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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Tripodegelenk mit einem Tripodestern,
welcher radial abstehende Zapfen zur Lagerung eines Rollelements
aufweist.
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Derartige
Tripodegelenke sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Üblicherweise bildet
jeder Zapfen eine weitgehend vollflächige Kugelfläche
aus, über die ein Lagerinnenring eines Rollelements abgestützt
wird. Beispiele hierfür finden sich unter anderem in der
GB 2 226 102 A ,
der
DE 103 25 116
A1 oder der
WO2006/015610
A1 .
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In
sämtlichen Fällen ist die Querschnittsfläche
des Zapfen-Kugelkopfs im wesentlichen kreisförmig, wobei
abgeschnittene oder abgeflachte Oberflächenabschnitte vorgesehen
sind, um die Montage eines Lagerinnenrings zu vereinfachen oder
die Schmierung zu verbessern. Grundlegende Veränderungen
der Querschnitte sind hingegen nicht offenbart.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Gewicht eines Tripodegelenks
zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Tripodegelenk gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Das erfindungsgemäße Gelenk
zeichnet sich dadurch aus, dass gekennzeichnet, dass die radial
abstehenden Zapfen jeweils mindestens drei voneinander getrennte
Kugelflächenteilabschnitte zur Führung eines Rollelements
aufweisen, die in Umfangsrichtung des jeweiligen Zapfens voneinander
beabstandet sind.
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Die
Erfindung macht sich zunutze, dass an dem Tripodestern eines Tripodegelenks
bzw. an dessen Zapfen Belastungen lediglich in bestimmten Richtungen
auftreten. Durch eine gezielte geometrische Veränderung
der Zapfen lässt sich das Gewicht des Tripodesterns verringern,
ohne dass dies unter den üblichen Betriebsbedingungen zu
einer Beeinträchtigung der Bauteilfestigkeit führt.
Die Erfindung ermöglicht somit einer verbesserte Materialausnutzung.
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Durch
drei oder mehr voneinander getrennte Kugelflächenteilabschnitte
wird trotz gegenüber herkömmlichen Kreisquerschnitten
stärker verjüngtem Querschnitt eine stabile Abstützung
des Rollelements gewährleistet.
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Erfindungsgemäße
Querschnittsgeometrien sind dementsprechend nicht mehr an einer
orientiert, sondern weisen einen Dreiecksquerschnitt, Vierecksquerschnitt
oder einen Kreuzquerschnitt auf.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung liegen zwei in Umfangsrichtung
breitere Kugelflächenteilabschnitte einander gegenüber.
Zusätzlich sind zwei schmälere, einander gegenüberliegende
Kugelflächenteilabschnitte vorgesehen, die zu den breiteren Kugelflächenteilabschnitten
um 90 Grad versetzt angeordnet sind.
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In
einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kugelflächenteilabschnitte
durch einwärts gewölbte Teilflächen in
Umfangsrichtung des jeweiligen Zapfens voneinander getrennt sind.
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Weiterhin
können die Kugelflächenteilabschnitte durch unbearbeitete
Teilflächen oder durch Teilflächen mit einer geringeren
Oberflächengüte in Umfangsrichtung des jeweiligen
Zapfens voneinander getrennt sein, woraus eine Verminderung des Fertigungsaufwand
resultiert.
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Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
angegeben.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Tripodegelenks nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
räumliche Ansicht eines Tripodesterns nach einem ersten
Ausführungsbeispiel,
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3 eine
Querschnittsansicht eines Zapfens des Tripodesterns nach 2,
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4 eine
räumliche Ansicht eines Tripodesterns nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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5 eine
Querschnittsansicht eines Zapfens des Tripodesterns nach 4,
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6 eine
räumliche Ansicht eines Tripodesterns nach einem dritten
Ausführungsbeispiel, und in
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7 eine
Querschnittsansicht eines Zapfens des Tripodesterns nach 6.
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Die
Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils auf ein in 1 dargestelltes
Tripodegelenk 10. Dieses umfasst ein Gelenkinnenteil in
Form eines Tripodesterns 11 mit einem ringförmigen
Grundkörper und von diesem abstehenden Zapfen 12.
Die Zapfen 12 sind in Umfangsrichtung gleichbeabstandet.
Ihre Längsachsen Z verlaufen im Wesentlichen radial zur Gelenkdrehachse
A des Tripodesterns 11 und liegen bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Ebene.
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Weiterhin
umfasst das Tripodegelenk 10 drei Rollelemente 13,
die jeweils mit einer Innenumfangsfläche 14 an
einem Zapfen 12 schwenkbar gelagert sind und eine profilierte,
rotationssymmetrische Außenumfangsfläche 15 ausbilden.
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Jedes
Rollelement 13 weist einen Außenring 16 und
einen Innenring 17 auf, die über ein Wälzlager 18,
beispielsweise ein Nadellager, zueinander drehbar sind. Die Innenumfangsfläche 14 des
Innenrings 17 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet
und steht mit einer abschnittsweise balligen Umfangsfläche 19 des
Zapfens 12 in Eingriff, so dass bei einer Beugung des Gelenks 10 der
Innenring 17 gegenüber der Längsachse
Z des zugehörigen Zapfens 12 verkippt werden kann.
Zudem ist eine axiale Verschiebbarkeit in Richtung der Längsachse
Z des Zapfens 12 gegeben.
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Das
Tripodegelenk 10 umfasst ferner ein Gelenkaußenteil 20,
das an seinem Innenumfang parallel zu seiner Drehachse B verlaufende
Laufbahnpaare mit einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden
Laufflächen 21 aufweist. Diese Laufflächen 21 stehen
mit den Außenumfangsfläche 15 der Rollelemente 13 in
Eingriff, wobei je nach Drehrichtung und Betriebssituation eine
der Laufflächen 21 lasttragend und die gegenüberliegende
Lauffläche 21 im Wesentlichen entlastet ist. Die
Laufflächen 21 am Gelenkaußenteil 20 verlaufen
jeweils parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils B.
Durch eine Profilierung sowohl der Laufflächen 21 am
Gelenkaußenteil 20 als auch der Außenumfangsflächen 15 an den
Rollelementen 13 wird bewirkt, dass bei einer Drehung des
Gelenks 10 unter Beugung der Bauteilachsen A und B zueinander
die Rollelemente 13 achsparallel zur Drehachse B des Gelenkaußenteils 20 hin
und her bewegt werden.
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Der
hierfür benötigte Schwenkfreiheitsgrad wird zwischen
den Zapfen 12 und den Lagerinnenringen 16 der
Rollelemente 13 bereitgestellt. Hierzu weisen die Zapfen 12 jeweils
mindestens drei voneinander getrennte Kugelflächenteilabschnitte
zur Führung eines Rollelements 13 auf, die in
Umfangsrichtung des jeweiligen Zapfens 12 voneinander beabstandet
sind.
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Bei
dem in den 2 und 3 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel besitzt jeder Zapfen 12 einen
Querschnitt senkrecht zur Achse Z mit einer im Wesentlichen dreieckigen
Grundform. Wie insbesondere 3 entnommen
werden kann, weist jeder Zapfen einen Dreiecksquerschnitt mit abgerundeten Ecken
auf. Letztere werden durch die Kugelflächenteilabschnitte 31, 32 und 33 gebildet,
die durch Teilflächen 34, 35 und 36 voneinander
getrennt sind.
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Vorzugsweise
weist die dreieckige Grundform in Umfangsrichtung um die Gelenkdrehachse
A des Tripodesterns 11 eine größere Erstreckung
als parallel zur Achse A auf, so dass sich ein spitzwinkliges gleichseitiges
Dreieck ergibt.
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Da
die Teilflächen 34, 35 und 36 in
Bezug auf den Lagerinnenring 16 des Rollelements 13 keine Führungsfunktion
besitzen und diesen auch nicht berühren, können
diese unbearbeitet gelassen werden. In der Regel weisen diese eine
geringere Oberflächengüte als die Kugelflächenteilabschnitte 31, 32 und 33 auf.
Gleichwohl begünstigen die Teilflächen 34, 35 und 36 die
Schmiermittelversorgung der tragenden Kugelflächenteilabschnitte 31, 32 und 33. Hierdurch
wird ferner die Wärmeabfuhr verbessert.
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Anstelle
einer dreieckigen Grundform können die Zapfen 12 auch
mit einer viereckigen Grundform ausgeführt werden, wie
dies in den 4 und 5 für
das zweite Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Wie 5 zeigt,
weist in diesem Fall jeder Zapfen 12 einen Vierecksquerschnitt
mit abgerundeten Ecken auf. Letztere werden durch die Kugelflächenteilabschnitte 41, 42, 43 und 44 gebildet,
die durch Teilflächen 45, 46, 47 und 48 voneinander
getrennt sind. Die Grundform kann quadratisch oder rechteckig sein,
wobei im letztgenannten Fall die größere Erstreckung
in Umfangsrichtung um die Gelenkdrehachse A des Tripodesterns 11 angeordnet
wird. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel können
die nicht tragenden Teilflächen 45, 46, 47 und 48 unbearbeitet gelassen
werden.
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Die
Kanten der Teilflächen 45, 46, 47 und 48 verlaufen
in einer Querschnittsfläche, die sich senkrecht zur Achse
Z erstreckt, innerhalb eines durch die Kugelflächenteilabschnitte 41, 42, 43 und 44 definierten
Umkreises. Dabei können die Kanten der Teilflächen 45, 46, 47 und 48 im
Querschnitt geradlinig oder leicht nach außen vorgewölbt
sein.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel in den 6 und 7 zeigt
Zapfen 12 mit einer kreuzförmigen Grundform. Dabei
kann der um die Drehachse A verlaufende Arm massiver ausgebildet
werden, als der hierzu quer verlaufende Arm.
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Wie 7 zeigt,
weist jeder Zapfen 12 einen Kreuzquerschnitt mit abgerundeten
Scheitelflächen auf, wobei letztere aus den in Umfangsrichtung
des Zapfens 12 voneinander beabstandeten Kugelflächenteilabschnitten 51, 52, 53 und 54 entstehen.
Diese Kugelflächenteilabschnitte 51, 52, 53 und 54 sind jeweils
durch eine nichttragende Teilfläche 55, 56, 57 und 58 in
Umfangsrichtung voneinander getrennt.
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Die
Teilflächen 55, 56, 57 und 58 sind
jeweils einwärts gewölbt, um in etwa parallel
zur Z-Achse verlaufende Schmiermittelnuten zu bilden. Da die Teilflächen 55, 56, 57 und 58 keine
Tragfunktion besitzen, können diese mit verringerter Maßgenauigkeit und
verringerter Oberflächengüte hergestellt werden.
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Wie 7 ferner
zeigt, besitzen nicht alle Kugelflächenteilabschnitte die
gleiche Breite. Vorzugsweise liegen zwei breitere Kugelflächenteilabschnitte 51 und 53 in
Umfangsrichtung um die Achse A einander gegenüber, während
die weiteren Kugelflächenteilabschnitte 52 und 54,
die einander ebenfalls gegenüberliegen und zu den breiteren
Kugelflächenteilabschnitten 51 und 53 um
90 Grad versetzt angeordnet sind, schmäler ausgeführt
werden.
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Alle
vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele zeichnen
sich bei in gleich bleibender, Kraftübertragungsfähigkeit
durch ein verringertes Gewicht des Tripodesterns aus. Durch die
kontaktlosen, vorzugsweise unbearbeiteten Teilflächen wird
zudem die Schmiermittelzufuhr zu den Kugelflächenteilabschnitten
verbessert und die Wärmeabfuhr optimiert.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst
alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
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- 10
- Tripodegelenk
- 11
- Tripodestern
- 12
- Zapfen
- 13
- Rollelement
- 14
- Innenumfangsfläche
des Rollelements
- 15
- Lauffläche
am Außenumfang des Rollelements
- 16
- Außenring
des Rollelements
- 17
- Innenring
des Rollelements
- 18
- Wälzkörper
des Rollelements
- 20
- Gelenkaußenteil
- 21
- Lauffläche
des Gelenkaußenteils
- 31
- Kugelflächenteilabschnitt
- 32
- Kugelflächenteilabschnitt
- 33
- Kugelflächenteilabschnitt
- 34
- nichttragende
Teilfläche
- 35
- nichttragende
Teilfläche
- 36
- nichttragende
Teilfläche
- 41
- Kugelflächenteilabschnitt
- 42
- Kugelflächenteilabschnitt
- 43
- Kugelflächenteilabschnitt
- 44
- Kugelflächenteilabschnitt
- 45
- nichttragende
Teilfläche
- 46
- nichttragende
Teilfläche
- 47
- nichttragende
Teilfläche
- 48
- nichttragende
Teilfläche
- 51
- Kugelflächenteilabschnitt
- 52
- Kugelflächenteilabschnitt
- 53
- Kugelflächenteilabschnitt
- 54
- Kugelflächenteilabschnitt
- 55
- nichttragende
Teilfläche
- 56
- nichttragende
Teilfläche
- 57
- nichttragende
Teilfläche
- 58
- nichttragende
Teilfläche
- A
- Drehachse
des Gelenkinnenteils
- B
- Drehachse
des Gelenkaußenteils
- Z
- Längsachse
des Zapfens 12
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 2226102
A [0002]
- - DE 10325116 A1 [0002]
- - WO 2006/015610 A1 [0002]