freilaufkäfig 10 ist eine der Anzahl der Ausnehmungen 11 entsprechende Anzahl an Vorsprüngen 12 ausgebildet, die radial aus dem Käfig 10 hervorstehen und formschlüssig in jeweils eine der radialen Ausnehmungen 11 eingreifen.
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3 - Der erste Freilaufring 2 ist durch Fließpressen hergestellt und weist deshalb auch an den Klemmrampen 7 kalt umgeformte und zur Rotationsachse 5 gewandte Funktionsoberflächen 8 und 9 auf, die an der Körperkante 16 ineinander übergehen. Den Klemmrampen 7 schließt sich jeweils eine Freilaufkontur 43 an, in welche die jeweilige Klemmrolle in dem Freilaufmodus ausweicht und demzufolge nicht klemmt. In Umfangsrichtung ist zwischen der jeweiligen Freilaufkontur 43 und der Funktionsoberfläche 8 ein Zwischenabschnitt 41 ausgebildet, der auch die Ausnehmung bzw. Längsnut 11 aufweist. Wie aus der Frontalansicht des Freilaufrings 2 hervorgeht, erstrecken sich die Konturen der Klemmrampen 7 und der Ausnehmung 11 bzw. deren Fase 42 bis radial in die im Bild vorne liegende Frontseite eines Radialbords 31. Ein weiterer Radialbord 30 liegt mit Blickrichtung ins Bild hinein betrachtet an der Rückseite des Freilaufrings 2.
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4 und 5 - Die Ansicht nach 4 zeigt, den ersten Freilaufring 2 in einer Schnittebene, die durch die Freilaufkonturen 43 verläuft. In 5 ist der Freilaufring 2 in einer Schnittebene dargestellt, die durch die Zwischenabschnitte 41 gelegt ist. Die Grundform des im Längsschnitt betrachteten Freilaufringes 2 entspricht der eines liegenden Z bzw. S und ist durch einen um die Rotationsachse 5 verlaufenden Mittelabschnitt 29, einen ersten Radialbord 30 und einen zweiten Radialbord 31 charakterisiert. Der Mittelabschnitt 29 weist die Klemmrampen 7 und die Ausnehmung 11 und den Zwischenabschnitt 41 auf. Der erste Radialbord 30 verläuft von dem Mittelabschnitt 29 aus radial nach innen in Richtung der Rotationsachse 5, welche für den Freilaufring 2 eine Symmetrieachse darstellt, und begrenzt ein Durchgangsloch 33. Die Ausnehmung 11 ist als Längsnut aufgeführt und seitens des Durchgangslochs 33 axial endseitig durch Material des Mittelabschnitts 29 bzw. den Radialbord 30 begrenzt. Zur anderen Seite hin ist die Längsnut 11 offen und mündet an einer Einführöffnung 32 axial ins Freie. Die Einführöffnung 32 läuft an einer verrundeten Fase 42 des Radialbords 31 aus. Der Radialbord 31 umgibt die Einführöffnung 32 und steht in radialer Richtung über die außenzylindrische Kontur 34 des Mittelabschnitts 29 hinaus.
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Die Wanddicke des ersten Freilaufringes 2 ist in Abhängigkeit von seiner daran abgebildeten Funktionselemente - konkret von der Gestaltung der Klemmrampen 7, der Ausnehmungen 11 und der zwischen den Klemmrampen 7 ausgebildeten Zwischenabschnitte 41 - abhängig. Im Bereich der jeweiligen Klemmrampe 7 weist der Freilaufring 2 eine radiale Wandstärke S auf (4), die schmaler ist als die radiale Wandstärke R des jeweiligen umfangsseitig zwischen den Klemmrampen 7 liegenden Zwischenabschnitts 41 (5). Die beiden Radialborde 30 und 31 sind am Umfang gleichmäßig mit einer axialen Wandstärke B bzw. C ausgebildet.
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Es gilt: Das Maß S ist kleiner als das Maß R und das Maß R ist kleiner oder gleich dem Maß B bzw. C, wobei die Maße B und C die Dicke des jeweiligen Radialbordes 30 bzw. 31 definieren und sich voneinander unterscheiden können bzw. gleich sind.
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1 und 2 - Der Radialbord 31 kann bei einem Einbau in ein Gehäuse 35 oder ein Zahnrad einer Startervorrichtung als axialer Anschlag dienen, über welchen der Freilauf 1 zu dem Gehäuse 35 in den 1 und 2 nur teilweise dargestellten Gehäuse 35 axial positioniert ist. Der Radialbord 30 dient als Axialanschlag für den Käfig 10.
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1 - Der Bord 14 ist konzentrisch zum Radialbord 30 radial zwischen dem Radialbord 30 und der Rotationsachse 5 angeordnet, also von dem Radialbord 30 umgeben. Die axiale Breite T des Seitenrands 14, von der Stirnseite bis zur Tasche 6 gemessen, ist kleiner als die oder höchstens gleich der axialen Breite B bzw. Dicke B des Radialbordes 30 (vgl. 5). Durch diese Maßnahme kann einerseits der Freilauf 1 mit Sicht auf seine Gesamtbreite schmaler als in dem Fall gestaltet werden, in dem der Seitenrand 14 anderenfalls axial über die Kontur des Freilaufrings 2 hinausragen würde. Andererseits können bei unveränderter Breite des Freilaufs 1 die wirksame Breite der Funktionsoberflächen 8 und 9 und die tragende axiale Länge L der Klemmrollen um den Anteil breiter bzw. länger gestaltet werden, den im anderen Fall der Seitenrand für sich beanspruchen würde.
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2, 3 und 6 - Die Klemmrampe 7 ist mit einer ersten Funktionsoberfläche 8 und mit einer zweiten Funktionsoberfläche 9 versehen. Die Funktionsoberflächen 8 und 9 werden bei der Herstellung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausschließlich mit guter Oberflächenqualität für den Kontakt mit den Klemmkörpern 3 über die Lebensdauer des Freilauf bleibend spanlos durch Kaltumformen geformt. Jede der Funktionsoberflächen 8 und 9 ist radial nach innen der Rotationsachse zugewandt und für den Kontakt mit einem Klemmkörper 3 vorgesehen.
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Die jeweilige Funktionsoberfläche 8 bzw. 9 verläuft, in der in der Bildebene liegenden Radialebene betrachtet, anders gekrümmt als die andere Funktionsfläche 8 bzw. 9. Die Radialebene ist senkrecht von der Rotationsachse 5 in die Bildebene hinein oder heraus durchstoßen. Die erste Funktionsoberfläche 8 trifft an einer Körperkante 16 auf die zweite Funktionsoberfläche 9 bzw. geht an dieser Körperkante 16 in die zweite Funktionsoberfläche 9 über. Die Körperkante 16 verläuft achsparallel zur Rotationsachse 5, also in den Darstellungen nach 2 und 6 auch senkrecht in die Bildebene hinein. In der Darstellung nach 3 ist diese in der Frontalansicht als Körperkante 16 angezeigt.
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6 - Die Funktionsoberflächen 8 und 9 verlaufen gekrümmt und werden durch die Geraden 18 und 19 an einem bestimmten Tangenspunkt 26 bzw. 27 tangiert. Die Geraden 18 und 19 schneiden sich auf der Körperkante 16. Weiterhin ist hilfsweise zur nachfolgenden Erläuterung eine Gerade 20 hinzugezogen, die in der Bildebene (Radialebene) verläuft und die Rotationsachse 5 und auch die Körperkante 16 in dem Punkt schneidet, in dem sich die Geraden 18 und 19 kreuzen. Die erste Gerade 18 tangiert in der Radialebene die erste Funktionsoberfläche 8 an einem ersten Tangenspunkt 26 und schneidet auch in der Radialebene die Körperkante 16 in einem in der Radialebene liegenden Schnittpunkt 21. Die zweite Gerade 19 tangiert in der Radialebene die zweite Funktionsoberfläche 9 an einem zweiten Tangenspunkt 27 und schneidet in der Radialebene die Körperkante 16 an demselben Schnittpunkt 21. Eine dritte Gerade 20 schneidet denselben Schnittpunkt 21 in der Radialebene. Die dritte Gerade 20 schneidet in der Radialebene die Rotationsachse 5 (siehe 2) senkrecht und verläuft zugleich durch denselben oben genannten Schnittpunkt 21. Die dritte Gerade 20 und die erste Gerade 18 sind mit einem ersten Winkel alph1 zueinander geneigt, der kleiner ist als ein zwischen der dritten Gerade 20 und der ersten Gerade 18 ausgebildeter zweiter Winkel alph2. Der erste Winkel alph1 ist kleiner ist als der zweite Winkel alph2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilauf
- 2
- Freilaufring
- 3
- Klemmkörper
- 4
- Freilaufring
- 5
- Rotationsachse
- 6
- Tasche
- 7
- Klemmrampe
- 8
- erste Funktionsoberfläche
- 9
- zweite Funktionsoberfläche
- 10
- Freilaufkäfig
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Vorsprung
- 13
- Quersteg
- 14
- Seitenrand
- 15
- Seitenrand
- 16
- Körperkante
- 17
- Radialebene
- 18
- erste Gerade
- 19
- zweite Gerade
- 20
- dritte Gerade
- 21
- Schnittpunkt
- 22
- erster Wandabschnitt
- 23
- zweiter Wandabschnitt
- 24
- Luftspalt
- 25
- Druckfeder
- 26
- Tangenspunkt
- 27
- Tangenspunkt
- 28
- Vertiefung
- 29
- Mittelabschnitt
- 30
- Radialbord
- 31
- Radialbord
- 32
- Einführöffnung
- 33
- Durchgangsloch
- 34
- außenzylindrische Kontur
- 35
- Gehäuse
- 36
- Steg
- 37
- Ende des ersten Wandabschnitts
- 38
- Ende des zweiten Wandabschnitts
- 39
- Ringspalt
- 40
- Öffnung
- 41
- Zwischenabschnitt
- 42
- Fase
- 43
- Freilaufkontur
