Grundsätzlich bestimmen die beiden Komponenten Klemmkörper (Anzahl, Klemmwinkel) und Umgebungskonstruktion (Steifigkeit, Hertz’sche Pressung) das übertragbare Drehmoment.
Mit dem Verdrehen der Anschlussteile richten sich die Klemmkörper auf und dehnen den Klemmspalt zwischen den Ringen elastisch auf.
Bei Erreichen der Nennspalthöhe hnenn überträgt der Freilauf sein Nennmoment Mnenn, bei der maximalen Spalthöhe hmax das Maximalmoment Mmax.
Drehmomentaufbau bei optimalem Startspalt h0 (blau). Drehmomentaufbau bei Startspalt h > h0 (schwarz). Die Steigung der Drehfederkennlinie bleibt unverändert, Nenn- und Maximalmoment sind reduziert.
Bei der Spalthöhe wird grundsätzlich zwischen Startspalthöhe h0, Nennspalthöhe hnenn und maximaler Spalthöhe hmax unterschieden. Die maximale Spalthöhe resultiert aus der Geometrie der Klemmkörper.
Spalthöhen
In den Klemmelementen und in den Anschlussteilen baut sich eine lastabhängige Reaktionsspannung auf.
Der Linienkontakt der Klemmkurven mit den Anschlussteilen wird nach dem Hertz’schen Kontaktmodell bewertet.
Die Klemmelemente weiten den Spalt auf. Die max. Spalthöhe ist durch die Geometrie der Klemmkörper vorgegeben.
Das Nenn- bzw. Maximalmoment des Freilaufs wird durch das Erreichen einer der relevanten Belastungsgrenzen definiert.
Die Klemmkörper sowie die Laufringe werden im Kontaktbereich mit Tangential- und Radialspannungen belastet. Als Vergleichsspannung für diese Belastung gilt die Biegewechselfestigkeit σBWzul..
Für alle anderen Komponenten im Pressverband gibt die Streckgrenze Re die Belastungsgrenze an.
Werkstoffkennwerte
Das übertragbare Drehmoment von maximal 3 nebeneinander angeordneten Freiläufen beträgt:
Das Nennmoment (Mnenn) bezeichnet das Drehmoment, das der Freilauf als Dauerlast übertragen kann.
Abweichende Eigenschaften der Umgebungskonstruktion beeinflussen das Nennmoment.
Einfluss der Steifigkeit der Anschlussteile auf das Nennmoment. (Wanddickenverhältnisse: D/DL = 1,2 / 1,4 / 1,6) (Beispiel für 20 MnCr5 - D/DL = 1,4)
B = Breite
Br = Rechnerische Breite
FE 400: Br = 15 mm
FR/FRN: Br = 15 mm
FP/FN/FPD/FND/FK/FKN: Br = B
FE 8000: Br = B + 3mm
Übersteigt die Belastung das angegebene Nennmoment (Mnenn), steigt der Klemmwinkel steil an und vergrößert die Spalthöhe auf das maximal zulässige Maß (hmax).
Das Maximalmoment (Mmax) beträgt je nach Bauform und Umgebungskonstruktion das 1,5- bis 2-fache des angegebenen Nennmoments, es kann jedoch nicht im Dauerbetrieb übertragen werden.
Übersteigt das anstehende Drehmoment die maximal zulässige Größe (Mmax), löst sich die Haftreibung zwischen Laufringen und Klemmkörpern (Rutschgrenze) und hebt den Kraftschluss auf.
Der Freilauf rutscht durch, um ein Überkippen der Klemmkörper und eine irreparable Beschädigung des Freilaufs zu verhindern. Nach Entlastung geht der Freilauf in die Leerlaufposition zurück.
In Leerlaufrichtung weist der Freilauf ein sehr geringes Schleppmoment zur Überwindung der Gleitreibung zwischen Klemmkörpern und Laufringen auf.
Bei abgedichteten Freiläufen erhöht sich das Schleppmoment:
Das GMN Berechnungsprogramm ermittelt unter Berücksichtigung aller Einflussgrößen das spezifische Nennmoment.
Die Analyse einer vorgegebenen Umgebungskonstruktion kann Optimierungspotentiale an den Anschlussteilen aufzeigen, leistungssteigernde Konstruktionshinweise geben und die Auswahl des geeigneten Freilaufs unterstützen.
