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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Freilaufvorrichtung, welche aus einem Freilaufring, einem Käfig, Klemmkörpern und Federn gebildet ist, wobei eine konzentrische Anordnung des Freilaufrings und des Käfigs zueinander auf einer axial ausgerichteten Freilaufachse vorgesehen ist, und wobei:
- - an dem Freilaufring Gleitschuhe und zwischen zwei benachbarten der Gleitschuhen Klemmrampen ausgerichtet sind,
- - der Käfig an den Gleitschuhen in tangentialer Richtung um die Freilaufachse geführt ist und Taschen und Aufnahmen aufweist,
- - jeweils mindestens einer der Klemmkörper und wenigstens eine der Federn in einer der Taschen aufgenommen ist,
- - jeweils ein Gleitschuh der Gleitschuhe in einer der Aufnahmen aufgenommen ist, wobei der Käfig an zwei Flanken des jeweiligen Gleitschuhs geführt ist, und wobei eine erste der Flanken des Gleitschuhs in die eine erste tangentiale Richtung und eine zweite Flanke der Flanken in eine zur ersten tangentialen Richtung entgegengesetzte zweite tangentiale Richtung ausgerichtet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Freilaufvorrichtung der Gattung geht aus der
DE 10 2019 133 200 B3 hervor. Der Freilaufring ist ein Innenring für einen Sitz auf einer Welle. Die in dem Freilaufkäfig sitzenden Klemmkörper sind für den Klemmkontakt mit einer innenzylindrischen Klemmbahn vorgesehen, welche an einem Außenring der Freilaufvorrichtung oder an einem Gehäuse eines Maschinenteils ausgebildet ist. Die Klemmkörper sind Klemmrollen und werden im eingebauten Zustand während des Freilauf-Modus über den Käfig und die eingesetzten Federn in einer Freilaufposition zu der Klemmbahn gehalten. Im Sperrmodus sind die Klemmrollen gegen die Kräfte der Federn an den Klemmrampen so aufgelaufen, dass diese zwischen den Klemmrampen und der Klemmbahn eingeklemmt sind. Sobald die Drehrichtung eines Freilaufrings gewechselt oder im Freilauf überholt wird, wird die Klemmung zwischen den Klemmrollen und der Klemmbahn gelöst und die Klemmrollen werden mittels der Wirkung der Federn in die Freilaufposition zurückbewegt.
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Der Freilaufring und die Klemmbahn müssen konzentrisch zueinander ausgerichtet sein, damit sowohl in der Freilaufposition genügend radiales Spiel zwischen den Klemmkörpern und der Klemmbahn verbleibt als auch die Position der Klemmrollen in der Sperrfunktion exakt ist. Das geschieht unter Zuhilfenahme der einteilig mit dem Freilaufring ausgebildeten Gleitschuhe. Die Gleitschuhe stehen radial so in Richtung der Klemmbahnen hervor, dass zwischen ihnen und der Klemmbahn ein möglichst kleiner Radialspalt zur Absicherung eines Mindestmaßes der angestrebten Konzentrizität auch in Extremsituationen gegeben ist.
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Die Position der Klemmrollen zueinander wird über die Taschen, auch unter Zuhilfenahme der Federn, abgesichert. Damit die Taschen exakt zu den Klemmrampen ausgerichtet sind, wird der Käfig an den Gleitschuhen gehalten. Dazu ist der Käfig mit den Aufnahmen versehen. Jeweils einer der Gleitschuhe greift in eine der Aufnahmen ein und ist in dieser eng geführt. Ein Verdrehen des Käfigs um die Freilaufachse und damit eine Verlagerung der Taschen gegenüber ihrer vorbestimmten Position zu den Klemmrampen wird verhindert.
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Im Betrieb des Freilaufs ist der Käfig aufgrund des schlagartigen Wechsels zwischen der Freilaufposition und der Sperrfunktion und der damit verbundenen Dynamik hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Freilauf für hohe Belastungen zu schaffen und der sich kostengünstig herstellen lässt.
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Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung konzentriert sich zum einen insbesondere auf das Design des Käfigs, dessen Positionierung und Halterung an den Gleitschuhen und zum anderen auf Verbesserung, die die Zusammenwirkung von Käfig und einem Freilaufring des Freilaufs betreffen.
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Die Erfindung betrifft also auch einen einzelnen Käfig für eine Freilaufvorrichtung gemäß Erfindung mit allen zuvor oder nachfolgend beschriebenen und die Gestalt der Ausnehmung betreffenden Merkmalen.
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Wenigstens eine der am Käfig ausgebildeten Aufnahmen ist innen in der Aufnahme mit zwei Vorsprüngen versehen. Die Vorsprünge sind parallel zur axialen Richtung der Freilaufachse axial nebeneinander liegend an dem Käfig angeordnet und stehen in tangentialer oder Umfangsrichtung von dem Käfig aus in die Ausnehmung hervor. Dabei stehen die Vorsprünge gemeinsam in Richtung einer der Flanken des jeweiligen Gleitschuhes aus dem Käfig in die Aufnahme gleich weit hinein oder mit sich unterscheidenden tangentialen Abständen aus der Käfigstruktur in die Ausnehmung hinein hervor.
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Mit der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweilige in einer der Aufnahmen aufgenommene Gleitschuh eine erste Stirnseite und eine von der ersten Stirnseite abgewandte zweite Stirnseite aufweist, wobei die Flanken an die Stirnseiten angrenzen. Dabei ist wenigstens eine Stirnseite der Stirnseiten durch einen Verbindungssteg des Käfigs zumindest teilweise verdeckt. Die durch den Verbindungssteg verdeckte Stirnseite weist in eine mit der Freilaufachse gleichgerichtete Richtung. Die Aufnahme ist durch den Verbindungssteg begrenzt. Zwei der Taschen des Käfigs sind in Umfangsrichtung um die Freilaufachse über den Verbindungssteg miteinander verbunden.
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Die Freilaufachse ist zugleich Rotationsachse des rotierenden Freilaufrings und/oder die Rotationsachse der Klemmbahn. Die Freilaufachse im Zusammenhang mit der Erfindung unabhängig von ihrer tatsächlichen Lage im Raum als axial ausgerichtet definiert. Radial ist demnach als senkrecht quer zu Freilaufachse definiert. Tangential ist die Ausrichtung mit einer Tangente, welche, an beliebiger Stelle und Ebene, an einem in einer Radialebene um die Freilaufachse konzentrisch umlaufenden Umfangskreis anliegt. Die Umfangsrichtung ergibt sich damit als eine mit der Krümmungslinie um die Freilaufachse der Umfangskreise verlaufende Richtung.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Käfig mit seinen Aufnahmen nicht mehr „vollflächig“ an den Flanken der Gleitschuhe geführt ist. Zwischen den beiden Vorsprüngen ergibt sich eine Nische, durch die der Käfig an dieser Flanke nicht mehr vollflächig, sondern an einem Zweipunktlager abgestützt ist. Dadurch kann ein starrer Kontakt oder einseitig starres Verkippen bei Verwindungen zwischen dem Käfig und den Gleitschuhen in bestimmten dynamischen Zuständen ausgeglichen werden. Darüber hinaus bieten die Nischen zusätzlich Raum oder Speicher bzw. Durchlässe für Schmiermittel. Darüber hinaus der Freiraum der Nischen für Halteelemente der Federn genutzt werden. Die Klipse der Federn können in diesen Raum eingreifen ohne störend in den Aufnahmen hervorzustehen oder ohne in unerwünschten Kontakt mit dem Gleitschuh zu geraten. Außerdem können durch die Vorsprünge Materialanhäufungen, Materialdopplungen oder Verdickungen am Käfig vermieden werden. Durch letzteres wird im Sinne von Materialeinsparung und der Vermeidung von Spannungsspitzen im Betrieb die Lebensdauer erhöht. Die Käfige sind wahlweise aus Metall oder aus Kunstoffen und/oder aus kombinierten Materialien hergestellt. Insbesondere bei spritz- und/oder gusstechnisch hergestellten Käfigen trägt die erfindungsgemäße Maßnahme auch zu gleichmäßigen Wandstärken und Wandstärkenübergängen am Käfig bei.
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Die Erfindung kann vorteilhaft ohne Änderung des Grundprinzips an beiden Kategorien der Freilaufvorrichtungen zur Anwendung kommen, d.h., an Freilaufringen, die als Innenring oder als Außenring ausgeführt sind. Der Freilaufring ist im Sinne dieser Erfindung immer der Ring, welcher die Klemmstrukturen und die Gleitschuhe aufweist.
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Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung gehen die Gleitschuhe radial in Richtung der Freilaufachse von dem Außenring ab. Damit sind die Gleitschuhe und die Klemmrampen zwischen den Gleitschuhen radial nach innen ausgerichtet. Die Gleitschuhe sind in beiden Kategorien, d.h. in der Kategorie Freilauf im Freilauf-Innenring oder Freilauf mit Freilauf-Außenring an dem Freilaufring fest. Fest heißt, entweder unverrückbar befestigt oder einteilig-einmaterialig aus dem Material des Freilaufrings integral mit dem Freilaufring ausgebildet.
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Zum Halten der Position des Käfigs während der Montage und ggf. auch im Betrieb ist es notwendig, dass der Käfig auch in axialer Richtung in dem Freilauf gehalten wird. Deshalb sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass in der jeweiligen Aufnahme wenigstens ein Schnapphaken ausgebildet ist. Der oder die Schnapphaken hintergreift/hintergreifen den jeweiligen Gleitschuh axial an einer Kante oder Fläche einer in axiale Richtung weisenden Stirnseite des Gleitschuhs. Sie beanspruchen keinen zusätzlichen Bauraum und lassen sich vorteilhaft in die Herstellung des Käfigs integrieren.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, dass aus wenigstens einem der Vorsprünge ein oder mehrere Noppen hervorstehen, wodurch die Anlage bzw. Führung und dessen dynamisches Abstimmverhalten noch weiter optimierbar sind. Der oder die Noppen liegen an einer der Flanken oder an beiden der Flanken des Gleitschuhs an. Durch diese Maßnahme kann das Bewegungsspiel zwischen den Gleitschuhen und dem Käfig noch besser, optimiert oder eingeschränkt bzw. feinabgestimmt werden. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der oder die Noppen an der Flanke im Sinne einer spielfreien Führung des Käfigs gegenüber dem Freilaufring gegen den Gleitschuh in die Richtung elastisch vorgespannt ist/sind, in welche die Vorsprünge gemeinsam hervorstehen. Bevorzugt und vorteilhaft ist es also, die Führung des Käfigs gegenüber den Gleitschuhen spielfrei und die Positionierung der Taschen gegenüber den Rampen möglichst verlagerungsfrei zu gestalten. In diesem Sinne sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass in der Aufnahme zwei Paare der Vorsprünge ausgebildet sind, wobei ein erstes Paar einer ersten Flanke und das andere Paar einer zweiten Flanke des Gleitschuhs gegenüber liegt. Der Käfig ist an beiden Seiten des Gleitschuhs unter gleichen Bedingungen geführt. Das führt zur Symmetrie und damit Vereinfachung in der Bauweise des Käfigs und der Gleitschuhe, sowie gleichmäßiger Verteilung von Last und Abstützverhalten in beide Tangentialrichtungen. Es schafft außerdem größere Reservoire für Schmierstoffe. Verbessert wird die vorgenannte Maßnahme dadurch, dass sich, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, jeweils zwei der Noppen, gegen jeweils einen der Gleitschuhe elastisch vorgespannt einander in tangentialer oder Umfangsrichtung an dem jeweiligen der Gleitschuhe gegenüberliegen. Der Gleitschuh ist somit zwischen den Vorsprüngen elastisch eingespannt, wodurch eine symmetrische Spielfreisetzung des Käfigs gegenüber dem Freilaufring sichergestellt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der jeweilige Noppen an einem Vorsprung ausgebildet ist, welcher in axialer Richtung gesehen seitlich auf eine erste Stirnseite des Gleitschuhs folgt, wobei die erste Stirnseite nicht durch Käfig verdeckt ist. Die Anlage mit dem verringerten Spiel oder die spielfreie Einspannung wirkt dadurch an einer Position, an der sich die Ausnehmung ansonsten unter Umständen aufweiten könnte und das Bewegungsspiel zwischen Käfig und Gleitschuh unerwünscht vergrößert werden könnte.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert. Die Zeichnungen der 1 bis 8 sind nicht maßstäblich. Es zeigen:
- - 1 - eine Gesamtansicht einer Freilaufvorrichtung 1,
- - 2 - die Freilaufvorrichtung 1 in einer Gesamtansicht, in der nach Art einer Explosionsdarstellung eine Vormontagebaugruppe 23 von dem Freilaufring 2 getrennt mit dem Freilaufring 2 im Vordergrund dargestellt sind,
- - 3 - die Freilaufvorrichtung 1 in einer Gesamtansicht, in der nach Art einer Explosionsdarstellung die aus 2 bekannte Vormontagebaugruppe 23 von dem Freilaufring 2 getrennt mit der Vormontagebaugruppe 23 im Vordergrund dargestellt sind,
- - 4 - einen Käfig 3 der mit den 2 und 3 dargestellten Vormontagebaugruppe 23 in einer Gesamtansicht,
- - 5- eine Gesamtansicht einer Freilaufvorrichtung 20,
- - 6 - eine vormontierte Baugruppe mit dem Käfig 24, den Klemmkörpern 4 und den Federn 5 der Freilaufvorrichtung 20 in einer Gesamtansicht,
- - 7 - ein Detail eines in einer Radialebene der Freilaufvorrichtung 20 verlaufenden Schnittes und
- - 8 - ein Detail eines in der Radialebene 7 der vorhergehenden 7 Käfigs 24, welcher in dieser Darstellung von dem in 7 dargestellten Freilaufring 2 freigemacht ist.
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1 - Die Freilaufvorrichtung 1 ist aus einem Freilaufring 2, einem Käfig 3, Klemmkörpern 4 und Federn 5 gebildet. Der Freilaufring 2 und der Käfig 3 sind auf einer axial ausgerichtet verlaufenden Freilaufachse 10 konzentrisch zueinander ausgerichtet. Einteilig mit dem Freilaufring 2 sind Gleitschuhe 7 ausgebildet. Jeweils zwischen zwei benachbarten Gleitschuhen 9 sind Klemmrampen 6 ausgebildet. Die Gleitschuhe 7 und die Klemmrampen 6 sind radial in Richtung der Freilaufachse 10 ausgerichtet und weisen auf diese. Die Radialrichtung verläuft senkrecht zur Freilaufachse 10 - wie beispielhaft die Radialachse A, welche die Zentralachse 10 in dem Zentrumspunkt Z schneidet. Der Käfig 3 weist Segmente 27 auf, die in Umfangsrichtung um die Zentralachse 10 zwischen den Gleitschuhen 7 geführt sind. Aus dem als Freilauf-Außenring ausgebildeten Freilaufring 2 stehen radial nach außen verschiedene Gruppen von Vorsprüngen 28 und 29 und 30 hervor. Diese Vorsprünge 28 und 29 sowie 30 dienen der Verdrehsicherung des Freilaufrings 2 gegenüber einem nicht dargestellten Gehäuse oder Bauteil. Sie sind am Umfang des Freilaufrings 2 so angeordnet, dass ein axial richtungsorientierter Einbau der Freilaufvorrichtung 1 sichergestellt, d.h., ein Vertauschen der axialen Einbaurichtung vermieden werden kann.
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2 und 3 - Der Käfig 3 ist zwischen den Segmenten 27 mit Aufnahmen 9 versehen. Jedes Segment 27 ist mit drei Taschen 8 versehen. In jede der Taschen 8 sind jeweils ein Klemmkörper 4 und eine Feder 5 eingesetzt. Der Käfig 3 liegt in diesen Darstellungen dem Freilaufring 2 axial so gegenüber, dass die Aufnahmen 9 des Käfigs 3 auf die Gleitschuhe 7 weisen. Bei axialen Bewegungen des Käfigs 3 und des Freilaufringrings 2 aufeinander zu greift jeder der Gleitschuhe 7 in eine der Aufnahmen 9 ein. Der Käfig 3 und der Freilaufring 2 lassen sich axial ineinander schieben, bis der jeweilige Gleitschuh 9 axial an einem Verbindungssteg 21 zum Anliegen kommt. Der Verbindungssteg 21 begrenzt die Aufnahme 9 axial in eine Richtung und verbindet dabei zwei der Segmente 27. Der Käfig 3 ist an zwei Flanken 11, 12 des jeweiligen Gleitschuhs 9 geführt, bzw. in dem gezeigten Fall an der ersten Flanke 11 geführt und an der zweiten Flanke 12 geführt und mit Schnapphaken 15 gehalten.
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3 - Die Stirnseite 23 des jeweiligen Gleitschuhs 7 ist, wenn der Käfig 3 und der Freilaufring 2 miteinander montiert sind, durch einen Verbindungssteg 21 des Käfigs 3 zumindest teilweise verdeckt.
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4 - Der Käfig 3 ist zwischen den Segmenten 27 mit Aufnahmen 9 versehen. Jedes Segment 27 ist mit drei Taschen 8 versehen. Der Verbindungssteg 21 begrenzt die Aufnahme 9 axial in eine Richtung und verbindet dabei zwei der Segmente 27. In der jeweiligen Aufnahme 9 wenigstens ein Schnapphaken 15 ausgebildet, mit welchem der jeweilige Gleitschuh 7 in der der mit 1 dargestellten Freilaufvorrichtung 1 axial an einer Stirnseite 16 axial hintergriffen ist. Außerdem ist jede der Aufnahmen 9 mit zwei Vorsprüngen 13 und 14 versehen, welche parallel zur axialen Richtung axial nebeneinander liegend angeordnet sind und in die Aufnahme 9 hinein hervorstehen.
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5 - Die Freilaufvorrichtung 20 ist aus einem Freilaufring 2, einem Käfig 24, Klemmkörpern 4 und Federn 5 gebildet ist. Einteilig mit dem Freilaufring 2 sind Gleitschuhe 7 ausgebildet. Jeweils zwischen zwei benachbarten der Gleitschuhen 9 sind Klemmrampen 6 ausgebildet. Die Gleitschuhe 7 und die Klemmrampen 6 sind radial nach innen gerichtet. Der Käfig 24 weist Segmente 27 auf, die in Umfangsrichtung zwischen den Gleitschuhen 7 geführt sind.
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6 - Der Käfig 24 ist zwischen den Segmenten 27 mit Aufnahmen 9 versehen. Jedes Segment ist mit drei Taschen 8 versehen. In jede der Taschen 8 sind jeweils ein Klemmkörper 4 und eine Feder 5 eingesetzt. Der Verbindungssteg 21 begrenzt die Aufnahme 9 axial in eine Richtung und verbindet dabei zwei der Segmente 27. In der jeweiligen Aufnahme 9 sind zwei Paare 17 und 18 der Vorsprünge 25 und 26 ausgebildet. Aus dem an der Aufnahme 9 vorne liegenden ersten Vorsprung 25 steht zumindest ein Noppen 19 hervor. Zwischen den Vorsprüngen 25 und 26 des jeweiligen Paares 17 oder 18 ist eine Nische 32 ausgebildet.
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7 - Sichtbar sind der Freilaufring 2 mit dem Gleitschuh 7, der Käfig 24 mit einer im Bild durch den Gleitschuh 7 nahezu ausgefüllten Aufnahme 9, zwei der Taschen 8 mit Klemmkörpern 4 und Federn 5. Den Klemmkörpern 4 sind Klemmrampen 6 des Freilaufrings 2 zugeordnet, welcher als Freilauf- Außenring ausgeführt ist, da die Klemmrampen 6 radial nach innen weisen. Der Gleitschuh 7 sitzt in der Aufnahme 9. Die sich der Aufnahme 9 links und rechts anschließenden Taschen 8 sind tangential bzw. in Umfangsrichtung jeweils in Richtung der Aufnahme 9 durch einen Quersteg 31 begrenzt. An dem jeweiligen Quersteg 31 ist im Vordergrund der Vorsprung 25 sichtbar. Die jeweilige Feder 5 ist mit einem Federbügel 33 über den Quersteg 31 geclipst (in dem Ausschnitt nur einmal sichtbar) und somit in der Tasche 8 gehalten und zu dem Klemmkörper 4 positioniert. Der Federbügel 33 greift in den durch die Nische 32 gebildeten Freiraum ein, so dass es keine Berührung zwischen der Flanke 11 des Gleitschuhs 7 und dem Federbügel 33 gibt.
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An dem jeweiligen Vorsprung 25 ist ein Noppen 19 ausgebildet. Der Noppen 19 des Vorsprungs 25 des ersten Paares 17 liegt an der ersten Flanke 11 und der Noppen 19 des Vorsprungs 25 des Paares 18 der zweiten Flanke 12 des Gleitschuhs 7 an. Die sich an der Aufnahme 9 einander gegenüberliegenden Noppen 19 sind tangential aufeinander zu elastisch gegen den Gleitschuh 7 vorgespannt.
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8 - Zu sehen ist ein Schnitt an der eine vormontierte Baugruppe nach 6 mit dem Käfig 24, den Klemmkörpern 4 und mit den Federn 5. Die sich der Aufnahme 9 links und rechts anschließenden Taschen 8 sind tangential bzw. in Umfangsrichtung jeweils in Richtung der Aufnahme 9 durch einen Quersteg 31 begrenzt. Die sich an die Aufnahme 9 anschließenden Segmente 27 sind mit der Verbindung 21 miteinander verbunden. Aus dem jeweiligen an der Aufnahme 9 vorne liegenden ersten Vorsprung 25 steht zumindest ein Noppen 19 in die Aufnahme 9 hervor. Die sich der Aufnahme 9 links und rechts anschließenden Taschen 8 sind tangential bzw. in Umfangsrichtung jeweils in Richtung der Aufnahme 9 durch einen Quersteg 31 begrenzt. An dem jeweiligen Quersteg 31 ist im Vordergrund der Vorsprung 25 sichtbar. Die jeweilige Feder 5 ist mit einem Federbügel 33 über den Quersteg 31 geclipst. Der Federbügel 33 greift in den durch die Nische 32 gebildeten Freiraum ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilaufvorrichtung
- 2
- Freilaufring
- 3
- Käfig
- 4
- Klemmkörper
- 5
- Feder
- 6
- Klemmrampe
- 7
- Gleitschuh
- 8
- Tasche des Käfigs
- 9
- Aufnahme
- 10
- Freilaufachse
- 11
- erste Flanke des Gleitschuhs
- 12
- zweite Flanke des Gleitschuhs
- 13
- erster Vorsprung an dem Käfig
- 14
- zweiter Vorsprung an dem Käfig
- 15
- Schnapphaken
- 16
- erste Stirnseite des Gleitschuhs
- 17
- erstes Paar der Vorsprünge
- 18
- zweites Paar der Vorsprünge
- 19
- Noppen
- 20
- Freilaufvorrichtung
- 21
- Verbindungssteg
- 22
- zweite Stirnseite des Gleitschuhs
- 23
- Vormontagebaugruppe
- 24
- Käfig
- 25
- erster Vorsprung
- 26
- zweiter Vorsprung
- 27
- Segment des Käfigs
- 28
- Vorsprung
- 29
- Vorsprung
- 30
- Vorsprung
- 31
- Querstege
- 32
- Nische
- 33
- Federbügel
