Hülsenfreiläufe:
- sind Einwegkupplungen, die hohe Drehmomente in einer Richtung übertragen ➤ Bild
- werden ohne und mit integrierter Lagerung angeboten ➤ Bild, ➤ Bild und ➤ Bild
- arbeiten sehr schaltgenau
- ermöglichen hohe Schaltfrequenzen
- haben ein geringes Leerlaufreibmoment
- sind befettet und unbefettet lieferbar
- sind radial besonders raumsparend und ermöglichen dadurch äußerst kompakte Konstruktionen
- eignen sich für Gehäusewerkstoffe aus Stahl, Leichtmetall oder Kunststoff
- sind kombinierbar mit Nadelhülsen HK und Nadelbüchsen BK
- sind sehr vielseitig einsetzbar, beispielsweise als Schrittschaltwerk, Rücklaufsperre oder Überholkupplung ➤ Bild.
Hülsenfreiläufe in einem Schaltsystem in Tandem-Anordnung
Feststehendes Bauteil
Bauteil führt eine Schwenkbewegung aus
Bauteil führt eine schrittweise Rotationsbewegung aus
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Ausführungsvarianten
Hülsenfreiläufe gibt es:
Hülsenfreiläufe
Hülsenfreiläufe sind Einwegkupplungen
Diese Hülsenfreiläufe bestehen aus dünnwandigen, spanlos geformten Außenhülsen mit Klemmrampen am Innendurchmesser, Kunststoffkäfigen und Nadelrollen, die als Klemmelemente dienen. Federn aus Stahl oder Kunststoff halten die Nadelrollen in der Klemmposition. Hülsenfreiläufe übertragen hohe Drehmomente in einer Richtung und sind radial besonders raumsparend. Die Freiläufe gibt es ohne und mit Stützlagerung.
Für Anwendungen mit hohen Schaltfrequenzen geeignet
Hülsenfreiläufe arbeiten sehr schaltgenau, da durch die Einzelanfederung der Nadelrollen der ständige Kontakt zwischen Welle, Nadelrollen und Klemmrampen gesichert ist. Sie erlauben hohe Schaltfrequenzen durch ihre geringe Masse und das damit verbundene niedrige Trägheitsmoment der Klemmelemente. Außerdem haben sie ein nur geringes Leerlaufreibmoment.
Bevorzugte Einsatzfelder
Die Hülsenfreiläufe können in vielen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Schrittschaltwerk, Rücklaufsperre oder Überholkupplung. Hier übernimmt der Hülsenfreilauf dann die Überhol- oder Haltefunktion.
Hülsenfreiläufe dürfen nicht eingesetzt werden, wenn Personen bei Fehlfunktion gefährdet sind. Neue Anwendungen, besonders solche mit Extrembedingungen, sind durch Versuche abzusichern. Die Funktion ist nur dann gewährleistet, wenn der Konzentrizitätsfehler zwischen Stützlager und Welle gering gehalten wird.
Hülsenfreiläufe ohne Lagerung
Nur zur Aufnahme von Drehmomenten geeignet
Freiläufe HF haben keine Lagerung; d. h., sie übertragen nur Drehmomente und können deshalb auch keine Radialkräfte aufnehmen ➤ Bild. Die Konzentrizität zur Wellenachse muss bei diesen Freiläufen durch zusätzliche Wälzlager abgesichert oder es müssen Hülsenfreiläufe mit Lagerung verwendet werden. Die Hülsenfreiläufe werden ohne und mit Rändelung geliefert.
Hülsenfreiläufe ohne Rändelung
Hülsenfreiläufe ohne Rändelung gibt es mit Andruckfedern aus Stahl oder Kunststoff ➤ Bild. Lager mit Kunststofffedern haben das Nachsetzzeichen KF ➤ Abschnitt.
Hülsenfreiläufe mit Rändelung
Zur besseren Übertragung des Drehmoments in Kunststoffgehäusen können Hülsenfreiläufe mit einer Rändelung am Außenmantel geliefert werden. Diese Hülsenfreiläufe haben das Nachsetzzeichen R ➤ Abschnitt. Die Rändelung kann nur auf einen Teil der Hülse aufgebracht sein oder über deren ganze Länge gehen. Die Hülsenfreiläufe gibt es ebenfalls mit Andruckfedern aus Stahl oder Kunststoff. Freiläufe mit Kunststofffedern haben das Nachsetzzeichen KF ➤ Abschnitt.
Hülsenfreiläufe ohne Lagerung, ohne oder mit Rändelung
Ohne Rändelung
Mit Rändelung
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Hülsenfreiläufe mit Lagerung
Auch zur Aufnahme radialer Kräfte geeignet
Freiläufe HFL nehmen aufgrund der integrierten Gleit- oder Wälzlager neben den Drehmomenten auch radiale Kräfte auf ➤ Bild und ➤ Bild. Die Hülsenfreiläufe werden ohne und mit Rändelung geliefert.
Hülsenfreiläufe ohne Rändelung
Hülsenfreiläufe ohne Rändelung gibt es mit Andruckfedern aus Stahl oder aus Kunststoff ➤ Bild und ➤ Bild. Hülsenfreiläufe mit Kunststofffedern haben das Nachsetzzeichen KF ➤ Abschnitt.
Hülsenfreiläufe mit Rändelung
Zur besseren Übertragung des Drehmoments in Kunststoffgehäusen können Hülsenfreiläufe mit einer Rändelung am Außenmantel geliefert werden. Diese Hülsenfreiläufe haben das Nachsetzzeichen R ➤ Abschnitt. Die Rändelung kann nur auf einen Teil der Hülse aufgebracht sein oder über deren ganze Länge gehen. Diese Hülsenfreiläufe gibt es ebenfalls mit Andruckfedern aus Stahl oder Kunststoff. Freiläufe mit Kunststofffedern haben das Nachsetzzeichen KF ➤ Abschnitt.
Hülsenfreiläufe mit Gleitlagerung, ohne oder mit Rändelung
Fr = Radiale Belastung
Ohne Rändelung
Mit Rändelung
Gleitlager
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Hülsenfreilauf mit Wälzlagerung, ohne Rändelung
Fr = Radiale Belastung
Wälzlager
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Klemmrichtung des Hülsenfreilaufs
Ein Pfeil auf der Stirnseite der Hülse zeigt die Klemmrichtung des Hülsenfreilaufs an. Der Freilauf klemmt, wenn die Hülse in Pfeilrichtung gedreht wird.
Freiläufe mit Stützlagerung nehmen radiale Kräfte auf
Abhängig von der Ausführung (ohne oder mit Lagerung) können Hülsenfreiläufe entweder nur Drehmomente oder zusätzlich auch radiale Belastungen übertragen ➤ Abschnitt, ➤ Bild und ➤ Bild. Bei Freiläufen ohne Lagerung müssen radiale Kräfte durch zusätzliche Lager abgestützt werden.
Übertragbares Drehmoment
Die Steifigkeit des Gehäuses bestimmt das übertragbare Drehmoment
Zum Übertragen des Drehmoments wird ein steifes Gehäuse vorausgesetzt. Somit hängt das übertragbare Drehmoment vom Gehäuse- und Wellenwerkstoff, von der Wellenhärte, von der Gehäusewanddicke und von den Gehäuse- und Wellentoleranzen ab. Bei der Berechnung des Drehmoments sind das maximale Antriebsmoment und Trägheitsmoment der beschleunigten Massen zu berücksichtigen.
Grenzbeanspruchung
Grenzbelastung nicht überschreiten
Bei Hülsenfreiläufen mit Gleitlagern darf im Betriebszustand das Produkt aus tatsächlicher Drehzahl n und Radiallast Fr den Wert der angegebenen Grenzbeanspruchung (Fr · n)max nicht überschreiten. Die angegebenen Grenzdrehzahlen in den Produkttabellen sowie die zulässige Radiallast bestimmen die Anwendungsgrenzen.
Schaltgenauigkeit und Schaltfrequenz
Der Freilauf darf nicht überlastet werden
Um den Freilauf nicht zu überlasten, muss die Trägheit des Gesamtsystems berücksichtigt werden. Die hohe Schaltgenauigkeit ergibt sich aus der Einzelanfederung der Nadelrollen, die den ständigen Kontakt zwischen Welle, Nadelrollen und Klemmfläche sicherstellt. Die Schaltgenauigkeit wird beeinflusst durch die Schaltfrequenz, Schmierung, Einbautoleranzen, Umgebungskonstruktion, elastische Verformung der Anschlussteile und den Antrieb durch die Welle oder das Gehäuse. Die beste Genauigkeit ergibt sich, wenn der Antrieb über die Welle erfolgt.
Hohe Schaltfrequenzen durch geringe Masse
Hohe Schaltfrequenzen resultieren aus der geringen Masse und dem damit verbundenen niedrigen Trägheitsmoment der Klemmelemente.
Reibmoment und Reibleistung
Zum Verlauf des Reibmoments ➤ Bild. Die Reibleistung im Leerlauf hängt davon ab, ob sich die Welle oder der Außenring dreht ➤ Bild.
Leerlauf-Reibmoment, abhängig vom Wellendurchmesser
MR = Leerlauf-Reibmoment
d = Wellendurchmesser
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Reibleistung im Leerlauf, abhängig von der Drehzahl
NR = Leerlauf-Reibleistung
n = Drehzahl
nGA = Grenzdrehzahl bei umlaufendem Außenring
nGW = Grenzdrehzahl bei drehender Welle
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Drehender Außenring
Durch die Fliehkraft können die Nadelrollen von der Welle abheben
Dreht sich der Außenring, nimmt die Reibleistung mit steigender Drehzahl zunächst zu, sie fällt aber durch die Fliehkraft der Nadeln allmählich gegen Null. Hier ist die Drehzahl erreicht, bei der zwischen den Nadelrollen und der Welle kein Reibschluss mehr vorhanden ist. Durch die weiter steigende Fliehkraft heben die Nadeln dann von der Welle ab.
Die Konzentrizität ist die grundsätzliche Voraussetzung für die Funktion des Freilaufs. Die Funktion ist nur dann gewährleistet, wenn der Konzentrizitätsfehler zwischen Stützlager und Welle gering gehalten wird.
Zur Erstbefettung wird ein Fett nach GA26 verwendet
Die Freiläufe sind mit einem Lithiumseifenfett nach GA26 befettet. Die Erstbefettung reicht in vielen Fällen für die Gebrauchsdauer der Lager. Für Anwendungen mit Ölschmierung sind unbefettete Freiläufe lieferbar. Diese Freiläufe sind konserviert. Für allgemeine Anwendungen (Mischbetrieb von Klemmen und Überholen) hat sich die Schaeffler-Erstbefettung bewährt. Zur optimalen Funktion kann es erforderlich sein, unterschiedliche Schmierstoffe zu verwenden. Die Eignung des Schmierstoffs ist dann durch Versuche abzusichern.
Für Anwendungen, bei denen ein Betriebszustand (Überholen oder Klemmen) stark überwiegt, sollte auf eine Sonderbefettung zurückgegriffen werden. In diesem Fall bitte bei Schaeffler rückfragen.
Eine Fettgebrauchsdauer kann nicht berechnet werden
Für Hülsenfreiläufe ist keine Berechnung der Fettgebrauchsdauer oder der Schmierfrist möglich. Wird nachgeschmiert, ist mit Öl zu schmieren, oder es sollte generell auf Ölschmierung umgestellt werden. Bei Temperaturen < –10 °C und Drehzahlen > 0,7 nG sind Schmierstoffempfehlungen anzufordern. Bei Temperaturen über +70 °C ist mit Öl zu schmieren. Der Ölstand ist so zu wählen, dass der Hülsenfreilauf bei Stillstand und waagerechter Achse ungefähr 1/3 in das Ölbad eintaucht.
Einsetzbare Schmieröle
Geeignete Schmieröle sind CL und CLP nach DIN 51517 oder HL und HLP nach DIN 51524. Viskositätsklassen ➤ Tabelle.
Verträglichkeit mit Kunststoffkäfigen
Werden Lager mit Kunststoffkäfig verwendet, ist sicherzustellen, dass beim Einsatz von Syntheseölen oder Schmierfetten auf Syntheseölbasis sowie bei Schmierstoffen mit einem hohen Anteil an EP‑Zusätzen die Verträglichkeit des Schmierstoffs mit dem Käfigmaterial gegeben ist.
Viskositätsklassen