WO2018059620A1 - Hülsenfreilauf mit drehmomentbegrenzung für zweiradstarteranwendungen - Google Patents

Hülsenfreilauf mit drehmomentbegrenzung für zweiradstarteranwendungen Download PDF

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Alexander Reimchen
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Definitions

  • the invention relates to a clamping freewheel, in particular a clamping roller freewheel, with a ring element, in particular an inner ring or an outer ring, with at least one clamping ramp for clamping a clamping element, and with a clamping element per clamping ramp, which rests against the at least one clamping ramp.
  • a freewheel or a clamping freewheel is a directional clutch and usually has an inner, an outer ring and a cage with pinch rollers and springs.
  • the clamping freewheel is capable of decoupling a part of a drive train from a rotational movement in the event of changing load conditions.
  • Freewheels are commonly used as backstops or overrunning clutches.
  • the clamping angle is chosen so that it is smaller than or equal to the Custangens the Gleitreibungsiere ⁇ of the two mutually rubbing materials. If the clamping angle is chosen to be greater than the arctangent of ⁇ , the freewheel slips and can not transmit any forces.
  • a starter freewheel is used for example in internal combustion engines for motorcycles with electric starters.
  • a starter pinion is driven by means of an electric motor, which is equipped with a freewheel.
  • the starter pinion is regularly connected to the inner ring of the freewheel, whereas the outer ring is usually attached to the alternator.
  • the freewheel transmits forces via the outer ring on the alternator until the internal combustion engine ignites. As soon as the engine ignites, the crankshaft, which with the Alternator is accelerated to a higher speed compared to starting the engine.
  • the freewheel now decouples the running engine or its crankshaft from the electric starter so that the started engine does not damage or destroy the starter at too high a speed.
  • a clamping freewheel in particular a clamping roller freewheel, comprises a ring element, in particular an inner ring or an outer ring, with at least one clamping ramp or a clamping profile for clamping a clamping element.
  • the clamping freewheel further comprises a clamping element or a clamping roller per clamping ramp, which bears against the at least one clamping ramp.
  • the at least one clamping ramp has at least one first and one second subregion, wherein preferably the second subregion is designed as a force transmission region such that a relative movement between clamping element and ring element can be prevented.
  • the clamping freewheel can transmit a force or a torque from an inner ring to an outer ring or vice versa.
  • the first subregion is designed as an overload region in such a way that a relative movement between clamping element and ring element is achieved. can be guaranteed. As a result, a force transmission from the first ring element to the at least one clamping element can be prevented.
  • the clamping elements move from the force transmission region to the overload region during a rapid or sudden introduction of high torque into the clamping freewheel.
  • This overload region preferably prevents the entire freewheel or clamping freewheel from being damaged. Because too high forces are introduced into a freewheel, the clamping elements are so jerky and quickly pressed into the clamping profile or against the clamping ramps that they are knocked out, which in turn can lead to a total failure of the freewheel.
  • the first subregion follows the second subregion, so that preferably in the case of an overload the clamping element moves from the second subregion to the first subregion.
  • the transmission of force between the first partial region, the at least one clamping ramp or between the annular element and the clamping element can be interrupted. With the help of this interruption, the freewheel can be protected from an overload that can destroy the freewheel.
  • the at least one clamping ramp extends in the circumferential direction.
  • the ring elements are generally rotationally symmetrical, they extend in a radial direction and in an axial direction, wherein the ring elements preferably in the direction of its circumference, the at least one clamping ramp and the associated clamping elements.
  • the first portion allows a relative movement between the clamping element and ring element. In this way, no forces or moments are transferable that can damage the freewheel.
  • the first portion allows a relative movement between the clamping element and ring element, preferably by at the contact point between clamping element and clamping ramp of the tangent of the angle formed between a force to be transmitted and a arranged on the contact point normal of the first subregion, greater than or equal to the coefficient of friction the materials of the friction pair ring element and clamping element is.
  • the first portion of the clamping ramp the known relationship tana> implemented, whereby a clamping between the clamping ramp and ring element is released or whereby a clamping element slips on the clamping ramp. This in turn means that the freewheel limits the torque / force introduced on the ring element and thus realizes an overload protection.
  • the second portion prevents a relative movement between the clamping element and the ring element.
  • the second portion prevents a relative movement between the clamping element and ring element, preferably by at the contact point between clamping element and clamping ramp of the tangent of the angle formed between a force to be transmitted and arranged on the contact point normal of the second portion, smaller than the coefficient of friction of the materials of the friction pair ring element and clamping element.
  • the second portion of the clamping ramp converts the known relationship tana ⁇ , whereby a clamping between clamping ramp and ring element is realized or whereby a clamping element is clamped to the clamping ramp.
  • the freewheel transmits the torque / force introduced to the ring element.
  • the angle for the first subarea is greater than 15 degrees, wherein preferably the angle in the second subarea is 3 to 4.5 degrees. Named angle ranges realize a slide with tana> or a clamp with tana ⁇ . In other words, with an angle greater than 15 degrees in a simple way a slippage between the clamping element and clamping ramp or ring element can be realized, whereas at an angle between 3 to 4.5 degrees clamping of clamping element and clamping ramp or ring element is guaranteed.
  • the ring element is made of a metal sheet.
  • a simple and inexpensive but also material-saving production is possible.
  • the ring element is thin-walled. This can save material and thus costs. Furthermore, it is expedient for the ring element to be so thin-walled that the hollow-cylindrical ring element has a wall thickness outside a clamping ramp which is a fraction of the thickness of a clamping element, preferably less than 0.5 times the thickness of the clamping element, preferably less than 0 , 3 times the thickness of a clamping element. It is favorable if the wall thickness at the thickest or thinnest position of the first ring element in the circumferential direction comprises a fraction of the thickness of a clamping element. This relationship creates a particularly simple and material-saving production possibility.
  • a second aspect of the present invention comprises a freewheel assembly with a clamping freewheel, a first ring element, in particular in the form of an inner ring or outer ring, with at least one clamping ramp for clamping a clamping element, and with a second ring element, in particular an outer ring or an inner ring.
  • the first ring element comprises a clamping element per clamping ramp, which bears against the at least one clamping ramp.
  • the at least one clamping ramp has at least a first and a second subregion.
  • the first portion is designed as an overload region such that the clamping element moves relative to the at least one clamping ramp, whereby a force transmission from the first ring element via the clamping element to the second ring element can be prevented.
  • a power transmission from the first ring element to the at least one clamping element or vice versa can be prevented.
  • This Overload area preferably prevents the freewheel or clamping freewheel is damaged. Because too high forces are introduced into a freewheel, the clamping elements are so jerky and quickly pressed into the clamping profile or against the clamping ramps that they are knocked out, which in turn can lead to a total failure of the freewheel.
  • the second subregion is designed as a force transmission region such that the at least one clamping ramp and the clamping element clamp.
  • clamping ramp and clamping element meet the
  • the first subregion is designed as an overload region in such a way that the at least one clamping ramp and the clamping element slip.
  • clamping ramp and clamping element meet the sliding condition tana>, whereby a force transmission from the first ring element via the clamping element to the second ring element can be prevented.
  • first ring element and the second ring element are arranged concentrically with one another.
  • the clamping element bears against the at least one clamping ramp of the first ring element and against a surface of the second ring element.
  • the clamping element connects the first and second ring element directly to each other, whereby forces from the first ring element to the second or vice versa are transferable.
  • the at least one clamping ramp is spatially oriented in the first ring element such that along its course in the direction of rotation of the first ring element, in which a force from the first ring element to the second ring element is transferable, the distance between the at least one clamping ramp of the first ring element and the Surface of the second ring element, in particular continuously, increased.
  • the distance is preferably a distance extending in extension through a center of rotation of the first and / or second ring element.
  • the distance is understood to mean the shortest distance between the first and second ring element or between the clamping ramp and the ring element.
  • the surface of the first portion of the at least one clamping ramp of the first ring element with an tangent at the contact point between the clamping element and the surface of the second ring element includes an angle greater than 30 degrees.
  • the surface of the second portion of the at least one clamping ramp of the first ring element subtends an angle between 6 and 9 degrees with a tangent at the contact point between the clamping element and the surface of the second ring element.
  • Named angle ranges realize a slide with tana> or a clamp with tana ⁇ . In other words, with an angle greater than 30 degrees in a simple manner slipping between clamping element and clamping ramp or between
  • Clamping element and ring element can be realized, whereas at an angle between 3 to 4.5 degrees clamping of clamping element and clamping ramp or of clamping element and ring element is guaranteed.
  • first ring element forms an outer ring and the second ring element forms an inner ring.
  • first ring element forms an inner ring and the second ring element forms an outer ring.
  • the torque capacity is a multiple of the nominal load.
  • the reason for overdimensioning is a "worst case” scenario, which can arise due to “misfiring", in which a large torque or force is quickly introduced into the freewheel. In case of insufficient stability of the freewheel or the surrounding area, there will be an immediate total failure of the starter.
  • Pinch roller freewheels are usually equipped with a clamp ramp / ramp
  • the known formula tana ⁇ is preferably used.
  • normal forces act on and widen the outer ring / housing of the freewheel.
  • the pinch rollers conveniently move further along the ramp geometry or the clamping ramp.
  • an inventive freewheel on a further significantly steeper ramp section in which there is a shift in the contact points between pinch rollers or clamping elements and outer ring or ring element when reaching a predetermined torque, whereby the clamping operation gets out of balance.
  • the clamping elements slip in the further ramp section, whereby the torque / load to be transmitted is limited.
  • the clamping ramps of a freewheel should be equipped at a specific position with a second, much steeper section. This should ideally lead to the clamping operation tana ⁇ is no longer satisfied and start the clamping rollers or clamping elements on the clamping ramps or on the ring element to slip.
  • Figure 1 is a sectional view of a clamp freewheel according to the invention or on a freewheel assembly according to the invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged sectional view of a clamping element of the clamping freewheel according to the invention from FIG. 1 in a first state
  • FIG. FIG. 3 shows an enlarged sectional view of a clamping element of the clamping freewheel according to the invention from FIG. 1 in a second state
  • FIG. 2 shows an enlarged sectional view of a clamping element of the clamping freewheel according to the invention from FIG. 1 in a first state
  • FIG. 3 shows an enlarged sectional view of a clamping element of the clamping freewheel according to the invention from FIG. 1 in a second state
  • FIG. 4 shows a further enlarged sectional view of a clamping element of the clamping freewheel according to the invention from FIG. 1 in the first state;
  • Fig. 5 is an enlarged sectional view of the inventive clamping freewheel of Fig. 1 without a clamping element.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a clamping freewheel 1 according to the invention or of a freewheel assembly 10 according to the invention.
  • the freewheel assembly 10 has a clamping freewheel 1 with a first ring element 2, which comprises a plurality of clamping ramps 3 and a plurality of clamping elements 4, each clamping ramp 3 each serving to clamp a clamping element 4.
  • the first ring element 2 is formed as an outer ring.
  • the first ring element 2 is pressed into an outer ring element 22 for the positive and non-positive connection. In this way, the first ring element 2 can be made thin-walled and used in various configurations within an outer ring element 22.
  • the configuration of the first ring element 2 from a metal sheet is suitable.
  • the ring member 2 is formed so thin-walled, that the hollow cylindrical ring member 2 has a wall thickness H outside the clamping ramp 3 and at the thickest position of the first ring member 2 in the circumferential direction U, which comprises a fraction of the thickness of a clamping element 4.
  • the wall thickness H is less than 0.3 times the thickness of a clamping element 4.
  • the freewheel assembly 10 includes a second ring member 1 1, which is formed in the present embodiment as an inner ring.
  • the first ring element 2 or the outer ring has - as already indicated - a clamping element 4 per clamping ramp 3, wherein the clamping element 4 rests against the respective clamping ramp 3 or contacts the clamping element 4, the clamping ramp.
  • each illustrated clamping element 4 abuts on the associated clamping ramp 3 of the first ring element 2 and on a surface O of the second ring element 1 1.
  • a force from the first ring member 2 can be transmitted to the second ring member 1 1 via the clamping element 4 or vice versa.
  • each clamping ramp 3 has at least a first 5 and a second partial region 6.
  • the first ring element which rotates in the direction of rotation D, transmits a force to the second ring element 1 1 via the clamping elements 4.
  • the clamping elements 4 travel along the ramp geometry of the clamping ramps 3, which are formed tapering.
  • the clamping elements clamp between the clamping ramps 3 or the first ring element 2 and the second ring element 11.
  • the clamping elements 4 move from the second portion 6 of the clamping ramp 3 to the first portion 5.
  • This second portion prevents the entire clamping freewheel 1 or the entire terminal assembly 10 from being damaged. Because too high forces are introduced into a freewheel, the clamping elements 4 are so jerky and quickly pressed into the clamping profile or against the clamping ramps 3 that they are damaged, which in turn can lead to a total failure of the freewheel.
  • the first portion 5 is designed as an overload region such that each clamping element 4 moves relative to the respective clamping ramp 3, whereby a power transmission from the first ring member 2 via the clamping member 4 to the second ring member 1 1 can be prevented.
  • the first portion 5 is designed as an overload region such that a clamping element 4 slips on the respective clamping ramp 3. Illustrated better fulfill the first portion 5 of each clamping ramp 3 and an associated clamping element 4, the slip condition tana> p, whereby a power transmission from the first ring member 2 via the clamping member 4 to the second ring member 1 1 is prevented or prevented.
  • the second portion 6 is designed as a power transmission area such that a clamping element 4 clamp together with the respective clamping ramp 3.
  • each clamping ramp 3 and an associated clamping element 4 meet the clamping condition tana ⁇ p, whereby a power transmission from the first ring element 2 via the clamping element 4 to the second ring element 1 1 is guaranteed or can take place.
  • FIG. 1 shows that the first ring element 2 and the second ring element 1 1 are arranged concentrically to one another or concentric to the center / rotation center M of the freewheel assembly 10.
  • the outer ring element 22 together with the first ring element 2 serves as the drive and the second ring element 11 as the output.
  • FIG. 1 the drive direction or the direction of rotation D for transmitting forces from the first ring element two or outer ring element 22 to the second ring element 1 1 is shown in FIG.
  • the illustrated embodiment of a freewheel assembly 10 is shown in Figure 1 only capable of forces from the drive or from the first ring member 2 to the output or to the second ring member 1 1 to transmit when the first ring member 2 in comparison to the second ring member 1 has higher or equal speed.
  • both ring elements 2, 1 1 rotate in the direction of rotation D.
  • a spring element 20 per clamping element 4 are shown in addition to the illustrated clamping elements 4.
  • the spring elements 20 are compression springs which press the associated clamping element 4 counter to the direction of rotation D.
  • a clamping element 4 While on one side of a spring element 20, a clamping element 4 is present, the spring element 20 is supported on the other side on a web 21 from. This web 21 is connected to the first ring element 2.
  • Each of the clamping ramps 3 is spatially oriented in the first ring element 2 such that it increases the distance X between the clamping ramp 3 of the first ring element 2 and the surface O of the second ring element 1 1 along its course in the direction of rotation D of the first ring element 2. In this case, the magnification is even continuous, at least in the second partial area 6 of the clamping ramp 3.
  • FIG. 2 shows an enlarged sectional view of a clamping element 4 of the clamping freewheel 1 according to the invention from FIG. 1 in a first state.
  • the clamping freewheel 1 and the illustrated clamping roller freewheel 1 the ring element 2 in the form of an outer ring, with various clamping ramps 3 each for clamping the clamping elements 4.
  • clamping freewheel 1 comprises - as already stated - a clamping element 4 per clamping ramp 3, which rests against the respective clamping ramp 3.
  • Each clamping ramp 3 has at least a first 5 and a second portion 6 and extends in the circumferential direction U.
  • the second portion 6 is designed as a power transmission area such that a relative movement between the clamping element 4 and ring element 2 can be prevented.
  • the first portion 5, however, is designed as an overload region such that a relative movement between the clamping element 4 and ring element 2 can be ensured, whereby a force transmission from the first ring element 2 on the at least one clamping element 4 can be prevented.
  • the first portion 5 follows the second portion 6.
  • the clamping member 4 moves from the second portion 6 toward the first portion 5 to interrupt the power transmission between the first portion 5, each clamping ramp 3 and the respective associated clamping element 4.
  • the clamping elements 4 are within the second portion 6 of the clamping ramps. 3 In this state, the second portion 6 prevents relative movement between each clamping element 4 and ring element 2.
  • the angle ⁇ is in the second portion 6 between 3 and 4.5 degrees.
  • the normal N2 is perpendicular to the plane of the second portion 6 of the clamping ramp. 3
  • the first portion 5 allows a relative movement between the clamping elements 4 and the ring element 2. This is done by the contact point A between each clamping element 4 and each clamping ramp 3 of the tangent of the angle A, between a force to be transmitted F and a arranged on the contact point A normal N1 of the first portion 5 is formed, greater than or equal to the friction coefficient ⁇ of the materials of the friction pair ring element 2 and clamping element 4 is.
  • the angle ⁇ for the first portion 5 is greater than 15 degrees.
  • the normal N1 is perpendicular to the plane of the first portion 5 of the clamping ramp. 3
  • the first subregion 5 is designed as an overload region in such a way that each clamping ramp 3 and each associated clamping element 4 slip or slide against one another or do not jam. In this way, the slip condition tana> is fulfilled. As a result, a force transmission from the first ring element 2 via the clamping element 4 to the second ring element 1 1 can be prevented in the logical consequence.
  • the spring elements 20 press each clamping element 4 counter to the direction of rotation D. In FIG. 2, each spring element 20 rests on the clamping element 4 or on each clamping element 4, whereas in FIG. 3 clamping element 4 and spring element 20 have no contact with one another.
  • Figure 4 is substantially identical to Figure 2, but provided with further reference numerals. Further, Figure 4 shows the freewheel assembly 10 and the clamping freewheel 1 at a standstill or in a state in which no forces are transmitted.
  • the surface of the first portion 5 of each clamping ramp 3 of the first ring element 2 encloses an angle a1 with a tangent at the contact point B between clamping element 4 and the surface O of the second ring element 1 1.
  • the angle a1 is greater than 30 degrees.
  • the surface of the second portion 6 of each clamping ramp 3 of the first ring element 2 forms an angle a 2 with a tangent at the contact point B between the clamping element 4 and the surface O of the second ring element 1 1. This angle is formed between 6 and 9 degrees.
  • FIG. 5 shows an enlarged sectional view of the clamping freewheel 1 according to the invention from FIG. 1 without clamping elements 4.
  • the angles a1 and a2 are again drawn in, as described above with reference to FIG.
  • each clamping ramp 3 is spatially oriented in the first ring element 2 in such a way that along its course in the direction of rotation D of the first ring element 2, in which a force from the first ring element 2 to the second ring element 1 1, the distance X between each clamping ramp 3 of the first ring element 2 and the surface O of the second ring element 1 1 increases.
  • the distance X2 is greater compared to the distance X1, as shown in Figure 5.
  • the distances X1 and X2 are distances extending in extension through the center of rotation M of the ring elements 2, 11.
  • the shortest distance between the first 2 and two th ring element 1 1 or between clamping ramp 3 and surface O of the ring member 1 1 reproduced.
  • the distance between the first ring element 2 and the surface O of the second ring element 11 increases continuously in the direction of rotation D and within the area of a clamping ramp 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Klemmfreilauf (1), insbesondere Klemmrollenfreilauf, aufweisend ein Ringelement (2), insbesondere einen Innenring oder einen Außenring, mit mindestens einer Klemmrampe (3) zum Klemmen eines Klemmelements (4), ein Klemmelement (4) pro Klemmrampe (3), das an der mindestens einen Klemmrampe (3) anliegt, wobei die mindestens eine Klemmrampe (3) wenigstens einen ersten (5) und einen zweiten Teilbereich (6) aufweist, wobei der zweite Teilbereich (6) als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement (4) und Ringelement (2) unterbindbar ist, wobei der erste Teilbereich (5) als Überlastbereich derart ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement (4) und Ringelement (2) gewährleistbar ist, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement (2) auf das mindestens eine Klemmelement (4) verhinderbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Freilaufanordnung (10) umfassend einen Klemmfreilauf (1) mit einem ersten Ringelement (2), insbesondere in Ausgestaltung als Innenring oder als Außenring, und mit mindestens einer Klemmrampe (3) zum Klemmen eines Klemmelements (4), und ein zweites Ringelement (11), insbesondere einen Außenring oder einen Innenring.

Description

Hülsenfreilauf mit Drehmomentbegrenzung für Zweiradstarteranwendungen
Die Erfindung betrifft einen Klemmfreilauf, insbesondere einen Klemmrollenfreilauf, mit einem Ringelement, insbesondere einem Innenring oder einem Außenring, mit min- destens einer Klemmrampe zum Klemmen eines Klemmelements, und mit einem Klemmelement pro Klemmrampe, das an der mindestens einen Klemmrampe anliegt.
Ein Freilauf bzw. ein Klemmfreilauf ist eine richtungsgeschaltete Kupplung und weist in der Regel einen Innen-, einen Außenring und einen Käfig mit Klemmrollen und Federn auf. Dabei ist der Klemmfreilauf in der Lage einen Teil eines Antriebstranges von einer Drehbewegung, im Falle sich verändernder Lastverhältnisse zu entkoppeln.
Freiläufe werden üblicherweise als Rücklaufsperren oder Überholkupplungen verwendet.
Bei einem Starterfrei lauf in Anwendung als Überholkupplung werden üblicherweise Federn und Klemmrollen bzw. Klemmelemente verwendet, die in Taschen oder an Klemmprofile bzw. Klemmrampen eines Innen- oder Außenrings gedrückt werden. Aufgrund es Umstände, dass sich die Klemmelemente in Aufnahmeräume, die von dem Klemmprofil bzw. von den Klemmrampen teilweise begrenzt werden, von den Federn weg verjüngen, ist z. B. ein vom Innenring auf den Außenring übertragenes Drehmoment größer, je weiter beide Ringe zueinander verdreht sind. Mithilfe einer geeigneten Auswahl des Anstell- oder Klemmwinkels des Klemmprofils ist ein Freilauf rutschsicher, da sich dieser im sog. Zustand der Selbsthemmung befindet. Der Klemmwinkel wird dabei so gewählt, dass er kleiner oder gleich dem Ar- custangens der Gleitreibungszahl μ der beiden aneinander reibenden Materialien ist. Wird der Klemmwinkel größer als Arcustangens von μ gewählt, rutscht der Freilauf und kann keine Kräfte übertragen.
Ein Starterfreilauf findet beispielsweise Anwendung bei Verbrennungsmotoren für Krafträder mit Elektro-Startern. Zum Starten des Verbrennungsmotors wird mit Hilfe eines Elektromotors ein Starterritzel angetrieben, welches mit einem Freilauf ausgerüstet ist. Das Starterritzel ist regelmäßig mit dem Innenring des Freilaufs verbunden, wohingegen der Außenring üblicherweise an der Lichtmaschine befestigt ist.
Der Freilauf überträgt Kräfte über den Außenring auf die Lichtmaschine, bis der Verbrennungsmotor zündet. Sobald der Motor zündet, wird die Kurbelwelle, die mit der Lichtmaschine verbunden ist, auf eine im Vergleich zum Starten des Motors höhere Drehzahl beschleunigt.
Der Freilauf entkoppelt nun den laufenden Motor bzw. dessen Kurbelwelle von dem Elektro-Starter, sodass der gestartete Motor den Starter nicht mit einer zu hohen Drehzahl beschädigt oder zerstört.
Aus dem Stand der Technik ist das Problem von zu hohen in einen Freilauf eingeleiteten Kräften bekannt, welche die Klemmelemente derartig ruckartig und schnell in das Klemmprofil bzw. gegen Klemmrampen pressen, dass diese ausgeschlagen werden, was zum sofortigem Totalausfalls des Freilaufs führt. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Freilauf bzw. Klemmfreilauf sowie eine Freilaufanordnung anzugeben, welcher/welche einen effektiven Schutz vor zu hohen in den Freilauf eingeleiteten Kräften bzw. eine Drehmomentbegrenzung zur Verfügung stellt, wobei ein solcher Freilauf bzw. eine solche Freilaufanordnung vorzugsweise eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet sowie kostengünstig und ma- terialsparend herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Klemmfreilauf, insbesondere Klemmrollenfreilauf, ein Ringelement, insbesondere einen Innenring oder einen Außenring, mit mindestens einer Klemmrampe bzw. einem Klemmprofil zum Klemmen eines Klemmelements.
Vorzugsweise umfasst der Klemmfreilauf ferner ein Klemmelement bzw. eine Klemmrolle pro Klemmrampe, das an der mindestens einen Klemmrampe anliegt. Günstigerweise weist die mindestens eine Klemmrampe wenigstens einen ersten und einen zweiten Teilbereich auf, wobei vorzugsweise der zweite Teilbereich als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Ringelement unterbindbar ist. Auf diese Weise kann der Klemmfreilauf eine Kraft bzw. ein Drehmoment von einem Innenring auf einen Außenring o- der umgekehrt übertragen. Dadurch ist z. B. ein Verbrennungsmotor startbar.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der erste Teilbereich als Überlastbereich derart ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Ringelement ge- währleistbar ist. Dadurch ist eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement auf das mindestens eine Klemmelement verhinderbar.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist es günstig, wenn sich bei einem schnellen bzw. plötzlichen Einleiten eines hohen Drehmoments in den Klemmfreilauf die Klemmele- mente von dem Kraftübertragungsbereich hin zum Überlastbereich bewegen. Dieser Überlastbereich verhindert vorzugsweise, dass der gesamte Freilauf bzw. Klemmfreilauf beschädigt wird. Denn werden zu hohe Kräfte in einen Freilauf eingeleitet, werden die Klemmelemente derartig ruckartig und schnell in das Klemmprofil bzw. gegen die Klemmrampen gepresst, dass diese ausgeschlagen werden, was wiederum zu einem Totalausfall des Freilaufs führen kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn bei einer Drehung des Ringelements zur Kraftübertragung der erste Teilbereich dem zweiten Teilbereich folgt, sodass sich vorzugsweise im Falle einer Überlast das Klemmelement vom zweiten Teilbereich hin zum ersten Teilbereich bewegt. Dadurch ist die Kraftübertragung zwischen dem ers- ten Teilbereich, der mindestens einen Klemmrampe bzw. zwischen dem Ringelement und dem Klemmelement unterbrechbar. Mithilfe dieser Unterbrechung kann der Freilauf vor einer Überlast, welche den Freilauf zerstören kann, geschützt werden.
Vorzugsweise erstreckt sich die mindestens eine Klemmrampe in Umfangsrichtung. Da die Ringelemente in der Regel rotationssymmetrisch aufgebaut sind, erstrecken sich diese in eine radiale Richtung und in eine axiale Richtung, wobei die Ringelemente vorzugsweise in Richtung ihres Umfangs die mindestens eine Klemmrampe sowie die zugehörigen Klemmelemente aufweisen.
Auch ist es bevorzugt, dass der erste Teilbereich eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Ringelement gestattet. Auf diese Weise sind keine Kräfte oder Momente übertragbar, die den Freilauf beschädigen können.
Günstigerweise gestattet der erste Teilbereich eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Ringelement, vorzugsweise indem am Anlagepunkt zwischen Klemmelement und Klemmrampe der Tangens des Winkels, der zwischen einer zu übertragenden Kraft und einer auf dem Anlagepunkt angeordneten Normale des ers- ten Teilbereichs ausgebildet ist, größer gleich der Reibungszahl der Materialien des Reibpaares Ringelement und Klemmelement ist. Auf simple Weise ausgedrückt, ist es bevorzugt, dass der erste Teilbereich der Klemmrampe die bekannte Beziehung tana> umsetzt, wodurch eine Klemmung zwischen Klemmrampe und Ringelement aufgehoben wird bzw. wodurch ein Klemmelement an der Klemmrampe rutscht. Dies wiederrum führt dazu, dass der Freilauf das auf das Ringelement eingeleitete Drehmoment/Kraft begrenzt und somit einen Überlastschutz realisiert.
Auch ist es bevorzugt, dass der zweite Teilbereich eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Ringelement unterbindet. Auf diese Weise sind Kräfte bzw. Momente übertragbar. Bevorzugterweise unterbindet der zweite Teilbereich eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Ringelement, vorzugsweise indem am Anlagepunkt zwischen Klemmelement und Klemmrampe der Tangens des Winkels, der zwischen einer zu übertragenden Kraft und einer auf dem Anlagepunkt angeordneten Normale des zweiten Teilbereichs ausgebildet ist, kleiner als die Reibungszahl der Materialien des Reibpaares Ringelement und Klemmelement ist.
Auf anderen Worten ausgedrückt, ist es günstig, wenn der zweite Teilbereich der Klemmrampe die bekannte Beziehung tana< umsetzt, wodurch eine Klemmung zwischen Klemmrampe und Ringelement realisiert wird bzw. wodurch ein Klemmelement an der Klemmrampe klemmt. Dies führt dazu, dass der Freilauf das auf das Ringele- ment eingeleitete Drehmoment/Kraft überträgt.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Winkel für den ersten Teilbereich größer 15 Grad ist, wobei vorzugsweise der Winkel im zweiten Teilbereich 3 bis 4,5 Grad beträgt. Genannte Winkelbereiche realisieren ein Rutschen mit tana> bzw. ein Klemmen mit tana< . Anders ausgedrückt, kann mit einem Winkel größer 15 Grad auf ein fache Weise ein Rutschen zwischen Klemmelement und Klemmrampe bzw. Ringelement realisiert werden, wohingegen mit einem Winkel zwischen 3 bis 4,5 Grad ein Klemmen von Klemmelement und Klemmrampe bzw. Ringelement gewährleistbar ist.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Ringelement aus einem Blech gefertigt ist. Somit ist eine einfache und kostengünstige aber auch materialsparende Herstellung möglich.
Vorzugsweise ist das Ringelement dünnwandig ausgebildet. Dadurch können Material und somit Kosten gespart werden. Ferner ist es günstig, wenn das Ringelement derart dünnwandig ausgebildet ist, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Ringelement eine Wanddicke außerhalb einer Klemmrampe aufweist, die einen Bruchteil der Dicke eines Klemmelements umfasst, vorzugsweise weniger als 0,5 mal die Dicke des Klemmelements, bevorzugterweise weniger als 0,3 mal die Dicke eines Klemmelements. Dabei ist es günstig, wenn die Wanddicke an der dicksten oder dünnsten Position des ersten Ringelements in Um- fangsrichtung einen Bruchteil der Dicke eines Klemmelements umfasst. Genannte Beziehung schafft eine besonders einfache und materialsparende Herstellungsmöglichkeit. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Freilaufanordnung mit einem Klemmfreilauf, einem ersten Ringelement, insbesondere in Ausgestaltung als Innenring oder als Außenring, mit mindestens einer Klemmrampe zum Klemmen eines Klemmelements, sowie mit einem zweiten Ringelement, insbesondere einen Außenring oder einen Innenring. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Klemmfreilaufs, wie sie unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Freilaufanordnung Anwendung finden können.
Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend den Klemmfreilauf können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
Vorteilhaftweise umfasst das erste Ringelement ein Klemmelement pro Klemmrampe, das an der mindestens einen Klemmrampe anliegt.
Günstigerweise weist die mindestens eine Klemmrampe wenigstens einen ersten und einen zweiten Teilbereich auf. Bevorzugterweise ist der erste Teilbereich als Überlastbereich derart ausgebildet, dass das Klemmelement sich relativ zur mindestens einen Klemmrampe bewegt, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement über das Klemmelement zum zweiten Ringelement unterbindbar ist. Dadurch kann eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement auf das mindestens eine Klemmelement oder umgekehrt verhindert werden. Anders ausgedrückt ist es von Vorteil, wenn sich bei einem plötzlichen bzw. schnellen Einleiten eines hohen Drehmoments in den Klemmfreilauf die Klemmelemente von dem Kraftübertragungsbereich hin zum Überlastbereich bewegen. Dieser Überlastbereich verhindert vorzugsweise, dass der Freilauf bzw. Klemmfreilauf beschädigt wird. Denn werden zu hohe Kräfte in einen Freilauf eingeleitet, werden die Klemmelemente derartig ruckartig und schnell in das Klemmprofil bzw. gegen die Klemmrampen gepresst, dass diese ausgeschlagen werden, was wiederum zu einem Totalausfall des Freilaufs führen kann.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der zweite Teilbereich als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet ist, dass die mindestens eine Klemmrampe und das Klemmelement klemmen. Vorzugweise erfüllen Klemmrampe und Klemmelement die
Klemmbedingung tana< , wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement über das Klemmelement zum zweiten Ringelement gewährleistbar ist.
Auch ist es günstig, wenn der erste Teilbereich als Überlastbereich derart ausgebildet ist, dass die mindestens eine Klemmrampe und das Klemmelement rutschen. Vorteilhaftweise erfüllen Klemmrampe und Klemmelement die Rutschbedingung tana> , wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement über das Klemmelement zum zweiten Ringelement unterbindbar ist.
Auch ist es bevorzugt, wenn das erste Ringelement und das zweite Ringelement konzentrisch zueinander angeordnet sind. Eine derartige Anordnung gewährleistet einen geringen mechanischen Verlust sowie einen einfachen Aufbau, wodurch Kosten einsparbar sind. Vorzugsweise liegt das Klemmelement an der mindestens einen Klemmrampe des ersten Ringelements und an einer Oberfläche des zweiten Ringelements an. Somit verbindet das Klemmelement das erste und zweite Ringelement direkt miteinander, wodurch Kräfte vom ersten Ringelement auf das zweite oder umgekehrt übertragbar sind. Bevorzugterweise ist die mindestens eine Klemmrampe räumlich im ersten Ringelement derart orientiert, dass diese entlang ihres Verlaufs in Drehrichtung des ersten Ringelements, in welcher eine Kraft vom ersten Ringelement auf das zweite Ringelement übertragbar ist, den Abstand zwischen der mindestens einen Klemmrampe des ersten Ringelements und der Oberfläche des zweiten Ringelements, insbesondere kontinuierlich, vergrößert. Somit sind also Kräfte von dem ersten Ringelement auf das zweite oder umgekehrt übertragbar. Bei dem Abstand handelt es sich vorzugsweise um eine Strecke die in Verlängerung durch einen Rotationsmittelpunkt des ersten und/oder zweiten Ringelements verläuft. Somit wird also mit dem Abstand die kürzeste Distanz zwischen ersten und zweiten Ringelement bzw. zwischen Klemmrampe und Ringelement verstanden. Ferner ist es von Vorteil, wenn im Stillstand der Freilaufanordnung die Oberfläche des ersten Teilbereichs der mindestens einen Klemmrampe des ersten Ringelements mit einer Tangente am Anlagepunkt zwischen Klemmelement und der Oberfläche des zweiten Ringelements einen Winkel größer 30 Grad einschließt.
Vorzugsweise schließt im Stillstand der Freilaufanordnung die Oberfläche des zweiten Teilbereichs der mindestens einen Klemmrampe des ersten Ringelements mit einer Tangente am Anlagepunkt zwischen Klemmelement und der Oberfläche des zweiten Ringelements einen Winkel zwischen 6 und 9 Grad ein.
Genannte Winkelbereiche realisieren ein Rutschen mit tana> bzw. ein Klemmen mit tana< . Anders ausgedrückt, kann mit einem Winkel größer 30 Grad auf einfache Weise ein Rutschen zwischen Klemmelement und Klemmrampe bzw. zwischen
Klemmelement und Ringelement realisiert werden, wohingegen mit einem Winkel zwischen 3 bis 4,5 Grad ein Klemmen von Klemmelement und Klemmrampe bzw. von Klemmelement und Ringelement gewährleistbar ist.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das erste Ringelement einen Außenring und das zweite Ringelement einen Innenring bildet.
Alternativ ist es auch möglich, dass das erste Ringelement einen Innenring und das zweite Ringelement einen Außenring bildet.
Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke mit anderen Worten ausgedrückt. Dieser Gedanke geht vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - davon aus, dass Freiläufe unterschiedlichster Art als Elektro-Starter-Freiläufe bei Zweirädern eingesetzt werden. Dabei existieren Klemmkörper- und Rollenfreiläufe.
Bei den meisten Freiläufen beträgt die Drehmomentkapazität das Vielfache der nominalen Belastung. Grund für die Überdimensionierung ist ein„worst case" Szenario, welches aufgrund von„misfiring" entstehen kann, bei dem ein großes Drehmoment bzw. Kraft schnell in den Freilauf eingeleitet wird. Bei nichtausreichend Stabilität des Freilaufs bzw. der Umgebung kommt es zu sofortigem Totalausfalls des Starters.
Daher stellt sich die Aufgabe, aktuelle Freilaufausführungen mit einem Überlastschutz - torque limitig function - auszustatten. Klemmrollenfreiläufe werden üblicherweise mit einen Klemm rampen-/Rampen-
/Klemmwinkel a1 von 3 bis 4,5 Grad ausgelegt, um möglichst hohe Schaltsicherheit zu erreichen.
Dabei wird vorzugsweise die bekannte Formel tana< angewendet. Während der Klemmung wirken Normalkräfte auf den Außenring/Gehäuse des Freilaufs und weiten diesen auf. Die Klemmrollen bewegen sich dabei günstigerweise weiter entlang der Rampengeometrie bzw. der Klemmrampe.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Freilauf einen weiteren deutlich steileren Rampenabschnitt auf, bei welchem es beim Erreichen eines vorherbestimmbaren Drehmoments zu einer Verlagerung der Kontaktepunkte zwischen Klemmrollen bzw. Klemmelementen und Außenring bzw. Ringelement kommt, wodurch die Klemmbedienung außer Gleichgewicht gerät. Dadurch rutschen die Klemmelemente in dem weiteren Rampenabschnitt, wodurch das zu übertragende Drehmoment/die Last begrenzt.
Anders ausgedrückt, sollen idealerweise die Klemmrampen eines Freilaufs an einer gezielten Position mit einem zweiten deutlich steileren Abschnitt ausgestattet werden. Dies soll idealerweise dazu führen, dass die Klemmbedienung tana< nicht mehr erfüllt wird und die Klemmrollen bzw. Klemmelemente an den Klemmrampen bzw. an dem Ringelement anfangen zu rutschen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Schnittansicht auf einen erfindungsgemäßen Klemmfreilauf bzw. auf eine erfindungsgemäße Freilaufanordnung;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht auf ein Klemmelement des erfindungsgemäßen Klemmfreilaufs aus Fig. 1 in einem ersten Zustand; Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht auf ein Klemmelement des erfindungsgemäßen Klemmfreilaufs aus Fig. 1 in einem zweiten Zustand;
Fig. 4 eine weitere vergrößerte Schnittansicht auf ein Klemmele- ment des erfindungsgemäßen Klemmfreilaufs aus Fig. 1 im ersten Zustand; und
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht auf den erfindungsgemäßen Klemmfreilauf aus Fig. 1 ohne ein Klemmelement.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht auf einen erfindungsgemäßen Klemmfreilauf 1 bzw. auf eine erfindungsgemäße Freilaufanordnung 10.
Die Freilaufanordnung 10 hat einen Klemmfreilauf 1 mit einem ersten Ringelement 2, das mehrere Klemmrampen 3 und mehrere Klemmelemente 4 umfasst, wobei jede Klemmrampe 3 jeweils dem Klemmen eines Klemmelements 4 dient. Hierbei ist das erste Ringelement 2 als Außenring ausgebildet.
Das erste Ringelement 2 ist in ein Außenringelement 22 zur formschlüssigen und kraftschlüssigen Verbindung eingepresst. Auf diese Weise kann das erste Ringele- ment 2 dünnwandig ausgebildet werden und in verschiedenen Konfigurationen innerhalb eines Außenringelements 22 verwendet werden.
Für eine dünnwandige Ausbildung eignet sich die Ausgestaltung des ersten Ringelements 2 aus einem Blech.
Im vorliegenden Fall ist das Ringelement 2 derart dünnwandig ausgebildet, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Ringelement 2 eine Wanddicke H außerhalb der Klemmrampe 3 bzw. an der dicksten Position des ersten Ringelements 2 in Umfangsrichtung U aufweist, die einen Bruchteil der Dicke eines Klemmelements 4 umfasst.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beträgt die Wanddicke H weniger als 0,3-mal die Dicke eines Klemmelements 4. Ferner umfasst die Freilaufanordnung 10 ein zweites Ringelement 1 1 , welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Innenring ausgebildet ist. Das erste Ringelement 2 bzw. der Außenring hat - wie bereits angedeutet - ein Klemmelement 4 pro Klemmrampe 3, wobei das Klemmelement 4 an der jeweiligen Klemmrampe 3 anliegt bzw. kontaktiert das Klemmelement 4 die Klemmrampe 3.
Ferner liegt jedes dargestellte Klemmelement 4 an der zugehörigen Klemmrampe 3 des ersten Ringelements 2 und an einer Oberfläche O des zweiten Ringelements 1 1 an. Somit kann eine Kraft vom ersten Ringelement 2 hin zum zweiten Ringelement 1 1 über das Klemmelement 4 oder auch umgekehrt übertragen werden.
Hierbei weist jede Klemmrampe 3 wenigstens einen ersten 5 und einen zweiten Teilbereich 6 auf. Im Betrieb des Klemmfreilaufs 1 bzw. der Freilaufanordnung 10 überträgt das erste Ringelement, das sich in Drehrichtung D dreht, eine Kraft auf das zweite Ringelement 1 1 über die Klemmelemente 4.
Denn bei einer Bewegung des ersten Ringelements 2 in Drehrichtung D wandern die Klemmelemente 4 entlang der Rampengeometrie der Klemmrampen 3, die verjüng- end ausgebildet sind.
Innerhalb des zweiten Klemmbereichs 6 der Klemmrampen 3 klemmen die Klemmelemente zwischen den Klemmrampen 3 bzw. dem ersten Ringelement 2 und dem zweiten Ringelement 1 1 .
Wird nun jedoch in einem kurzen Zeitintervall eine hohe Kraft oder ein hohes Dreh- moment in den Klemmfreilauf 1 eingeleitet, bewegen sich die Klemmelemente 4 von dem zweiten Teilbereich 6 der Klemmrampe 3 hin zum ersten Teilbereich 5.
Dieser zweite Teilbereich verhindert, dass der gesamte Klemmfreilauf 1 bzw. die gesamte Klemmlaufanordnung 10 beschädigt wird. Denn werden zu hohe Kräfte in einen Freilauf eingeleitet, werden die Klemmelemente 4 derartig ruckartig und schnell in das Klemmprofil bzw. gegen die Klemmrampen 3 gepresst, dass diese beschädigt werden, was wiederum zu einem Totalausfall des Freilaufs führen kann.
Folglich ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 der erste Teilbereich 5 als Überlastbereich derart ausgebildet, dass jedes Klemmelement 4 sich relativ zur jeweiligen Klemmrampe 3 bewegt, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement 2 über das Klemmelement 4 zum zweiten Ringelement 1 1 unterbindbar ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist der erste Teilbereich 5 als Überlastbereich derart ausgebildet, dass ein Klemmelement 4 auf der jeweiligen Klemmrampe 3 rutscht. Besser veranschaulicht erfüllen der erste Teilbereich 5 jeder Klemmrampe 3 und ein zugehöriges Klemmelement 4 die Rutschbedingung tana>p, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement 2 über das Klemmelement 4 zum zweiten Ringelement 1 1 unterbindbar ist bzw. verhindert wird. Demgegenüber ist der zweite Teilbereich 6 als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet, dass ein Klemmelement 4 zusammen mit der jeweiligen Klemmrampe 3 klemmen. Dabei erfüllen der zweite Teilbereich 6 jeder Klemmrampe 3 und ein zugehöriges Klemmelement 4 die Klemmbedingung tana<p, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement 2 über das Klemmelement 4 zum zweiten Ringelement 1 1 gewährleistbar ist bzw. stattfinden kann.
Des Weiteren zeigt Figur 1 , dass das erste Ringelement 2 und das zweite Ringelement 1 1 konzentrisch zueinander bzw. konzentrisch zum Mittelpunkt/Rotationsmittelpunkt M der Freilaufanordnung 10 angeordnet sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dient das Außenringelement 22 zu- sammen mit dem ersten Ringelement 2 als Antrieb und das zweite Ringelement 1 1 als Abtrieb.
Hierbei ist - wie bereits oben erwähnt - die Antriebsrichtung bzw. die Drehrichtung D zur Übertragung von Kräften von ersten Ringelement zwei bzw. Außenringelement 22 zum zweiten Ringelement 1 1 in Figur 1 eingezeichnet. Die dargestellte Ausführung einer Freilaufanordnung 10 ist nach Figur 1 nur dann in der Lage Kräfte vom Antrieb bzw. vom ersten Ringelement 2 hin zum Abtrieb bzw. zum zweiten Ringelement 1 1 zu übertragen, wenn das erste Ringelement 2 eine im Vergleich zum zweiten Ringelement 1 1 höhere oder gleiche Drehzahl aufweist. Dabei ist es jedoch notwendig, dass beide Ringelemente 2, 1 1 in Drehrichtung D drehen. Zwischen dem ersten Ringelement 2 und dem zweiten Ringelement 1 1 sind zusätzlich zu den dargestellten Klemmelementen 4 ein Federelement 20 pro Klemmelement 4 dargestellt. Bei den Federelementen 20 handelt es sich um Druckfedern, die das zugehörige Klemmelement 4 entgegen der Drehrichtung D drücken.
Während an der einen Seite eines Federelements 20 ein Klemmelement 4 anliegt, stützt sich das Federelement 20 auf der anderen Seite an einem Steg 21 ab. Dieser Steg 21 ist mit dem ersten Ringelement 2 verbunden. Jede der Klemmrampen 3 ist räumlich im ersten Ringelement 2 derart orientiert, dass diese entlang ihres Verlaufs in Drehrichtung D des ersten Ringelements 2 den Abstand X zwischen der Klemmrampe 3 des ersten Ringelements 2 und der Oberfläche O des zweiten Ringelements 1 1 vergrößert. Hierbei ist die Vergrößerung sogar konti- nuierlich, zumindest im zweiten Teilbereich 6 der Klemmrampe 3.
Abschließend wird betreffend Figur 1 angemerkt, dass zusätzlich zur Drehrichtung D die Umfangsrichtung U dargestellt ist.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht auf ein Klemmelement 4 des erfindungsgemäßen Klemmfreilaufs 1 aus Figur 1 in einem ersten Zustand. Hierbei weist der Klemmfreilauf 1 bzw. der dargestellte Klemmrollenfreilauf 1 das Ringelement 2 in Ausgestaltung als Außenring, mit diversen Klemmrampen 3 jeweils zum Klemmen der Klemmelemente 4 auf.
Ferner umfasst der Klemmfreilauf 1 - wie bereits schon ausgeführt - ein Klemmelement 4 pro Klemmrampe 3, das an der jeweiligen Klemmrampe 3 anliegt. Jede Klemmrampe 3 weist wenigstens einen ersten 5 und einen zweiten Teilbereich 6 auf und erstreckt sich in Umfangsrichtung U.
Dabei ist der zweite Teilbereich 6 als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement 4 und Ringelement 2 unterbindbar ist. Der erste Teilbereich 5 ist hingegen als Überlastbereich derart ausgebildet, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement 4 und Ringelement 2 gewährleistbar ist, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement 2 auf das mindestens eine Klemmelement 4 verhinderbar ist.
Bei einer Drehung des Ringelements 2 zur Kraftübertragung bzw. bei einer Drehung des Ringelements 2 in Drehrichtung D folgt der erste Teilbereich 5 dem zweiten Teilbereich 6. Somit bewegt sich im Falle einer Überlast das Klemmelement 4 vom zweiten Teilbereich 6 hin zum ersten Teilbereich 5, um die Kraftübertragung zwischen dem ersten Teilbereich 5, jeder Klemmrampe 3 und dem jeweils zugehörigen Klemmelement 4 zu unterbrechen. Im in Figur 2 dargestellten Zustand befinden sich die Klemmelemente 4 innerhalb des zweiten Teilbereichs 6 der Klemmrampen 3. ln diesem Zustand unterbindet der zweite Teilbereich 6 eine Relativbewegung zwischen jedem Klemmelement 4 und Ringelement 2.
Dies gelingt dadurch, indem am Anlagepunkt A zwischen Klemmelement 4 und Klemmrampe 3 der Tangens des Winkels a, der zwischen einer zu übertragenden Kraft F und einer auf dem Anlagepunkt A angeordneten Normale N2 des zweiten Teilbereichs 6 ausgebildet ist, kleiner als die Reibungszahl μ der Materialien des Reibpaares Ringelement 2 und Klemmelement 4 ist.
Der Winkel α beträgt dabei im zweiten Teilbereich 6 zwischen 3 und 4,5 Grad. Die Normale N2 steht senkrecht zur Ebene des zweiten Teilbereichs 6 der Klemmrampe 3.
Obigen Sachverhalt vereinfacht dargestellt, bedeutet dies, dass jede Klemmrampe 3 und jedes zugehörige Klemmelement 4 klemmen bzw. sich gegenseitig verklemmen, indem die Klemmbedingung tana< erfüllt wird. Dadurch ist in der Konsequenz eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement 2 über das Klemmelement 4 zum zweiten Ringelement 1 1 gewährleistbar.
Unter Bezugnahme auf Figur 3 zeigt diese, dass sich die Klemmelemente 4 innerhalb des ersten Teilbereichs 5 der Klemmrampen 3 befinden bzw. dort angeordnet sind.
Im Zustand nach Figur 3 gestattet der erste Teilbereich 5 eine Relativbewegung zwischen den Klemmelementen 4 und dem Ringelement 2. Dies geschieht dadurch, indem am Anlagepunkt A zwischen jedem Klemmelement 4 und jeder Klemmrampe 3 der Tangens des Winkels a, der zwischen einer zu übertragenden Kraft F und einer auf dem Anlagepunkt A angeordneten Normale N1 des ersten Teilbereichs 5 ausgebildet ist, größer gleich der Reibungszahl μ der Materialien des Reibpaares Ringelement 2 und Klemmelement 4 ist. Hierbei ist der Winkel α für den ersten Teilbereich 5 größer 15 Grad ausgebildet. Die Normale N1 steht senkrecht zur Ebene des ersten Teilbereichs 5 der Klemmrampe 3.
Obigen Sachverhalt nach Figur 3 vereinfacht dargestellt, bedeutet dies, dass der erste Teilbereich 5 als Überlastbereich derart ausgebildet, dass jede Klemmrampe 3 und jedes zugehörige Klemmelement 4 rutschen bzw. gegeneinander rutschen bzw. nicht klemmen. Auf diese Weise wird die Rutschbedingung tana> erfüllt. Dadurch ist in der logischen Konsequenz eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement 2 über das Klemmelement 4 zum zweiten Ringelement 1 1 unterbindbar. Des Weiteren sei angemerkt, dass bei Vergleich der Figuren 2 und 3 die Federelemente 20 jedes Klemmelement 4 entgegen der Drehrichtung D drücken. Hierbei liegt in Figur 2 jedes Federelement 20 am Klemmelement 4 bzw. an jedem Klemmelement 4 an, wohingegen in Figur 3 Klemmelement 4 und Federelement 20 keinen Kontakt miteinander haben.
Figur 4 ist im Wesentlichen identisch zu Figur 2, jedoch mit weiteren Bezugszeichen versehen. Ferner zeigt Figur 4 die Freilaufanordnung 10 bzw. den Klemmfreilauf 1 im Stillstand bzw. in einem Zustand, in welchem keine Kräfte übertragen werden.
Im Stillstand schließt die Oberfläche des ersten Teilbereichs 5 jeder Klemmrampe 3 des ersten Ringelements 2 mit einer Tangente am Anlagepunkt B zwischen Klemmelement 4 und der Oberfläche O des zweiten Ringelements 1 1 einen Winkel a1 ein. Der Winkel a1 ist dabei größer 30 Grad.
Ferner schließt im Stillstand der Freilaufanordnung 10 die Oberfläche des zweiten Teilbereichs 6 jeder Klemmrampe 3 des ersten Ringelements 2 mit einer Tangente am Anlagepunkt B zwischen Klemmelement 4 und der Oberfläche O des zweiten Ringelements 1 1 einen Winkel a2 ein. Dieser Winkel ist zwischen 6 und 9 Grad ausgebildet.
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht auf den erfindungsgemäßen Klemmfreilauf 1 aus Figur 1 ohne Klemmelemente 4. Zum einen sind hier erneut die Winkel a1 und a2 eingezeichnet, wie sie zuvor unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben wurden.
Des Weiteren ist in Figur 5 deutlich zu erkennen, dass jede Klemmrampe 3 räumlich im ersten Ringelement 2 derart orientiert ist, dass diese entlang ihres Verlaufs in Drehrichtung D des ersten Ringelements 2, in welcher eine Kraft vom ersten Ringele- ment 2 auf das zweite Ringelement 1 1 übertragbar ist, den Abstand X zwischen jeder Klemmrampe 3 des ersten Ringelements 2 und der Oberfläche O des zweiten Ringelements 1 1 vergrößert.
So ist also der Abstand X2 größer im Vergleich zum Abstand X1 , wie in Figur 5 dargestellt. Hierbei handelt es bei den Abständen X1 und X2 um Strecken, die in Verlängerung durch den Rotationsmittelpunkt bzw. Mittelpunkt M der Ringelemente 2, 1 1 verlaufen. Somit wird also mit den Abständen die kürzeste Distanz zwischen ersten 2 und zwei- ten Ringelement 1 1 bzw. zwischen Klemmrampe 3 und Oberfläche O des Ringelements 1 1 wiedergegeben.
Im vorliegenden Beispiel nach Figur 5 vergrößert sich der Abstand zwischen dem ersten Ringelement 2 und der Oberfläche O des zweiten Ringelements 1 1 in Drehrich- tung D und innerhalb des Bereichs einer Klemmrampe 3 kontinuierlich.
Bezugszeichenliste
1 Klemmfreilauf
2 erstes Ringelement
3 Klemmrampe
4 Klemmelement
5 erster Teilbereich
6 zweiter Teilbereich
10 Freilaufanordnung
1 1 zweites Ringelement
20 Federelement
21 Steg
22 Außenringelement
A Drehachse
D Drehrichtung
F Kraft
M Mittelpunkt
N1 Normale
N2 Normale
0 Oberfläche
U Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche
Klemmfreilauf (1 ), insbesondere Klemmrollenfreilauf, aufweisend:
- ein Ringelement (2), insbesondere einen Innenring oder einen Außenring, mit mindestens einer Klemmrampe (3) zum Klemmen eines Klemmelements (4),
- ein Klemmelement (4) pro Klemmrampe (3), das an der mindestens einen
Klemmrampe (3) anliegt,
- wobei die mindestens eine Klemmrampe (3) wenigstens einen ersten (5) und einen zweiten Teilbereich (6) aufweist,
- wobei der zweite Teilbereich (6) als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement (4) und Ringelement (2) unterbindbar ist,
- wobei der erste Teilbereich (5) als Überlastbereich derart ausgebildet ist, dass eine Relativbewegung zwischen Klemmelement (4) und Ringelement (2) gewährleistbar ist, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement (2) auf das mindestens eine Klemmelement (4) verhinderbar ist.
Klemmfreilauf nach Anspruch 1 ,
- wobei bei einer Drehung des Ringelements (2) zur Kraftübertragung der erste Teilbereich (5) dem zweiten Teilbereich (6) folgt, sodass sich vorzugsweise im Falle einer Überlast das Klemmelement (4) vom zweiten Teilbereich (6) hin zum ersten Teilbereich (5) bewegt, um die Kraftübertragung zwischen dem ersten Teilbereich (5) der mindestens einen Klemmrampe (3) und dem Klemmelement (4) zu unterbrechen,
- wobei sich vorzugsweise die mindestens eine Klemmrampe (3) in Umfangsrich- tung (U) erstreckt.
Klemmfreilauf nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei der erste Teilbereich (5) eine Relativbewegung zwischen Klemmelement (4) und Ringelement (2) gestattet,
vorzugsweise indem am Anlagepunkt (A) zwischen Klemmelement (4) und Klemmrampe (3) der Tangens des Winkels (a), der zwischen einer zu übertragenden Kraft (F) und einer auf dem Anlagepunkt (A) angeordneten Normale (N1 ) des ersten Teilbereichs (5) ausgebildet ist, größer gleich der Reibungszahl (μ) der Materialien des Reibpaares Ringelement (2) und Klemmelement (4) ist, und/oder
- wobei vorzugsweise der zweite Teilbereich (6) eine Relativbewegung zwischen Klemmelement (4) und Ringelement
(2) unterbindet,
vorzugsweise indem am Anlagepunkt (A) zwischen Klemmelement (4) und Klemmrampe
(3) der Tangens des Winkels (a), der zwischen einer zu übertragenden Kraft (F) und einer auf dem Anlagepunkt (A) angeordneten Normale (N2) des zweiten Teilbereichs (6) ausgebildet ist, kleiner als die Reibungszahl (μ) der Materialien des Reibpaares Ringelement (2) und Klemmelement (4) ist.
4. Klemmfreilauf nach Anspruch 3,
- wobei der Winkel (a) für den ersten Teilbereich (5) größer 15 Grad ist,
- wobei vorzugsweise der Winkel (a) im zweiten Teilbereich (6) 3 bis 4,5 Grad beträgt.
5. Klemmfreilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
- wobei das Ringelement (2) aus einem Blech gefertigt ist,
- wobei vorzugsweise das Ringelement (2) dünnwandig ausgebildet ist,
- wobei vorzugsweise das Ringelement (2) derart dünnwandig ausgebildet ist, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Ringelement (2) eine Wanddicke (H) außerhalb einer Klemmrampe (3) aufweist, die einen Bruchteil der Dicke eines Klemmelements (4) umfasst, vorzugsweise weniger als 0,5 mal die Dicke des Klemmelements (4), bevorzugterweise weniger als 0,3 mal die Dicke eines Klemmelements (4).
6. Freilaufanordnung (10) umfassend
einen Klemmfreilauf (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem ersten Ringelement (2), insbesondere in Ausgestaltung als Innenring oder als Außenring, und mit mindestens einer Klemmrampe (3) zum Klemmen eines Klemmelements (4), und
ein zweites Ringelement (1 1 ), insbesondere einen Außenring oder einen Innenring,
- wobei das erste Ringelement (2) umfasst: o ein Klemmelement (4) pro Klemmrampe (3), das an der mindestens einen Klemmrampe (3) anliegt,
o wobei die mindestens eine Klemmrampe (3) wenigstens einen ersten (5) und einen zweiten Teilbereich (6) aufweist,
o wobei der erste Teilbereich (5) als Überlastbereich derart ausgebildet ist, dass das Klemmelement (4) sich relativ zur mindestens einen Klemmrampe (3) bewegt, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement (2) über das Klemmelement (4) zum zweiten Ringelement (1 1 ) unterbindbar ist.
7. Freilaufanordnung nach Anspruch 6,
- wobei der zweite Teilbereich (6) als Kraftübertragungsbereich derart ausgebildet ist, dass die mindestens eine Klemmrampe (3) und das Klemmelement (4) klemmen, insbesondere die Klemmbedingung tana< erfüllen, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement (2) über das Klemmelement (4) zum zweiten Ringelement (1 1 ) gewährleistbar ist,
- wobei vorzugsweise der erste Teilbereich (5) als Überlastbereich derart ausgebildet ist, dass die mindestens eine Klemmrampe (3) und das Klemmelement (4) rutschen, insbesondere die Rutschbedingung tana> erfüllen, wodurch eine Kraftübertragung vom ersten Ringelement (2) über das Klemmelement (4) zum zweiten Ringelement (1 1 ) unterbindbar ist.
8. Freilaufanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
- wobei das erste Ringelement (2) und das zweite Ringelement (1 1 ) konzentrisch zueinander angeordnet sind,
- wobei vorzugsweise das Klemmelement (4) an der mindestens einen Klemmrampe (3) des ersten Ringelements (2) und an einer Oberfläche (O) des zweiten Ringelements (1 1 ) anliegt,
- wobei vorzugsweise die mindestens eine Klemmrampe (3) räumlich im ersten Ringelement (2) derart orientiert ist, dass diese entlang ihres Verlaufs in Drehrichtung (D) des ersten Ringelements (2), in welcher eine Kraft vom ersten Ringelement (2) auf das zweite Ringelement (1 1 ) übertragbar ist, den Abstand (X) zwischen der mindestens einen Klemmrampe (3) des ersten Ringelements (2) und der Oberfläche (O) des zweiten Ringelements (1 1 ), insbesondere kontinu- ierlich, vergrößert.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
- wobei im Stillstand der Freilaufanordnung (10) die Oberfläche des ersten Teilbereichs (5) der mindestens einen Klemmrampe (3) des ersten Ringelements (2) mit einer Tangente am Anlagepunkt (B) zwischen Klemmelement (4) und der Oberfläche (O) des zweiten Ringelements (1 1 ) einen Winkel (a1 ) größer 30 Grad einschließt,
- wobei vorzugsweise im Stillstand der Freilaufanordnung (10) die Oberfläche des zweiten Teilbereichs (6) der mindestens einen Klemmrampe (3) des ersten Ringelements (2) mit einer Tangente am Anlagepunkt (B) zwischen Klemmelement (4) und der Oberfläche (O) des zweiten Ringelements (1 1 ) einen Winkel (a2) zwischen 6 und 9 Grad einschließt. 10. Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
- wobei das erste Ringelement (2) einen Außenring und das zweite Ringelement (1 1 ) einen Innenring bildet, oder
- wobei das erste Ringelement (2) einen Innenring und das zweite Ringelement (1 1 ) einen Außenring bildet.
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