DE202021102961U1

DE202021102961U1 - rolling element freewheel

Info

Publication number: DE202021102961U1
Application number: DE202021102961.7U
Authority: DE
Original assignee: Rollax GmbH and Co KG
Current assignee: Rollax GmbH and Co KG
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-09-05
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: DE102022112702A1

Abstract

Wälzkörperfreilauf mit einem Innenring (12), einem Außenring (14), einem in einem Ringspalt zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Käfig (18), in dem Wälzkörper (10) gelagert sind, wobei einer (14) der Innen- und Außenringe eine Klemmkontur (16) für die Wälzkörper (10) bildet, und mit einem Reibungselement (22), das zwei relativ zueinander drehbare Elemente, von denen eines (18) der Käfig und eines (12) der andere der Innen- und Außenringe ist, reibschlüssig miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement eine koaxial zu den Innen- und Aussenringen umlaufende, radial ein- und ausfedernde Ringfeder (22) ist, die mit einem Ende (24) an dem einen Element (18) verankert ist und auf einem wesentlichen Teil ihres Umfangs reibschlüssig am Umfang des anderen Elements (12) anliegt.

Rolling element freewheel with an inner ring (12), an outer ring (14), a cage (18) arranged in an annular gap between the inner ring and the outer ring, in which rolling elements (10) are mounted, one (14) of the inner and outer rings having a forms a clamping contour (16) for the rolling elements (10), and with a friction element (22) which frictionally engages two elements which can be rotated relative to one another, of which one (18) is the cage and one (12) is the other of the inner and outer rings connected to one another, characterized in that the friction element is an annular spring (22) running coaxially to the inner and outer rings, radially compressing and rebounding, which is anchored with one end (24) on one element (18) and on a substantial Part of its circumference frictionally engages the circumference of the other element (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörperfreilauf mit einem Innenring, einem Außenring, einem in einem Ringspalt zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Käfig, in dem Wälzkörper gelagert sind, wobei einer der Innen- und Außenringe eine Klemmkontur für die Wälzkörper bildet, und mit einem Reibungselement, das zwei relativ zueinander drehbare Elemente, von denen eines der Käfig und eines der andere der Innen- und Außenringe ist, reibschlüssig miteinander verbindet.The invention relates to a rolling body freewheel with an inner ring, an outer ring, a cage arranged in an annular gap between the inner ring and the outer ring, in which rolling bodies are mounted, with one of the inner and outer rings forming a clamping contour for the rolling bodies, and with a friction element, which frictionally connects two relatively rotatable members, one of which is the cage and the other of which is the inner and outer rings.

Ein Freilauf dieser Art ist aus US 2013134006 A1 bekannt. Das Reibungselement sorgt dafür, dass zwischen demjenigen der Innen- und Außenringe, der nicht die Klemmkontur bildet, und dem Käfig ein Drehmoment übertragen wird. Wenn dieses Drehmoment in der Richtung wirkt, in der der Freilauf blockieren soll, so werden die Wälzkörper durch den Käfig in ihre Klemmposition gedrängt und sicher in der Klemmposition gehalten.A freewheel of this kind is over US2013134006A1 known. The friction element ensures that a torque is transmitted between that of the inner and outer rings that does not form the clamping contour and the cage. If this torque acts in the direction in which the freewheel is to block, the rolling elements are pushed into their clamping position by the cage and are held securely in the clamping position.

Bei den meisten herkömmlichen Klemmrollenfreiläufen ist zu diesem Zweck in jeder der Taschen des Käfigs, die eine der Klemmrollen aufnehmen, eine Federanordnung vorgesehen, die die Klemmrolle in die Klemmposition vorspannt. Der Freilauf der eingangs genannten Art, bei dem die Federn durch das Reibungselement ersetzt sind, hat den Vorteil, dass der Käfig formtechnisch einfacher herstellt werden kann und geringere Werkzeugkosten erfordert.For this purpose, in most conventional pinch roller freewheels, a spring arrangement is provided in each of the pockets of the cage which receive one of the pinch rollers, which spring arrangement biases the pinch roller into the clamping position. The freewheel of the type mentioned at the outset, in which the springs are replaced by the friction element, has the advantage that the cage can be produced in a simpler form and requires lower tool costs.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Freilauf der eingangs genannten Art zu schaffen, der geringere Reibungsverluste verursacht.The object of the invention is to create a freewheel of the type mentioned at the outset that causes lower friction losses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Reibungselement eine koaxial zu den Innen- und Außenringen umlaufende, radial ein- und ausfedernde Ringfeder ist, die mit einem Ende an dem einen Element verankert ist und auf einem wesentlichen Teil ihres Umfangs reibschlüssig am Umfang des anderen Elements anliegt.This object is achieved according to the invention in that the friction element is an annular spring that runs coaxially to the inner and outer rings, radially compressing and rebounding, which is anchored at one end to one element and over a significant part of its circumference frictionally on the circumference of the other elements.

Diese Ausbildung des Reibungselements hat den Vorteil, dass das Ausmaß des Reibschlusses von der Wirkrichtung des übertragenden Drehmoments abhängig ist. Durch die am Umfang der Ringfeder auftretenden Reibungskräfte wird auf das Ende der Ringfeder, das an dem einen Element verankert ist, je nach Drehrichtung entweder ein Zug oder ein Schub ausgeübt, mit der Folge, dass die Ringfeder entweder stärker gegen die Umfangsfläche des Gegenelements angedrückt wird und somit die Reibung verstärkt wird oder aber die Feder weiter von dem Gegenelement weg gebogen wird, so dass die Reibung vermindert wird. Je nach dem, ob die Ringfeder am inneren Umfang oder am äußeren Umfang des Reibungspartners anliegt, kann das Ende, das an dem anderen Element verankert ist, so gewählt werden, dass die Reibungskraft in der Drehrichtung verstärkt wird, in welcher der Freilauf blockieren soll, während bei einem in entgegengesetzter Richtung wirkenden Drehmoment eine Verminderung der Reibungskraft eintritt und sich somit der Innenring und der Außenring mit geringeren Reibungsverlusten gegeneinander verdrehen lassen.This design of the friction element has the advantage that the extent of the frictional connection depends on the effective direction of the transmitted torque. Due to the frictional forces occurring on the circumference of the ring spring, either a pull or a push is exerted on the end of the ring spring, which is anchored to one element, depending on the direction of rotation, with the result that the ring spring is either pressed more strongly against the circumferential surface of the counter-element and thus the friction is increased, or else the spring is bent further away from the counter-element, so that the friction is reduced. Depending on whether the ring spring rests on the inner circumference or on the outer circumference of the friction partner, the end that is anchored to the other element can be chosen in such a way that the frictional force is increased in the direction of rotation in which the freewheel is to block, while a torque acting in the opposite direction reduces the frictional force and the inner ring and the outer ring can therefore be twisted against each other with lower friction losses.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Klemmkontur kann je nach Ausführungsform des Freilaufes am Außenring oder am Innenring gebildet sein. Wenn sie am Außenring gebildet ist, so sorgt die Ringfeder für Reibschluss zwischen dem Käfig und dem Innenring. Die Ringfeder ist dann entweder am Käfig verankert und liegt reibschlüssig an einer äußeren Umfangsfläche des Innenrings an, oder sie ist am Innenring verankert und liegt reibschlüssig an einer inneren Umfangsfläche des Käfigs an.Depending on the embodiment of the freewheel, the clamping contour can be formed on the outer ring or on the inner ring. When formed on the outer ring, the ring spring provides frictional engagement between the cage and the inner ring. The ring spring is then either anchored to the cage and is in frictional contact with an outer peripheral surface of the inner ring, or it is anchored in the inner ring and is in frictional contact with an inner peripheral surface of the cage.

Wenn die Klemmkontur am Innenring gebildet ist, sorgt das Reibungselement für Reibschluss zwischen dem Käfig und dem Außenring. Die Ringfeder ist dann entweder am Außenring verankert und liegt reibschlüssig an einer äußeren Umfangsfläche des Käfigs an, oder sie ist am Käfig verankert und liegt reibschlüssig an einer inneren Umfangsfläche des Innenrings an.When the clamping contour is formed on the inner ring, the friction element ensures a frictional connection between the cage and the outer ring. The annular spring is then either anchored to the outer ring and is in frictional contact with an outer peripheral surface of the cage, or it is anchored to the cage and is in frictional contact with an inner peripheral surface of the inner ring.

Der Käfig kann an mindestens einem axialen Ende einen ringförmigen Vorsprung aufweisen, der radial innerhalb oder radial außerhalb der Ringfeder angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann dann die Ringfeder an diesem Vorsprung verankert sein, während in einer anderen Ausführungsform der Vorsprung eine Reibungsfläche für die Ringfeder bildet.At least one axial end of the cage can have an annular projection which is arranged radially inside or radially outside of the annular spring. In one embodiment, the annular spring can then be anchored to this projection, while in another embodiment the projection forms a friction surface for the annular spring.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following an embodiment is explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:

1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Freilaufes in seiner Blockierstellung;
2 einen Schnitt längs der Linie II - II in 1;
3 einen Schnitt durch den Freilauf in seiner Freilaufstellung; und
4 einen vergrößerten Teilschnitt zu 3.

Show it:

1 a cross section of a freewheel according to the invention in its blocking position;
2 a section along the line II - II in 1 ;
3 a section through the freewheel in its freewheel position; and
4 an enlarged partial section 3 .

Bei dem in 1 gezeigten Freilauf handelt es sich um einen Klemmrollenfreilauf mit Wälzkörpern 10 in der Form von Klemmrollen, die kranzförmig in einem Ringspalt zwischen einem Innenring 12 und einem Außenring 14 angeordnet sind. Der Innenring 12 hat eine zylindrische äußere Umfangsfläche, an der die Wälzkörper 10 abrollen, während der Außenring 14 für jeden Wälzkörper eine Klemmkontur 16 bildet, die den Klemmspalt in einer Drehrichtung, im gezeigten Beispiel in Gegenuhrzeigerrichtung, verengt.At the in 1 The freewheel shown is a clamping roller freewheel with rolling elements 10 in the form of clamping rollers, which are ring-shaped in an annular gap between an inner ring 12 and an outer ring 14 are arranged. The inner ring 12 has a cylindrical outer peripheral surface on which the rolling elements 10 roll, while the outer ring 14 forms a clamping contour 16 for each rolling element, which narrows the clamping gap in one direction of rotation, counterclockwise in the example shown.

In 1 wird als Beispiel angenommen, dass auf den Innenring 12 ein Drehmoment in Gegenuhrzeigersinn wirkt, während der Außenring 14 stationär ist. Die Wälzkörper 10 sind in 1 in einer jeweiligen Klemmposition gezeigt, in der sie sowohl an der Klemmkontur 16 als auch am Innenring 12 anliegen. Eine Drehung des Innenrings 12 im Gegenuhrzeigersinn würde in diesem Fall dazu führen, dass die Wälzkörper 10 in Drehrichtung mitgenommen würden und jeweils auf die Klemmkontur 16 auflaufen und sich dadurch in dem Ringspalt verklemmen. Auf diese Weise wird der Innenring 12 blockiert, so dass er sich nicht in Gegenuhrzeigersinn drehen lässt.In 1 For example, assume that the inner ring 12 is subjected to a counterclockwise torque while the outer ring 14 is stationary. The rolling elements 10 are in 1 shown in a respective clamping position in which they abut both the clamping contour 16 and the inner ring 12. In this case, a counterclockwise rotation of the inner ring 12 would result in the rolling elements 10 being carried along in the direction of rotation and each running onto the clamping contour 16 and thereby becoming jammed in the annular gap. In this way, the inner ring 12 is blocked so that it cannot be rotated counterclockwise.

Wenn dagegen auf den Innenring 12 ein Drehmoment in entgegengesetzter Richtung wirkt, so werden die Wälzkörper 10 aus der Klemmposition herausbewegt, so dass sie den Innenring 12 freigeben und dieser sich frei drehen kann.If, on the other hand, a torque acts in the opposite direction on the inner ring 12, the rolling elements 10 are moved out of the clamping position so that they release the inner ring 12 and this can rotate freely.

Jeder der Wälzkörper 10 ist in einer Tasche eines ringförmigen Käfigs 18 gelagert, der koaxial zum Innenring 12 und zum Außenring 14 in dem Ringspalt angeordnet ist. An einem axialen Ende hat der Käfig 18 einen ringförmigen, in 1 im Schnitt dargestellten Vorsprung 20, der einen entsprechenden Abschnitt des Innenrings 12 mit radialem Abstand umgibt. In einem zwischen dem Vorsprung 20 und dem Innenring 12 gebildeten ringförmigen Spalt ist mit radialem Spiel eine Ringfeder 22, beispielsweise aus Federstahl angeordnet, die praktisch auf ihrem gesamten Umfang reibschlüssig an der äußeren Umfangsfläche des Innenrings 12 anliegt. An einem Ende bildet die Ringfeder 22 einen radial nach außen gebogenen Mitnehmer 24, der in eine Ausnehmung 26 des Vorsprungs 20 eingreift und dadurch drehfest am Käfig 18 verankert ist.Each of the rolling elements 10 is mounted in a pocket of an annular cage 18 which is arranged coaxially with the inner ring 12 and the outer ring 14 in the annular gap. At one axial end, the cage 18 has an annular, in 1 projection 20 shown in section surrounding a corresponding portion of the inner ring 12 at a radial distance. In an annular gap formed between the projection 20 and the inner ring 12, an annular spring 22, for example made of spring steel, is arranged with radial play. At one end, the annular spring 22 forms a driver 24 bent radially outwards, which engages in a recess 26 of the projection 20 and is thereby anchored to the cage 18 in a rotationally fixed manner.

Im gezeigten Beispiel erstreckt sich die Ringfeder 22 über einen Umfangswinkel von knapp 360°. dieser Umfangswinkel kann jedoch auch weniger oder vorzugsweise mehr als 360° betragen. Es ist auch möglich, dass die Ringfeder mehrere Windungen um den Innenring herum bildet.In the example shown, the annular spring 22 extends over a circumferential angle of almost 360°. however, this circumferential angle can also be less than or preferably more than 360°. It is also possible that the ring spring forms several turns around the inner ring.

Wenn sich die Wälzkörper 10 nicht in der Klemmposition befänden und der Innenring 12 sich in Gegenuhrzeigersinn drehen könnte, so würde auf die Ringfeder 22 durch Reibschluss ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung ausgeübt, mit der Folge, dass der Mitnehmer 24 eine in Gegenuhrzeigerrichtung wirkende Kraft auf den Käfig 18 ausübt. Umgekehrt übt der Käfig auf den Mitnehmer 24 eine Gegenkraft aus, die die Tendenz hat, das den Mitnehmer 24 tragende Ende der Ringfeder radial nach innen zu biegen, so dass die Ringfeder sich enger um den Innenring 12 schließt, wodurch der Reibschluss zwischen Innenring und Ringfeder noch verstärkt wird. Durch diesen Selbstverstärkungsmechanismus wird erreicht, dass bei einer Drehung des Innenrings 12 in der Blockierrichtung (Gegenuhrzeigersinn) der Käfig 18 mitgenommen würde und somit die Wälzkörper 10 sicher in die Klemmposition gebracht und in der Klemmposition gehalten würden, in der sie die Drehung blockieren. Der Käfig 18 braucht deshalb keine angeformten Federelemente aufzuweisen, die die Wälzkörper 10 in ihre jeweilige Klemmposition drücken.If the rolling elements 10 were not in the clamping position and the inner ring 12 could rotate counterclockwise, a counterclockwise torque would be exerted on the ring spring 22 by frictional engagement, with the result that the driver 24 would exert a counterclockwise force on the cage 18 exercises. Conversely, the cage exerts a counterforce on the driver 24, which tends to bend the end of the annular spring carrying the driver 24 radially inward, so that the annular spring closes more tightly around the inner ring 12, thereby reducing the frictional connection between the inner ring and the annular spring is reinforced. This self-energizing mechanism ensures that when the inner ring 12 rotates in the blocking direction (counterclockwise), the cage 18 would be taken along and the rolling elements 10 would thus be brought safely into the clamping position and held in the clamping position in which they block the rotation. The cage 18 therefore does not need to have any spring elements which press the rolling elements 10 into their respective clamping position.

In 2 ist ein Teil des Freilaufes in einem axialen Schnitt gezeigt, so dass insbesondere die Anordnung des Vorsprungs 20 und der Ringfeder 22 zu erkennen ist. Die Taschen des Käfigs 18, in denen die Wälzkörper 10 gelagert sind, sind auf beiden Seiten durch in der Zeichnung nicht erkennbare Stege des Käfigs geschlossen, so dass die Wälzkörper axial in Position gehalten werden.In 2 a part of the freewheel is shown in an axial section, so that in particular the arrangement of the projection 20 and the annular spring 22 can be seen. The pockets of the cage 18, in which the rolling bodies 10 are mounted, are closed on both sides by webs of the cage, which cannot be seen in the drawing, so that the rolling bodies are held in position axially.

Der Käfig 18 kann beispielsweise als Spritzgießteil aus Kunststoff hergestellt werden und weist abgesehen von den zur Aufnahme der Wälzkörper dienenden Taschen (die jedoch wahlweise auch nachträglich durch Stanzen hergestellt werden können) keine Hinterschnitte auf, so dass er sich einfach in axialer Richtung entformen lässt.The cage 18 can be produced, for example, as an injection-molded part made of plastic and, apart from the pockets used to hold the rolling elements (which can optionally also be produced later by stamping), has no undercuts, so that it can be easily removed from the mold in the axial direction.

3 zeigt den Freilauf in seiner Freilaufstellung. Auf den Innenring 12 wirkt in diesem Fall ein Drehmoment in Uhrzeigersinn. Dieses Drehmoment wird reibschlüssig auf die Ringfeder 22 übertragen und hat zur Folge, dass der Mitnehmer 24 gegen die Innenwand der Ausnehmung 26 gedrückt wird und eine in Uhrzeigerrichtung wirkende Kraft auf den Käfig 18 ausübt. Die Wälzkörper 10 werden dadurch so relativ zu der Klemmkontur 16 verdreht, dass sie sich in den breitesten Abschnitten des Ringspaltes befinden, wo die Klemmung aufgehoben ist, so dass sich der Innenring 12 frei drehen kann. 3 shows the freewheel in its freewheel position. In this case, a clockwise torque acts on the inner ring 12 . This torque is frictionally transmitted to the annular spring 22 and results in the driver 24 being pressed against the inner wall of the recess 26 and exerting a clockwise force on the cage 18 . The rolling elements 10 are thus twisted relative to the clamping contour 16 in such a way that they are located in the widest sections of the annular gap where the clamping is released, so that the inner ring 12 can rotate freely.

Der vom Mitnehmer 24 auf den Käfig 18 ausgeübten Kraft entspricht eine Gegenkraft, die in Gegenuhrzeigerrichtung auf den Mitnehmer 24 wirkt, und die Tendenz hat, die Ringfeder radial aufzuweiten, wie vergrößert in 4 dargestellt ist. Auf diese Weise wird der Reibschluss zwischen dem Innenring 12 und der durch die Wälzkörper 10 und den Käfig 18 stationär gehaltenen Ringfeder 22 vermindert, so dass geringere Reibungsverluste entstehen, wenn der Innenring mit Hilfe eines Antriebs in Uhrzeigerrichtung gedreht wird.The force exerted by the tang 24 on the cage 18 corresponds to a counter-clockwise force acting on the tang 24 and tending to expand the annular spring radially, as enlarged in FIG 4 is shown. In this way, the frictional engagement between the inner ring 12 and the annular spring 22 held stationary by the rolling elements 10 and the cage 18 is reduced, so that lower frictional losses occur when the inner ring is rotated clockwise with the aid of a drive.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US2013134006A1 [0002]

Claims

Rolling element freewheel with an inner ring (12), an outer ring (14), a cage (18) arranged in an annular gap between the inner ring and the outer ring, in which rolling elements (10) are mounted, one (14) of the inner and outer rings having a forms a clamping contour (16) for the rolling elements (10), and with a friction element (22) which frictionally engages two elements which can be rotated relative to one another, of which one (18) is the cage and one (12) is the other of the inner and outer rings connected to one another, characterized in that the friction element is an annular spring (22) running coaxially to the inner and outer rings, radially compressing and rebounding, which is anchored with one end (24) on one element (18) and on a substantial Part of its circumference frictionally engages the circumference of the other element (12).

freewheel after claim 1 , in which the clamping contour (16) is formed on the outer ring (14).

freewheel after claim 2 , in which the ring spring (22) is anchored to the cage (18) and frictionally engages the outer circumference of the inner ring (12).

Freewheel according to one of the preceding claims, in which the cage has an annular projection (20) at one axial end, which forms an annular gap with the peripheral surface of that one of the inner and outer rings which is frictionally connected to the annular spring (22), in which the ring spring (22) is accommodated with radial play.

freewheel after claim 3 or 4 In which one end of the annular spring (22) is anchored with a driver (24) in a recess (26) of the projection (20).

Freewheel according to one of the preceding claims, in which the cage (18) is a one-piece molded part made of plastic.