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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Tripodestern und einer
Steckwelle für
ein Tripodegelenk, bei der der Tripodestern einen ringförmigen Nabenkörper mit
einer Einstecköffnung
mit Innenverzahnung sowie drei radial vom Nabenkörper abstehende Tripodezapfen
umfaßt
und die Steckwelle ein Wellenende mit einer Wellenverzahnung aufweist,
das in die Einstecköffnung
eingesteckt ist. Anordnungen dieser Art werden mit Tripoderollen
bestückt,
die auf die drei Tripodezapfen außen axial aufgeschoben werden,
um dann in ein tulpenförmiges Tripodegelenkaußenteil
eingeführt
zu werden, um nach Ergänzung
durch einen Faltenbalg ein vollständiges Tripodegelenk zu bilden.
Anordnungen dieser Art sind aus der
US
5 607 358 bekannt. Die Tripoderollen können hierbei auf den Tripodezapfen
axial festgelegt sein, wobei die Tripodezapfen einen im wesentlichen
gleichmäßigen zylindrischen
gegebenenfalls an den Stirnseiten des Tripodesterns abgeflachten
Querschnitt haben. Die Tripoderollen können auch in auf den Tripodezapfen
pendelnder Anordnung ausgeführt
sein, wobei dann die Tripodezapfen einen im Querschnitt eingeschnürten Hals
und einen zumindest teilweise kugeligen Kopf haben. Auch hierbei
können
die Tripodezapfen, insbesondere im Kopfbereich an den Stirnseiten
des Tripodesterns, abgeflacht sein. Die Einstecköffnung der Tripodezapfen weist
eine Innenverzahnung und das Wellenende eine Außenverzahnung auf, die im wesentlichen spielfrei
ineinandergreifen. Die Verzahnungen können am Tripodestern geräumt und
am Wellenende gerollt oder gezogen sein. Bei einer gegebenen Gelenkgröße, die
durch den Rollkreisdurchmesser der Rollen, d. h. den Abstand der
Rollenkontaktpunkte im Tripodegelenkaußenteil von der Längsachse
gegeben ist, ist die Größe des Außendurchmessers
des ringförmigen
Nabenkörpers
zwischen den Tripodezapfen im Hinblick auf die gewünschten
Beugewinkeln des Tripodegelenks begrenzt. Unter Dreh momentbelastung
des Tripodegelenks kommt es dadurch zu Verformungen des Tripodesterns,
die zu Spannungsspitzen im Bereich der in Axialansicht konkav begrenzten
Materialbereiche an den Übergängen vom
Nabenkörper
zu den Tripodezapfen führen.
Dies gilt insbesondere für
Tripodesterne für
pendelnd angeordnete Tripoderollen, die unterhalb des Zapfenkopfes
einen ausgeprägt
eingeschnürten Halsbereich
aufweisen. Aus der
DE
195 00 078 A1 ist es bekannt, an stark auf Biegung beanspruchten Stellen
von Bauteilen die Dauerfestigkeit durch Härten oder durch örtlich begrenztes
Hämmern,
Schlagverdichten oder dergleichen zu steigern. Solche Verfahren
kommen für
die hier vorliegenden Bauteile aus Kostengründen kaum in Betracht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anordnungen der
genannten Art so zu gestalten, daß bei im wesentlichen gleichbleibenden Hauptabmessungen
die Bruchfestigkeit erhöht
ist. Die Lösung
hierfür
besteht darin, daß in
der montierten drehmomentfreien Anordnung der Nabenkörper infolge
der Montage mit dem Wellenende so radial verformt ist, daß jeweils
die in Axialansicht konkav begrenzten Materialbereiche an den Übergängen vom
Nabenkörper
zur den Tripodezapfen zumindest in der Randschicht unter Druckvorspannung
stehen. Durch die bei der Montage der Elemente erzeugte Druckvorspannung
im gefährdeten
Einkerbungsbereich jeweils seitlich am Zapfenfuß wird erreicht, daß bei Drehmomentbelastung
des Gelenks und damit einhergehende Zugbelastung auf einer Seite
des Zapfenfußes
und Druckbelastung auf der anderen Seite des Zapfenfußes auf
der gefährdeten
zugbelasteten Seite zunächst
die Druckvorspannung abgebaut wird und erst in einem späten Stadium
oder gar nicht oder in unerheblichem Maße Zugspannungswerte im Bereich
der genannten Einkerbung auftreten, so daß trotz im wesentlichen gleichen
Abmessungen der Gesamtkonfiguration und nach wie vor auftretenden
Verformungen am Tripodestern die Bruchgefahr ausgeschlossen wird.
Die auf der jeweils anderen Seite des Zapfenfußes auftretende erhöhte Druckvorspannung,
die sich aufsummiert aus der bereits bei der Montage auftretenden
Druckvorspannung und der zusätzlichen
durch die auf den Zapfen einwirkenden Biegekräfte erzeugte Druckvorspannung,
ist trotz erhöhter
Werte weiterhin unkritisch für
das Material.
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Die
genannte erfindungsgemäße Druckvorspannung
im gefährdeten
Bereich kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß in der
Einstecköffnung
jeweils mittig zwischen den Tripodezapfen eine höhere Druckvorspannung gegenüber dem
Wellenende als jeweils unter den Tripodezapfen vorliegt. Hierdurch
wird der relativ nachgiebige ringförmige Nabenkörper jeweils
in den Bereichen zwischen den Tripodezapfen nach außen verformt,
so daß die Ringbereiche
zwischen den Tripodezapfen gegenüber
den weniger unterstützten
oder gegebenenfalls gar nicht abgestützten Bereichen unter den Tripodezapfen
aufgeweitet werden, so daß jeweils
seitlich an den Zapfenfüßen die
gewünschte
Druckvorspannung bei der Montage entsteht.
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Die
bei der Montage der Anordnung entstehende Druckvorspannung im gefährdeten
Bereich wird bevorzugt durch aneinander angepaßte Formgebung des Querschnitts
der Einstecköffnung
und des Querschnitts des Wellenendes hervorgerufen. Abweichend von
auf dem gesamten Umfang tragenden Wellenverzahnungen nach dem Stand
der Technik kann hierbei vorgesehen sein, daß jeweils unter den Tripodezapfen
in der Einstecköffnung
Kontaktfreiheit gegenüber
dem Wellenende vorliegt. Hierfür reichen
geringfügige
Formabweichungen im Bereich der Verzahnungen, die beim Räumen in
der Einstecköffnung
bzw. beim Ziehen oder Rollen der Wellenverzahnung in einem späten oder
nachgeordneten Bearbeitungsschritt hergestellt werden können.
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In
günstiger
Ausbildung werden jeweils zwei Elemente in einer Anordnung kombiniert,
von denen eines mit völlig
rotationssymmetrischem Querschnitt und das andere mit einem leicht
zum Triangel abgewandelten Querschnitt hergestellt wird. In dieser
Betrachtung wird auf wirksame Profilmittellinie abgehoben. D. h.
das Vorhandensein von Verzahnungen wird hierbei bei den anschließenden Ausführungen außer Acht
gelassen.
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Gemäß dem Vorstehenden
kann in der ersten Ausführung
vor der Montage das Wellenende im Querschnitt rotationssymmetrisch
und die Einstecköffnung
der Nabe im Querschnitt unrund sein oder nach einer zweiten Ausbildung
vor der Montage die Einstecköffnung
der Nabe im Querschnitt rotationssymmetrisch und das Wellenende
im Querschnitt unrund sein. Hierbei ist jeweils der genannte unrunde Querschnitt
mit Teilungswinkeln von 120° zueinander mit
Maxima bzw. Minima versehen.
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Nach
einer abgewandelten Ausbildung können
auch Einstecköffnung
und Wellenende im Querschnitt rotationssymmetrisch sein, wobei dann
Zusatzmaterial oder Zusatzelemente jeweils in den zwischen den Tripodezapfen
liegenden Bereichen örtlich eingebracht
werden, um die örtlich
relative höhere Druckvorspannung
in dem ringförmigen
Nabenkörper
und damit an den Fußbereichen
der Tripodezapfen zu erzielen. Solche Mittel können örtlich eingelegte Folien oder örtlich aufgelegte
Lackbeschichtungen sein, die zu einem geeigneten Zeitpunkt beim
Herstellen oder vor dem Herstellen der Verbindung aufgebracht werden.
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Ein
besonderes Verfahren zur Herstellung eines Tripodesterns bei einer
erfindungsgemäßen Anordnung
besteht darin, daß der
Tripodestern durch Umformtechnik mit einer im Querschnitt rotationssymmetrischen
Einstecköffnung
hergestellt wird und die Einstecköffnung während einer Wärmebehandlung
so umgeformt wird, daß der örtliche
Achsabstand unter den Tripodezapfen größer ist als der örtliche
Achsabstand in den Nabenbereichen zwischen den Tripodezapfen. Ein
solcher Tripodenstern kann mit einem völlig rotationssymmetrischen
Wellenende zusammengesteckt werden. In einem alternativen Verfahren
kann eine Steckwelle für
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
so hergestellt werden, daß das verzahnte
Wellenende in Umformtechnik – Rollen, Ziehen – mit einem
rotationssymmetrischen Querschnitt hergestellt wird und daß der Querschnitt
während
einer Wärmebehandlung
des Wellenendes so umgeformt wird, daß der Querschnitt mit drei
gleichmäßig verteilten
Umfangsbereichen mit größerem Achsabstand
und dazwischenliegenden Umfangsbereichen mit kleinerem Achsabstand
versehen wird. Ein solches Wellenende läßt sich dann in umfangslagegerechter
Weise mit einem Tripodestern mit rotationssymmetrischer Einstecköffnung verbinden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend
beschrieben.
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1 zeigt
ein Tripodegelenk mit einer erfindungsgemäßen Anordnung im Längsschnitt;
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2 zeigt
das Gelenk nach 1 im Querschnitt;
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit ungleichförmiger
Einstecköffnung
bei gleichförmigem
Zapfenquerschnitt in einer ersten Ausführung;
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit ungleichförmiger
Einstecköffnung
bei gleichförmigem
Zapfenquerschnitt in einer zweiten Ausführung;
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit ungleichförmiger
Einstecköffnung
bei gleichförmigem
Zapfenquerschnitt in einer dritten Ausführung;
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6 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit ungleichförmigem
Zapfenquerschnitt bei gleichförmiger
Einstecköffnung
in einer ersten Ausführung;
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7 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit ungleichförmigem
Zapfenquerschnitt bei gleichförmiger
Einstecköffnung
in einer zweiten Ausführung;
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8 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit ungleichförmigem
Zapfenquerschnitt bei gleichförmiger
Einstecköffnung
sowie mit Zusatzelementen.
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1 zeigt
ein vollständiges
Tripodegelenk 11 im Längsschnitt,
das eine erfindungsgemäße Anordnung 12,
bestehend aus einer Steckwelle 13 und einem Tripodestern 14,
sowie weiterhin Rollenanordnungen 15, ein Gelenkaußenteil 16 und
einen Faltenbalg 17 umfaßt. Die Steckwelle 13 hat
am Wellenende 28 eine Wellenverzahnung 18; der
Tripodestern 14 in seinem Nabenkörper 24 hat eine entsprechende
Innenverzahnung 19. Beide greifen ineinander, wobei ein
Sicherungsring 20 und ein Verzahnungsauslauf 21 die
axiale Sicherung des Tripodesterns 14 auf der Steckwelle 13 bewirken.
Erfindungstypische Merkmale sind in dieser Darstellung nicht zu
erkennen.
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In 2 ist
der Schnitt durch das Tripodegelenk 11 nach 1 in
der Ebene des Gelenkmittelpunkts dargestellt. Die erfindungsgemäße Anordnung 12 läßt wiederum
die Steckwelle 13 und den Tripodestern 14 erkennen,
in dessen Einstecköffnung 22 das
Wellenende 28 eingesteckt ist. Der Tripodestern 14 läßt einen
Nabenkörper 24 und
drei umfangsverteilte Tripodezapfen 23 erkennen, die jeweils
eine der Rollenanordnungen 15 tragen. Durch besonders schraffiert
gekennzeichnete Bereiche sind Zonen mit Druckvorspannung im Material
des Tripodesterns 14 gekennzeichnet, die in erster Linie
durch eine voneinander abweichenden Formgebung von Querschnitt des
Wellenendes 28 und Querschnitt der Einstecköffnung 22 bei
der Montage erzeugt werden können.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung 12 aus
Steckwelle 13 und Tripodestern 14 mit Tripodezapfen 23 im
Querschnitt. Die Wellenverzahnung der Steckwelle 13 ist über dem
Umfang gleichförmig
ausgebildet, während
die Innenverzahnung der Einstecköffnung 22 des
Nabenkörpers 24 in
den Umfangsbereichen zwischen den Tripodezapfen 23 normgemäß ausgeführt ist,
und die Verzahnungsnuten der Innenverzahnung der Einstecköffnung 32 in den
Bereichen unterhalb der Tripodezapfen 23 verbreitet sind,
so daß Kontaktfreiheit
gegenüber
den Zähnen
der Wellenverzahnung der Steckwelle 13 vorliegt. Auf diese
Weise wird ein Preßsitz
jeweils ausschließlich
in den Bereichen der Innenöffnung 22 zwischen
den Tripodezapfen 23 erzeugt. Hierdurch wird der Nabenkörper 24 so
verformt, daß eine Druckvorspannung
seitlich in den Halskehlen 25 der Tripodezapfen 23 entsteht.
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In 4 sind
gleiche Einzelheiten wie in 3 mit gleichen
Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit
Bezug genommen. Auch hier ist die Wellenverzahnung der Steckwelle 13 über dem
Umfang gleichförmig
ausgebildet und die Innenverzahnung des Tripodesterns 14 jeweils
zwischen den Tripodezapfen 23 normgemäß ausgebildet, während die
Zähne der
Innenverzahnung jeweils unterhalb der Tripodezapfen 23 nahezu vollständig entfernt
sind. Die Zähne
sind hier also nicht in der Zahnbreite, sondern in der Zahnhöhe so verändert, daß nahezu
Kontaktfreiheit zwischen den Verzahnungen entsteht. Die Folgen sind
die gleichen wie beim vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiel.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung 12,
die sich nur unwesentlich von der in 4 gezeigten
unterscheidet. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug
genommen. Abweichend von der Ausführung in 4 sind
hier die Zähne
der Innenverzahnung der Einstecköffnung 22 unterhalb
der Tripodezapfen 23 nicht nur teilweise, sondern vollständig entfernt,
so daß gänzliche
Kontaktfreiheit zwischen den Verzahnungen des Tripodesterns 14 und
der Steckwelle 13 unterhalb der Tripodezapfen 23 herrscht.
Die Verformungen und Spannungszustände am Tripodestern sind prinzipiell
die gleichen wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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In 6 ist
eine erfindungsgemäße Anordnung 12 gezeigt,
bei der die Innenverzahnung in der Einstecköffnung 22 des Nabenkörpers 24 über dem Umfang
gleichförmig
ausgebildet ist. Dagegen ist die Wellenverzahnung der Steckwelle 13 ungleichförmig, wobei
sich Bereich unterhalb der Tripodezapfen 23 in ihrer Verzahnungsform
von Bereichen jeweils zwischen den Tripodezapfen 23 unterscheiden.
Während
die Wellenverzahnung in den erstgenannten Bereichen unterhalb der
Tripodezapfen 23 normgemäß ist, sind die Zähne der
Steckwelle 13 jeweils zwischen den Tripodezapfen 23 erhöht und/oder
verbreitert, so daß eine über die übliche Passung
hinausgehende Druckvorspannung zwischen Steckwelle 13 und
Nabenkörper 24 verursacht
wird. Die Bereiche des Nabenkörpers 24 zwischen
den Tripodezapfen 23 werden hierdurch beim Montieren stärker nach außen verformt,
so daß auch
hier eine Druckvorspannung in den jeweils seitlichen Halsbereichen 25 der Tripodezapfen 23 entsteht.
Es versteht sich hierbei, daß die
Steckwelle 13 nicht beliebig, sondern positionsgerecht
in die Einstecköffnung 22 des
Tripodesterns 14 eingesteckt werden muß.
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7 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung 12,
die der in 6 dargestellten ähnelt. Gleiche
Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die
vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Abweichend
von der Ausführung
nach 6 sind unterhalb der Tripodezapfen 23 die
Zähne der
Wellenverzahnung der Steckwelle 13 vollkommen entfernt,
so daß keinerlei Druckvorspannung
in diesem Bereich entsteht. Die von der Norm abweichenden erhöhten Zähne der Wellenverzahnung
in den Bereichen zwischen den Tripodezapfen 23 sind ergänzend mit
Zusatzmaterial 26 belegt, wie durch die größere Strichstärke angedeutet,
so daß die
Radialverformung in diesen Bereichen bei Montage der Anordnung nochmals
erhöht wird.
Die Folgen hinsichtlich der Verformung und Spannungsverhältnisse
am Tripodestern sind im Prinzip die gleichen bei der Ausführung nach 6. Das
Zusatzmaterial 26 kann aus Lackschichten, Folien oder vergleichbarem
schichtartigem Material bestehen.
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In 8 ist
eine erfindungsgemäße Anordnung 12 gezeigt,
bei der die Innenverzahnung der Einstecköffnung 22 über dem
Umfang gleichmäßig ist
und die Wellenverzahnung der Steckwelle 13 in den Umfangsbereichen
unterhalb der Tripodezapfen 23 normgerecht ausgeführt ist.
Jeweils in den Bereichen zwischen den Tripodezapfen 23 sind
zwei Zähne
der Wellenverzahnung vollständig
entfernt und durch Zusatzmaterial in Form von Stangen 27 ersetzt,
die eine größere Druckvorspannung
auf den Nabenkörper 24 des
Tripodesterns 14 erzeugen, als die normgemäßen Verzahnungen.
Hierdurch wird der Nabenkörper 24 in
den Bereichen zwischen den Tripodezapfen 23 stärker radial
nach außen
verformt und es entsteht die gewünschte
erfindungsgemäße Druckvorspannung
in den seitlichen Halskehlen 25 der Tripodezapfen 23.
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- 11
- Tripodegelenk
- 12
- Anordnung
(Welle/Stern)
- 13
- Steckwelle
- 14
- Tripodestern
- 15
- Rollenanordnung
- 16
- Gelenkaußenteil
- 17
- Faltenbalg
- 18
- Wellenverzahnung
(13)
- 19
- Innenverzahnung
(14)
- 20
- Sicherungsring
- 21
- Verzahnungsauslauf
- 22
- Einstecköffnung
- 23
- Tripodezapfen
- 24
- Nabenkörper
- 25
- Halskehlen/Übergänge