DE102008021960A1

DE102008021960A1 - Freilauf mit verringerter Masse

Info

Publication number: DE102008021960A1
Application number: DE102008021960A
Authority: DE
Inventors: Swen DÖRRIE; Marcel Laake; Alois Leisgang; Werner Meth
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2009-11-05
Also published as: CN101571167A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen besonders leichten und preiswert herstellbaren Freilauf (01) mit einem Außenring, einem Innenring und einem dazwischen angeordneten Freilaufkäfig (09). Erfindungsgemäß ist der Außenring durch einen freitragenden Winkelflansch (02) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freilauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Freilauf ist eine richtungsgeschaltete Kupplung und umfasst einen Innenring und einen Außenring und in einem Käfig Klemmrollen und Federn oder Klemmkörper. Der Freilauf entkoppelt einen Teil eines Antriebstranges von der Drehbewegung, wenn sich die Lastverhältnisse ändern.
Freiläufe werden im Maschinenbau z. B. als Rücklaufsperren oder Überholkupplungen verwendet.
Beim Starterfreilauf (Anwendung als Überholkupplung) werden meist Klemmrollen und Federn verwendet, der Außenring wird in diesem Fall auch als Außenstern bezeichnet. Einzeln gefederte Rollen werden in Taschen oder an Klemmprofile gedrückt. Weil sich die Aufnahmeräume der Klemmkörper von den Federn weg verjüngen, ist das übertragene Drehmoment größer, je weiter der Stern gegenüber dem Außenring verdreht wird. Durch passende Auswahl des Anstell- oder Klemmwinkels des sich ausbildenden Klemmkeiles ist die Ausführung auch bei bester Schmierung – physikalisch bedingt – absolut rutschsicher, es herrscht der Zustand der Selbsthemmung. Der Verjüngungswinkel muss dazu so gewählt werden, dass er kleiner oder gleich dem Arcustangens der Gleitreibungszahl μ ist. Wird der Verjüngungs- oder Klemmwinkel größer als arctan(μ) gewählt, rutscht der Freilauf und ist unzuverlässig.
Klemmkörperfreiläufe besitzen unrunde Klemmkörper zwischen kreiszylindrischen Laufbahnen.
Nachfolgend wird die prinzipiell bekannte Anwendung eines Freilaufs als Starterfreilauf beschrieben. Die daran anschließend dargestellte Erfindung ist allerdings nicht auf Starterfreiläufe beschränkt.
Der Starterfreilauf findet Anwendung beispielsweise in 2-Takt- und 4-Takt-Verbrennungsmotoren für Krafträder mit Elektro-Startern. Zum Starten des Verbrennungsmotors wird mit Hilfe eines Elektromotors ein Starterritzel angetrieben, welches mit einem Freilauf ausgerüstet ist. Vorzugsweise ist das Starterritzel mit dem Innenring des Freilaufs verbunden ist. Der Außenring des Freilaufs ist meist mittels Schrauben an die Lichtmaschine angeflanscht. Der Freilauf klemmt und treibt über den Außenring die Lichtmaschine an, bis der Verbrennungsmotor selbst zündet. Die Lichtmaschine ist form- und kraftschlüssig mit der Kurbelwelle verbunden. Sobald die Zündung erfolgt ist, wird die Kurbelwelle auf eine höhere Drehzahl als die des Starterritzels beschleunigt. Der Freilauf verhindert, dass der schon gestartete Motor über das Starterritzel den Starter mit einer zu hohen Drehzahl antreibt und ihn dadurch beschädigt oder zerstört. Der Freilauf läuft im Überholbetrieb bis zum Erreichen der Abheberdrehzahl, anschließend läuft er frei, der Elektromotor wird abgeschaltet.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Freiläufe mit massiven Außenringen entweder mit einem Außenstern für Klemmrollen oder mit einer zylindrischen Innenfläche für Klemmkörper zu verwenden, welche mittels Schrauben am Antriebsflansch befestigt werden. Die massiven Außenringe werden aufwendig in Sintertechnologie oder spangebend gefertigt. Sie müssen die Aufweitkräfte im Klemmbetrieb aufnehmen und das Drehmoment sicher übertragen.
Aufgrund der Verwendung eines Sintermaterials liegt die zulässige Hertz'sche Pressung an diesen Bauteilen relativ niedrig. Mit sinkender Hertz'scher Pressung müssen aber die Verhältnisse im Wälzkontakt angepasst werden, indem zum Beispiel die Kontaktlänge erhöht bzw. der Rollendurchmesser vergrößert wird. Sinterbauteile mit hochwertigen Werkstoffen sind sehr teuer.
Massivteile müssen aufwändig spanend bearbeitet werden, was die Herstellungskosten erhöht. Eine Alternative zu dem massiven Außenring sind dünnwandige Rollenhülsen. Diese werden zur Aufnahme der hohen Klemmkräfte in ausreichend dickwandige Gehäuse vorzugsweise eingepresst. Die Übertragung des Drehmomentes wird durch einen Pressverband und/oder durch Formschluss zwischen Außenring und Gehäuse erreicht. Das Gehäuse wird wiederum mit Schrauben an die Lichtmaschine angeflanscht.
Aus der DE 42 16 055 A1 ist ein Hülsenfreilauf mit einer Lagerung bekannt. Der Hülsenfreilauf umfasst einen dünnwandigen spanlos geformten Außenring mit an dessen Innenseiten angeordneten Klemmflächen, sowie einen mit Metallfedern bestückten Kunststoffkäfig zur Aufnahme der Klemmelemente. Der Freilaufkäfig sichert die exakte Positionierung und Führung der als Klemmelemente wirkenden Nadelrollen. Beiderseits des Freilaufkäfigs sind Stützlager angeordnet, die radiale Kräfte aufnehmen. Im Hülsenfreilauf sind an verschiedenen Stellen Durchbrüche zu Räumen zur Aufnahme von Schmiermitteln vorgesehen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Freilauf zu schaffen, der insbesondere den gestiegenen Anforderungen, wie höhere zu übertragende Drehmomente, geringe Abhebedrehzahl, Funktionssicherheit bei Mangelschmierung genügt und der besonders kostengünstig und materialsparend herstellbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einem Freilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Freilauf umfasst einen Außenring, der als Winkelflansch mit einem vorzugsweise L-förmigen Profil ausgeführt ist, und eine freitragende Kontur zur Aufnahme eines Freilaufkäfigs in einem einzigen Bauteil.
Der Winkelflansch weist außerhalb der Kontur an einem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt vorzugsweise mehrere Gewindebohrungen oder Durchgangslöcher zur Befestigung des Freilaufs an dem anzutreibenden Bauteil auf. Eine sich in radialer Richtung erstreckende Kontaktfläche steht nach der Befestigung an dem Bauteil im Reibverbund mit diesem, wodurch das Drehmoment übertragen wird.
Durch die Steifigkeit des Winkelflansches wird das maximal übertragbare Drehmoment definiert. Selbstverständlich muss der Reibverbund an die Steifigkeit angepasst werden, damit nicht die Befestigungsschrauben das gesamte Drehmoment übertragen müssen. Dies würde zu einer kurzfristigen Zerstörung des Winkelflansches oder anderer Bauteile führen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die freitragende Kontur eine Klemmkontur (Außenstern), im Freilaufkäfig sind Klemmrollen federnd gelagert. Der Freilaufkäfig ist selbstverständlich an die Klemmkontur angepasst.
Der Winkelflansch wird spanlos, vorzugsweise durch Tiefziehen aus einem gestanzten Blech hergestellt.
Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass der Freilauf im Vergleich zu den herkömmlichen Ausführungen ein sehr geringes Gewicht hat, so dass mit minimalem Materialeinsatz die Anforderungen an den Freilauf erfüllt werden. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Freilauf problemlos anstelle eines herkömmlichen Freilaufs verwendet werden, da er hinsichtlich der Abmessungen und Montagebohrungen vollständig kompatibel zu einem bestehenden Freilauf ausgeführt werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1: einen erfindungsgemäßen Starterfreilauf (ohne Innenring) in zwei Ansichten.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Freilauf 01 in einer räumlichen Ansicht (a) und in einer Vorderansicht (b) dargestellt.
Der Freilauf 01 umfasst einen Winkelflansch 02 mit einer integrierten freitragenden Klemmkontur 03, welche sich in axialer Richtung erstreckt und als Außenring des Freilaufs 01 fungiert. Die Klemmkontur 03 weist an ihrem Umfang verteilt mehrere Klemmkeile 04 auf, welche die bekannte Aufgabe eines Außensterns erfüllen.
Der Winkelflansch 02 mit integrierter Klemmkontur 03 ist als einstückiges Blechteil vorzugsweise durch Kaltumformung, insbesondere durch Tiefziehen hergestellt.
Bei der Umformung werden die Klemmkontur 03 und damit die Klemmkeile 04 ausgebildet, welche hinsichtlich ihrer Anzahl, Steigung und Form entsprechend den an den Freilauf gestellten Forderungen zu wählen sind. Soll ein Klemmkörperfreilauf hergestellt werden, ist eine zylindrische Innenfläche des Außenrings durch Tiefziehen auszubilden.
An einem, sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt 06 des Winkelflansches 02 sind verteilt mehrere Befestigungsbohrungen 07 vorgesehen. Die Befestigungsbohrungen 07 können entweder mit einem Gewinde versehen sein oder es sind Durchgangsbohrungen. Die Befestigungsbohrungen 07 dienen der Befestigung des Freilaufs 01 bzw. dessen Außenringes an einem anzutreibenden nicht dargestellten Bauteil. Bei der Verwendung als Startertreilauf wird die Verbindung mit der Welle einer Lichtmaschine durch den Winkelflansch 02 hergestellt.
Dabei wird eine dem Bauteil zugewandte Kontaktfläche 08 mit einer durch die Schraubbefestigung definierten Kraft an das Bauteil angepresst, es entsteht ein Reibverbund zwischen Kontaktfläche und Bauteil, welcher für die Übertragung des Drehmomentes auf den Außenring verantwortlich ist. Die in den Befestigungsbohrungen 07 verlaufenden Schrauben müssen somit nicht das gesamte Drehmoment übertragen.
Als Material für den Winkelflansch 02 sind verschiedene Bleche denkbar. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird vorzugsweise Umformstahl einer Dicke von etwa 5 mm verwendet. Das Material und die Blechstärke kann an die jeweiligen Anforderungen des Freilaufs optimal angepasst werden. Die Steifigkeit des Winkelflansches 02 bestimmt gemeinsam mit dem herzustellenden Reibverbund das maximal übertragbare Drehmoment. Der Winkelflansch 02 nimmt im Klemmbetrieb die Aufweitkräfte der Klemmrollen auf, ohne dass die Klemmkontur 03 durch zusätzliche Bauteile unterstützt werden muss.
Der erfindungsgemäße Freilauf 01 umfasst weiterhin einen Freilaufkäfig 09 zur Aufnahme von Klemmrollen 11 und Blechfedern 12 in bekannter Weise. Der Freilaufkäfig 09 besteht vorzugsweise aus einem temperatur- und medienbeständigen Kunststoffmaterial. Alternativ kann der Freilaufkäfig 09 aus Blech gefertigt sein.
Die Funktionsweise des Freilaufs und die Wirkung der Klemmkeile 04, Klemmrollen 11 und Blechfedern 12 ist dem Fachmann bekannt. Deshalb wird an dieser Stelle auf nähere Ausführungen zur Wirkungsweise des Freilaufs 01 verzichtet.

01: Freilauf
02: Winkelflansch
03: Klemmkontur
04: Klemmkeil
05
06: radialer Abschnitt des Winkelflansches
07: Befestigungsbohrung
08: Kontaktfläche
09: Freilaufkäfig
10
11: Klemmrolle
12: Blechfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4216055 A1 [0011]

Claims

Freilauf (01) mit einem Außenring, einem Innenring und einem dazwischen angeordneten Freilaufkäfig (09), dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring durch einen freitragenden Winkelflansch (02) gebildet ist.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelflansch (02) als kaltumgeformtes Bauteil ausgebildet sind.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelflansch (02) eine Klemmkontur (03) aufweist und der Freilaufkäfig (09) an die Klemmkontur (03) angepasst ist und Klemmrollen (11) und Federn (12) aufweist.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelflansch (02) eine zylindrische Kontur aufweist und im Freilaufkäfig (09) unrunde Klemmkörper angeordnet sind.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelflansch (02) einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt aufweist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelflansch (02) aus Blech besteht und durch Tiefziehen hergestellt ist.
Freilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech aus Umformstahl besteht.
Freilauf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech etwa 5 mm dick ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass auf einem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt (06) des Winkelflansches (02) mehrere Befestigungsbohrungen (07) vorgesehen sind.