WO2010139301A1

WO2010139301A1 - Free wheel

Info

Publication number: WO2010139301A1
Application number: PCT/DE2010/000602
Authority: WO
Inventors: Herwig Fischer; Frank Van Der Seylberg
Original assignee: Phiesel Gmbh
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-05-29
Publication date: 2010-12-09
Also published as: DE102009024748A1

Abstract

The present invention relates to a free wheel having an inner ring and an outer ring, which are disposed concentrically with respect to a rotational axis, and clamping elements disposed in between. In order to largely avoid malfunctions, lower the wear of surfaces and reduce material fatigue, according to the invention the inner ring or the outer ring is provided with recesses having surface sections, which extend at an acute angle with respect to a radial plane leading through the rotational axis and against which, in the clamped state, clamping surfaces of the clamping element rest against in a frictionally engaged such the contact of the clamping pieces generates a surface normal force, which is increased as compared to the radial force.

Description

Freilauf freewheel

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freilauf mit einem Innenring und einem Außenring, die konzentrisch zu einer Drehachse angeordnet sind, sowie dazwischen angeordneten Klemmelementen.The present invention relates to a freewheel having an inner ring and an outer ring, which are arranged concentrically to a rotation axis, and arranged therebetween clamping elements.

Derartige Freiläufe werden in einer Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen und Maschinen als Rücklaufsperre, Überholkupplung oder Schaltwerk verwendet.Such freewheels are used in a variety of different devices and machines as a backstop, overrunning clutch or derailleur.

Nach dem Stand der Technik können kraftschlüssige Freiläufe zwei unterschiedlichen Grundtypen zugeordnet werden. Dabei handelt es sich um die Gruppen der Klemmkörperfreiläufe (Fig.1 ) und der Klemmrollenfreiläufe (Fig. 2). Beide Grundtypen beruhen auf dem Prinzip, dass ein Klemmkörper 101 bzw. eine Klemmrollen 201 auf den Kontaktflächen eines Außenringes 102 und eines Innenringes 103 abwälzen und dabei eine Verspannung aufbauen, welche unter Ausnutzung der Reibung eine weitere Bewegung in Sperrrichtung unterbindet. Die Sperrrichtung für die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beispielfälle sind für die jeweiligen Innenringe entgegen des Uhrzeigersinns. Um die geforderte Klemmbedingung zu erfüllen, müssen die wirksamen Normalkräfte um den Reziprokwert der Reibungszahl höher sein als die drehmomentführenden Tangentialkräfte. Diese Bedingung wird in der Regel durch das Größenverhältnis zwischen Klemmspalt und Klemmkörper bzw. durch den Rampenwinkel des Klemmsterns erfüllt, so dass über den entstehenden Klemmwinkel die geforderte Normalkraftüberhöhung entsteht.According to the prior art, non-positive freewheels can be assigned to two different basic types. These are the groups of sprag clutches (FIG. 1) and the clamping roller clutches (FIG. 2). Both basic types are based on the principle that a clamping body 101 or a pinch rollers 201 roll on the contact surfaces of an outer ring 102 and an inner ring 103 and thereby build up a tension which prevents further movement in the reverse direction by utilizing the friction. The blocking direction for the example cases shown in FIGS. 1 and 2 are counterclockwise for the respective inner rings. In order to meet the required clamping condition, the effective normal forces must be higher by the reciprocal of the coefficient of friction than the torque-carrying tangential forces. This condition is usually met by the size ratio between nip and clamp body or by the ramp angle of the terminal star, so that the required normal force increase occurs over the resulting clamping angle.

Voraussetzung für die Wälzbewegung ist der Kontakt auf gekrümmten Flächen, was zu einer Linienberührung zwischen den Kontaktpartnern führt. Die auftretenden Spannungen und Deformationen in derartigen Kontakten werden in der Kontakttheorie nach Hertz umfassend beschrieben, wonach bekannt ist, dass der Hertzsche Kontakt stets mit hohen Werkstoffspannungen verbunden ist. Hierdurch ergeben sich für die herkömmlichen Freiläufe folgende Nachteile: Die Kontaktkontur besteht aus gekrümmten Flächen, um im Vorgang des Einriegeins - also des Drehens in Sperrrichtung - ein Abwälzen zu ermöglichen. Während des Überholbetriebes in Freilaufrichtung stehen diese Flächen ebenfalls in Kontakt, können aber nicht in einer Wälzbewegung aufeinander abrollen. Als Folge daraus gleiten die gekrümmten Flächen aufeinander und neigen zum Verschleiß. Da der Verschleiß an den Flächen mit einer Konturänderung verbunden ist, kommt es häufig zu Funktionsstörungen. Ferner erschwert der Linienkontakt eine hydrodynamische Schmierung und begünstigt damit den Verschleiß der Oberflächen.Prerequisite for the rolling motion is the contact on curved surfaces, which leads to a line contact between the contact partners. The occurring stresses and deformations in such contacts are described comprehensively in the contact theory according to Hertz, according to which it is known that the Hertzian contact is always associated with high material tensions. This results in the following disadvantages for the conventional freewheels: The contact contour consists of curved surfaces to allow in the process of Einriegeins - ie the rotation in the reverse direction - a rolling. During the overtaking operation in the freewheeling direction, these surfaces are also in contact, but can not roll on each other in a rolling motion. As a result, the curved surfaces slide on each other and tend to wear. Since the wear on the surfaces is associated with a contour change, it often leads to malfunction. Furthermore, the line contact makes hydrodynamic lubrication difficult and thus favors the wear of the surfaces.

Die Spannungen in den Werkstoffbereichen um den Kontakt erreichen nicht selten Werte oberhalb der eigentlichen Fließgrenze der verwendeten Materialien. Aufgrund des besonderen Spannungszustandes im Hertzschen Kontakt führt dies nicht zu plastischen Deformationen an den Kontaktflächen. Allerdings begünstigen diese hohen Spannungen die Entstehung und Ausbreitung von mikroskopischen Gefügefehlern bis hin zum Bauteilversagen. Dieser Effekt ist allgemein unter dem Begriff der Werkstoffermüdung bekannt und begrenzt die Lebensdauer konventioneller Freiläufe in Abhängigkeit der von der Last und der Schalthäufigkeit.The stresses in the material areas around the contact not infrequently reach values above the actual yield point of the materials used. Due to the special state of stress in the Hertzian contact this does not lead to plastic deformation at the contact surfaces. However, these high tensions favor the formation and propagation of microstructural microstructures up to component failure. This effect is generally known by the term of material fatigue and limits the life of conventional freewheels as a function of the load and the switching frequency.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteile zu beheben und einen Freilauf zu schaffen, bei dem Funktionsstörungen weitestgehend vermieden werden und bei dem der Verschleiß der Oberflächen verringert wird. Ferner sollen Werkstoffermüdungen wirksam reduziert werden.It is therefore an object of the present invention to remedy the disadvantages mentioned and to provide a freewheel, are largely avoided in the malfunction and in which the wear of the surfaces is reduced. Furthermore, material fatigue should be effectively reduced.

Diese Aufgabe wird durch den Freilauf nach Anspruch 1 gelöst, bei dem am Innenring oder am Außenring Ausnehmungen mit Flächenabschnitten vorgesehen sind, die sich spitzwinkelig zu einer durch die Drehachse führenden Radialebene erstrecken und an denen Klemmflächen der Klemmelemente im Klemmzustand reibschlüssig so anliegen, dass durch die Anlage der Klemmstücke eine Flächennormal- kraft erzeugt wird, die gegenüber der Radialkraft vergrößert ist.This object is achieved by the freewheel according to claim 1, wherein recesses are provided with surface portions on the inner ring or on the outer ring, which extend at an acute angle to a leading through the axis of rotation radial plane and at which clamping surfaces of the clamping elements in the clamping state frictionally applied so that Plant of the clamping pieces a surface normal force is generated, which is increased relative to the radial force.

Mit anderen Worten wird ein Freilauf mit einer form- oder stoffschlüssigen Übertragung auf dem Innenring und kraftschlüssiger vollflächiger Übertragung am Außenring mit keil- oder konusförmigen Klemmelementen vorgeschlagen, wobei die erforderliche Flächennormalkraft unter Ausnutzung einer Keilwirkung auf der Kontaktfläche verstärkt und oder umgelenkt wird. Dieser Freilauf kann auch als Rücklaufsperre, Überholkupplung oder als Schaltwerk ausgebildet sein bzw. verwendet werden.In other words, a freewheel with a positive or cohesive transmission on the inner ring and non-positive full-surface transmission on the outer ring proposed with wedge-shaped or cone-shaped clamping elements, wherein the required surface normal force is amplified by utilizing a wedge effect on the contact surface and or deflected. This freewheel can also be configured or used as a backstop, overrunning clutch or as a derailleur.

Mit dem erfindungsgemäßen Freilauf werden die oben beschrieben Nachteile behoben, was eine gesteigerte Lebensdauer ermöglicht. Der Grund hierfür ist die Vermeidung des Hertzschen Kontaktes in der Trennfuge, also an den Flächen auf denen die Gleitbewegung im Überholbetrieb und der Reibschluss in Sperrrichtung stattfinden. Dabei werden folgende Prinzipien umgesetzt:With the freewheel according to the invention, the disadvantages described above are eliminated, which allows an increased life. The reason for this is the avoidance of the Hertzian contact in the parting line, ie on the surfaces on which the sliding movement takes place in overtaking and the frictional engagement in the reverse direction. The following principles are implemented:

1. Verschleißunempfindliche Kontaktgeometrie:1. Wear-resistant contact geometry:

Die Kontaktfläche ist derart ausgestaltet, dass keine Linienberührung mit Hertzschen Druckellipsen sondern ein Vollflächenkontakt im Eingriff entsteht, so dass ein verschleißbedingter Abtrag nicht zu einer Störung des Eingriffes führt oder die verfügbare Kontaktfläche mindert. Die größere Kontaktfläche ermöglicht zudem eine sichere hydrodynamische Schmierung im Überholbetrieb.The contact surface is designed such that no line contact with Hertzian pressure ellipses but a full-surface contact engages, so that a wear-related removal does not lead to a disturbance of the procedure or reduces the available contact area. The larger contact surface also allows safe hydrodynamic lubrication in overtaking.

2. Reduzierte Kontaktpressung:2. Reduced contact pressure:

Die für den Reibschluss erforderliche Flächennormalkraft wird auf eine wesentlich größere Fläche verteilt und die entstehenden Werkstoffspannungen werden deutlich reduziert.The surface normal force required for frictional engagement is distributed over a much larger area and the resulting material stresses are significantly reduced.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden sowie in der Unteransprüchen beschrieben.Further preferred embodiments of the present invention are described below and in the subclaims.

Vorzugsweise sind die Ausnehmungen als V-förmige Nut und die Klemmflächen der Klemmelemente eben ausgebildet, und der spitze Winkel α zu der durch die Drehachse führenden Radialebene liegt im Bereich von 10° bis 35°, vorzugsweise 15° bis 30°. Alternativ hierzu könnte die Nut auch im Querschnitt trapezförmig oder kegel- stumpfförmig ausgebildet sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Klemmelemente entweder als kippbare Klemmlamellen oder als Klemmsegmente ausgebildet. Eine derartige Konstruktion lässt sich besonders einfach herstellen, wobei hierbei keine Einbußen hinsichtlich der Genauigkeit der herzustellenden Flächen in Kauf genommen werden müssen.Preferably, the recesses are formed as a V-shaped groove and the clamping surfaces of the clamping elements flat, and the acute angle α to the leading through the axis of rotation radial plane is in the range of 10 ° to 35 °, preferably 15 ° to 30 °. Alternatively, the groove could also be trapezoidal or truncated in cross section. According to a preferred embodiment of the invention, the clamping elements are designed either as tiltable clamping blades or as clamping segments. Such a construction is particularly easy to manufacture, in which case no loss in terms of accuracy of the surfaces to be made must be accepted.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass auf dem Innenring Taschen ausgebildet sind, in die die Klemmlamellen eingreifen. Damit können die Klemmlamellen bei einer Drehung des Innenrings in Sperrrichtung eine Wälzbewegung ausführen, womit sie ihren radialen Winkel gegenüber dem Innenring ändern und mit dem Außenring einem vollflächigen Kontakt bilden. Hierdurch entsteht eine Normalkraft, mit der die Klemmbedingung für die vorliegende Reibungszahl μ erfüllt ist. Demgegenüber führen die Klemmlamellen bei einer Drehung des Innenrings in Freilaufrichtung eine Wälzbewegung aus, die zu einem flacheren Winkel der Klemmlamellen gegenüber dem Innenring führt, so dass kein vollflächiger Kontakt zu dem Außenring entsteht und kein Drehmoment übertragen wird.Furthermore, it is preferably provided that pockets are formed on the inner ring, in which engage the clamping plates. Thus, the clamping plates can perform a rolling movement with a rotation of the inner ring in the reverse direction, whereby they change their radial angle relative to the inner ring and form a full-surface contact with the outer ring. This creates a normal force with which the clamping condition for the present coefficient μ is satisfied. In contrast, the clamping plates lead in a rotation of the inner ring in the freewheeling direction of a rolling movement, which leads to a shallower angle of the clamping plates relative to the inner ring, so that no full-surface contact with the outer ring is formed and no torque is transmitted.

In einer anderen Variante besteht der Außenring aus zwei axial getrennten Teilen, deren axialer Abstand durch eine Verschraubung o.a. variabel und/oder einstellbar ist, so dass der Klemmwinkel der Lamellen eingestellt oder nachgestellt werden kann.In another variant, the outer ring consists of two axially separate parts whose axial distance o.a by a screw. is variable and / or adjustable, so that the clamping angle of the slats can be adjusted or readjusted.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmelemente über ein ringförmiges Federelement verbunden sind, wobei das Federelement vorzugsweise koaxial zu dem Innenring in Ausnehmungen der Kontaktlamellen gelagert ist. Ein solches ringförmiges Federelement kann beispielsweise ein Gummiring sein, der in entsprechend angeordneten Ausnehmungen an den Kontaktlamellen zum liegen kommt. Alternativ hierzu können die Klemmlamellen auch über einzelne Federn miteinander verbunden sein, oder die Klemmlamellen sind mit einzelnen Federn in den Taschen des Innenrings angelenkt. Um den Freilauf auch in beiden mögliche Drehrichtungen des Innenrings auf Leerlauf schalten zu können, ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Anfederung der Klemmelemente extern angesteuert werden kann. Hiermit wird die Funktionsvielfalt des Freilaufs deutlich erhöht.According to a particular embodiment of the present invention it is provided that the clamping elements are connected via an annular spring element, wherein the spring element is preferably mounted coaxially to the inner ring in recesses of the contact blades. Such an annular spring element may for example be a rubber ring which comes to rest in correspondingly arranged recesses on the contact blades. Alternatively, the clamping plates may be connected to each other via individual springs, or the clamping plates are articulated with individual springs in the pockets of the inner ring. In order to switch the freewheel in both possible directions of rotation of the inner ring to idle, is provided according to a preferred embodiment that the springing of the clamping elements can be controlled externally. This significantly increases the functionality of the freewheel.

In einer bevorzugten Variante wird die Anfederung schaltbar so ausgeführt, dass die Federkraft, mit der das Klemmelement in Kontakt gehalten wird, auf Null reduziert oder auch umgekehrt werden kann. In dieser Ausführung kann der Freilauf auch in beiden Drehrichtungen auf Leerlauf geschaltet werden. Eine erweitere Möglichkeit der Lamellenbauform sieht vor, im gleichen Freilauf einen Teil der Lamellen in Gegenrichtung anzuordnen, so dass beim Umschalten der Anfederung die Freilaufrichtung wählbar ist.In a preferred variant, the springing is switchable carried out so that the spring force with which the clamping element is kept in contact, reduced to zero or can be reversed. In this embodiment, the freewheel can be switched to idle in both directions. An extended possibility of the slat design provides to arrange in the same freewheel part of the slats in the opposite direction, so that when switching the springing the freewheeling direction is selectable.

In einer weiteren Ausführung ist der Umschaltvorgang durch eine weitere (Schalt-) Welle oder einen Hebel angesteuert, der die Klemmlamellen beim Betätigen jeweils in Drehrichtung löst. In dieser Form wirkt der Freilauf in einer oder beiden Drehrichtungen als Feststellbremse und löst nur, wenn ein Moment über die Schaltwelle bzw. den Hebel eingeleitet wird.In a further embodiment, the switching operation is controlled by a further (switching) shaft or a lever which releases the clamping blades in each case in the direction of rotation. In this form, the freewheel acts in one or both directions as a parking brake and only triggers when a moment is initiated via the shift shaft or the lever.

In einer besonderen Ausführung wird die Geometrie von Innen- und Außenring vertauscht, womit der Kraftschluss am Innenring und der Formschluss außen stattfindet. In dieser Ausführung ist eine einfache fliehkraftgesteuerte Rotation der Lamellen so möglich, dass oberhalb einer wählbaren Grenzdrehzahl gar kein Kontakt mehr zwischen den Klemmpartnern stattfindet. In einer weiteren Variante werden die Klemmlamellen mit Balancemassen versehen, so dass ein fliehkraftgesteuertes Abheben auch bei der Ausführung mit Formschluss auf dem Innenring und Kraftschluss auf dem Außenring erreicht wird.In a special design, the geometry of inner and outer ring is reversed, whereby the adhesion to the inner ring and the positive connection occurs outside. In this embodiment, a simple centrifugal force-controlled rotation of the slats is possible that above a selectable limit speed no contact between the terminal partners takes place. In a further variant, the clamping plates are provided with balancing masses, so that a centrifugal force-controlled lifting is achieved even in the embodiment with positive locking on the inner ring and frictional connection on the outer ring.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Geometrie von Innen- und Außenring vertauscht sind, so dass der Formschluss außen und der Kraftschluss auf dem Innenring stattfindet. Hierbei bleiben die beschriebenen Funktionen jedoch erhalten. In einer zusätzlichen Variante werden die Klemmlamellen nicht radial sondern axial oder diagonal angeordnet mit ansonsten gleicher, geometrischer Zuordnung zueinander und relativer, mechanischer Wirkung.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, it is provided that the geometry of the inner and outer rings are reversed, so that the positive engagement takes place on the outside and the adhesion on the inner ring. However, the described functions are retained. In an additional variant, the clamping plates are arranged not radially but axially or diagonally with otherwise the same geometric assignment to each other and relative, mechanical effect.

Vorzugsweise weisen die Kontaktflächen für den Kraftschluss Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Rillen, Profile oder Taschen auf. Diese Ausgestaltungen begünstigen die Schmierung im Überholbetrieb, wobei in Sperrrichtung die Entfernung des Schmiermittels aus den Klemmflächen ermöglicht wird, um so ein hydrodynamisches Gleiten in Sperrrichtung zu verhindern.The contact surfaces for the frictional connection preferably have surface structures, such as grooves, profiles or pockets. These embodiments promote lubrication in overrunning mode, wherein in the reverse direction, the removal of the lubricant from the clamping surfaces is made possible, so as to prevent a hydrodynamic sliding in the reverse direction.

Beide Ausführungsformen bilden im Überholbetrieb einen verschleißhemmenden Schmierfilm aus. Die Verdrängung dieses Schmierfilmes im Einriegelvorgang erfolgt durch eine gezielte Profilierung der Kontaktflächen, um eine Dränage des Öls nach außen zu erzielen. Alternativ sind Vertiefungen in der Fläche möglich in denen das Öl hydroelastisch eingelagert wird. Diese Lösung begünstigt im Vorgang des Ausrie- gelns das Lösen und eine sofortige Schmierung der Kontakte. Wegen der geringen Flächenpressungen können auch gesinterte Beläge zum Einsatz kommen deren Mikroporung ebenfalls eine Schmierstoff abführende und oder speichernde Wirkung hat.Both embodiments form in Überholbetrieb a wear-inhibiting lubricating film. The displacement of this lubricating film in Einriegelvorgang done by a targeted profiling of the contact surfaces in order to achieve a drainage of the oil to the outside. Alternatively, recesses are possible in the surface in which the oil is stored hydro-elastic. This solution favors release and immediate lubrication of the contacts in the process of disengagement. Because of the low surface pressures also sintered pads can be used whose microporous also has a lubricant laxative and or storing effect.

In einer vereinfachten Ausführung wird die Klemmfläche nicht auf gegenüberliegende, keilförmige Flanken sondern nur auf der zylindrischen Innenkontur des Außenringes abgestützt. In diesem Fall werden die beschriebenen Vorteile der Kraftverminderung nicht genutzt, jedoch bleiben die formschlüssigen Kraftübertragungen auf dem Innenring, der Vollflächenkontakt auf dem Außenring und die Konvex/Konvex Berührungen an der Innenseite der Klemmstücke als Vorteile gegenüber konventionellen Freiläufen erhalten.In a simplified embodiment, the clamping surface is not supported on opposite wedge-shaped flanks but only on the cylindrical inner contour of the outer ring. In this case, the described power reduction benefits are not utilized, however, the positive force transmissions on the inner ring, the full face contact on the outer ring and the convex / convex contacts on the inner side of the clamping pieces remain advantages over conventional freewheels.

In einer kostenoptimierten Variante werden die Wälzkontakte zwischen Innenring und Klemmelement durch elastische Materialbrücken substituiert. Diese Ausführung kommt ebenfalls für die vereinfachte Ausführung ohne Keileffekt in betracht. Konkrete Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen die:In a cost-optimized variant, the rolling contacts between inner ring and clamping element are substituted by elastic material bridges. This version is also considered for the simplified version without wedge effect. Concrete embodiments of the present invention and further advantageous embodiments are explained below with reference to the figures. The show:

Fig. 3a, b: einen Querschnitt durch ein Außenring,3a, b: a cross section through an outer ring,

Fig. 4: eine schematische Darstellung eines Freilaufes mit einer einzigenFig. 4: a schematic representation of a freewheel with a single

Klemmlamelle,Clamping blade,

Fig. 5a: eine Seitenansicht eine Klemmlamelle,5a shows a side view of a clamping blade,

Fig. 5b: eine Draufsicht auf eine Klemmlamelle,5b is a plan view of a clamping blade,

Fig. 6a, b: je eine Detailansicht einer Klemmlamelle mit einem Federelement undFig. 6a, b: each a detailed view of a clamping blade with a spring element and

Fig. 7a - 9c: je eine Detailansicht eines Freilaufes mit einem Klemmsegment.Fig. 7a - 9c: each a detailed view of a freewheel with a clamping segment.

Wie den Fig. 4, 7a und 7b zu entnehmen ist, besteht der Freilauf analog zu den bekannten Freilauftypen aus einem Innenring 402, 702 und einem Außenring 301 , welche in Freilaufrichtung 404 gegeneinander um die Drehachse 104 verdreht werden können. Der vollflächige Kontakt findet am Außenring statt, da wegen des größeren Radius gegenüber dem Innenring geringere Flächennormalkräfte für den Reib- schluss erforderlich sind. Analog hierzu ist auch ein Vollflächenkontakt am Innenring möglich, wenn die Anwendung dies erfordert. Der Außenring 301 besitzt eine V- förmige Nut 302 auf seiner Innenseite. Die beiden geneigten Flanken 305, 306 der Nut dienen als Kontaktflächen. Aufgabe der geneigten Flanken ist es, eine radial wirkende Kraft umzulenken und gleichzeitig zu verstärken. Dadurch wird es möglich, mit einer geringeren radialen Zustellkraft 303 große Flächennormalkräfte 304 zu erzeugen und die Tangentialkraft reibschlüssig zu übertragen. Tatsächlich stützen sich große Teile der Normalkräfte 304 mit ihren axialen Komponenten direkt in den Klemmstücken und in den gegenüberliegenden Flanken 305, 306 des Außenrings 301 ab, ohne auf den Innenring 402, 702 übertragen zu werden.As can be seen in FIGS. 4, 7a and 7b, the freewheel comprises an inner ring 402, 702 and an outer ring 301, which can be rotated about the axis of rotation 104 in the freewheeling direction 404, analogous to the known freewheel types. The full-surface contact takes place on the outer ring, since due to the larger radius relative to the inner ring, lower surface normal forces are required for the frictional engagement. Similarly, a full-surface contact on the inner ring is possible if the application requires it. The outer ring 301 has a V-shaped groove 302 on its inside. The two inclined flanks 305, 306 of the groove serve as contact surfaces. The task of the inclined flanks is to redirect a radially acting force and to reinforce it at the same time. This makes it possible, with a lower radial feed force 303 to generate large surface normal forces 304 and to transmit the tangential force frictionally. In fact, large parts of the normal forces 304 are directly supported by their axial components Clamps and in the opposite flanks 305, 306 of the outer ring 301, without being transferred to the inner ring 402, 702.

Die Übertragung der drehmomentbildenden Tangentialkraft bzw. Bewegung kann in verschiedenen konstruktiven Ausführungen erfolgen.The transmission of the torque-forming tangential force or movement can be done in various structural designs.

1. Ausführungsform mit Klemmlamellen:1st embodiment with clamping blades:

In Fig. 4 ist ein Freilauf mit einer Klemmlamelle 401 dargestellt, wobei der Innenring 402 auf seiner äußeren Zylinderfläche eine zylindrische Taschen 403 aufweist. Selbstverständlich ist je nach Größe des Freilaufes eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Klemmlamellen 401 vorgesehen. Jede Klemmlamelle 401 besitzt an ihrem unteren Ende eine zur Tasche 403 am Innenring 402 passende Rundung und an ihrem oberen Ende V-förmig angeschliffene Kontaktflächen 503 (FIG.5), die passend zur Nut 302 im Außenring 301 ausgebildet sind. In der Einbaulage nimmt die Klemmlamelle 401 einen Neigungswinkel zur radialen Richtung ein. Die V-förmigen Kontaktflächen werden mit demselben Winkel geneigt zur Längsachse der Klemmlamelle 401 angeschliffen. Somit liegt die Klemmlamelle 401 in Einbaulage vollflächig an den Flanken 305, 306 der Nut an und ebenso spielfrei in der Rundung der Tasche 403 des Innenrings 402. Wird der Innenring entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil 404) gedreht, so rollt die Klemmlamelle 401 in der Tasche 403 im Uhrzeigersinn und klappt aus der Nut 302 des Außenrings 301 heraus und der Freilauf entriegelt.4, a freewheel with a clamping blade 401 is shown, wherein the inner ring 402 has a cylindrical pockets 403 on its outer cylindrical surface. Of course, depending on the size of the freewheel a plurality of juxtaposed clamping blades 401 is provided. Each clamping blade 401 has at its lower end to the pocket 403 on the inner ring 402 matching rounding and at its upper end V-shaped ground contact surfaces 503 (FIG.5), which are formed to match the groove 302 in the outer ring 301. In the installed position, the clamping blade 401 assumes an angle of inclination to the radial direction. The V-shaped contact surfaces are ground at the same angle inclined to the longitudinal axis of the clamping blade 401. Thus, the clamping plate 401 is in the installed position over the entire surface of the flanks 305, 306 of the groove and also free of play in the rounding of the pocket 403 of the inner ring 402. If the inner ring is rotated counterclockwise (arrow 404), then the clamping plate 401 rolls in the pocket 403 clockwise and folds out of the groove 302 of the outer ring 301 and the freewheel unlocked.

Eine Rotation des Innenrings 402 im Uhrzeigersinn führt zu einer Wälzbewegung der Klemmlamelle 401 entgegen dem Uhrzeigersinn und somit zu einem Aufstellen der Klemmlamelle 401 und einer Verstemmung in der Nut 302. Dabei ist die Wälzbewegung in der Tasche 403 nur bedingt vergleichbar mit der in den bekannten, herkömmlichen Freiläufen, da hier nur ein Anteil der notwendigen Klemmkraft aufgebracht wird. Außerdem wird der nach den Hertzschen Formeln ungünstige Kontakt mit entgegengesetzter Wölbung (Konvex gegen Konvex), der bei herkömmlichen Klemmkörperfreiläufen am Innenring entsteht, vermieden. Der Hauptteil der erforder- liehen Klemmkraft entsteht über die Kräftezerlegung an den Flanken 305, 306 der Nut 302, was mit dem Effekt an Gewindeflanken oder Keilriemen vergleichbar ist.A rotation of the inner ring 402 in the clockwise direction leads to a rolling movement of the clamping blade 401 counterclockwise and thus to a setting up of the clamping blade 401 and a caulking in the groove 302. The rolling motion in the pocket 403 is only partially comparable to that in the known, conventional Freiläufen, since only a proportion of the necessary clamping force is applied. In addition, the unfavorable according to the Hertz formulas contact with opposite curvature (convex against convex), which arises in conventional sprag freewheels on the inner ring, avoided. The main part of the required The clamping force is generated by the separation of forces on the flanks 305, 306 of the groove 302, which is comparable with the effect on thread flanks or V-belts.

Die Anfederung (Fig.6 a, b) der auf dem Umfang verteilten Klemmlamellen 401 erfolgt über eingelegte Federringe 601 beidseitig der Klemmlamelle 401. Der Federring 601 ist kreisrund und wird in Ausnehmungen der Klemmlamelle 401 eingelegt. Steht die Klemmlamelle 401 senkrecht in der Tasche 403 des Innenrings 402, so ist der Federring 601 lastfrei. In der Einbaulage mit geneigter Klemmlamelle 401 wird der Federring 601 von der Kante der Ausnehmung elastisch deformiert, so dass der Federring 601 die Form eines n-Ecks entsprechend der Anzahl der Klemmlammellen 401 auf dem Umfang annimmt. Die Anfederung kann alternativ über elastische Elemente zwischen den Klemmlamellen 401 oder über eine Anfederung am Innenring 402 erfolgen.The springing (Figure 6a, b) of the circumferentially distributed clamping plates 401 via inserted spring rings 601 on both sides of the clamping plate 401. The spring ring 601 is circular and is inserted into recesses of the clamping plate 401. If the clamping blade 401 is perpendicular to the pocket 403 of the inner ring 402, the spring ring 601 is free of load. In the installation position with inclined clamping blade 401, the spring ring 601 is elastically deformed by the edge of the recess, so that the spring ring 601 takes the form of an n-corner corresponding to the number of clamping blades 401 on the circumference. The springing can alternatively via elastic elements between the clamping plates 401 or via a springing on the inner ring 402 take place.

2. Ausführungsform mit Klemmsegmenten2nd embodiment with clamping segments

In Fig. 7a, b ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Klemmelemente von Klemmsegmenten 701 gebildet werden. Hierbei wird für den Kontakt zur Nut 302 des Außenrings 301 ein Klemmsegment 701 mit beidseitig konischen Flanken 706, 707 verwendet. Die Übertragung der Tangentialkraft bzw. Bewegung erfolgt über Rollen 703 zwischen dem Innenring 702 und dem Klemmsegment 701. Zu diesem Zweck verfügt das Klemmsegment 701 über gewölbte Ausnehmungen 705 an seiner Innenseite. Analog dazu besitzt ebenso der Innenring 702 Ausnehmungen 704 an seiner Außenseite. Diese Rollenanordnung ermöglicht dem Klemmsegment 701 eine tangentiale Bewegung bei gleichzeitiger radialer Verschiebung nach Außen.In Fig. 7a, b, an embodiment is shown, in which the clamping elements of clamping segments 701 are formed. In this case, a clamping segment 701 with mutually conical flanks 706, 707 is used for the contact to the groove 302 of the outer ring 301. The transmission of the tangential force or movement via rollers 703 between the inner ring 702 and the clamping segment 701. For this purpose, the clamping segment 701 has curved recesses 705 on its inner side. Similarly, also has the inner ring 702 recesses 704 on its outside. This roller arrangement allows the clamping segment 701 a tangential movement with simultaneous radial displacement to the outside.

Wird das Klemmsegment 701 nach rechts vorgespannt (Fig.δa), so bilden sich die Kontakte zwischen den Rollen 703 und dem Innenring 402 bzw. Klemmsegment 702 unter einem Winkel zur radialen Richtung aus. An diesen Kontaktpunkten findet die Kräftezerlegung zwischen der Tangentialkraft 801 und der für die Klemmung erforderlichen Radialkraft 303 unter Vermittlung der Rollenkraft 802 statt. Somit ist die Sperrrichtung des Innenrings 702 entgegen dem Uhrzeigersinn festgelegt. Wird nun der Innenring 702 im Uhrzeigersinn gedreht so bewegen sich die Rollen in die Ausnehmung des Innenrings 702 hinein, das Klemmsegment wird aus der Nut bewegt und kann frei Umlaufen. Wird der Innenring 702 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht so rollen die Rollen 703 aus den Ausnehmungen von Innenring 702 und Klemmsegment 701 heraus und drücken somit das Klemmsegment 701 in die Nut 302. Unter der Keilwirkung der Nut 302 kommt es somit zum Kraftschluss und der Sperrwirkung.If the clamping segment 701 is biased to the right (FIG. 6a), then the contacts between the rollers 703 and the inner ring 402 or clamping segment 702 form at an angle to the radial direction. At these contact points, the forces are split between the tangential force 801 and the radial force 303 required for the clamping by means of the roller force 802. Thus, the reverse direction of the inner ring 702 is set in the counterclockwise direction. Will now the inner ring 702 is rotated clockwise so the rollers move into the recess of the inner ring 702, the clamping segment is moved out of the groove and can circulate freely. If the inner ring 702 is rotated counterclockwise, the rollers 703 roll out of the recesses of the inner ring 702 and clamping segment 701 and thus push the clamping segment 701 into the groove 302. Under the wedge effect of the groove 302, the frictional connection and the blocking effect thus occur.

Die Anordnung der Rollen 703 kann symmetrisch ausgelegt werden, sodass die Sperrrichtung durch die Richtung der Anfederung zum Innenring bestimmt bzw. umgeschaltet wird (FIG.8a) ebenso ist eine Aufhebung der Sperrwirkung möglich.The arrangement of the rollers 703 can be designed symmetrically, so that the locking direction is determined or switched by the direction of the springing to the inner ring (FIG. 8a), as well as a lifting of the blocking effect is possible.

Die beschriebene Funktion der Rollen- oder Wälzkontakte können durch eine Gleitrampe ersetzt werden (Fig.9). The described function of the roller or rolling contacts can be replaced by a sliding ramp (Figure 9).

Claims

Ansprüche: Claims:

1. Freilauf mit einem Innenring (103) und einem Außenring (102), die konzentrisch zu einer Drehachse (104) angeordnet sind, sowie dazwischen angeordneten Klemmelementen (101 , 201 ), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s am Innenring (103) oder am Außenring (102) Ausnehmungen mit Flächenabschnitten (302) vorgesehen sind, die sich spitzwinkelig zu einer durch die Drehachse führenden Radialebene erstrecken und an denen Klemmflächen der Klemmelemente im Klemmzustand reibschlüssig so anliegen, dass durch die Anlage der Klemmstücke eine Flächennormalkraft (304) erzeugt wird, die gegenüber der Radialkraft (303) vergrößert ist.1. freewheel having an inner ring (103) and an outer ring (102), which are arranged concentrically to a rotation axis (104) and interposed clamping elements (101, 201), characterized in that on the inner ring (103) or on the outer ring (102 Recesses with surface portions (302) are provided which extend at an acute angle to a radial axis leading through the axis of rotation and in which clamping surfaces of the clamping elements in the clamping state friction fit so that by the system of clamping pieces a surface normal force (304) is generated, which compared to Radial force (303) is increased.

2. Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als V-förmige Nut ausgebildet und die Klemmflächen der Klemmelemente eben sind, und der spitze Winkel α zu der durch die Drehachse führenden Radialebene im Bereich von 10° bis 35°, vorzugsweise 15° bis 30°, liegen.2. Freewheel according to claim 1, characterized in that the recesses formed as a V-shaped groove and the clamping surfaces of the clamping elements are flat, and the acute angle α to the leading through the axis of rotation radial plane in the range of 10 ° to 35 °, preferably 15th ° to 30 °, lie.

3. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente entweder als kippbare Klemmlamellen (401 ) oder als Klemmsegmente (701 ) ausgestaltet sind.3. freewheel according to one of claims 1 or 2, characterized in that the clamping elements are configured either as a tiltable clamping plates (401) or as clamping segments (701).

4. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Innenring (402) Taschen (403) ausgebildet sind, in die die Klemmlamellen (401) eingreifen.4. Freewheel according to one of claims 1 or 3, characterized in that on the inner ring (402) pockets (403) are formed in which the clamping plates (401) engage.

5. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmlamellen (401 ) bei einer Drehung des Innenrings (402) in Kupplungsrichtung eine Wälzbewegung ausführen, womit sie ihren radialen Winkel gegenüber dem Innenring (402) ändern und mit dem Außenring (301 ) einem voll- flächigen Kontakt bilden, womit eine Normalkraft aufgebaut wird, mit der die Klemmbedingung für die vorliegende Reibungszahl μ erfüllt ist.5. freewheel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the clamping plates (401) at a rotation of the inner ring (402) in the coupling direction perform a rolling motion, whereby they change their radial angle relative to the inner ring (402) and with the outer ring (301) a fully form surface contact, whereby a normal force is built up, with the clamping condition for the present coefficient of friction μ is met.

6. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmlamellen (401) bei einer Drehung des Innenrings (402) in Freilaufrichtung eine Wälzbewegung ausführen, die zu einem flacheren Winkel der Klemmlamellen gegenüber dem Innenring (402) führt, so dass kein vollflächiger Kontakt zu dem Außenring (301 ) entsteht und kein Drehmoment übertragen wird.6. freewheel according to one of claims 1 or 5, characterized in that the clamping plates (401) at a rotation of the inner ring (402) in the freewheeling direction perform a rolling motion, which leads to a shallower angle of the clamping plates relative to the inner ring (402) that no full-surface contact with the outer ring (301) is formed and no torque is transmitted.

7. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kontakt zwischen dem Innenring (702) und den Klemmesegmenten (701) Klemmrollen (703) vorgesehen sind.7. freewheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the contact between the inner ring (702) and the clamping segments (701) clamping rollers (703) are provided.

8. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (301 ) konisch ausgeführt ist und so durch axiales Nachstellen der Klemmwinkel gesteuert werden kann.8. freewheel according to one of claims 1 to 7, characterized in that the outer ring (301) is conical and can be controlled by axial adjustment of the clamping angle.

9. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (301 ) eine V-förmige Nut aufweist, in der sich die Klemmlamellen (401 ) auch axial abstützen und dass die Klemmkontaktflächen somit nicht ausschließlich nur in radialer Richtung wirken sondern auch Komponenten in axialer Richtung aufweisen, so dass die Stützkräfte nicht vollständig auf den Innenring übertragen werden müssen sondern zum großen Teil an den gegenüberliegenden axialen Flanken abgefangen werden.9. freewheel according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outer ring (301) has a V-shaped groove, in which the clamping plates (401) are also supported axially and that the clamping contact surfaces thus not exclusively act only in the radial direction but also components in the axial direction, so that the supporting forces do not have to be completely transferred to the inner ring but are largely intercepted at the opposite axial edges.

10. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen gewölbt sind.10. Freewheel according to one of claims 1 to 9, characterized in that the clamping surfaces are curved.

11. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring zweiteilig ausgeführt ist und so der Abstand der axialen Klemm- flächen einstellbar ist, so dass auch der Klemmwinkel einstellbar bzw. nachstellbar ist.11. freewheel according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outer ring is designed in two parts and so the distance of the axial clamping surfaces is adjustable, so that the clamping angle is adjustable or adjustable.

12. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente über ein ringförmiges Federelement (601 ) verbunden sind, wobei das Federelement (601 ) vorzugsweise koaxial zu dem Innenring (402) in Ausnehmungen der Kontaktlamellen (401 ) gelagert ist.12. freewheel according to one of claims 1 to 11, characterized in that the clamping elements via an annular spring element (601) are connected, wherein the spring element (601) is preferably mounted coaxially to the inner ring (402) in recesses of the contact blades (401) ,

13. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmlamellen (401 ) über einzelne Federn miteinander verbunden sind, oder, dass die Klemmlamellen (401 ) mit einzelnen Federn in den Taschen (403) angelenkt sind.13. freewheel according to one of claims 1 to 12, characterized in that the clamping plates (401) are connected to each other via individual springs, or that the clamping plates (401) are articulated with individual springs in the pockets (403).

14. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente Balancemassen aufweisen, die bei Überschreiten einer wählbaren Grenzdrehzahl zum Abheben der Klemmelemente durch Zentrifugalkräfte führen.14. freewheel according to one of claims 1 to 13, characterized in that the clamping elements have balancing masses that lead to the lifting of the clamping elements by centrifugal forces when a selectable limit speed is exceeded.

15. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfederung der Klemmelemente extern angesteuert werden kann, so dass der Freilauf auch in beiden Drehrichtungen und auf Leerlauf schaltbar ist.15. freewheel according to one of claims 1 to 14, characterized in that the springing of the clamping elements can be controlled externally, so that the freewheel is switchable in both directions of rotation and idle.

16. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelamellen teilweise in Gegenrichtung angeordnet sind und dass die Anfederung jeweils einer Lamellengruppe separat schaltbar ist, so dass der Freilauf auf Rechts-/ Linkskupplung bzw. Rechts- /Linksleerlauf geschaltet werden kann.16. freewheel according to one of claims 1 to 15, characterized in that the Klemmelamellen are partially arranged in the opposite direction and that the springing each of a fin group is separately switchable, so that the freewheel on right / left clutch or right / left idle be switched can.

17. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Welle bzw. ein Hebel ein Drehmoment in den Freilauf mit den beiden Lammellengruppen so einbringt, dass die Lamellen in Drehrichtung ge- löst werden und so der Freilauf als Haltebremse in eine oder zwei Drehrichtungen fungiert.17. freewheel according to one of claims 1 to 16, characterized in that an additional shaft or a lever introduces a torque in the freewheel with the two groups of lamellae so that the lamellae in the direction of rotation GE be released and so the freewheel acts as a holding brake in one or two directions of rotation.

18. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beschriebenen Funktionen erhalten bleiben, die Geometrie von Innen- und Außenring jedoch vertauscht sind, so dass der Formschluss außen und der Kraftschluss auf dem Innenring stattfindet.18. freewheel according to one of claims 1 to 17, characterized in that the described functions are retained, the geometry of the inner and outer ring, however, are reversed, so that the positive locking occurs outside and the adhesion on the inner ring.

19. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung bei ansonsten gleicher mechanischer Wirkung nicht radial, sondern axial stattfindet, die Klemmflächen und die Formschlusselemente somit nicht ringförmig, sondern axial angeordnet sind.19. freewheel according to one of claims 1 to 18, characterized in that the power transmission takes place with otherwise the same mechanical effect not radially, but axially, the clamping surfaces and the interlocking elements are thus not annular, but axially arranged.

20. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung bei ansonsten gleicher mechanischer Wirkung nicht radial, sondern diagonal stattfindet, wozu die Klemmflächen und die Formschlusselemente nicht ringförmig sondern in beliebigen Winkeln schräg (diagonal) angeordnet sind.20. Freewheel according to one of claims 1 to 19, characterized in that the power transmission takes place with otherwise the same mechanical effect not radially, but diagonally, for which the clamping surfaces and the interlocking elements are not annular but at any angle obliquely (diagonally) are arranged.

21. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen für den Kraftschluss Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Rillen, Profile oder Taschen aufweisen, die eine begünstigte Schmierung im Überholbetrieb ermöglichen, jedoch in Klemmrichtung die Entfernung des Schmiermittels aus den Klemmflächen ermöglichen, um so ein hydrodynamisches Gleiten in Klemmrichtung zu unterbinden.21. freewheel according to one of claims 1 to 20, characterized in that the contact surfaces for the frictional surface structures, such as grooves, profiles or pockets, which allow a favored lubrication in overtaking, but in the clamping direction allow the removal of the lubricant from the clamping surfaces so as to prevent a hydrodynamic sliding in the clamping direction.

22. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 21 gekennzeichnet durch eine mehrreihige Ausführung mit mehreren parallelen Keilnuten.22. Freewheel according to one of claims 1 to 21 characterized by a multi-row design with several parallel keyways.

23. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet durch die Herstellung aus Kunststoffen und die Ausnutzung der elastischen Eigenschaften dieser Kunststoffe. 23. freewheel according to one of claims 1 to 22 characterized by the production of plastics and the utilization of the elastic properties of these plastics.