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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Freilauf.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
DE 10 2009 037 255 A1 ist ein als Klemmrollenfreilauf ausgebildeter Freilauf bekannt. Der Freilauf umfasst einen Außenring an dessen Innenoberfläche Klemmrampen ausgebildet sind, sowie einen drehfest im Außenring angeordneten Käfig. Der Käfig nimmt mehrere über den Umfang verteilte Klemmrollen auf, welche gegen die Klemmrampen angefedert werden. Zur Anfederung sind Federelemente vorgesehen, die an Käfigstegen des Käfigs befestigt sind.
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Ein Freilauf, wie er in der
DE 10 2009 037 255 A1 beschrieben wird, um ein Drehmoment in einer Lastdrehrichtung zu übertragen. Der Freilauf ist beispielsweise um eine Welle angeordnet. Zur Übertragung des Lastdrehmomentes auf den Außenring verdreht sich die Welle derart, d.h. sie verdreht sich in eine Lastdrehrichtung, dass die Klemmrollen zwischen Außenring und der Welle geklemmt werden. Dadurch kann eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden. Das Lastdrehmoment wird auf den Außenring übertragen.
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Einen weiteren Freilauf beschreibt die
DE 10 2008 049 799 A1 . Der Freilauf umfasst einen Innenring, welcher die Klemmrampen aufweist. Zudem ist der Freilaufkäfig einstückig mit dem Innenring ausgebildet. An beiden Seiten des Innenrings sind Käfigringe angeformt. Zusätzlich sind an dem einen Käfigring Käfigstege angeformt, welche über den Umfang des Innenrings verteilt angeordnet sind.
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In der
DE 10 2007 006 517 A1 wird ein Rollenfreilauf beschrieben, welcher eine Hülse aufweist, die an ihrem Innenumfang Klemmrampen vorsieht. Zudem ist ein drehfest mit der Hülse angeordneter Freilaufkäfig vorgesehen, welcher Klemmrollen und Federelemente aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Freilauf bereitzustellen, der eine erhöhte Funktionssicherheit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Freilauf aufweisend ein Antriebselement und ein Abtriebselement und einem zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Käfig, wobei in dem Käfig Klemmrollen vorgesehen und Federelemente an dem Käfig angeordnet sind, welche die Klemmrollen gegen Klemmrampen anfedern, wobei in einer Lastdrehrichtung ein Drehmoment von dem Antriebselement auf das Abtriebselement übertragbar ist, während in einer Freilaufdrehrichtung eine Freilauffunktion ermöglicht wird, wobei zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement ein die Klemmrampen aufweisender Zwischenring mit radial verlagerbaren Ringsegmenten vorgesehen ist, welche in der Lastdrehrichtung eine reibschlüssige Verbindung mit dem Abtriebselement herstellen.
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Ein Freilauf aus dem Stand der Technik weist ein Antriebselement und ein Abtriebselement auf, wobei das Abtriebselement einstückig ausgebildete Klemmrampen aufweist. Zur Übertragung eines Drehmomentes in einer Lastdrehrichtung, werden Klemmrollen in einen durch die Klemmrampen ausgebildeten Klemmspalt gedrückt und verklemmen. Das Antrieb – und/ oder Abtriebselement kann als Hülse, Ring oder Welle ausgebildet sein.
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Der erfindungsgemäße Freilauf weist einen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Zwischenring auf, welcher die Klemmrampen aufweist. Der Zwischenring ist als separates Bauteil ausgebildet. Der die Klemmrampen aufweisende Zwischenring und eine Oberfläche des Antriebselementes bilden zusammen jeweilige Klemmspalte aus. Das Antriebselement, der Zwischenring und das Abtriebselement sind mittels Lager zueinander gelagert.
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Zudem ist der Zwischenring mit radial verlagerbaren Ringsegmenten vorgesehen. Die radial verlagerbaren Ringsegmente dienen dazu, in Lastdrehrichtung eine reibschlüssige Verbindung mit dem Abtriebselement herzustellen. Dazu verdreht sich das Antriebselement bei Einleitung eines Drehmomentes in der Lastdrehrichtung. Dies bewirkt, dass die Klemmrollen eine tangentiale Bewegung in Richtung des jeweiligen Klemmspaltes ausführen. Folglich werden die Ringsegmente radial in Richtung des Abtriebselementes verschoben bzw. gedrückt und das Abtriebselement wird reibschlüssig mitgenommen. Die Klemmrolle kann soweit entlang der Klemmrampe laufen, bis die Klemmrolle auf den Käfig trifft und dort anschlägt. Dadurch wird ein zu übertragendes Drehmoment begrenzt. Ab diesem Punkt ist eine weitere radiale Bewegung des Ringsegmentes in Richtung des Abtriebselementes nicht mehr möglich.
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Vorteilhafterweise können dadurch unerwünschte Verstellungen, welche bei geringen Drehmomenten entstehen können, mittels der radial verlagerbaren Ringsegmente vermieden werden, da eine Mitnahme des Abtriebselementes erst erfolgt, wenn eine reibschlüssige Verbindung vorhanden ist. Dies bedeutet, dass das Drehmoment derartig groß sein muss, dass die Klemmrollen die Ringsegmente in Richtung des Abtriebselementes drücken können. Zudem kann das Abtriebselement mittels des Zwischenrings „sanft“ beschleunigt werden. D.h., dass u.a. Rückwirkungen, unerwünschte Drehbewegungen und dadurch entstehende Geräusche reduziert werden können.
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In einer bevorzugten Ausbildung hat der Zwischenring mehrere über den Umfang verteilte Aussparungen, in denen die Ringsegmente vorgesehen sind. Die Ringsegmente sind als separates Bauteil ausgebildet und werden in die jeweiligen Aussparungen eingesetzt. Die Aussparungen weisen eine an die Ringsegmente angepasste Form auf. Ein derartiger Aufbau, ermöglicht eine radiale Verlagerung der Ringsegmente, d.h. in Lastdrehrichtung findet eine radiale Bewegung des Ringsegmentes in Richtung des Abtriebselementes statt. Sobald das Drehmoment abnimmt bzw. keine Drehmomentübertragung in Lastdrehrichtung stattfindet, bewegen sich die Ringsegmente wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Die Anzahl der Aussparungen und Ringsegmente ist an die Größe des jeweiligen Freilaufs angepasst. Das Ringsegment kann aus verschiedenstem Material, wie beispielsweise Sintermetall, Bronze, Alu, Gusseisen, Weißmetall, Kunststoff, Keramik oder ähnlichem Material ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine erste Oberfläche jedes Ringsegmentes die Klemmrampe und eine zweite Oberfläche eine an das Abtriebsteil komplementäre Kontur auf. Die zweite Oberfläche weist vorzugsweise eine gerundete Oberfläche auf, welche an einen Radius bzw. die Oberfläche des Abtriebselements angepasst ist. So wird ein flächiger Kontakt zwischen dem Zwischenring und dem Abtriebselement ermöglicht.
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Bevorzugterweise weist wenigstens eine der Oberflächen des Ringsegmentes eine Beschichtung auf, wodurch der Verschleiß des Ringsegmentes reduziert werden kann. Alternativ kann das Ringsegment zur Verschleißreduzierung einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Ferner kann wenigstens eine der Oberfläche strukturiert sein, d.h. beispielsweise Rillen, Wellen oder Riffen aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Ringsegment ein schalenförmiges Ober- und Unterteil auf und wobei das Oberteil in dem Unterteil radial verlagerbar ist. Neben einer einstückigen Ausbildung des Ringsegmentes ist auch eine zweiteilige Ausbildung möglich. Das Oberteil und Unterteil sind derart angeordnet, dass diese ineinandergreifen, wodurch eine Führung ermöglicht und ein Verkippen der einzelnen Teile vermieden wird. Bei Übertragung des Drehmomentes in Lastdrehrichtung wird erst das Oberteil mittels der Klemmrolle radial verlagert. Das Oberteil bewirkt, dass sich auch das Unterteil entsprechend radial verlagert. Wodurch folglich ein reibschlüssiger Kontakt mit dem Abtriebselement hergestellt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wirkt auf das Oberteil eine Kraft eines elastischen Elementes, welche das Oberteil in Richtung der Klemmrolle anfedert und wobei in der Lastdrehrichtung das Oberteil entgegen der Federkraft verschiebbar ist, wodurch eine reibschlüssige Verbindung des Unterteils mit dem Abtriebselement herstellbar ist. Das elastische Element ist vorzugsweise zwischen dem Ober- und Unterteil angeordnet. Um ein Drehmoment in Lastdrehrichtung zu übertragen, muss die durch das elastische Element aufgebrachte Kraft überwunden werden. D.h., durch das eingeleitete Drehmoment wird mittels des Oberteils eine Kompression des elastischen Elementes bewirkt, wodurch sich auch das Unterteil radial verlagert. Folglich wird das Abtriebselement mittels der Ringsegmente mitgenommen.
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Vorzugsweise ist das elastische Element als Schraubenfeder ausgebildet. Alternativ kann auch beispielsweise eine Torsionsfeder, Tellerfeder, Spiralfeder, Blattfeder oder Elastomerfeder vorgesehen sein. Die zu verwendende Feder kann zwischen dem Ober- und Unterteil eingespannt sein. Des Weiteren ist auch denkbar anstelle einer Feder ein viskoses, gummiartiges Material zu verwenden, welches die gewünschte Wirkung erzielt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Käfig gegenüber dem Zwischenring mittels einer Verstellvorrichtung in der Freilaufdrehrichtung verdrehbar. Durch eine Verdrehung des Käfigs gegenüber dem Zwischenring, können die Klemmrollen aus Ihrer Klemmung gelöst werden. Folglich wird auch die Reibschlüssige Verbindung zwischen Zwischenring und Abtriebselement aufgehoben. Die externe Verstellvorrichtung kann beispielsweise als Aktorscheibe ausgeführt sein, welche mit dem Käfig verbunden werden kann.
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Freiläufe können in verschiedenen Gebieten Anwendung finden, wie beispielsweise im Automobilbereich bei Aggregaten im Riemen- und/oder Kettentrieb, bei Wasserpumpen, Generatoren, Klimakompressoren u.ä.. Der Freilauf dient hier dazu, zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb ein Drehmoment zu übertragen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von fünf Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Freilauf gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 einen vergrößerte Schnittdarstellung durch den Freilauf nach 1 gemäß der ersten Ausführungsform,
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3 ein Ringsegment eines Freilaufs nach 1 gemäß einer ersten Ausführungsform,
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4 ein Ringsegment eines Freilaufs nach 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
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5 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Freilauf gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Freilauf 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, der ein Antriebselement 2 und ein Abtriebselement 3 aufweißt. Das Antriebselement 2 ist als Außenring 4 und das Abtriebselement 3 ist als Welle 5 ausgebildet. Zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 sind ein Käfig 6 und ein Zwischenring 7 vorgesehen.
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Der Käfig 6 weist Käfigtaschen 8 auf, in denen Klemmrollen 9, sowie einer der Anzahl an die Klemmrollen 9 entsprechende Anzahl an Federelementen 10 angeordnet sind. Die Federelemente 10 stützen sich jeweils an dem Käfig 6 ab. Die Federelemente 10 sind als mehrfach gefaltete Blattfedern 10a ausgebildet.
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Der Zwischenring 7 weist Klemmrampen 11 auf, welche mit einer zylindrischen Bahn des Antriebselementes 2 einen Klemmspalt 12 ausbilden. Die Federelemente 10 federn die Klemmrollen 9 gegen die Klemmrampen 11 an, d.h. die Klemmrollen 9 werden in dem Klemmspalt 12 verklemmt.
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Wie weiter aus den 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Zwischenring 7 mehrere über den Umfang verteilte Aussparungen 13 auf. In den Aussparungen 13 sind jeweils als separates Bauteil ausgebildete Ringsegmente 14 vorgesehen, welche radial verlagerbar sind. Jedes der Ringsegmente 14 ist zweiteilig aufgebaut und weist ein schalenförmiges Oberteil 15 und ein schalenförmiges Unterteil 16 auf. Das Oberteil 15 weist eine erste Oberfläche 17 auf, welche die Klemmrampe 11 ausbildet. Das Unterteil 16 weist eine zweite Oberfläche 18 auf, welche eine an das Abtriebselement 3 komplementäre Kontur aufweist.
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Das Oberteil 15 und das Unterteil 16 sind derart zueinander angeordnet, dass das Oberteil 15 in dem Unterteil 16 radial verlagerbar ist. Ferner wirkt auf das Oberteil 15 eine Kraft F eines elastischen Elementes 19. Dieses elastische Element 19 ist zwischen dem Oberteil 15 und dem Unterteil 16 angeordnet.
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3 zeigt eine erste Ausführungsform des Ringsegmentes 14. Wie aus dieser Figur zu erkennen ist, ist das zwischen dem Oberteil 15 und dem Unterteil 16 angeordnete elastische Element 19 als Schraubenfeder 20 ausgebildet.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ringsegmentes 14. Wie aus dieser Figur zu erkennen ist, ist das zwischen dem Oberteil 15 und dem Unterteil 16 angeordnete elastische Element 19 als viskoses, gummiartiges Material ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des in den 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Freilaufs 1 beschrieben.
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Soll ein Lastdrehmoment von dem Antriebselement 2 auf das Abtriebselement 3 übertragen werden, verdreht sich das Antriebselement in Lastdrehrichtung P1. Das bedeutet, die Klemmrollen 9 laufen tangential die Klemmrampe 11 entlang in Richtung des Klemmspaltes 12. Dadurch wird folglich das Ringsegment 14 radial in Richtung des Abtriebselementes 3 gedrückt. Das bedeutet, dass das Drehmoment derart groß ist, das das Oberteil 15 entgegen der Kraft F wirkt. Folglich wird das elastische Element 19 komprimiert und das Unterteil 16 wird radial in Richtung des Abtriebselementes 3 gedrückt. Es wird eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Zwischenring 7 und dem Abtriebselement 3 hergestellt. Das Lastdrehmoment wird auf das Abtriebselement 3 übertragen.
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Die Klemmrolle 9 kann soweit die Klemmrampe 11 entlang laufen und eine Kompression des Ringsegmentes ermöglichen, bis die Klemmrolle an dem Kä fig 6 anschlägt. Dadurch ist das zu übertragende Drehmoment begrenzt.
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Bei Übertragung des Drehmomentes kann mittels einer Verstellvorrichtung der Käfig 6 in Freilaufdrehrichtung P2 verdreht werden, um das Antriebselement 2 entkoppelt. Dazu greift ein Mitnehmer 25 in einer Ausnehmung 26 des Käfigs 6 an. Mittels des Mitnehmers 25 kann der Käfig 6 gegenüber dem Zwischenring 7 verdreht werden.
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Wird das Antriebselement 2 in der Freilaufdrehrichtung P2 verdreht, werden die Klemmrollen 9 aus ihrer Verklemmung gelöst. Folglich wird eine Freilauffunktion des Freilaufs 1 ermöglicht, d.h. es wird kein Lastdrehmoment auf das Abtriebselement übertragen.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freilaufs 1. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden einander entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet wie in den vorangegangenen 1 bis 4.
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Der Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten Freilauf 1, ist die Ausbildung des Ringsegmentes 22. Das Ringsegment 22 ist einteilig ausgebildet und weist eine erste Oberfläche 23, welche die Klemmrampe 11 aufweist, und eine zweite Oberfläche 24, welche ein an das Abtriebselement komplementäre Kontur hat, auf.
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Soll ein Lastdrehmoment von dem Antriebselement 2 auf das Abtriebselement 3 übertragen werden, verdreht sich das Antriebselement 2 in Lastdrehrichtung P1. Das bedeutet, die Klemmrollen 9 laufen tangential die Klemmrampe 11 entlang in Richtung des Klemmspaltes 12. Dadurch wird folglich das Ringsegment 14 radial in Richtung des Abtriebselementes 3 verschoben und an diesen angepresst. Das Abtriebselement 3 wird reibschlüssig mitgenommen.
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Wird das Antriebselement 2 in der Freilaufdrehrichtung P2 verdreht, werden die Klemmrollen 9 aus ihrer Verklemmung gelöst. Folglich wird eine Freilauffunktion des Freilaufs 1 ermöglicht, d.h. es wird kein Lastdrehmoment auf das Abtriebselement übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilauf
- 2
- Antriebselement
- 3
- Abtriebselement
- 4
- Außenring
- 5
- Welle
- 6
- Käfig
- 7
- Zwischenring
- 8
- Käfigtaschen
- 9
- Klemmrollen
- 10
- Federelemente
- 10a
- Blattfedern
- 11
- Klemmrampe
- 12
- Klemmspalt
- 13
- Aussparung
- 14
- Ringsegment
- 15
- Oberteil
- 16
- Unterteil
- 17
- erste Oberfläche
- 18
- zweite Oberfläche
- 19
- elastisches Element
- 20
- Schraubenfeder
- 21
- viskoses, gummiartiges Material
- 22
- Ringsegment
- 23
- erste Oberfläche
- 24
- zweite Oberfläche
- 25
- Mitnehmer
- 26
- Aussparung
- F
- Kraft
- P1
- Lastdrehrichtung
- P2
- Freilaufdrehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009037255 A1 [0002, 0003]
- DE 102008049799 A1 [0004]
- DE 102007006517 A1 [0005]
