Der Freilauf als selbstschaltendes Präzisions-Maschinenelement

Der generelle Aufbau und die Wirkungsweise eines Freilaufs sind ungeachtet der verschiedenen möglichen Bauarten und der Anwendungsgebiete immer gleich. Zwischen einem Innen- und einem Außenring befinden sich Klemmkörper, die sich in der einen Drehrichtung schlupffrei verspannen und eine reibschlüssige Verbindung zwischen den Ringen herstellen, so dass sich ein Drehmoment übertragen lässt, in der entgegengesetzten Richtung jedoch keine Klemmwirkung ausüben und somit ein freies Drehen zulassen.

Der Freilauf als Maschinenelement hat drei Anwendungsgebiete: Das bekannteste Beispiel ist die Freilaufnabe im Fahrrad. Hier arbeitet der Freilauf als Überholkupplung. Er gestattet die Ruhigstellung des Antriebs (der Pedale) bei weiterlaufendem Rad. Übertragen auf die Verhältnisse im Maschinenbau arbeitet ein Freilauf als Überholkupplung, wenn in einem Antriebssystem das getriebene Teil zeitweise schneller dreht als der Antrieb und dieser dann vom Freilauf automatisch abgekuppelt wird.

Eine typische Anwendung dieser Art ist der Hilfsantrieb von Strömungsmaschinen. Der Antrieb erfolgt hier über den Hauptmotor. Bei Stillstand müssen die Maschinen (Dampfturbinen oder Verdichter), um Funktionsstörungen durch Ablagerungen oder Verformungen infolge ungleichmäßiger Abkühlung auszuschließen, langsam gedreht werden. Dies geschieht mit einem Kriechgang- oder Trudelantrieb. Meist ist das ein Getriebemotor. Bei Normalbetrieb würde dieser Motor dann vom Hauptantrieb mitgezogen und auf eine für ihn unzulässig hohe Drehzahl beschleunigt. Deshalb setzt man zwischen diesen Hilfsantrieb und die Arbeitsmaschine einen Freilauf, der den Hilfsantrieb automatisch abkuppelt sobald der Hauptantrieb läuft. Anstelle des Freilaufs kann auch eine Schaltkupplung verwendet werden, dann bestünde jedoch die Gefahr, dass beim Versagen der Schalteinrichtung der Hilfsantrieb zerstört wird.

Ein weiterer Einsatzschwerpunkt ist die Verwendung als Vorschub-Schaltelement, wenn eine Linearbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt werden soll. Obwohl man die Funktion des Freilaufs als Schalten bezeichnen kann, hat sich für diese Anwendung die Bezeichnung „Schaltfreilauf“ eingebürgert. Schaltfreiläufe ersetzen die früher oft verwendete Klinkensperre, gegenüber denen haben sie den Vorteil, stufenlos und wesentlich geräuscharmer zu schalten. Zudem sind sie auch noch bei höheren Schaltzahlen anwendbar.

Eine annähernd gleichförmige Drehbewegung wird erreicht, wenn mehrere Schaltfreiläufe mit ihren Schaltphasen hintereinander wirken. Die Gleichförmigkeit nimmt dabei in dem Maße zu, je mehr sich die Phasen gegenseitig überlagern. Solche Freilaufschaltwerke werden auch als Getriebeersatz eingesetzt und sind im Vergleich zu einem Rädergetriebe gleicher Untersetzung preislich deutlich günstiger.

Freiläufe finden auch als Rücklaufsperren Verwendung, und zwar dann, wenn eine unbeabsichtigte Drehbewegung entgegen der Betriebsdrehrichtung zu verhindern ist. Im Regelfall ist die Welle das umlaufende Maschinenteil, dessen Rücklauf gegenüber dem Gehäuse verhindert werden soll. Ein Zurückdrehen kann beispielsweise durch die Erdanziehung erfolgen.

Aus diesem Grund müssen Förderanlagen laut den Unfallverhütungsvorschriften mit einer mechanischen Sicherung versehen sein. Die Rücklaufsperre verhindert, dass beim Abstellen oder bei Ausfall des Antriebs die Förderanlage unter dem Gewicht des sich noch darauf befindenden Fördergu-tes zurückläuft.

Freiläufe schützen auch Pumpensysteme vor Zerstörung. Bei Ihnen würde der vorhandene Staudruck bei Ausfall der Antriebsenergie das Fördermedium zur Pumpe zurückströmen lassen und einen „Turbinenantrieb“ erzeugen, bei dem die Pumpe Schaden nimmt. Die Rücklaufsperre im Pumpenantrieb ist hierbei neben den Sicherheitsarmaturen auf dem Pumpenstutzen das redundante Sicherheitsorgan.

Das Verpolen von elektrischen Antrieben, genauer gesagt, das Verhindern der daraus entstehenden Schäden an Motoren und Getrieben, ist ebenso eine Anwendung für Rücklaufsperren.

Die Gründe, sich für den Einsatz eines Freilaufs zu entscheiden, sind Vorteile wie:

– höherer Automatisierungsgrad

– größere Betriebssicherheit

– verbesserte Wirtschaftlichkeit

Dargestellt am Beispiel eines 2-Gang-Schaltgetriebes: Würde man anstelle der beiden Freiläufe (Überholkupplungen) ein solches Getriebe mit Schaltkupplungen oder Schieberädern bauen, dann wäre dies mit einem weitaus größeren Aufwand verbunden. Abgesehen davon, dass sich Schieberäder nur im Stillstand einrücken lassen, sind die Schaltvorrichtungen zusätzliche störungsgefährdete Teile und bedürfen äußerer Betätigung. Bei Anwendung von zwei Schaltkupplungen müßten auch Vorkehrungen getroffen werden, die sicherstellen, daß immer nur eine Kupplung in Eingriff ist.

Durch den Einsatz der Freiläufe erfolgt die Drehzahländerung automatisch bei Umkehr der Motordrehrichtung, also sicher und ohne äußere Krafteinwirkung.

Diese Vorteile sind keineswegs mit höheren Kosten verbunden, wenn man die längere Nutzungszeit ohne oder nur geringfügiger Wartung in Betracht zieht. Kosten verursachende Stillstandszeiten oder Maschinenausfälle durch Reparaturen treten nur selten auf und lassen sich kurzfristig beheben.

Die Ringspann GmbH unterhält im Inland neun technische Büros, Tochtergesellschaften in Frankreich, Großbritannien, Spanien, Schweiz, USA und Indien, sowie Vertretungen in Europa, USA, Afrika und Asien. Das innovativ orientierte Unternehmen entwickelt und stellt Produkte für die Antriebs- und Spanntechnik her und bietet ebenso komplette Problemlösungen an. Den jüngsten Umsatz gibt das Unternehmen mit 70 Mio. DM an.