Rollen-Freilauf

In der Zeichnung ist ein Freilauf mit Klemmrollen dargestellt. Der innere Pfeil zeigt die Drehrichtung des Antriebs an. Die Federn drücken die Klemmrollen leicht zwischen das mit den Klemmrollen zusammen rotierende Innenteil (im Fachjargon „Stern“ genannt) und den Außenring. Bei Drehmomentübertragung entstehen radiale Kräfte, so dass sich die Klemmrollen in ihren Aufnahmeräumen verkeilen. 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 kleinergleich dem Arcustangens der Gleitreibungszahl µ ist.

Wird der Verjüngungs- oder Klemmwinkel größer als arctan(µ) gewählt, rutscht der Freilauf und ist unzuverlässig.

Kehrt man die Drehrichtung um oder ist die äußere Drehzahl größer als die innere Drehzahl, rollen die Klemmrollen in Richtung der Feder, die Klemmung wird somit aufgehoben.

Unter der Bezeichnung Nadellagerfreilauf oder Hülsenfreilauf sind typisierte Klemmrollenfreiläufe im Handel. Sie werden überwiegend im Kfz-Bereich verwendet.

Klemmkörper-Freilauf

Bei der Verwendung unrunder Klemmkörper anstelle von Klemmrollen heißt das Innenteil des Freilaufs nicht mehr Stern, sondern ist lediglich ein zylindrischer Ring – Innenring genannt. Das Klemmen entsteht durch geringes Verdrehen der Klemmkörper. Die Keilräume zwischen den Klemmkörpern fehlen oft. Somit ist die Zahl der Klemmkörper höher als die der Klemmrollen, was die Auflagefläche vergrößert. Damit können höhere Drehmomente übertragen oder der Wellendurchmesser verkleinert (vgl. Downsizing) werden. Oft haben diese Klemmkörperfreiläufe auch gleichzeitig ein Kugelrollenlager im selben Gehäuse untergebracht.

Bei Klemmkörperfreiläufen gibt es verschiedene konstruktive Ausführungen, um die Lebensdauer zu erhöhen. Durch die optionale Verwendung einer Klemmstückabhebung ist diese Kupplung im Freilaufbetrieb bei schnell drehendem Innenring verschleißfrei. Weitere konstruktive Ausführungen zur Erhöhung der Lebensdauer sind z. B. Klemmstückabhebung bei schnell drehendem Außenring, Klemmstückbeschichtungen, polygonal geschliffene Freilaufaußenringe oder Ausführungen mit hydrodynamischer Klemmstückabhebung.

Schlingfederkupplung

Die Schlingfederkupplung besteht aus einer auf eine Welle oder einen zylindrischen Körper gewickelten Schraubenfeder, die einseitig am Antrieb befestigt ist. Der Mitnahmeeffekt beruht darauf, dass die Reibungskräfte zwischen den Federwindungen und der Welle die Feder „zusammenzuwickeln“ versuchen, das Wirkprinzip beruht auf Seilreibung. Das Mitnahmemoment wird manchmal selbsttätig verstärkt. In Gegendrehrichtung vergrößert das geringe Grundreibmoment eher den Federdurchmesser (kann die Feder aber nicht abwickeln). Manchmal wird die Schlingfederkupplung in der eigentlichen Freilauf-Drehrichtung als Rutschkupplung verwendet zum Beispiel in Druckern oder Tonbandgeräten.

Selbstsynchronisierende Schaltkupplung

Eine selbstsynchronisierende Schaltkupplung ist ein Freilauf, bei dem die Drehmomentübertragung über eine Zahnkupplung erfolgt. Im Überholbetrieb ist letztere ausgekuppelt. Das Einkuppeln erfolgt mit Hilfe eines parallel eingebauten Sperrklinkenfreilaufes und ist selbstsynchronisierend. Während des Einkuppelns wird noch kein Drehmoment übertragen, danach ist ausschließlich die Zahnkupplung drehmomentbelastet. Diese Bauart eignet sich zur Übertragung von hohen Leistungen bis in den Megawattbereich weil die Sperrklinken des Hilfsfreilaufs nur durch den Schaltvorgang belastet sind.