WO2020164656A1 - Rollenfreilauf mit einer rotationsachse für eine drehrichtungsabhängige drehmomentübertragung, ein fertigungsverfahren für einen rollenfreilauf, sowie eine fertigungsanlage für ein solches fertigungsverfahren - Google Patents

Rollenfreilauf mit einer rotationsachse für eine drehrichtungsabhängige drehmomentübertragung, ein fertigungsverfahren für einen rollenfreilauf, sowie eine fertigungsanlage für ein solches fertigungsverfahren Download PDF

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rotation
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Alexander Reimchen
Frank Schoenstein
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/064—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls
    • F16D41/066—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical
    • F16D41/067—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical and the members being distributed by a separate cage encircling the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0084—Assembly or disassembly

Definitions

  • Roller freewheel with a rotation axis for a rotational direction-dependent torque transfer a manufacturing process for a roller freewheel, and a manufacturing system for such a manufacturing process
  • the invention relates to a roller freewheel with an axis of rotation for a
  • roller freewheels are very different
  • roller freewheels are commissioned at an early stage in the design of an application and / or there are subsequent changes with regard to the (maximum) transmittable torque. So far this has required a new calculation and interpretation of such a system
  • the invention relates to a roller freewheel with an axis of rotation for a
  • Direction-of-rotation-dependent torque transmission having at least the following components:
  • a ramp ring with a ramp contour for clamping the rolling elements with the ramp contour in a first direction of rotation, as well as for releasing one relative rotation of the rolling elements relative to the ramp ring in the opposite second direction of rotation.
  • the roller freewheel is primarily characterized in that the ramp contour of the ramp ring is designed to accommodate a plurality of rows of rolling elements;
  • the rolling element cage comprises a plurality of separate partial cages, each partial cage comprising at least one row of rolling elements.
  • the roller freewheel is like conventional for a direction of rotation dependent
  • a torque is not or can be reduced to a negligible size or can be transmitted reduced to an acceptable drag torque.
  • the rolling elements for example balls or cylindrical rollers, are in one
  • Rolling body cage added and defined therein.
  • the rolling bodies are also biased radially against the ramp ring by the rolling body cage.
  • the ramp ring has a ramp contour by means of which a respective
  • Rolling bodies in the first direction of rotation for example as a result of an abrupt
  • Reduction in diameter when the ramp ring is rotated relative to the respective rolling element is held in a form-fitting manner in cooperation with the radial prestress of the rolling element.
  • the respective rolling element can be rotated relative to the ramp ring, for example as a result of a gentle reduction in diameter, which can thus be overcome by means of the rolling element cage counter to the preload.
  • the ramp contour of the ramp ring proposed here is designed to accommodate a plurality of axially adjacent rows of rolling elements.
  • the roller freewheel is therefore set up to transmit a torque which corresponds to the sum of the (maximum) transmittable torque of each of the rows of rolling elements. Since only a single (common) ramp ring is provided, the rows of rolling elements are always synchronized with one another with regard to their freewheeling function, or at least when the torque is applied.
  • the rolling element cage comprises a plurality of separate sub-cages, each sub-cage comprising at least one row of rolling elements. Since the rolling element cage, unlike before, comprises a plurality of sub-cages, a high degree of flexibility is set with regard to the number of rows of rolling elements in the roller freewheel.
  • the number of rows of rolling elements is adapted accordingly, for example the number is increased if the (maximum) torque to be transmitted is increased. A new design or even calculations are then not necessary.
  • the partial cages can be connected to one another before or during assembly, for example in a form-fitting manner.
  • the partial cages are preferably mounted loosely to one another and thus adjust themselves relative to one another or relative to the ramp contour as a result of the applied torque. Adjustment during assembly and a high manufacturing tolerance are loose with this
  • such a roller freewheel is for several
  • roller freewheel is equipped with a corresponding number of rows of rolling elements as required.
  • the parts are largely identical, so that the number of parts is high and production costs are thus reduced.
  • the assembly security is increased if there is only a single type of partial cage.
  • the distance between the rolling elements of the one or more rows of rolling elements of a partial cage is compared to another
  • Machine tools are identical, i.e. a tolerance deviation of the partial cages with one another is less than with different (for example identical) machine tools.
  • the flexibility with regard to the adjustable (maximum transferable) torque is particularly great. If a total of about one to four rows of rolling elements is in the range of possible applications, this is also the case
  • the ramp contour has an axial length which corresponds to the sum of the axial widths of insertable partial cages.
  • the axial length of the ramp contour corresponds to the sum of insertable sub-cages with, under certain circumstances, different widths.
  • the ramp contour is flexibly set up for each desired number of rows of rolling elements, i.e. corresponding to the desired (maximum) transmittable torque.
  • the axial length of the ramp contour corresponds to a multiple of an axial width of a partial cage.
  • the insertable partial cages are designed with an identical width, preferably designed identically as a whole. If the highest torque that can be covered can be transmitted, for example, with four rows of rolling elements, the length of the ramp contour corresponds to four times the width of the insertable partial cage.
  • the ramp ring has a raw length in production, which can be shortened individually to a certain length, preferably cut off.
  • the ramp ring can be shortened for an application to the length corresponding to the required (maximum) torque, for example by means of parting.
  • the required (maximum) torque for example by means of parting.
  • ramp rings can already be prefabricated and then for the individual requirement
  • the ramp ring has an axial end stop on one side and an open side on the opposite side, the rows of rolling elements being axially insertable into the open side.
  • assembly can be carried out in a particularly simple manner in that the rows of rolling elements (in the partial cages) are simply pushed axially.
  • the open side is after the insertion of the
  • Rows of rolling elements folded over to form a stop for example by means of flanging.
  • a manufacturing method for a roller freewheel having at least the following components:
  • steps a. must be done before step d. and step e. continue with step b. before step c., and steps b. and c. at least before step d. are executed.
  • the roller bearing produced in this way comprises a single, one-piece roller body cage, the roller body cage thus corresponding to a partial cage according to the roller freewheel described above.
  • a rolling element cage comprises one or more rows of rolling elements. For example, corresponds otherwise or in one
  • Embodiment with two or more partial cages of the roller freewheel which is produced with this manufacturing process, the roller freewheel described above.
  • the ramp ring is made, for example, of metal and for this purpose, for example, continuously cast or deep-drawn from a raw sheet metal.
  • the ramp ring is made of a plastic or reinforced plastic and is, for example, injection molded.
  • the ramp ring is, for example, made of one
  • Ceramic material produced, for example by means of sintering, this being the required axial length (compare below or above) is preferably generated before solidification, i.e. in the phase as a green compact.
  • the torque is determined by the user of the roller freewheel or the external load and the mechanical relationship are specified so that the (maximum) transmittable torque can be determined from it.
  • roller freewheel is redesigned or is a roller freewheel (system) from the existing stock, for which all the key data are already known, especially the (maximum) transmittable torque. This then gives the required number of
  • Rows of rolling elements can be determined. For example, two rows of rolling bearings are required for a ramp ring with a raw length for a maximum of three rows of rolling bearings.
  • the ramp ring is shortened to the required length, for example by means of parting. It should be pointed out at this point that a production plant which is set up to change the raw length of the ramp contour also falls under the underlying concept if this step is not carried out, for example is not necessary.
  • the rows of rolling elements are introduced.
  • roller freewheel is designed according to an embodiment as described above.
  • the at least one row of rolling elements in step e. is pushed axially into the open side of a ramp ring, the ramp ring having an axial end stop on one side and an open side opposite.
  • a production plant for carrying out the production method according to an embodiment according to the description above is proposed. It is also in an advantageous embodiment of the
  • Embodiment is manufacturable according to the above description.
  • the manufacturing plant includes at least one machine. In one embodiment, only the system for manufacturing the ramp ring with the ramp contour in the raw length and for shortening, preferably parting off, the ramp ring is included. In one embodiment, the system for manufacturing the rolling elements, des
  • Rolling body cage and / or other components as well as partial machining steps are included in the rolling body cage and / or other components as well as partial machining steps.
  • FIG. 3 a roller freewheel according to FIG. 4 in an exploded view
  • Fig. 4 a roller freewheel with three rows of rolling bearings.
  • a roller freewheel 1 is shown in a perspective view, in which a torque 20 (in the direction shown) about the axis of rotation 2 in the first
  • the direction of rotation 7 can be transmitted (almost) without loss and no torque can be transmitted in the second direction of rotation 8.
  • Direction of rotation 8 are the relative directions of rotation based on a stationary ramp ring 5.
  • a plurality of rolling elements 4 are provided in the ramp ring 5 for the purpose of torque transmission depending on the direction of rotation.
  • the rolling elements 4 are in a rolling element cage 3 as a first row of rolling elements 9 and a second Rolling element row 10 guided and radially biased against the ramp ring 5.
  • the rolling element cage 3 is divided here into a first partial cage 12 for the first rolling element row 9 and a second partial cage 13 for the second rolling element row 10. These two partial cages 13, 14 are preferably arranged in the ramp ring 5 so that they can be loosely rotated relative to one another.
  • the ramp ring 5 is designed here with an end stop 18 and an open side 19 so that the rolling elements 4 in the rolling element cage 3 can be pushed axially through the open side 19 into the ramp ring 5 up to the end stop 18.
  • the ramp ring 5 has a ramp contour 6, which can be seen clearly in FIGS. 2 and 3 and is therefore only designated there.
  • This ramp contour 6 has a length 15 which extends from the (optional) end stop 18 to the open side 19.
  • the length 15 corresponds to twice the width 16 of a partial cage 12, 13, so that the two partial cages 12, 13 are received here exactly.
  • a ramp ring 5 is shown in perspective view, which
  • the ramp ring 5 has a raw length 17, which can be shortened to the required length 15 (see FIG. 1).
  • Ramp contour 6 comprises one (to the number of rolling elements 4 one
  • Rolling element row 9, 10, 11 corresponding) a plurality of identical ramps, each of which is transferred into a steep ramp 21 for torque transmission (in the first direction of rotation 7 of the rolling element rows 9, 10, 11 relative to the ramp ring 5) and a flat ramp 22 to (in the second direction of rotation 8 of the rows of rolling elements 9, 10, 11 relative to the ramp ring 5) rolling over against the bias by the
  • Roller cage 3 are set up.
  • Fig. 3 is a roller freewheel 1, as shown in Fig. 4, in a
  • the length 15 here corresponds to the raw length 17 of the ramp ring 5 according to the illustration in FIG. 2, so it has not been shortened.
  • the length 15 of the ramp ring 5 according to FIG. 1, however, is shortened compared to the raw length 17 according to FIG. 2 (for two partial cages 12, 13).
  • the length 15 here in FIG. 3 corresponds to three times the width 16 of the (identical) partial cages 12, 13 and 14, which are preferably also identical to the partial cages 12 and 13 in FIG.
  • Partial cages 12, 13 and 14 are shown, which guide the three rows of rolling bearings 9, 10 and 11 and radially pretension their rolling elements 4 against the ramp contour 6 (see FIG. 3).
  • variable transmittable torque provided.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf (1 ) mit einer Rotationsachse (2) für eine drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - einen Wälzkörperkäfig (3); - eine Mehrzahl von Wälzkörpern (4), wobei die Wälzkörper (4) in dem Wälzkörperkäfig (3) aufgenommen sind; - einen Rampenring (5) mit einer Rampenkontur (6) für eine Klemmung der Wälzkörper (4) mit der Rampenkontur (6) in einer ersten Drehrichtung (7), sowie für eine Freigabe eines relativen Verdrehens der Wälzkörper (4) relativ zu dem Rampenring (5) in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung (8). Der Rollenfreilauf (1 ) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (6) des Rampenrings (5) zum Aufnehmen (9) einer Mehrzahl von Wälzkörperreihen (9,10,11 ) eingerichtet ist, und der Wälzkörperkäfig (3) eine Mehrzahl von separaten Teilkäfigen (12,13,14) umfasst, wobei jeder Teilkäfig (12,13,14) zumindest eine Wälzkörperreihe (9,10,11 ) umfasst. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fertigungsverfahren für einen Rollenfreilauf (1 ) vorgeschlagen. Mit dem hier vorgeschlagenen Rollenfreilauf und dem Fertigungsverfahren, sowie de Fertigungsanlage wird ein kostengünstiges und flexibles Bausystem für ein veränderliches übertragbares Drehmoment bereitgestellt.

Description

Rollenfreilauf mit einer Rotationsachse für eine drehrichtunqsabhänqiqe Drehmomentübertraqunq, ein Fertiqunqsverfahren für einen Rollenfreilauf, sowie eine Fertiqunqsanlaqe für ein solches Fertiqunqsverfahren
Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf mit einer Rotationsachse für eine
drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung, sowie ein Fertigungsverfahren für einen Rollenfreilauf.
Aus dem Stand der Technik sind Rollenfreiläufe unterschiedlichster
Ausführungsformen bekannt. Häufig werden Rollenfreiläufe zu einem frühen Zeitpunkt der Auslegung einer Anwendung in Auftrag gegeben und/oder es ergeben sich nachträglich Änderungen hinsichtlich des (maximalen) übertragbaren Drehmoments. Bisher erfordert dies eine neue Berechnung und Auslegung eines solchen
Rollenfreilaufs. Dies stellt daher einen erheblichen Kostenfaktor dar.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der
nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf mit einer Rotationsachse für eine
drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- einen Wälzkörperkäfig;
- eine Mehrzahl von Wälzkörpern, wobei die Wälzkörper in dem Wälzkörperkäfig aufgenommen sind; und
- einen Rampenring mit einer Rampenkontur für eine Klemmung der Wälzkörper mit der Rampenkontur in einer ersten Drehrichtung, sowie für eine Freigabe eines relativen Verdrehens der Wälzkörper relativ zu dem Rampenring in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung.
Der Rollenfreilauf ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur des Rampenrings zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Wälzkörperreihen eingerichtet ist; und
der Wälzkörperkäfig eine Mehrzahl von separaten Teilkäfigen umfasst, wobei jeder Teilkäfig zumindest eine Wälzkörperreihe umfasst.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die
Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der
vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Der Rollenfreilauf ist wie herkömmlich für eine drehrichtungsabhängige
Drehmomentübertragung um eine Rotationsachse eingerichtet, sodass also in einer ersten Drehrichtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, um die Rotationsachse ein anliegendes Drehmoment (vollständig) nahezu verlustfrei übertragen wird. In einer zweiten Drehrichtung, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist,
entsprechend beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, ist ein Drehmoment nicht oder auf eine vernachlässigbare Größe reduziert beziehungsweise auf ein akzeptables Schleppmoment reduziert übertragbar.
Die Wälzkörper, beispielsweise Kugeln oder Zylinderrollen, sind in einem
Wälzkörperkäfig aufgenommen und darin definiert angeordnet. Die Wälzkörper sind von dem Wälzkörperkäfig zudem radial gegen den Rampenring vorgespannt.
Der Rampenring weist eine Rampenkontur auf, mittels welcher ein jeweiliger
Wälzkörper in der ersten Drehrichtung, beispielsweise infolge einer abrupten
Verringerung des Durchmessers, bei einem Verdrehen des Rampenrings relativ zu dem jeweiligen Wälzkörper im Zusammenspiel mit der radialen Vorspannung des Wälzkörpers formschlüssig gehalten ist. In der zweiten Drehrichtung hingegen ist der jeweilige Wälzkörper relativ zu dem Rampenring verdrehbar, beispielsweise infolge einer sanften Verringerung des Durchmessers, welche so entgegen der Vorspannung mittels des Wälzkörperkäfigs überwindbar ist.
Die hier vorgeschlagene Rampenkontur des Rampenrings ist zum Aufnehmen einer Mehrzahl von axial benachbarten Wälzkörperreihen eingerichtet. Der Rollenfreilauf ist daher zum Übertragen eines Drehmoments eingerichtet, welches der Summe des jeweils (maximal) übertragbaren Drehmoments jeder einzelnen der Wälzkörperreihen entspricht. Indem nur ein einziger (gemeinsamer) Rampenring vorgesehen ist, sind die Wälzkörperreihen hinsichtlich ihrer Freilauffunktion stets oder zumindest bei anliegendem Drehmoment zueinander synchronisiert.
Der Wälzkörperkäfig umfasst hierzu eine Mehrzahl von separaten Teilkäfigen, wobei jeder Teilkäfig zumindest eine Wälzkörperreihe umfasst. Indem der Wälzkörperkäfig anders als bisher eine Mehrzahl von Teilkäfigen umfasst, ist eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Anzahl von Wälzkörperreihen in dem Rollenfreilauf eingestellt.
Verändert sich das zu übertragende (maximale) Drehmoment, so wird die Anzahl der Wälzkörperreihen entsprechend angepasst, beispielsweise die Anzahl erhöht, wenn das (maximale) zu übertragende Drehmoment erhöht wird. Eine neuerliche Auslegung oder gar Berechnungen sind dann nicht notwendig.
Die Teilkäfige sind in einer Ausführungsform vor oder während der Montage miteinander verbindbar, beispielsweise formschlüssig. Bevorzugt sind die Teilkäfige zueinander lose montiert und justieren sich so relativ zueinander beziehungsweise relativ zu der Rampenkontur infolge des anliegenden Drehmoments. Ein Justieren bei der Montage sowie eine hohe Fertigungstoleranz sind bei dieser losen
Ausführungsform nicht erforderlich.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein solcher Rollenfreilauf für mehrere
Anwendungen einsetzbar und muss nicht für jeden Auftrag neu ausgelegt und angepasst werden. Stattdessen wird ein stufenweise veränderbarer Drehmomentbereich angeboten und der Rollenfreilauf dem angegebenen Wunsch nach mit einer entsprechenden Anzahl von Wälzkörperreihen ausgestattet.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass die Teilkäfige identisch gebildet sind.
Bei dieser Ausführungsform ist eine große Gleichheit von Teilen geschaffen, sodass die Stückzahlen der Teile hoch ist und damit Fertigungskosten reduziert sind. Zudem ist die Montagesicherheit erhöht, wenn lediglich ein einziger Typ von Teilkäfigen vorliegt. Weiterhin ist der Abstand zwischen den Wälzkörpern der einen oder mehreren Wälzkörperreihen eines Teilkäfigs im Vergleich zu einem anderen
(identischen) Teilkäfig im Rahmen der Fertigungstoleranz der involvierten
Werkzeugmaschinen identisch, also eine Toleranzabweichung der Teilkäfige untereinander geringer als bei unterschiedlichen (beispielsweise baugleichen) Werkzeugmaschinen.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass die Teilkäfige jeweils ausschließlich eine einzige
Wälzkörperreihe umfassen.
Bei dieser Ausführungsform ist die Flexibilität hinsichtlich des einstellbaren (maximal übertragbaren) Drehmoments besonders groß. Sofern insgesamt etwa ein bis vier Wälzkörperreihen im Bereich der möglichen Anwendungen liegt, ist auch der
Montageaufwand in einem kostentechnisch zulässigen Zeitrahmen. Weiterhin ist der oben genannte Kostenaufwand infolge der hohen Anzahl von Teilkäfigen
entsprechend verringert.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs vorgeschlagen, dass die Rampenkontur eine axiale Länge aufweist, welche der Summe der axialen Breiten von einsetzbaren Teilkäfigen entspricht.
Bei dieser Ausführungsform entspricht die axiale Länge der Rampenkontur der Summe von einsetzbaren Teilkäfigen mit unter Umständen unterschiedlichen Breiten. Bei dieser Ausführungsform ist die Rampenkontur flexibel eingerichtet für die jeweils gewünschte Anzahl von Wälzkörperreihen, also dem gewünschten (maximal) übertragbaren Drehmoment entsprechend. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die axiale Länge der Rampenkontur einem Vielfachen einer axialen Breite eines Teilkäfigs. Die einsetzbaren Teilkäfige sind hierzu mit einer identischen Breite ausgeführt, bevorzugt insgesamt identisch ausgeführt. Ist das höchste abdeckbare Drehmoment beispielsweise mit vier Wälzkörperreihen übertragbar, so entspricht die Länge der Rampenkontur dem Vierfachen der Breite des einsetzbaren Teilkäfigs.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs
vorgeschlagen, dass der Rampenring in der Fertigung eine Roh-Länge aufweist, welche individuell auf eine bestimmte Länge kürzbar, bevorzugt abstechbar, ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Rampenring für ein Anwendung auf die Länge entsprechend dem geforderten (maximalen) Drehmoment kürzbar, beispielsweise mittels Abstechen. Es wird also nur ein solcher axialer Bauraum benötigt, wie die Anzahl der Wälzkörperreihen dies erfordert.
Gemäß einem weiteren Aspekt können, beispielsweise bei hoher Auftragslage, bereits Rampenringe vorgefertigt werden und für die individuelle Anforderung dann
entsprechend gekürzt werden.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs
vorgeschlagen, dass der Rampenring einseitig einen axialen Endanschlag aufweist und gegenüberliegend eine offene Seite aufweist, wobei die Wälzkörperreihen axial in die offene Seite einschiebbar sind.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Montage besonders einfach ausführbar, indem die Wälzkörperreihen (in den Teilkäfigen) axial einfach eingeschoben werden. Bei einer Ausführungsform wird die offene Seite nach dem Einschieben der
Wälzkörperreihen zu einem Anschlag umgelegt, beispielsweise mittels Bördeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fertigungsverfahren für einen Rollenfreilauf vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
a. Herstellen eines Rampenrings mit einer Rampenkontur mit einer vorbestimmten Roh-Länge, bevorzugt mittels Tiefziehen;
b. Bestimmen eines zu übertragenden Drehmoments in der ersten Drehrichtung; c. Bestimmen einer korrespondierenden Anzahl von Wälzkörperreihen in einem Wälzkörperkäfig mit einer bestimmten Breite;
d. Anpassen der Roh-Länge der Rampenkontur auf die Breite der in Schritt c. bestimmten Anzahl von Wälzkörperreihen, wobei die so angepasste Roh-Länge der Länge der Rampenkontur im Endzustand entspricht; und
e. Einbringen der bestimmten Anzahl von Wälzkörperreihen in den angepassten Rampenring.
Vorneweg sei darauf hingewiesen, dass die gezeigte Reihenfolge der Schritte lediglich eine bevorzugte Reihenfolge darstellt und die Schritte auch in einer anderen
Reihenfolge ausführbar sind. Einzig gilt: der Schritte a. muss vor Schritt d. und Schritt e. ausgeführt werden, weiterhin der Schritt b. vor Schritt c., sowie müssen die Schritte b. und c. zumindest vor Schritt d. ausgeführt werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass gemäß einer Ausführungsform das so gefertigte Wälzlager einen einzigen einstückigen Wälzkörperkäfig umfasst, wobei also der Wälzkörperkäfig einem Teilkäfig gemäß dem vorstehend beschriebenen Rollenfreilauf entspricht. Ein solcher Wälzkörperkäfig umfasst eine oder mehrere Wälzkörperreihen. Beispielsweise entspricht im Übrigen oder in einer
Ausführungsform mit zwei oder mehr Teilkäfigen der Rollenfreilauf, welcher mit diesem Fertigungsverfahren hergestellt wird, dem zuvor beschriebenen Rollenfreilauf. Es wird zudem auf die vorhergehende Beschreibung zu dem Rollenfreilauf, welcher einer optionalen Ausführungsform des mittels des Fertigungsverfahrens gefertigten Rollenfreilaufs entspricht, verwiesen und dort erläuterte Schritte zur Fertigung eines Rollenfreilaufs stellen zumindest optional einen Bestandteil des hier aufgezeigten Fertigungsverfahrens dar.
Der Rampenring wird beispielsweise aus Metall hergestellt und dazu beispielsweise stranggegossen oder aus einem Roh-Blech tiefgezogen. Alternativ ist der Rampenring aus einem Kunststoff oder verstärkten Kunststoff hergestellt, und beispielsweise spritzgegossen. Weiterhin ist der Rampenring beispielsweise aus einem
Keramikwerkstoff hergestellt, beispielsweise mittels Sintern, wobei hierbei die erforderliche axiale Länge (vergleiche unten oder vorstehend) bevorzugt vor dem Verfestigen, also in der Phase als Grünling, erzeugt wird.
Das Drehmoment wird von dem Anwender des Rollenfreilaufs bestimmt oder die Außenlast und der mechanische Zusammenhang vorgegeben, sodass daraus das (maximale) übertragbare Drehmoment ermittelbar ist.
Der Rollenfreilauf wird neu ausgelegt oder ist ein Rollenfreilauf (-System) aus dem Bestand, zu welchem bereits alle Eckdaten bekannt sind, vor allem das (maximal) übertragbare Drehmoment. Damit ist dann die erforderliche Anzahl von
Wälzkörperreihen bestimmbar. Beispielsweise sind zwei Wälzlagerreihen erforderlich bei einem Rampenring mit einer Roh-Länge für maximal drei Wälzlagerreihen.
Dann wird, wenn die erforderliche Anzahl von Wälzkörperreihen zu einer solchen Gesamtbreite führt, welche geringer ist als die Roh-Länge der Rampenkontur, der Rampenring auf die erforderliche Länge gekürzt, beispielsweise mittels Abstechen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine Fertigungsanlage, welche dazu eingerichtet ist, die Roh-Länge der Rampenkontur zu verändern, auch dann unter den hier zugrundeliegenden Gedanken fällt, wenn dieser Schritt nicht durchgeführt wird, beispielsweise nicht notwendig ist.
Abschließend werden die Wälzkörperreihen eingebracht. In einer Ausführungsform wird das Einbringen der Wälzkörperreihen vor dem Anpassen der Länge der
Rampenkontur durchgeführt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Fertigungsverfahrens vorgeschlagen, dass der Rollenfreilauf nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rollenfreilaufs
vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wälzkörperreihe in Schritt e. axial in die offene Seite eines Rampenrings eingeschoben wird, wobei der Rampenring einseitig einen axialen Endanschlag aufweist und gegenüberliegend eine offene Seite aufweist. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Fertigungsanlage zum Ausführen des Fertigungsverfahrens nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen. Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der
Fertigungsanlage vorgeschlagen, dass damit ein Rollenfreilauf nach einer
Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung fertigbar ist.
Die Fertigungsanlage umfasst zumindest eine Maschine. In einer Ausführungsform ist lediglich die Anlage zum Fertigen des Rampenrings mit der Rampenkontur in der Roh- Länge und zum Kürzen, bevorzugt Abstechen, des Rampenrings umfasst. In einer Ausführungsform ist zudem die Anlage zum Fertigen der Wälzkörper, des
Wälzkörperkäfigs und/oder anderer Bestandteile sowie von Teil-Bearbeitungsschritten umfasst.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
Fig. 1 : ein Rollenfreilauf mit zwei Wälzlagerreihen;
Fig. 2: ein Rampenring mit einer Roh-Länge;
Fig. 3: ein Rollenfreilauf gemäß Fig. 4 in Explosionsdarstellung; und
Fig. 4: ein Rollenfreilauf mit drei Wälzlagerreihen.
In Fig. 1 ist ein Rollenfreilauf 1 in perspektivischer Ansicht gezeigt, bei welchem ein Drehmoment 20 (in gezeigter Richtung) um die Rotationsachse 2 in der ersten
Drehrichtung 7 (nahezu) verlustfrei übertragbar ist und in der zweiten Drehrichtung 8 ist kein Drehmoment übertragbar. Die erste Drehrichtung 7 und die zweite
Drehrichtung 8 sind die relativen Drehrichtungen bezogen auf einen stehenden Rampenring 5. Zur drehrichtungsabhängigen Drehmomentübertragung sind in dem Rampenring 5 eine Mehrzahl von Wälzkörpern 4 vorgesehen. Die Wälzkörper 4 sind in einem Wälzkörperkäfig 3 als eine erste Wälzkörperreihe 9 und eine zweite Wälzkörperreihe 10 geführt und gegen den Rampenring 5 radial vorgespannt. Der Wälzkörperkäfig 3 ist hier in einen ersten Teilkäfig 12 für die erste Wälzkörperreihe 9 und einen zweiten Teilkäfig 13 für die zweite Wälzkörperreihe 10 unterteilt. Bevorzugt sind diese beiden Teilkäfige 13, 14 lose zueinander verdrehbar in dem Rampenring 5 angeordnet. Der Rampenring 5 ist hier mit einem Endanschlag 18 und einer offenen Seite 19 ausgeführt, sodass die Wälzkörper 4 in dem Wälzkörperkäfig 3 durch die offene Seite 19 in den Rampenring 5 bis zu dem Endanschlag 18 axial einschiebbar sind. Der Rampenring 5 weist zur drehrichtungsabhängigen Drehmomentübertragung eine Rampenkontur 6 auf, welche in Fig. 2 und Fig. 3 gut zu erkennen und daher nur dort bezeichnet ist. Diese Rampenkontur 6 weist eine Länge 15 auf, welche sich von dem (optionalen) Endanschlag 18 bis zu der offenen Seite 19 erstreckt. Diese
Länge 15 entspricht in dieser Ausführungsform dem Zweifachen der Breite 16 eines Teilkäfigs 12, 13, sodass die beiden Teilkäfige 12, 13 hier exakt aufgenommen sind.
In Fig. 2 ist ein Rampenring 5 in perspektivischer Ansicht gezeigt, welcher
beispielsweise für die Ausführungsform des Rollenfreilaufs 1 gemäß Fig. 1 oder Fig. 4 eingerichtet ist. In der dargestellten Form weist der Rampenring 5 eine Roh-Länge 17 auf, welche auf die benötigte Länge 15 (vergleiche Fig. 1) kürzbar ist. Die
Rampenkontur 6 umfasst eine (zu der Anzahl der Wälzkörper 4 einer
Wälzkörperreihe 9, 10, 11 korrespondierende) Mehrzahl von identischen Rampen auf, welche sich jeweils in eine Steilrampe 21 zum Drehmomentübertragen (bei der ersten Drehrichtung 7 der Wälzkörperreihen 9, 10, 11 relativ zu dem Rampenring 5) und ein Flachrampe 22 zum (bei der zweiten Drehrichtung 8 der Wälzkörperreihen 9, 10, 11 relativ zu dem Rampenring 5) Überrollen gegen die Vorspannung durch den
Wälzkörperkäfig 3 eingerichtet sind.
In Fig. 3 ist ein Rollenfreilauf 1 , wie es in Fig. 4 gezeigt ist, in einer
Explosionsdarstellung gezeigt, welche den Montageschritt des axialen Einschiebens (darstellungsgemäß nach links) der einzelnen Teilkäfige 12, 13 und 14 durch die offene Seite 19 bis zu dem Endanschlag 18 wiedergibt. Die Länge 15 entspricht hier der Roh-Länge 17 des Rampenrings 5 gemäß der Darstellung in Fig. 2, wurde also nicht gekürzt. Die Länge 15 des Rampenrings 5 gemäß Fig. 1 ist hingegen gegenüber der Roh-Länge 17 gemäß Fig. 2 gekürzt (für zwei Teilkäfige 12, 13). Die Länge 15 hier in Fig. 3 entspricht dem Dreifachen der Breite 16 der (identischen) Teilkäfige 12, 13 und 14, welche bevorzugt auch mit den Teilkäfigen 12 und 13 in Fig. 1 identisch sind
In Fig. 4 ist der Rollenfreilauf 1 gemäß Fig. 3 im Endzustand mit drei
Teilkäfigen 12, 13 und 14 gezeigt, welche die drei Wälzlagerreihen 9, 10 und 11 führen und deren Wälzkörper 4 gegen die Rampenkontur 6 (vergleiche Fig. 3) radial Vorspannen.
Mit dem hier vorgeschlagenen Rollenfreilauf und dem Fertigungsverfahren, sowie der Fertigungsanlage wird ein kostengünstiges und flexibles Bausystem für ein
veränderliches übertragbares Drehmoment bereitgestellt.
Bezuqszeichenliste
Rollenfreilauf
Rotationsachse
Wälzkörperkäfig
Wälzkörper
Rampenring
Rampenkontur
erste Drehrichtung
zweite Drehrichtung
erste Wälzkörperreihe
zweite Wälzkörperreihe
dritte Wälzkörperreihe
erster Teilkäfig
zweiter Teilkäfig
dritter Teilkäfig
Länge der Rampenkontur
Breite eines Teilkäfigs
Roh-Länge
Endanschlag
offene Seite
Drehmoment
Steilrampe
Flachrampe

Claims

Patentansprüche
1. Rollenfreilauf (1 ) mit einer Rotationsachse (2) für eine drehrichtungsabhängige Drehmomentübertragung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- einen Wälzkörperkäfig (3);
- eine Mehrzahl von Wälzkörpern (4), wobei die Wälzkörper (4) in dem
Wälzkörperkäfig (3) aufgenommen sind;
- einen Rampenring (5) mit einer Rampenkontur (6) für eine Klemmung der Wälzkörper (4) mit der Rampenkontur (6) in einer ersten Drehrichtung (7), sowie für eine Freigabe eines relativen Verdrehens der Wälzkörper (4) relativ zu dem Rampenring (5) in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung (8),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rampenkontur (6) des Rampenrings (5) zum Aufnehmen (9) einer Mehrzahl von Wälzkörperreihen (9,10,11 ) eingerichtet ist; und
der Wälzkörperkäfig (3) eine Mehrzahl von separaten Teilkäfigen (12,13,14) umfasst, wobei jeder Teilkäfig (12,13,14) zumindest eine
Wälzkörperreihe (9,10,11 ) umfasst.
2. Rollenfreilauf (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Teilkäfige (12,13,14) identisch
gebildet sind.
3. Rollenfreilauf (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Teilkäfige (12,13,14) jeweils ausschließlich eine einzige Wälzkörperreihe (9,10,11 ) umfassen.
4. Rollenfreilauf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Rampenkontur (6) eine axiale Länge (15) aufweist, welche der Summe der axialen Breiten (16) von einsetzbaren Teilkäfigen (12,13,14) entspricht, und
wobei bevorzugt der Rampenring (5) in der Fertigung eine Roh-Länge (17) aufweist, welche individuell auf eine bestimmte Länge (15) kürzbar, bevorzugt abstechbar, ist.
5. Rollenfreilauf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Rampenring (5) einseitig einen axialen Endanschlag (18) aufweist und gegenüberliegend eine offene Seite (19) aufweist, wobei die
Wälzkörperreihen (9,10,11 ) axial in die offene Seite (19) einschiebbar sind.
6. Fertigungsverfahren für einen Rollenfreilauf, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
a. Herstellen eines Rampenrings (5) mit einer Rampenkontur (6) mit einer vorbestimmten Roh-Länge (17), bevorzugt mittels Tiefziehen;
b. Bestimmen eines zu übertragenden Drehmoments (21 ) in der ersten
Drehrichtung (7);
c. Bestimmen einer korrespondierenden Anzahl von Wälzkörperreihen (9,10,11 ) in einem Wälzkörperkäfig (3) mit einer bestimmten Breite (16);
d. Anpassen der Roh-Länge (17) der Rampenkontur (6) auf die Breite (16) der in Schritt c. bestimmten Anzahl von Wälzkörperreihen (9,10,11 ), wobei die so angepasste Roh-Länge (17) der Länge (15) der Rampenkontur (6) im Endzustand entspricht; und
e. Einbringen der bestimmten Anzahl von Wälzkörperreihen (9,10,11 ) in den angepassten Rampenring (5).
7. Fertigungsverfahren nach Anspruch 5, wobei der Rollenfreilauf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt ist,
wobei bevorzugt die zumindest eine Wälzkörperreihe (9,10,11 ) in Schritt e. axial in die offene Seite (19) eines Rampenrings (5) eines Rollenfreilaufs (1 ) nach
Anspruch 5 eingeschoben wird.
8. Fertigungsanlage zum Ausführen des Fertigungsverfahrens nach Anspruch 6
oder 7, bevorzugt zum Fertigen eines Rollenfreilaufs nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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