DE3741518A1 - Reibschluessiger freilauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen reibschlüssi­ gen Freilauf der Nennspalthöhe H _nenn , dessen Klemm­ winkel über der Nennspalthöhenänderung H _nenn ei­ ne im wesentlichen ansteigende Funktion beschreibt.

Im Freilaufbau hat sich gehärteter Stahl als Werk­ stoff sowohl für Innen- und Außenring als auch für die Klemmglieder durchgesetzt. Dies gilt gleicher­ maßen für Klemmrollen- wie für Klemmkörperfreiläu­ fe. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit sind die Klemmflächen geschmiert. Unvermeidlicherweise ist der mit dieser Werkstoffpaarung erzielte Reibschluß gering; es wird ein Reibungsbeiwert von etwa 0,1 erreicht. Zur Drehmomentübertragung können nur so kleine Klemmwinkel eingesetzt werden, daß deren Tangens kleiner als der Reibungsbeiwert ist. Zur Übertragung einer Umfangskraft F _u muß also eine wesentlich größere Normalkraft F _n aufgebaut wer­ den, die im wesentlichen in Radialrichtung ver­ läuft.

Durch die hohen Radialkräfte werden die Klemm­ glieder und der Innenring elastisch gestaucht und der Außenring aufgeweitet. Die Summe aller Verformungsanteile wird im folgenden als Spalt­ höhenänderung H bezeichnet.

Als Spalthöhe H _o wird an Klemmkörperfreiläufen die Radiusdifferenz zwischen Außen- und Innen­ ring, an Klemmrollenfreiläufen der Durchmesser der Klemmrollen bezeichnet. Fertigungsbedingt streut die Spalthöhe H _o etwas; zur Eingrenzung dieser Schwankungen wird um die Nennspalthöhe H _nenn ein Toleranzintervall (H _min , H _max ) zu­ lässiger Spalthöhen H _o herumgelegt. Die tat­ sächliche Maßabweichung H _nenn -H _o wird als h bezeichnet. Als Nenn-Spalthöhenänderung H _nenn wird die Summe aus der Spalthöhenänderung H plus der Maßabweichung h verstanden.

Bei einem Klemmrollenfreilauf ist der innere und der äußere Klemmwinkel gleich groß; des­ halb brauchen die beiden nicht voneinander unterschieden zu werden. Bei einem Klemmkörper­ freilauf ist immer der innere Klemmwinkel größer als der äußere. Das für die Drehmomentübertra­ gung unerwünschte Durchrutschen tritt deshalb eher am Innen- als am Außenring auf. Insoweit der Begriff "Klemmwinkelverlauf" im folgenden auf Klemmkörperfreiläufe bezogen ist, ist der Verlauf des inneren Klemmwinkels α _i über der Nennspalthöhenänderung Δ H _nenn gemeint.

Es ist bekannt, reibschlüssige Freiläufe mit einem konstanten Klemmwinkelverlauf auszustat­ ten. Solche Freiläufe haben den Vorteil, daß ihr Verhalten nicht von der Maßabweichung h beeinflußt wird. Außerdem kann für die Spalt­ höhe H _o ein großes Toleranzfeld zugelassen werden. Auch die Drehfederkennlinie wird nicht durch Maßabweichungen h spürbar verändert. Das Funktionsverhalten dieser Freiläufe kann also besonders leicht und sicher vorausberechnet werden. Allerdings wäre für das Einkuppeln ein kleiner Klemmwinkel α vorteilhaft, um einen kleinen Schlupf zu erreichen, und für die Über­ tragung großer Drehmomente ein großer Klemmwin­ kel, um keine unnötig großen Normalkräfte zu erzeugen. Nachteiligerweise muß für einen kon­ stanten Klemmwinkelverlauf ein Kompromiß zwischen diesen beiden Anforderungen beschritten werden.

Es ist auch bekannt, reibschlüssige Freiläufe mit einem steigenden Klemmwinkelverlauf auszu­ statten. Bei der Spalthöhenänderung Δ H gleich Null, bei der das Einkuppeln erfolgt, weisen sie einen kleinen Klemmwinkel α auf, was einen kleinen Schlupf ermöglicht, bei großer Spalt­ höhenänderung, die bei Übertragung großer Dreh­ momente auftritt, weisen sie einen großen Klemm­ winkel auf, wodurch unnötig große Normalkräfte vermieden werden. Im Vergleich zu Freiläufen mit konstantem Klemmwinkelverlauf weisen sie bei gleichem Bauvolumen einen geringeren Verschleiß über der Schalthäufigkeit auf und vermögen größe­ re Drehmomente zu übertragen. Sie haben aber den Nachteil, daß sie nur bei Einhaltung eines sehr kleinen Toleranzfeldes um die Nennspalthöhe über­ legen arbeiten; bei größeren Toleranzintervallen ist ein konstanter Klemmwinkelverlauf günstiger als ein kontinuierlich steigender. Für einen kon­ tinuierlich steigenden Klemmwinkelverlauf sollte das Spalthöhentoleranzintervall kleiner als ein Prozent der Nennspalthöhe sein.

Es stellt sich die Aufgabe, einen reibschlüssigen Freilauf mit einem solchen Klemmwinkelverlauf aus­ zustatten, daß die Nachteile der beiden beschrie­ benen Klemmwinkelverläufe vermieden und ihre Vor­ teile miteinander kombiniert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Verlaufes des Klemmwinkels α über der Nennspalthöhenänderung Δ H _nenn mindestens drei aneinander anschließende, charakteristische Bereiche zu unterscheiden sind und zwar ein Kuppel­ bereich, ein Sprungbereich und ein Lastbereich, daß der Klemmwinkelverlauf im Kuppelbereich klein und im wesentlichen konstant ist, daß der Klemmwinkel­ verlauf im Sprungbereich, der klein ist, mit sehr großer Steigung ansteigt, daß der Klemmwinkelver­ lauf im Lastbereich groß ist, und daß die radiale Steifigkeit des Freilaufes so klein ist, daß das höchstzulässige Drehmoment eine größere Spalthöhen­ änderung H als (H _max -H _min )a _K /α _L hervorruft. Bei in Nennabmessungen festgelegter Geometrie der Klemm­ bahnen auf den Ringen und der Klemmglieder (Klemm­ rollen oder Klemmkörper) ist die wichtigste, in der Hand des Konstrukteurs liegende Variable zur Ein­ stellung der radialen Steifigkeit die Wandstärke des Außenringes. Während im bisherigen Stand der Technik nur Mindestwandstärken für den Freilauf­ außenring angegeben wurden, so fordert die Erfin­ dung mit ihrem letzten technischen Merkmal auch eine Höchstwandstärke. Als Kriterium ist ange­ geben, daß die sich beim höchstzulässigen Dreh­ moment einstellende Spalthöhenänderung Δ H größer sein muß als die Differenz von Ober- und Unter­ grenze des Kuppelbereiches, also größer als das Toleranzintervall für die (unverspannt zu messen­ de) Spalthöhe H _o . Vom Verhältnis des Klemm­ winkels am Anfang des Lastbereiches α _L zu dem Klemmwinkel α _K im Kuppelbereich hängt ab, um wieviel die Spalthöhenänderung größer sein muß als das Toleranzintervall. Und zwar muß erfindungsgemäß die Spalthöhenänderung mindestens so groß sein wie das Toleranzintervall für die Spalthöhe mal dem Verhältnis des Klemmwinkels am Anfang des Lastbereiches zum Klemmwinkel des Kuppelbereiches. Die Berechnung der tatsächlichen Grenzwandstärke für den jeweiligen Anwendungsfall ist mit dem er­ findungsgemäßen Kriterium mittels gängiger Rechen­ programme jedem Fachmann möglich. Durch Einführung dieser Steifigkeitsobergrenze wird ausgeschlossen, daß im Kuppelbereich, insbesondere an dessen Ober­ grenze, schon so große Drehmomente erreicht werden, die erst mit den größeren Klemmwinkeln des Last­ bereiches zu hinreichend kleinen Normalkräften und Flächenpressungen führen würden. Hierdurch wird die funktionale Trennung zwischen einem Kuppelbe­ reich, der zugunsten eines kleinen Schaltschlupfes kleine Klemmwinkel aufweist und einem Lastbe­ reich, der zugunsten großer übertragbarer Dreh­ momente große Klemmwinkel aufweist, möglich.

Für einen erfindungsgemäßen Freilauf kann eine wesentlich höhere Spalthöhentoleranz zugelassen werden als für einen Freilauf mit kontinuier­ lich steigendem Klemmwinkel über der Spalthöhen­ änderung. Allerdings sollte auch keine so große Spalthöhentoleranz ermöglicht werden, daß unrea­ listisch dünne Außenringe gefordert werden müß­ ten. Schließlich muß eine hinreichende Festig­ keit und Drehfedersteifigkeit gewahrt bleiben. Es empfiehlt sich, daß sich der Kuppelbereich über ein Spalthöhenintervall erstreckt, dessen Unter- und Obergrenze eine Differenz zwischen 1,7 und 2,0% der Nennspalthöhe H _nenn bilden.

Für Anwendungen im allgemeinen Maschinenbau em­ pfiehlt sich für den Kuppelbereich ein Klemm­ winkel zwischen 2,9° und 3,4°. Für sehr große Schalthäufigkeiten können Kuppelklemmwinkel bis herunter zu 2° sinnvoll sein, für sehr ge­ ringe Schalthäufigkeiten bis herauf zu 3,7°.

Selbst bei einem häufig schaltenden Freilauf sollte der Klemmwinkel am Anfang des Lastbe­ reiches nicht unter 4,3° liegen. Es würden sonst unnötig große Normalspannungen mit der Gefahr des Durchstoßens des Schmierfilmes ent­ stehen. Um die nötige Durchrutschsicherheit zu gewährleisten sollte der Klemmwinkel am Anfang des Lastbereiches nicht über 4,9° liegen. Bei einem Klemmkörperfreilauf, der im allgemeinen genauer gefertigt wird als ein Klemmrollenfrei­ lauf, können an dieser Stelle auch 5,2° zuge­ lassen werden.

Es empfiehlt sich, daß der Klemmwinkel im Last­ bereich leicht ansteigt. Dadurch wird eine pro­ gressive Drehfederkennlinie erreicht, die weni­ ger resonanzanfällig ist als eine konstante Ver­ drehsteifigkeit. Vorteilhafterweise hat ein er­ findungsgemäßer Freilauf an der Obergrenze seines Lastbereiches einen Klemmwinkel zwischen 4,8 und 5,8°.

Um befriedigende Drehmomente übertragen zu kön­ nen, wird empfohlen, daß sich der Lastbereich über ein Spalthöhenintervall (=Spalthöhenände­ rungsintervall) erstreckt, dessen Unter- und Obergrenze eine Differenz von etwa 3%, min­ destens 2,5% der Nennspalthöhe H _nenn bilden.

Das auffälligste Merkmal erfindungsgemäßer Frei­ läufe ist der Sprungbereich im Klemmwinkelver­ lauf. Er sollte nur eine Erstreckung von 0,25% bis 0,35% der Nennspalthöhe, höchstens 0,5% haben. Würde eine größere Erstreckung gewählt, bliebe für die wichtigsten Funktionsbereiche, nämlich den Kuppel- und den Lastbereich, zu wenig Bauraum und eine zu geringe Erstreckung. Um mit der Erfindung signifikante Vorteile zu erreichen, erhöht sich der Klemmwinkel im Sprung­ bereich vorzugsweise um mindestens 0,9°. Der Klemmwinkelverlauf zeigt also im Sprungbereich eine ungewöhnlich hohe Steigung. Gleichwohl soll er aber stetig von seinem Wert an der Untergrenze zu seinem Wert an seiner Obergrenze steigen, denn im Falle einer Unstetigkeit könnte am Anfang des Lastbereiches nur mit dem Gleit­ reibungsbeiwert und nicht mit dem Haftbeireibungs­ beiwert gerechnet werden.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf Klemmkörperfreiläufe erweist sich die maßhaltige Klemmkörperfertigung insbesondere im Sprung­ bereich als entscheidend. Um nicht mit hohem Kostenaufwand die Klemmkörper auf Maß schleifen zu müssen, soll das bekannte Verfahren angewandt werden, bei dem von einem gezogenen und gehärte­ ten oder vergüteten Stahlprofil Roh-Klemmkörper abgetrennt werden, die anschließend mindestens eine Verfahrensstufe zum Oberflächen-finishing durchlaufen. Als Finishing ist das Scheuern der Roh-Klemmkörper zusammen mit Sand in einer Scheu­ ertrommel das gebräuchlichste Verfahren. Durch Wahl der Sandqualität, der Trommelgeschwindig­ keit und der Scheuerdauer wird der Abrieb in reproduzierbarer Weise eingestellt. Problema­ tischerweise werden die Klemmkörper aber nicht an allen Stellen gleichmäßig stark abgerieben. Um trotz dieses Problemes eine gute Maßhaltigkeit zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß das als Zwischenprodukt eingesetzte Stahlprofil einen in der Weise "übertriebenen" Klemmwinkelverlauf aufweist, daß der Klemmwinkel am Ende des Kuppel­ bereiches abfällt, im Sprungbereich extrem steil oder unstetig ansteigt bis auf einen größeren Klemmwinkel als für die gefinishten Klemmkörper am Anfang des Lastbereiches vorgesehen, am An­ fang des Lastbereiches abfällt, und daß diese Übertreibung in der Umgebung des Sprungbereiches so auf den Finish-Prozeß abgestimmt ist, daß nach dem Finish der Klemmwinkelverlauf am Ende des Kuppel- und Anfang des Lastbereiches nicht mehr abfällt, daß also kurzum ein hauptanspruchs­ gemäßer Klemmwinkelverlauf erreicht ist. Je nach Gestaltung des Klemmkörperprofiles am Anfang und Ende der Klemmconturen empfiehlt sich auch dort je eine analoge Übertreibung; bei nicht zu kleinen Begrenzungsradien der Klemmconturen reichen dort kleinere Übertreibungen aus.

Wenn es gilt, besonders billige, reibschlüssige Freiläufe zu produzieren, müssen naturgemäß größere Abweichungen von der hauptanspruchsge­ mäßen Ausbildung hingenommen werden. Die Vor­ teile der Erfindung können aber auch dann noch - wenn auch in verringertem Ausmaß - nutzbar ge­ macht werden. Es empfiehlt sich, daß die Funk­ tion des Klemmwinkels einen Wendepunkt auf­ weist, der - gemessen von der kleinstzulässigen Spalthöhe H _min aus - bei einer um 1% bis 3% der Nennspalthöhe H _nenn größeren Spalthöhe liegt.

Wie an sich im Stand der Technik bekannt, so hat es auch bei erfindungsgemäßen Freiläufen Vorteile, wenn an den Lastbereich noch ein Überlastbereich anschließt, in dem der Klemmwinkelverlauf auf so große Werte ansteigt, daß der Tangens des Klemm­ winkels größer als der Reibungsbeiwert _o ist. Dadurch wird zwar nicht die Zerstörung des Frei­ laufes bei starker Überlastung vermieden wohl aber das sehr schädliche Überschnappen der Klemm­ körper, das die Demontage des beschädigten Frei­ laufes außerordentlich erschwert. Infolge des Überlastbereiches würden die Klemmkörper vor dem Überschnappen durchrutschen. Allerdings verlangt der Überlastbereich einen gewissen Bauraum, weshalb nicht ganz so viele Klemmkör­ per bei gegebener Baugröße untergebracht werden können wie bei Verzicht auf einen Überlastbe­ reich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Klemmwinkelverlauf α(Δ H _nenn ),

Fig. 2 die Klemmconturen aus einem Klemmkörper­ profil für erfindungsgemäße Freiläufe und

Fig. 3 die Klemmrampe für einen erfindungsge­ mäßen Klemmrollenfreilauf.

Die Fig. 1 zeigt den Klemmwinkelverlauf 1 eines erfindungsgemäßen Freilaufes. Auf der senkrech­ ten Achse ist der Klemmwinkel in Grad aufgetra­ gen, auf der waagerechten Achse die Nennspalt­ höhenänderung H _nenn als Vielfaches der Nenn­ spalthöhe H _nenn . Der Klemmwinkelverlauf 1 ist in den Kuppelbereich 2, den Sprungbereich 3, den Lastbereich 4 und den Überlastbereich 5 gegliedert. In seiner qualitativen Ausprä­ gung, die sich am deutlichsten in dem Sprung­ bereich 3 ausdrückt, ist der Klemmwinkelverlauf 1 gleichermaßen für Klemmrollenfreiläufe wie für Klemmkörperfreiläufe geeignet. Die quanti­ tativen Angaben der waagerechten Achse beziehen sich auf Klemmkörperfreiläufe; für Klemmrollenfrei­ läufe werden Bereiche kleinerer Erstreckung bevorzugt, um eine befriedigende Bestückung, das heißt eine ausreichende hohe Anzahl auf dem Umfang verteilter Klemmrollen, zu erreichen.

Der Kuppelbereich 2 hat die Untergrenze 7 und die Obergrenze 8. Er hat eine Erstreckung von 2% der Nennspalthöhe H _nenn . Dadurch wird eine große Spalthöhentoleranz ermöglicht. Unabhängig von der tatsächlichen Lage der Spalthöhe inner­ halb dieses Toleranzintervalles zeigt sich das gleiche Kuppelverhalten, weil der Klemmwinkel im Kuppelbereich konstant ist. Er beträgt in diesem Beispiel 3°.

An den Kuppelbereich 2 schließt sich mit stei­ gender Nennspalthöhenänderung der Sprungbereich 3 an, der sich bis zur Grenze 9 erstreckt. Er ist gekennzeichnet durch seine starke Klemmwinkelver­ laufssteigung sowie einem Wendepunkt 13 im Klemmwin­ kelverlauf 1. In diesem Ausführungsbeispiel steigt der Klemmwinkel im Sprungbereich bis auf 4,7°.

An den Sprungbereich 3 schließt sich der Lastbe­ reich 4 an, der sich bis zur Grenze 10 erstreckt. Der für diesen Bereich typische, flache Klemm­ winkelverlauf 1 reicht um das Maß 6 über die Be­ reichsgrenze 10 hinaus. Das Maß 6 muß mindestens so lang sein wie die in Umfangsrichtung liegende Halbachse der Hertzschen Flächenpressungszonen zwischen den Ringen und Klemmgliedern beim höchst­ zulässigen Drehmoment.

Es mag dahingestellt bleiben, ob es zweckmäßiger wäre nur den Bereich zwischen den Grenzen 12 und 11 als Überlastbereich zu bezeichnen; in diesem Text ist der Bereich 6 zum Überlastbereich 5 ge­ zählt obwohl der charakteristische Klemmwinkel­ anstieg, der den Freilauf bei Überlastung durch­ rutschen läßt, erst an der Grenze 12 beginnt. Jenseits der Grenze 11 ist keine klemmende Be­ rührung möglich.

Die große Erstreckung des Lastbereiches 4 erlaubt einen relativ weichen Außenring und ermöglicht die große Erstreckung des Kuppelbereiches 2. Die­ se Elastizitätsbedingungen sind insbesondere dann gegeben, wenn für den Freilauf nur eine geringe radiale Bauhöhe zur Verfügung steht und dement­ sprechend mit geringer Außenringwandstärke und geringer Nennspalthöhe gearbeitet wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Klemmwinkelverlauf 1 ist als Sollvorgabe für die Fertigung aufzufassen; infolge unvermeidlicher Oberflächenfehler wird jeder gemessene Klemmwinkelverlauf an gefertig­ ten, erfindungsgemäßen Freiläufen tatsächlich deutliche Abweichungen von der Sollvorgabe zei­ gen. Bei üblicher Fertigungsqualität ist mit - im statistischen Sinne zufälligen - Abweichun­ gen in der Bandbreite von +/-0,4° zu rechnen. Trotz dieser relativ großen, hinzunehmenden Tole­ ranzen, die in die Größenordnung des charakte­ ristischen Klemmwinkelsprunges reichen und damit unter Umständen die Identifizierung des Sprungbe­ reiches 3 erschwert, stellen sich die beschrie­ benen Vorteile der Erfindung ein, weil sich diese zufälligen Abweichungen über eine große Anzahl betrachtet - und ein Freilauf enthält eine Vielzahl von Klemmgliedern - in erhebli­ chem Maße egalisieren.

Je nach dem Fertigungsverfahren können aber auch systematische Abweichungen zwischen ge­ messenem Klemmwinkelverlauf und der Sollvor­ gabe auftreten. Zu diesen Fertigungsverfahren, die zusätzliche, systematische Abweichungen her­ vorrufen, gehören alle Verfahren, die Stufen enthalten, in denen ein nicht geführtes Werk­ zeug eingesetzt wird. Hierzu gehört das Läppen, Sandstrahlen, Scheuern mit Sand in einer rotie­ renden Trommel und ähnliches. Um nicht nur eine verschlechterte Ausführung der Erfindung zu er­ halten, empfiehlt es sich, die systematische, egalisierende Wirkung dieser Finishing-Verfahren dadurch zu kompensie­ ren, daß in den vorangehenden Verfahrensstufen eine solche Sollkontur für die Klemmkörper bzw. Klemmrampen vorgegeben wird, die an den Stellen vergrößerten Abtrages während der letzten Stufe mehr Material anbietet, bzw. an den Stellen ver­ ringerten Abtrages weniger Material. Die Soll­ kontur für die vorangehenden Verfahrensstufen zeigt einen anderen Klemmwinkelverlauf, der am anschaulichsten mit "übertrieben" bezeich­ net werden kann. Bei Einsatz nicht geführter Werkzeuge ist eine solche Übertreibung zumindest im Sprungbereich und dessen Umgebung, wie in der Fig. 1 mit der gestrichelten Kurve 13 angedeutet, vorteilhaft, unter Umständen auch am Anfang des Kuppelbereiches und am Ende des Lastbereiches.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Teil eines er­ findungsgemäßen Klemmkörper-Freilaufes. Zwischen der äußeren Klemmbahn 22 und der inneren Klemmbahn 23, die beide den Mittelpunkt M haben und die Radien­ differenz H _o aufweisen ist ein Klemmkörper 30 ge­ zeigt. Der Übersichtlichkeit halber sind die anderen Klemmkörper, der Käfig und die Andrückfedern nicht dargestellt. Es ist eine Konstellation dargestellt, in der H _o etwa mittig in dem Toleranzintervall um H _nenn liegt und noch kein Drehmoment übertragen wird. Deshalb liegt sowohl der äußere Berührpunkt 14 etwa mittig im Kuppelbereich 24 der äußeren Klemmkontur als auch der innere Berührpunkt 15 etwa mittig im Kuppelbereich 27 der inneren Klemmkontur. Durch die beiden Berührpunkte 14 und 15 ist die Wirkungs­ linie 31 bestimmt. Der Winkel zwischen der Wir­ kungslinie 31 und der inneren Berührnormalen 32 ist der inndere Klemmwinkel α _i , der Winkel zwischen der Wirkungslinie 31 und der äußeren Berührnorma­ len 33 der äußere Klemmwinkel α _a .

Der Querschnitt durch einen Klemmkörper zeigt das Klemmprofil, dessen wichtigste Bestandteile für diese Erfindung die innere und die äußere Klemm­ kontur sind. Die äußere Klemmkontur besteht aus dem äußeren Kuppelsektor 24, dem äußeren Sprung­ sektor 25 und dem äußeren Lastsektor 26, die inne­ re Klemmkontur aus dem inneren Kuppelsektor 27, dem inneren Sprungsektor 28 und dem inneren Last­ sektor 29. Auf einen Überlastbereich wurde hier verzichtet. Zwecks vereinfachter Darstellung der Krümmungsverhältnisse ist die Krümmung innerhalb der sechs Sektoren jeweils konstant.

Der äußere Kuppelsektor 24 hat den Krümmungsmittel­ punkt 16, der äußere Sprungsektor 25 den Krümmungs­ mittelpunkt 17 und der äußere Lastsektor 26 den Krümmungsmittelpunkt 18. Der innere Kuppelbereich 27 hat den Krümmungsmittelpunkt 19, der innere Sprungsektor 28 ist nicht gekrümmt, was gleichbe­ deutend damit ist, daß sein Krümmungsmittelpunkt 20 unendlich weit weg liegt auf der durch einen Pfeil angedeuteten Geraden, der innere Lastbereich 29 hat den Krümmungsmittelpunkt 21. Die Summe der Krümmungsradien der Kuppelsektoren entspricht der Nennspalthöhe, wodurch mit völlig ausreichender Näherung die Klemmwinkelkonstanz in diesem Bereich erreicht wird. Im Lastbereich ist die Summe beider Krümmungsradien etwas größer, wodurch ein sanfter Klemmwinkelanstieg im Lastbereich bewirkt wird. Durch diese Maßnahme kann der Freilauf zwar kein größeres, maximal übertragbares Drehmoment garan­ tieren, aber das Drehschwingungsverhalten ist günstiger.

Der Bogen jedes Lastsektors ist soviel über die Sektorobergrenze hinausgezeichnet, wie in der Er­ läuterung zu Fig. 1 bezüglich des Maßes 6 erklärt. Die übrigen Bereiche des Klemmprofils werden ent­ sprechend dem Käfig, dem Federmechanismus und der erwünschten Schwerpunktlage des Klemmkörpers ge­ staltet. Als besonders vorteilhaft erweist sich im allgemeinen Maschinenbau, den Schwerpunkt mög­ lichst genau in den Krümmungsmittelpunkt 16 zu legen. Im Rahmen unvermeidbarer Fertigungstole­ ranzen sollte der Schwerpunkt gegenüber dem Krüm­ mungsmittelpunkt 16 allenfalls in Umfangsrichtung nach rechts, nicht nach links verschoben sein, wo­ durch Fliehkraftandrückung erzielt wird.

Die Fig. 2a zeigt in vergrößerter schematischer Darstellung die innere Klemmkontur in der Umge­ bung des Sprungsektors. Die gestrichelte Linie 34 deutet qualitativ an, in welcher Weise die Soll­ kontur für die vor einer Finish-Verfahrensstufe liegenden Verfahrensschritte übertrieben sein sollte. Bei der üblichen Verfahrensabfolge wäre das (Linie 34) das Profil des letzten Zieh­ steines.

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfin­ dungsgemäßen Klemmrollenfreilauf. Dargestellt ist die äußere Klemmbahn 35, eine Klemmrolle 36 und vom Innenring eine Klemmrampe. Die übrige Gestal­ tung des Innenringes (auch Innenstern genannt), die Klemmrollenanfederung und ein eventueller Käfig sind nicht dargestellt, da sie von dieser Erfindung nicht berührt werden.

Die Klemmrampe besteht aus einem Kuppelsektor 37, einem Sprungsektor 38 und einem Lastsektor 39. Der Einfachheit halber ist innerhalb aller Sek­ toren die Krümmung jeweils konstant. Zumindest solange die Ringe wesentlich größer als die Klemm­ rollen sind ist die damit im Kuppelsektor 37 er­ reichte Klemmwinkelkonstanz völlig ausreichend. Der Kuppelsektor 37 hat den Krümmungsmittelpunkt 40, der Sprungsektor 38 den Krümmungsmittelpunkt 41 und der Lastsektor 39 den Krümmungsmittel­ punkt 42. Wenn die Krümmung im Kuppel- (37) und Lastsektor (39) als positiv bezeichnet wird, muß für eine erfindungsgemäße Ausbildung die Krümmung im Sprungbereich 38 zumindest erheblich kleiner sein als in den beiden anderen Sektoren. Vor­ zugsweise ist sie - wie in diesem Beispiel darge­ stellt - negativ. Der Krümmungsradius des Sprung­ sektors ist größer als der Radius der Klemmrolle 36.

Die für einen gegebenen Anwendungsfall oder ein Spektrum von Anwendungsfällen günstigste Bemessung erfindungsgemäßer Freiläufe wird vorteilhafterweise mit Einsatz von Rechenprogrammen festgelegt. Die Bandbreite zulässiger Außenringwandstärken ist umso größer, desto größer die Erstreckung des Lastbereiches im Verhältnis zur Erstreckung des Kuppelbereiches ist. Dabei kann die Außenringver­ formung am genauesten mittels üblicher Finite- Elemente-Programme berechnet werden. Entscheidend für die erfolgreiche Kombination guten Kuppelver­ haltens, großer Spalthöhentoleranz und hoher Dreh­ moment-Belastbarkeit ist nur, daß innerhalb des Verlaufes des Klemmwinkels α über der Nennspalt­ höhenänderung Δ H _nenn mindestens drei aneinander anschließende, charakteristische Bereiche zu unter­ scheiden sind und zwar der Kupplungsbereich, der Sprung­ bereich und der Lastbereich, daß der Klemmwinkel­ verlauf im Kuppelbereich klein und im wesentlichen konstant ist, daß der Klemmwinkelverlauf im klei­ nen Sprungbereich mit sehr großer Steigung ansteigt, daß der Klemmwinkelverlauf im Lastbereich groß ist, und daß die radiale Steifigkeit so klein ist, daß das höchstzulässige Drehmoment eine größere Spalt­ höhenänderung Δ H als (H _max -H _min )α _L /α _K hervorruft.

Claims (12)

1. Reibschlüssiger Freilauf der Nennspalthöhe H _nenn , dessen Klemmwinkel α über der Nennspalthöhenän­ derung Δ H _nenn eine im wesentlichen ansteigende Funktion beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Verlaufes (1) des Klemmwinkels a über der Nennspalthöhenänderung Δ H _nenn mindestens drei aneinander anschließende, charakteristische Bereiche (2, 3, 4) zu unterscheiden sind und zwar ein Kuppelbereich (2), ein Sprungbereich (3) und ein Lastbereich (4), daß der Klemmwinkelverlauf (1) im Kuppelbereich (2) klein und im wesentlichen konstant ist, daß der Klemmwinkelverlauf (1) im kleinen Sprungbereich (3) mit sehr großer Stei­ gung ansteigt, daß der Klemmwinkelverlauf (1) im Lastbereich (4) groß ist, und daß die radiale Steifigkeit des Freilaufes so klein ist, daß das höchstzulässige Drehmoment eine größere Spalt­ höhenänderung Δ H als (H _max -H _min ) _L / _K hervorruft.

2. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise an den Lastbe­ reich (4) ein Überlastbereich (5) anschließt, in dem der Klemmwinkelverlauf (1) auf so große Werte steigt, daß der Tangens des Klemmwinkels α größer als der Reibungsbeiwert m _o ist.

3. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen konstante Klemmwinkel des Kuppelbereiches (2) zwischen 2° und 3,7° liegt.

4. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kuppelbereich (2) über ein Spalt­ höhenintervall erstreckt, dessen Unter- (7) und Obergrenze (8) eine Differenz zwischen 1,7 und 2,0% der Nennspalthöhe H _nenn bilden.

5. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastbereich (4) an seiner Untergrenze (9) einen Klemmwinkel α zwischen 4,3° und 4,9° auf­ weist.

6. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastbereich (4) an seiner Obergrenze (10) einen Klemmwinkel α zwischen 4,8° und 5,8° auf­ weist.

7. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Lastbereich (4) über ein Spalt­ höhenintervall erstreckt, dessen Unter- (9) und Obergrenze (10) eine Differenz von mindestens 2,5% der Nennspalthöhe H _nenn bilden.

8. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Klemmwinkel α im Sprungbereich (3) um mindestens 0,9° erhöht.

9. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sprungbereich (3) über ein Spalt­ höhenintervall erstreckt, dessen Unter- (8) und Obergrenze (9) eine Differenz von höchstens 0,5% der Nennspalthöhe H _nenn bilden, vorzugs­ weise zwischen 0,25 und 0,35%.

10. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmwinkel α im Sprungbereich (3) zwar steil aber stetig von seinem Wert an der Unter­ grenze (8) zu seinem Wert an der Obergrenze (9) steigt.

11. Verfahren zur Herstellung eines Klemmkörper- Freilaufes nach Anspruch 1, bei dem von einem gezogenen und gehärteten oder vergüteten Stahl­ profil Roh-Klemmkörper abgetrennt werden, die anschließend mindestens eine Verfahrensstufe zum Oberflächen-finishing durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlprofil einen in der Weise übertriebenen Klemmwinkelverlauf auf­ weist, daß der Klemmwinkel am Ende des Kuppel­ bereiches abfällt, im Sprungbereich extrem steil oder unstetig ansteigt bis auf einen größeren Klemmwinkel als für die gefinishten Klemmkörper am Anfang des Lastbereiches vorgesehen, am An­ fang des Lastbereiches abfällt, und daß diese Übertreibung in der Umgebung des Sprungberei­ ches so auf den Finish-Prozeß abgestimmt ist, daß nach dem Finish der Klemmwinkelverlauf am Ende des Kuppel- und Anfang des Lastbereiches nicht mehr abfällt.

12. Reibschlüssiger Freilauf der Nennspalthöhe H _nenn , dessen Klemmwinkel α über der Nenn­ spalthöhenänderung Δ H _nenn eine im wesentli­ chen ansteigende Funktion beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion (1) des Klemmwinkels α einen Wendepunkt (13) aufweist, der - gemessen von der kleinstzulässigen Spalthöhe H _min aus - bei einer um 1 bis 3% der Nennspalt­ höhe H _nenn größeren Spalthöhe liegt.