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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Freilauf. Der Freilauf weist zumindest einen Freilaufring, einen Käfig und Klemmkörper auf, wobei die Klemmkörpern mit radialem Abstand zu der Rotationsachse in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen um die Rotationsachse verteilt in Fenstern des Käfigs angeordnet sind und der Freilaufring mit radial vertieften Taschen versehen ist, an denen Klemmrampen für Kontakte mit den Klemmkörpern ausgebildet sind. Jeder Klemmrampe ist jeweils mindestens einer der Klemmkörper zugeordnet. Jedes Fenster ist in jede der Umfangsrichtungen jeweils von einem Steg und beidseitig axial jeweils durch einen Seitenrand begrenzt, wobei die Stege die Seitenränder verbinden.
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Hintergrund der Erfindung
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Mit
DE 10 2008 030 229 A1 ist ein Klemmrollen-Freilauf mit mehreren zwischen einem Außenring und einem Innenring in einem Käfig gehaltenen Klemmrollen offenbart. Der beschriebene Freilauf besteht zumeist zumindest aus einem äußeren Freilaufring mit Klemmrampen, Klemmkörpern und einem Käfig. Die Klemmkörper sind Rollen. Der Käfig weist umfangseitig um die Symmetrieachse des Käfigs bzw. um die Rotationsachse des Freilaufs mit Abstand angeordnete Fenster auf, die in Umfangsrichtung durch Stege voneinander abgegrenzt sind. Die Stege verbinden axial die Seitenränder des Käfigs, welche in Umfangsrichtung um die Symmetrieachse verlaufen. In jedem der Fenster ist eine der Rollen geführt und in Position gehalten.
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Im Betrieb des Freilaufs laufen die Klemmkörper in einer Richtung an den Klemmrampen an und auf diese auf und werden in einen keilartigen Spalt zwischen eine Lauffläche und die Rampe gedrückt, so dass der äußere Freilaufring des Freilaufs und dessen Innenring gegen Verdrehung gegeneinander um eine gemeinsame Rotationsachse gesperrt werden. Für den Betrieb es Freilaufs ist es notwendig, dass die Klemmkörper in allen Betriebszuständen in Position zu den Klemmrampen gehalten werden. Dafür weist der Käfig an einem der Seitenränder radial vorspringende sogenannte Rastmittel auf. Die Rastmittel greifen in eine an dem Außenring ausgebildete Ringnut ein, so dass der Käfig axial nicht auswandern kann. Der Käfig besteht aus einem elastisch verformbaren Material. Bei der axialen Montage des Käfigs in den Ringspalt zwischen dem Außenring und Innenring treffen diese Rastmittel auf eine Eingangskante, die an der Rampenfläche ausgebildet und zur Montagerichtung des Käfigs geneigt ist. Dabei werden die Rastmittel an der Eingangskante zwangsweise radial nach innen so lange ausgelenkt, bis diese der Ringnut gegenüberliegen und in diese einrasten.
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Aus der
DE 10 2017 103 276 A1 geht ein aus einem äußeren Freilaufring, einem Innenring, einem Käfig und Klemmkörpern gebildeter Freilauf hervor. Der Freilaufring ist mit Taschen versehen, in welchen die Klemmrampen ausgebildet sind. Seitlich der Klemmrampen verläuft eine Nut. Aus den Seitenrändern des Käfigs stehen Führungselemente hervor, von denen jedes jeweils formschlüssig in eine der Taschen passt. Das jeweilige Führungselement ist seitlich einer Tasche an einem sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse zwischen zwei an einem Fenster gegenüberliegenden Stegen erstreckenden Abschnitt des Seiten-rands fest. Bei der Montage des Käfigs in den Freilaufring werden jeweils ein Führungselement und eine der Taschen so zueinander ausgerichtet, dass sich der Käfig axial in den Freilaufring einschieben lässt. Das jeweilige Führungselement ragt radial so weit heraus, dass dieses, sobald es in der Nut ausgerichtet ist und der Käfig um die Freilaufachse verdreht wird, die radialen Konturen des Freilaufrings überlappt und der Käfig axial in dem Freilaufring gesichert ist. Das Zurückdrehen des Käfigs wird durch einen Vorsprung verhindert, welcher axial in eine Vertiefung des Freilaufrings eingreift.
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Aus der
DE 10 2018 119 803 A1 geht ein weiterer aus einem äußeren Freilaufring, einem Käfig und aus Klemmkörpern gebildeter Freilauf der Gattung hervor. Der äußere Freilaufring ist mit radial vertieften Taschen versehen, in denen Klemmrampen ausgebildet sind. Die Klemmkörper sind Rollen, von denen jeweils eine in einer der Taschen des Käfigs aufgenommen ist. Der Käfig ist aus Seitenrändern und aus Stegen gebildet. Die Stege begrenzen die Taschen seitlich und sind mit den Stegen so verbunden, dass jeweils eine Tasche durch zwei Stege begrenzt ist. Aus den Seitenrändern stehen Führungselemente hervor, von denen jedes jeweils formschlüssig in eine der Taschen eingreift. Das jeweilige Führungselement ist seitlich einer Tasche an einem sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse zwischen zwei an einem Fenster gegenüberliegenden Stegen erstreckenden Abschnitt des Seitenrands fest.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Freilauf zu schaffen, der sich einfach und kostengünstig herstellen lässt und welcher exakt gegenüber den Klemmrampen positionierbar ist.
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Diese Aufgabe wird nach den Gegenständen der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Käfig mit dem Führungselement in Umfangsrichtung um die Rotationsachse relativ zu den Klemmrampen positioniert gegen Verdrehen relativ zu dem Freilaufring um die Rotationsachse derart gehalten ist., dass eine an dem Führungselement ausgebildete erste Kontur hinsichtlich ihrer Form zumindest an die Form eines Abschnitts einer zweiten Kontur der Klemmrampe derartig angepasst ist, dass die Konturen formschlüssig miteinander korrespondieren. Außerdem ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Stege zwischen zwei benachbarten Fenstern durch ein Profil gebildet ist, welches in radialer Richtung über die Seitenränder hinaus hervorsteht. An dem Profil sind mindestens zwei in Umfangsrichtung miteinander verbundenen Abschnitte ausgebildet. Einer der Abschnitte begrenzt das eine der benachbarten Fenster und der andere der Abschnitte das andere benachbarte Fenster. Dabei ist ein tangentialer Abstand zwischen den benachbarten Fenstern durch Verformen der Profile einstellbar veränderlich.
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Ein Freilauf gemäß der Erfindung besteht zumeist zumindest aus einem Freilaufring mit Rampen, Klemmkörpern und einem Käfig. Der Freilaufring ist mit radial vertieften Taschen versehen, an denen Klemmrampen für Kontakte mit den Klemmkörpern ausgebildet sind. Die Klemmkörper sind vorzugsweise Rollen.
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Im Betrieb des Freilaufs laufen die Klemmkörper in einer Richtung an den Klemmrampen an und auf diese auf. Dabei werden sie in einen keilartigen Spalt zwischen eine Lauffläche und die Rampe gedrückt, so dass das Innenelement und das Außenelement des Freilaufs gegen Verdrehung gegeneinander um eine gemeinsame Symmetrie- bzw. Rotationsachse gesperrt werden. Im Betrieb des Freilaufs werden die Klemmkörper mittels des Käfigs in allen Betriebszuständen in Position gehalten, der sich dabei mittels des oder der Führungselemente in der/den Taschen abstützt.
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Wie im Kapitel „Hintergrund der Erfindung“ beschrieben ist, muss in dem jeweiligen Freilaufring des Standes der Technik eine gesonderte Nut ausgebildet sein, in welche das Rastelement eingreift. Der Aufwand für das Einbringen einer Nut kann relativ hoch sein. Dementgegen ergibt sich aus der Erfindung der Vorteil, dass das Einbringen einer Nut oder eines anderen Hinterschnitts nicht notwendig ist, da die Taschen mit den Rampen funktionsbedingt vorhanden sind.
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Es wird also vorteilhaft die vorhandene Tasche bzw. Rampe für einen Formschluss mit dem Führungselement genutzt. Die Führungselemente „fädeln“ sich bei dem Einsetzen des Käfigs ohne viel Aufwand durch axiales Einschieben in die Taschen ein, insbesondere dann, wenn der Freilaufring bzw. dessen Taschen stirnseitig bei der Montage zunächst nicht abgedeckt sind.
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Der erfindungsgemäße Freilauf weist zumindest einen Freilaufring, einen Käfig und Klemmkörper auf vorzugsweise mit folgenden Designmerkmalen auf:
- - Der Freilaufring ist entweder ein innerer Freilaufring oder vorzugsweise ein äußerer Freilaufring.
- - Die Klemmrampen können auch an Wellen oder in Gehäusen oder in/an beliebigen anderen Maschinenelementen ausgebildet sein. In diesen Fällen sind die Wellen oder die Gehäuse bzw. die anderen Maschinenelemente die Freilaufringe.
- - Die Klemmrampen bzw. Klemmrampen weisen, in beliebigen quer zur Rotationsachse verlaufenden Querschnitten betrachtet, über der Umfangsrichtung oder über beliebigen Tangenten der Umfänge des Freilaufs lineare oder beliebig gekrümmt ansteigend oder abfallende Konturen auf.
- - Der Freilaufring ist umfangsseitig mit am Umfang angeordneten und in Richtung radial zur Rotationsachse vertieften Taschen versehen, in denen Klemmrampen für Kontakte mit den Klemmkörpern ausgebildet sind.
- - Die Taschen, in oder an denen die Klemmrampen ausgebildet sind, sind radiale Einbuchtungen in dem Freilaufring, in denen entweder die Klemmrampen ausgebildet sind, oder die durch die Form der Klemmrampen definiert sind. Danach können die Taschen auch durch radial und axial hervorstehende Konturen der Klemmrampen gebildet sein.
- - Der Freilaufring und der Käfig sind konzentrisch zu einer gemeinsamen axial verlaufenden Rotationsachse ausgerichtet.
- - Die Anzahl an Klemmkörpern entspricht der Anzahl der Klemmrampen. Es ist denkbar, dass die Zahlen voneinander abweichen.
- - Jeder Klemmrampe liegt jeweils mindestens einer der Klemmkörper gegenüber.
- - Die Klemmkörper sind Kugeln oder vorzugsweise Rollen bzw. können beliebig andere Formen, z.B. eine Knochenform, aufweisen.
- - Die Klemmkörper mit radialem Abstand zu der Rotationsachse in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen um die Rotationsachse verteilt im Käfig angeordnet. Jeweils ein oder mehr Klemmkörper sind in einem Fenster des Käfigs geführt.
- - Jedes Fenster des Käfigs ist in jede der Umfangsrichtungen jeweils von einem Steg und beidseitig axial jeweils durch einen Seitenrand begrenzt.
- - Die Stege verbinden die Seitenränder des Käfigs axial.
- - Die Fenster des Käfigs sind über den Umfang des Käfigs um die Rotationsachse entweder mit gleichmäßigen Umfangsabständen zueinander verteilt oder in unregelmäßigen Abständen. Im ersten Fall sind die Fenster also mit Sicht auf einen 360° Umfangswinkel mit gleichmäßiger Winkelteilung am Umfang verteilt angeordnet. Im zuletzt genannten Fall sind sie dagegen mit ungleichmäßiger Teilung verteilt.
- - An dem Käfig, in den Taschen, sind wahlweise Federn angeordnet oder der Käfig ist mit federnden Elementen versehen. Mittels der Federn bzw. federnden Elemente werden die Klemmkörper in tangentiale Richtungen und Umfangsrichtungen gegen die Rampenkonturen vorgespannt.
- - Jedes Führungselement ist vorzugsweise seitlich der Taschen und Rollen an einem jeweiligen Seitenrand des Käfigs ausgebildet.
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Die Taschen können spanabhebend, oder durch Walzen bzw. aus einer Guß- bzw. Spritzform resultierend in den Freilaufring eingebracht sein. Beispiele derartiger Freilaufringe liegen insbesondere mit einer Ausgestaltung vor, nach welcher der Freilaufring aus einem Blechstreifen, an den die Rampen bzw. Taschen angeformt sind, hergestellt wird. Der zunächst durch Walzen hergestellte Blechstreifen liegt dabei noch im flachen Zustand schon mit Rampen versehen vor, wird dann in eine Zylinderform gebracht. Dabei werden die Enden des Blechstreifens aufeinander zugeführt und form- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt.
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Es ergeben sich Vorteile aus einer Doppelfunktion des Führungselements. Mit einer Funktion wird sichergestellt, dass der Freilaufkäfig durch formschlüssigen Eingriff der Führungselemente in die Tasche in Umfangs- bzw. Tangentialrichtung zu den Rampen ausgerichtet bzw. und gehalten ist. Der Formschluss kann mit Bewegungsspielen zwischen dem jeweiligen Führungselement und der Kontur der Tasche sein, so dass ein gewisses Verschwenken des Käfigs gegenüber den Rampen möglich ist. Es geht aber auch durch formgenaues Festlegen oder nahezu ohne Bewegungsspiel. Darüber hinaus kann in einer weiteren Funktion das Führungselement auch als Axialanschlag derart dienen, dass dieses axial an eine axiale Taschenbegrenzung in wenigstens eine Richtung anschlagen sein kann, so dass der Käfig axial nicht aus seiner vorbestimmten Position auswandern kann.
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Die Qualität der Führung bzw. Ausrichtung des Käfigs zum Freilaufring kann darüber hinaus verbessert werden, wenn wie ein Merkmal der Erfindung vorsieht, eine an dem Führungselement ausgebildete erste Kontur hinsichtlich ihrer Form zumindest an die Form eines Abschnitts einer zweiten Kontur der Klemmrampe derartig angepasst ist, dass die Konturen formschlüssig miteinander korrespondieren. Das Führungselement bildet damit beispielsweise eine „Negativform“ der Kontur der Klemmrampe oder eines Abschnitts der Klemmrampe ab.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gesamte Käfig inklusive der Führungselemente einteilig-einmaterialig, also monolithisch, ausgebildet ist. Ein derartige Käfig lässt sich vorteilhaft aus einem Stahl-Blechstreifen herstellen, der zunächst als Blechstreifen profiliert und beschnitten und im Anschluss in seine Form gebogen wird, wobei seine Enden aufeinander zugeführt und form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Herstellung eines derartigen Käfigs ist Material sparend und kostengünstig.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass das oder die Führungselemente axial neben den Taschen, also nicht axial am Steg oder auf Höhe des Stegs angeordnet werden. Dadurch wird zum einen die Lage der Führungselemente zu den Klemmrampen bestimmt und zum anderen der Steg für weitere Elemente frei. Am Steg können dann z.B. Federn ohne viel Aufwand vorteilhaft befestigt werden oder der Steg eine besondere funktionsbestimmte Gestalt erhält, wie das mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel festgelegt ist.
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Das zuvor genannte Merkmal macht es möglich, dassgemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wenigstens ein zwischen zwei benachbarten Fenstern ausgebildeter Steg als ein (Ausgleichs-Profil) ausgebildet ist. Das Profil steht in radialer Richtung über die Seitenränder hinaus hervor. An dem Profil sind mindestens zwei in Umfangsrichtung miteinander verbundenen Abschnitte ausgebildet. Einer der Abschnitte begrenzt das eine Fenster unmittelbar zum anderen benachbarte Fenster. Der andere der Abschnitte begrenzt das andere benachbarte Fenster. Das Profil und die Abschnitte sowie die Seitenränder sind aus einem Stück gebildet, also monolithisch miteinander verbunden ausgebildet.
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Das Profil ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zwei Stege bzw. zwei Stegabschnitte eines Stegs zwischen zwei benachbarten Fenstern über wenigstens ein zwei nachgiebig miteinander verbundene sowie radial über die Stege hervorstehende Spreizglieder der Abschnitte des Profils miteinander verbunden sind. Dabei sind die Stege und die Spreizglieder und die Abschnitte monolithisch miteinander verbunden ausgebildet. Teilbereiche der Abschnitte, also die Spreizglieder, sind gegeneinander einmalig oder wiederholt verlagerbar ausgeführt - z.B. die freien Enden der Schenkel eines W- oder V-Profils. Die Länge der Abschnitte, d.h. die Länge der Schenkel eines V-Profils z.B., zusammen mit deren Widerstandsmoment gegen Biegung bestimmen den Grad, mit dem der Abstand zwischen zwei Fenstern einstellbar veränderlich ist. Der Käfig kann dadurch nach Art und den Vorteilen der flexiblen Ausbildung eines aus Segmenten zusammengesetzten Käfigs ausgeführt werden, besteht aber mit allen genannten Elementen aus einem Stück. Das fördert den variablen Einsatz des Käfigs für verschiedenen Durchmesser, ohne, dass die Nachteile von aus Einzelteilen zusammengesetzten Segmentkäfigen in Kauf genommen werden müssen. Die Anzahl der Teile der aus einzelnen Segmenten zusammengesetzten Käfigen ist relativ hoch. Dementsprechend ist auch der Zahl der eingesetzten Maschinen und Werkzeuge, zugleich auch der Aufwand in der Lagerhaltung und für den Transport und die damit verbundenen Kosten hoch. Aus einem Stück (monolithisch) gebildete Käfige dagegen lassen sich einfach und kostengünstig herstellen.
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Außerdem wird mit dem Einsatz derartiger Profile vermieden, dass schon bei relativ geringen Durchmesserabweichungen der Einbausituation zur Überwindung dieser neue Käfige und Werkzeuge für deren Herstellung vorgesehen werden müssen. Vorzugsweise sind umfangsseitig zwischen allen benachbarten Fenstern jeweils derartige Ausgleichsprofile angeordnet, deren Abstände zueinander einstellbar sind.
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Der Abstand zwischen den beiden in Umfangsrichtung unmittelbar zueinander benachbarten Fenstern ist durch Verformen der Abschnitte und damit durch Verformen des Profils einstellbar veränderlich. Dabei kann die geometrische Form des Profils geändert werden oder die Abmessungen einer geometrischen Form - generell können auch die Änderungen der geometrischen Form und der Abmessungen des Profils verändert und der Abstand zwischen den beiden Fenstern eingestellt werden. Das Profil oder die Profile agieren als Ausgleichsprofil(e), über das/die der Abstand zwischen zwei benachbarten Fenstern variabel gestaltet werden kann und z.B. Durchmessertoleranzen und andere Maßabweichungen oder Änderungen ausgeglichen werden können.
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Die vorgenannte Maßnahme kann so umgesetzt sein, dass von allen unmittelbar in Umfangsrichtung verteilten Fenster jeweils zwei der Fenster bzw. ein Paar der Stege nachgiebig miteinander verbunden ist. Alternativ kann diese Maßnahme auch nur zwischen genau zwei Fenstern umgesetzt sein. Alternativ ist diese Maßnahme zwischen mehr als zwei umfangsseitig zueinander benachbarten Fenstern aber nicht zwischen allen umgesetzt. Im zuletzt genannten Fall befindet sich dann beispielsweise zwischen mindestens zwei in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Fenstern nur ein Steg, welcher in die eine Richtung das eine Fenster und in die andere Richtung die andere der zueinander benachbarte Fenster begrenzt. Das Profil (Ausgleichsprofil) kann einen Steg oder genauso zwei Stege bilden.
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Mit Ausgestaltung wird erreicht, dass ein und derselbe Käfig zwar im Rahmen gewisser baulicher Grenzen, jedoch in Freiläufen mit verschiedenen Durchmessern eingesetzt werden kann. Die Durchmesserdifferenz bzw. Umfangsdifferenzen werden durch Spreizung, Dehnung, Zusammendrücken o.ä. der Profile mittels der derart nachgiebiger Profile und der damit verbunden Umfangsänderung des Käfigs somit ausgeglichen bzw. eingestellt, und dabei die gleichmäßige oder ungleichmäßige Teilung jedoch beibehalten. Darüber hinaus können auch die Blechstreifen von Käfigen mit stark im Durchmesser voneinander abweichenden Freiläufen standardisiert auf einem Werkzeug profiliert werden. Dabei erhalten die Blechstreifen eine Form beispielsweise mit einheitlich vorgegebenen Abständen der Fenster, der Profile, der Profilhöhe und so weiter. Danach oder davor wird der Blechstreifen mit einer Länge zugeschnitten, die an den angestrebten Umfang des Käfigs angepasst ist. Anschließend wird der fertige, also auf Umfangslänge geschnittene, Blechstreifen zum Käfig gebogen und die Enden werden aneinander befestigt. Die Feineinstellung der Durchmesser wird danach bei Bedarf über die Ausgleichsprofile vorgenommen.
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Mit einer vorteilhaften Ausbildung der vorgenannten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest zwischen zwei der in die Umfangsrichtungen zueinander benachbarten Fenstern mindestens zwei in Umfangsrichtung nachgiebig miteinander verbunden Stege bzw. Stegabschnitte ausgebildet sind.
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Die Stege und die Seitenränder sowie wie die zwei in Umfangsrichtung über das (Ausgleichsprofil) miteinander verbundenen Stege sind dabei monolithisch miteinander verbunden ausgebildet. Es ist also vorgesehen, dass zumindest ein Abstand zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Fenstern in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung veränderlich so einstellbar ist, dass der Umfang des Käfigs veränderlich ist. Der Abstand zwischen den beiden Stegen des Paares ist wahlweise elastisch oder vorzugsweise durch Biegen und anschließend in der eingestellten Position verbleibend einstellbar. „Anschließend in der eingestellten Position verbleibend einstellbar“ heißt nicht, dass der eingestellte Abstand damit unveränderlich festgesetzt sein muss. Er kann damit festgelegt sein. Alternativ ist der Abstand alternativ jederzeit korrigierbar oder durch erneutes Biegen, Aufweiten, Einschnüren usw. erneut beliebig einstellbar. Die Stege sind dabei in Umfangsrichtung aber an einem Stück, also einteilig, miteinander verbunden.
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Der Nachteil bekannter Käfige besteht darin, dass deren Abmessungen, d.h. deren Umfang bzw. deren Durchmesser, nur auf einen Nennwert festgelegt sind und sich dementsprechend auch nur in Freiläufe eines Fertigungsloses mit fixen Nennmaßen im Durchmesser verbauen lassen. Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass ein derartiger Käfig variabel in bestimmten Durchmesserbereichen einsetzbar ist, die über die Durchmesserbereiche üblicher Toleranzen hinausgehen.
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Der Käfig kann dadurch, insbesondere, wenn dieser aus einem flachen Bandmaterial hergestellt wird, in X-facher und identischer Segmentlänge (Zuschnittlänge) für verschiedene Durchmesserreihen hergestellt werden. Die maximale ausgleichbare Durchmesserdifferenz wird dabei in der radialen Höhe und in dem Abstand der Abschnitte des jeweiligen Profils voneinander, also in dessen geometrischer Gestalt, „gespeichert“ und je nach Bedarf durch Dehnen, Strecken oder Stauchen des Profils abgerufen. Durch Einstellung der Abstände zwischen den Stegen kann die Länge des Blechstreifens vor dem Biegen oder während des Biegens des Blechstreifens über den Umfang auf die gewünschte Umfangslänge oder nach dem Biegen auf die Umfangslänge durch Aufweiten oder Einschnüren gebracht werden. So kann mit einem Werkzeug ein Käfigband-Rohling realisiert werden, der in Käfigen mit unterschiedlichsten Durchmessern verwendet werden kann.
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Wie anfangs schon erwähnt wurde, besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass der Umfang bzw. der Durchmesser der erfindungsgemäß hergestellten Käfige auf verschiedene Durchmesserbereiche/Durchmesserreihen bzw. Umfänge/Umfangsreihen von Freiläufen eingestellt werden kann. Die Nennmaße bzw. Unter- bzw. Obergrenzen der Durchmesserbereiche bzw. Umfänge sind durch Referenzwerte vorgegeben, auf die der Freilaufkäfig durch Veränderung der Abstände zwischen den Stegen eines Stegpaares einstellbar ist. Die Referenzwerte können in Werte im Zehntelbereich von Millimetern bis Millimetern zwischen den möglichen Unter- und Obergrenzen abgestuft werden. Ein Käfig ist dabei vorteilhaft stufenlos innerhalb der vorgegebenen Ober- und Untergrenze auf verschiedene, den Referenzwerten einer Durchmesser bzw. Umfangsreihe einstellbar. Damit sind auch vorteilhaft die Abstände zwischen den Führungselementen einstellbar.
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Folgende weitere Ausgestaltungen der Erfindung und Festlegungen sind vorgesehen:
- - Axial ist unabhängig von der tatsächlichen Lage der Achse im Raum, als gleichgerichtet konzentrisch oder parallel zur Symmetrieachse des Käfigs bzw. Rotationsachse des Freilaufs definiert. Radial ist dementsprechend quer zur Symmetrieachse auf die Symmetrieachse zuführend oder diese schneidend. Die Symmetrieachse liegt auf der Rotationsachse.
- - Die Geometrie der Öffnung der Fenster bzw. die Geometrie von deren Umrandung ist wahlweise rechteckig, quadratisch, polygonförmig, rund, oval oder kann beliebig anders ausgebildet sein.
- - Die Querschnitte der Seitenränder sind wahlweise rechteckig, quadratisch, polygonförmig, rund, oval oder können beliebig anders ausgebildet sein, z.B. wie nach Art von Hohlprofilen wie L-, C-, U-, T-förmig im Querschnitt.
- - Die miteinander vorzugsweise einmaterialig-monolithisch ausgebildeten Abschnitte/Spreizglieder der Profile bilden zum Beispiel im Querschnitt durch den Käfig und quer zur Symmetrieachse vorzugsweise ein V-, oder U-Profil, oder weisen alternativ ein Omega-Profil oder die Gestalt einer Schlingfeder auf.
- - Die zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Fenstern angeordneten und ebenfalls in Umfangsrichtung zueinander benachbarten und miteinander verbundenen Stege sind wahlweise Stegabschnitte eines Steges, der beide in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Fenster voneinander trennt und diese beiden in Umfangsrichtung begrenzt.
- - Alternativ sind die beiden Stege separat zueinander ausgebildet, tangential mit Abstand zueinander aber über die Seitenränder in Umfangsrichtung miteinander verbunden, und bilden ein Paar zwischen zwei umfangsseitig zueinander benachbarten Fenstern. Dabei begrenzt einer der Stege des Paars das eine der umfangsseitig zueinander benachbarten Fenstern in die eine Umfangsrichtung und der andere der Stege das andere der umfangsseitig zueinander benachbarten Fenster in die andere Umfangsrichtung.
- - Die wenigstens ein zwei miteinander verbundenen Abschnitte des Profils sind, in quer durch den Käfig und die Stege gelegten Querschnitten betrachtet, die miteinander elastisch verbunden Schenkel eines V-Profils oder U-Profils oder Omega-Profils oder beliebig gekrümmt verlaufende bzw. linear ausgerichtete Schenkel. Dabei sind die Spreizglieder die Schenkel und in Umfangsrichtung bzw. tangential dazu elastisch oder bleibend voneinander weg oder aufeinander zu verlagerbar ausgeführt. Die Abschnitte sind dabei durch die Schenkel, die Verbindung der Schenkel und durch die Anbindung an die Stege bzw. die Ausbildung der Stege gebildet. Jeder Schenkel, vorzugsweise jedes Ende des Schenkels, ist mit einem Steg des Paares verbunden.
- - Die radialen Abstände (radiale Höhe der Profile), mit denen die Abschnitte radial am weitesten weg von oder radial am nächsten zur Symmetrieachse hin von den Stegen abstehen, sind veränderlich, je nachdem ob der Durchmesser des Käfigs größer oder kleiner eingestellt wird. Wird der Durchmesser des Käfigs für eine Durchmesserreihe auf einen kleinen Wert eingestellt, sind die radialen Abstände entsprechend größer. Wird der Durchmesser des für die gleiche Durchmessereihe vorgesehenen Käfigs auf einen größeren Wert eingestellt, werden diese radialen Abstände radial entsprechend kleiner, da die Abschnitte der Profile sich tangential voneinander entfernen.
- - Konkrete Ausführungsbeispiele sehen vor, dass die sich radial über die Seitenränder hinaus erhebende Höhe des Profils oder die gestreckte Länge der Abschnitte bzw. deren Spreizglieder mindestens dem Dreifachen der Dicke des Blechs entspricht, aus dem der Käfig gefertigt ist. Die bevorzugte Höhe entspricht dabei in etwa dem 10-fachen dieser Blechdicke. Die Höhen der Profile und die Höhen der Führungselemente sind dabei so angepasst, dass über die Führungselemente ein Formschluss in den Taschen gewährleistet ist - wobei wahlweise auch ein Formschluss zwischen dem (Ausgleichs)Profil und dem Freilaufring vorgesehen ist.
- - Generell ist denkbar, dass die Stege eines Paares durch zu den Stegen gesondert ausgeführte biegbare Profile oder Federelemente miteinander elastisch verbunden sind. Die vorzugsweise monolithische Ausbildung bedeutet jedoch, dass der Käfig und die Profile aus einem Stück und von einem Halbzeug in einem Stück ausgebildet und nicht durch form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verfahren miteinander verbunden sind. Das Material der Käfige ist dabei vorzugsweise Stahl. Es ist auch der Einsatz von Kunststoffen oder eine Kombination in Struktur oder schichtartig miteinander ausgebildeter Materialien denkbar. Beispiele sind plattierte oder beschichtete Materialien oder Verbundwerkstoffe. Die Stege sind entweder eigene Elemente, die sich axial von einem Seitenrand zu dem anderen Seitenrand erstrecken und die Seitenränder verbinden. Oder sie sind durch die Enden der Abschnitte der (Ausgleichs)Profile gebildet. Sie sind in dem Fall also praktisch in die Form des Profils integriert.
- - Als Stege sind also alle geometrischen Abschnitte des Käfigs zu sehen, die in eine Umfangsrichtung und tangential jeweils ein Fenster begrenzen/abschließen und in eine entgegengesetzte Richtung mit dem Profil verbunden oder an diesem ausgebildet sind. Alternativ begrenzt ein Steg in die eine Umfangsrichtung ein Fenster und in die andere Umfangsrichtung ein anderes Fenster. In diesem Fall ist das Profil der Steg.
- - Umfangseitig oder unmittelbar umfangsseitig zueinander benachbart sind die Fenster, wenn zwischen ihnen kein weiteres Fenster ausgebildet ist. Jedes Fenster des Käfigs ist in beide entgegengesetzte Umfangsrichtungen jeweils zu einem Fenster unmittelbar benachbart ausgebildet.
- - Der Käfig ist inklusive aller Stege, Seitenränder und Profile ist vorzugsweise einmaterialig-monolithisch ausgeführt und z.B. aus Stahlblech oder aus einem Stahlband hergestellt. Alternativ ist der Käfig mehr-materialig-monolithisch hergestellt. Das Material aller Elemente des Käfigs incl. der Stege und der Profile ist dabei vorzugsweise Stahl oder eine Nichteisenlegierung. Es ist auch der Einsatz von Kunststoffen oder eine Kombination in Struktur oder schichtartig miteinander ausgebildeter Materialien denkbar. Beispiele sind plattierte oder beschichtete Materialien mit Trägermaterial aus Stahl oder Kunststoffen oder Verbundwerkstoffe aus allen denkbaren Werkstoffen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht maßstäblich und teilweise stark schematisiert.
- Die 1 und 2 zeigen einen Freilauf O1 in zwei verschiedenen Ansichten.
- Die 3 und 4 zeigen einen in dem mit den 1 und 2 dargestellten Freilauf O1 einsetzbaren Käfig C1 als Einzelteil in zwei verschiedenen Ansichten.
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1 und 2 - Der Freilauf O1 (One Way Clutch = OWC) weist einen Freilaufring O2, einen Käfig C1 (Cage), elastische Elemente E1 und Klemmkörper S1 (Sprags = S) auf.
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Der Freilaufring O2 ist ein äußerer Freilaufring und ist als Außenring ausgeführt. Eine üblicherweise außenzylindrisch ausgeführte Innenlaufbahn eines Innenrings oder einer Welle, eines Wellenzapfens usw., an welcher die Klemmkörper S1 ablaufen, ist nicht dargestellt. Die Klemmkörper S1 sind in diesem Falle als Rollen ausgeführt.
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Der Freilaufring O2 und der Käfig C1 sind konzentrisch zu einer gemeinsamen axial verlaufenden Rotationsachse R1 des Freilaufs O1 bzw. Symmetrieachse R1 des Freilaufrings O2 bzw. des Käfigs C1 ausgerichtet. Die Klemmkörpern S1 sind mit radialem Abstand zu der Rotationsachse R1 in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen um die Rotationsachse R1 verteilt angeordnet.
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Der Freilaufring O2 ist mit am Umfang angeordneten und radial vertieften Taschen O3 versehen. Die jeweilige Tasche O3 ist von der Rotationsachse weg gerichtet radial vertieft ausgebildet. An den Taschen O3 sind Klemmrampen O4 für Kontakte mit den Klemmkörpern S1 ausgebildet. Jeder Klemmrampe 04 ist jeweils mindestens einer der Klemmkörper S1 zugeordnet, d.h., die Klemmkörper S1 liegen zumindest im Sperrmodus des Freilaufs O1 jeweils an einer der Klemmrampen O4 an. Die Klemmkörper S1 sind in diesem Ausführungsbeispiel, wie erwähnt, als Zylinderrollen ausgeführt. Der Käfig C1 ist mit radialen Fenstern C2 versehen, welche weitläufig auch als Käfigtaschen C2 bezeichnet werden und in welchen jeweils einer der Klemmkörper S1 geführt ist. Jedes Fenster C2 ist in jede der Umfangsrichtungen jeweils von einem Steg C3 und beidseitig axial jeweils durch einen Seitenrand C4 bzw. C5 begrenzt. Die Stege C3 verbinden die Seitenränder C4 und C5 axial miteinander und erstrecken sich jeweils in axialer Richtung mit der Rotationsachse R1 gleichgerichtet zwischen zwei in Umfangsrichtung um die Rotationsachse R1 benachbarten Klemmkörpern S1. In der Darstellung nach 1 liegt der Seitenrand C4 vorne und in der Darstellung nach 2 der Seitenrand C5.
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Die elastischen Elemente E1 sind gewöhnlich Zug- oder Druckfedern, vorzugsweise Druckfedern, welche die Klemmkörper S1 im Betrieb des Freilaufs O1 zurück in eine Ausgangsposition drücken und welche jeweils an einem Halter C9 des Käfigs C2 gehalten sind.
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3 - Der Käfig C1 ist mit Käfigtaschen/Fenstern C2 versehen. Jedes Fenster C2 ist in jede der Umfangsrichtungen jeweils von einem Steg C3 und beidseitig axial jeweils durch einen Seitenrand C4 bzw. C5 begrenzt. Die Seitenränder C4 und C5 laufen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse um und begrenzen dabei mehrere der Fenster C2 axial und zwar jeder der Seitenränder C4 und C5 die Taschen C2 in eine axiale Richtung. Die Stege C3 verbinden die Seitenränder C4 und C5 axial miteinander und erstrecken sich jeweils in axialer Richtung mit der Symmetrieachse gleichgerichtet zwischen den zwei in Umfangsrichtung um die Symmetrieachse R1 verlaufenden Stegen C4 und C5. Die Seitenränder C4 und C5 sowie die Stege C3 des Käfigs C1 sind einteilig-einmaterialig (monolithisch) aus dem Stahlblech des Käfigs C1 miteinander ausgebildet. An dem Seitenrand C5 sind an einem Abschnitt C7 jeweils auf Position unmittelbar axial neben einer Käfigtasche C2 Führungselemente C6 fest. Der jeweilige Abschnitt C7 erstreckt sich zwischen zwei die jeweilige Käfigtasche C2 begrenzenden Stegen C3. Das jeweilige Führungselement C6 ist einteilig-einmaterialig (monolithisch) mit dem Seitenrand C5 ausgebildet und steht radial aus Richtung der Symmetrieachse R1 ab. An dem jeweiligen Führungselement ist eine radial nach außen gewandte erste Kontur C8 ausgebildet.
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Die Stege 3 des Käfigs C1 sind jeweils durch ein Profil C10 gebildet. Sichtbar sind außerdem die Halter C9 für die Federn, d.h., für die in den 1 und 2 sichtbaren elastischen Elemente E1. Jedes Profil C10 des Stegs 3 ist durch einen Abschnitt C11 und einen Abschnitt C12 gebildet. Jeder Abschnitt C11 besteht aus einem Schenkel C13 und einem Quersteg C11a. Jeder Abschnitt C12 des Profils C12 besteht aus einem Schenkel C14, einem Quersteg C12a und aus einem Ansatz C12b des Halters C9. Der Quersteg C11a verbindet die Seitenränder C4 und C5 und begrenzt eines der Fenster C2 in Umfangsrichtung. Der Quersteg 12a liegt dem Quersteg C11a an dem jeweiligen Fenster C2 tangential zur Umfangsrichtung gegenüber und begrenzt das Fenster C2 in die andere Umfangsrichtung. Außerdem ist an dem Quersteg C12a der Ansatz C12b für den Halter C9 ausgebildet, an dem der Halter C9 monolithisch mit dem Schenkel 14 ausgebildet in den Quersteg C12a übergeht.
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4 - Es ist eine vereinfachte Frontalansicht des Käfigs 1 dargestellt. Das Bezugszeichen IC markiert beliebig viele zueinander parallele und gleichgroße Innenumfangskreise des Käfigs C1, die in dieser Darstellung in die Bildebene hinein axial hintereinander liegen. In dieser Darstellung verläuft die Rotationsachse R1 in im Zentrumskreuz der Symmetrielinien C15 und C16 der Innenumfangskreise IC in die Bildachse hinein. Umfangsseitig ist dementsprechend auf dem jeweiligen Innenumfangskreis IC des Käfigs C1 um die Rotationsachse R1 verlaufend. „Radial“ ist dementsprechend in der jeweiligen Radialebene vom Zentrumskreuz bzw. der Rotationsachse R1 weg oder zum Zentrumskreuz oder der Rotationsachse R1 hin gerichtet.
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Jeder der Stege C3 des Käfigs C1 ist durch ein Profil C10 gebildet, welches in radialer Richtung über die Seitenränder C4 und C5 hinaus hervorsteht. Dabei liegt jeweils zumindest ein Innenumfangskreis IC zumindest teilweise auf einem der Seitenränder C4 bzw. C5. Die Profile sind zueinander identische ausgeführt. Es ist auch denkbar (nicht dargestellt), dass der Käfig mit nur einem derartigen Profil C10 oder einer von der Gesamtzahl der Stege des Käfigs abweichenden Anzahl von derartigen gleichen oder sich auch voneinander unterscheidenden Profilen versehen ist. An dem jeweiligen Profil C10 sind zwei in Umfangsrichtung miteinander verbundenen Abschnitte C11 und C12 ausgebildet, wobei einer der Abschnitte C11 das eine der benachbarten Fenster C2 begrenzt und der andere der Abschnitte C12 das andere benachbarte Fenster C2. In dieser Darstellung sind die Fenster C2 durch den Seitenrand C4 bzw. C5 verdeckt nicht sichtbar - sie erstrecken sich jedoch jeweils zwischen zwei benachbarten Profilen C10.
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Die Gestalt des Profils C10 und eine im Vergleich zur radialen Profilhöhe T1 sehr geringe Blechdicke T2 des Käfigs jeweils an dem jeweiligen der Abschnitte C11 und C12 geben dem Profil federelastische Eigenschaften. Es wird in diesem Fall davon ausgegangen, dass der Käfig insgesamt in jedem Bereich im Wesentlichen die Blechdicke T2 aufweist, also ein Biege-Stanzteil ist. Es ist alternativ denkbar, dass nur die Schenkel C13 und C14 die Blechdicke T2 aufweisen, ansonsten am Käfig auch mit Bereichen anderer Blechdicke ausgebildet sind.
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Die Profilhöhe T1 ist der radiale Abstand T1 zwischen einer Tangente T5 und einer zu dieser Tangente parallelen Linie T6. Die Tangente T5 tangiert dabei den Innenumfangskreis IC an einer radial ausgerichteten Schnittlinie T4, welche radial am weitesten außen am Profil 10, in diesem Fall mittig des Profils C10, durch die Verbindung der beiden Abschnitte C11 und C12 bzw. zwischen den Schenkeln C13 und C14 verläuft. Dadurch ist es möglich, den Umfangs- bzw. tangentialen Abstand T3 zwischen zwei voneinander gespreizten Abschnitten C11 und C12 durch biegeelastisches Verformen des Profils C10 einzustellen. D.h., durch Aufspreizen oder tangentiales Verkürzen, durch Aufeinander-zu- oder Voneinander-weg-führen der Schenkel C13 und C14 der Abschnitte C11 und C12 ist der Abstand T3 begrenzt elastisch oder plastisch einstellbar. Vorzugsweise ist das Profil C10 im Querschnitt durch den Käfig C1, also wie dargestellt quer zur Symmetrieachse R1, V-förmig in radialer Richtung zur Symmetrieachse R1 hin auf dem Kopf stehend ausgeführt, kann aber genauso (nicht dargestellt) W-förmig, U-förmig, Omega-förmig usw. mit spreizbaren Schenkeln und Schlaufen ausgeführt sein. Dabei weist jeder der Abschnitte C11 und C12 eine Radialkomponente und eine Axialkomponente auf. Die Radialkomponente ist durch den jeweiligen Schenkel C13 oder C14 gebildet. Die Axialkomponente ist ein sich zwischen den Seitenrändern C4 und C5 erstreckender Streifen Quersteg C11a bzw. C12a. Pro Fenster C2 ist, wie schon beschrieben, an dem jeweiligen Quersteg C12a ein Halter C9 ausgebildet.
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Die Führungselemente C6 sind radial außen jeweils mit einer Kontur C8 versehen, welche in einem Kontaktbereich für die formschlüssige Anpassung an die Rampen des Freilaufrings (2) zunächst linear und dann bogenförmig verläuft.
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2 - Das jeweilige Führungselement C6 hat eine lappenartige Form, steht radial aus dem Seitenrand C5 in Richtung des Freilaufrings O2 hervor und greift an einer Stelle mit geringem Bewegungsspiel formschlüssig in eine der Käfigtaschen O3 ein.
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Der Käfig C1 ist mithilfe der Führungselemente C6 in Umfangsrichtung um die Rotationsachse relativ zu den Käfigtaschen O3 bzw. Klemmrampen O4 positioniert, so dass auch der jeweilige Klemmkörper S1 zu den Klemmrampen O4 in Position gehalten ist. Allerdings ist der jeweilige Klemmkörper S1 in seiner Käfigtasche C2 mit einem tangentialen Bewegungsspiel umfangsseitig zwischen zwei die jeweilige Tasche C2 begrenzenden Stegen C3 beweglich aufgenommen. In die axialen mit der Rotationsachse R1 gleichgerichteten Richtungen ist der jeweilige Klemmkörper S1 mit relativ engem axialen Spiel (darstellungsbedingt nicht sichtbar, weil das Spiel mit Sicht auf die gewählte Größe der Darstellung zu klein ist) zwischen den die Käfigtaschen C2 begrenzenden Seitenrändern C4 und C5 geführt. Die an dem Führungselement C6 ausgebildete Kontur C8 ist hinsichtlich ihrer Form zumindest an die Form eines Abschnitts einer Kontur O5 der Klemmrampe derartig angepasst, dass die Konturen C8 und O5 formschlüssig miteinander korrespondieren, wobei die erste Kontur C8 radial nach außen gewölbt (konvex) verläuft und die zweite Kontur O5 sich an die erste Kontur C8 anschmiegt. Es ist auch denkbar (nicht dargestellt), dass die Führungselemente C6 als Axialanschläge für eine Positionierung des Käfigs C1 gegenüber dem Freilaufring O2 ausgeführt sind.
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Bezugszeichenliste
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- O1
- Freilauf
- O2
- Freilaufring
- O3
- Tasche des Freilaufrings
- O4
- Klemmrampe des Freilaufrings
- O5
- zweite Kontur
- C1
- Käfig
- C2
- Fenster bzw. Käfigtasche des Käfigs
- C3
- Steg des Käfigs
- C4
- Seitenrand des Käfigs
- C5
- Seitenrand des Käfigs
- C6
- Führungselement des Käfigs
- C7
- Abschnitt des Seitenrands
- C8
- erste Kontur an dem Führungselement
- C9
- Halter
- C10
- Profil des Stegs
- C11
- Abschnitt des Profils
- C11a
- Quersteg
- C12
- Abschnitt des Profils
- 12a
- Quersteg
- 12b
- Ansatz für den Halter
- C13
- Schenkel des Abschnitts
- C14
- Schenkel des Abschnitts
- C15
- Symmetrielinie
- C16
- Symmetrielinie
- E1
- elastisches Element
- R1
- Rotationsachse bzw. Symmetrieachse
- IC
- Innenumfangskreis
- S1
- Klemmkörper
- T1
- radiale Höhe des Profils
- T2
- Blechdicke
- T3
- Tangentialer Abstand
- T4
- Schnittlinie
- T5
- Tangente
- T6
- zur Tangente parallele Linie
