Stirnseitige Befestigung von Freiläufen

Klemmkörper- und Klemmrollenfreiläufe werden als selbsttätig richtungsabhängig schaltende Kupplungen eingesetzt. Für die Verbindung zwischen dem Freilaufaußenring (im Folgenden kurz: AR) und der kundenspezifischen Anschlusskonstruktion (Flansch; im Folgenden kurz: FL) existieren mehrere gebräuchliche Möglichkeiten. Zur stirnseitigen Befestigung von Freiläufen werden in der Regel stirnseitige Mehrschraubenverbindungen verwendet. Für die Schraubenverbindung ergeben sich durch die besondere Belastungssituation im Freilauf spezifische Lasten, die die kraftschlüssige Übertragbarkeit reduzieren bzw. im Betrieb sogar gänzlich aufheben können. Die Mechanismen, die hinter dieser Reduktion stehen, und inwiefern diese durch die konstruktive Gestaltung der Anschlusskonstruktion eventuell abgeschwächt werden kann, waren jedoch unbekannt.

Im Zuge dieses Forschungsvorhabens wurden die zur frühzeitigen Aufhebung des Reibschlusses in der stirnseitigen Befestigung führenden Mechanismen unter Berücksichtigung der freilaufspezifischen Belastungssituation (hohe Normalkräfte an den Klemmstellen) untersucht und ein Modell zur Abschätzung der kraftschlüssigen Übertragungsfähigkeit der Freilaufverbindung in Abhängigkeit der Anschlusskonstruktion aufgestellt. Das erstellte Modell beruht auf analytischen Überlegungen und wurde mit Hilfe von FE-Simulationen verfeinert. Abschließend wurde das Berechnungsmodell durch statische und dynamische Versuche validiert. Bei den durchgeführten dynamischen Versuchen zeigte sich Mikroschlupf in der Verbindung, der jedoch nach einigen Lastwechseln nachließ. Dies wird als ein Hinweis auf ein erfolgtes Trainieren der Oberflächen gesehen.

Mit dem erstellten analytischen Modell lässt sich erstmals der Einfluss der freilaufspezifischen Belastungssituation auf die kraftschlüssige Übertragungsfähigkeit der stirnseitigen Verschraubung von Freiläufen beschreiben. Damit wird zukünftig eine bessere Berechnung der Übertragungsfähigkeit und somit ein sicherer Betrieb stirnseitig befestigter Freiläufe ermöglicht.

Das IGF-Vorhaben 17841 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.