DE102007059377A1

DE102007059377A1 - Tripodegelenk

Info

Publication number: DE102007059377A1
Application number: DE102007059377A
Authority: DE
Inventors: Marco Zornhagen; Alexander Mick
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Ein Tripodegelenk umfasst einen Tripodestern (11) mit radial abstehenden Zapfen (12) zur Lagerung jeweils eines Rollelements, wozu jeder Zapfen (12) an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildet ist und zwischen einem oder mehreren Kugelflächenteilabschnitten (31, 32, 33, 34) ein oder mehrere gegenüber der Kugelform zurücktretende Ausnehmungen (35, 36, 37, 38) aufweist. Die gegenüber der Kugelform zurücktretenden Ausnehmungen (35, 36, 37, 38) verlaufen schräg zur Längsa der Ausnehmungen wird das Schmiermittel im Betrieb gezielt geführt, woraus eine verbesserte Schmierung und Wärmeabfuhr an den Kontaktstellen resultiert. Zudem wird die Werkzeugstandzeit des zur Hartbearbeitung der Kugelflächenteilabschnitte erforderlichen Werkzeugs erhöht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tripodegelenk, umfassend einen Tripodestern mit radial abstehenden Zapfen zur Lagerung jeweils eines Rollelements, wozu jeder Zapfen an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildet ist und zwischen einem oder mehreren Kugelflächenteilabschnitten ein oder mehrere gegenüber der Kugelform zurücktretende Ausnehmungen aufweist.
Derartige Tripodegelenke sind beispielsweise aus der GB 2 226 102 A , der DE 103 25 116 A1 oder der WO2006/015610 A1 bekannt. Die Zapfen dieser Gelenke sind an ihrem Außenumfang im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet, um einen Lagerinnenring eines Rollelements abzustützen. Zur Verbesserung der Montage und der Schmierung ist die Kugelform am Außenumfang des Zapfens durch abgeflachte Oberflächenabschnitte unterbrochen.
Durch die Abflachungen wird zwar die Schmiermittelzufuhr zu den Kontaktflächen zwischen den Kugelflächenteilabschnitten am Zapfen und dem Lagerinnenring verbessert. Jedoch ist die Schmierung erratisch.
Üblicherweise bleiben die Abflachungen unbearbeitet. Jedoch müssen die Kugelflächenteilabschnitte am Außenumfang des Zapfens im Hinblick auf die Funktion des Gelenks mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, wozu in der Regel eine Hartbearbeitung der Kugelflächenteilabschnitte erforderlich ist. Ausnehmungen und Unterbrechungen am Außenumfang des Zapfens führen daher zu einem hohen Werkzeugverschleiß in der Fertigung.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tripodegelenk der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Schmiermittelzufuhr zu verbessern und dessen Herstellung zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch ein Tripodegelenk gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Gelenk zeichnet sich dadurch aus, dass die gegenüber der Kugelform zurücktretenden Ausnehmungen schräg zur Längsachse des Zapfens verlaufen.
Über die Schrägstellung der Ausnehmungen wird das Schmiermittel im Betrieb gezielt geführt, woraus eine verbesserte Schmierung und Wärmeabfuhr an den Kontaktstellen resultiert.
Zudem ergibt sich im Vergleich zu Abflachungen, welche parallel zur Längsachse am Außenumfang des Zapfens vorgesehen sind, eine deutlich verringerte Werkzeugbelastung. Durch den Schrägungswinkel wird nämlich die stoßartige Belastung des Werkzeugs beim Eingriff mit dem Werkstück vermindert und so die Werkzeugstandzeit des sehr kostenintensiven Werkzeugs erhöht.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Querschnittsansicht eines Tripodegelenks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine räumliche Ansicht eines Tripodesterns des ersten Ausführungsbeispiels,
3 eine Querschnittsansicht eines Zapfens des Tripodesterns nach 2,
4 eine räumliche Ansicht des Zapfens nach 2 von der Seite,
5 eine räumliche Ansicht eines Zapfens eines zweiten Ausführungsbeispiels,
6 eine räumliche Ansicht eines Tripodesterns eines dritten Ausführungsbeispiels, und in
7 einen Längschnitt durch einen Zapfen des Tripodesterns nach 6.
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils auf ein in 1 im Schnitt dargestelltes Tripodegelenk 10. Dieses umfasst ein Gelenkinnenteil in Form eines Tripodesterns 11 mit einem ringförmigen Grundkörper und drei 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.
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.
Jedes Rollelement 13 weist einen Außenring 16 und einen Innenring 17 auf, die über Wälzkörper 18 zueinander drehbar sind. Die Innenumfangsfläche 14 des Innenrings 17 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und steht mit einer 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.
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 Außenumfangsflächen 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.
Der hierfür benötigte Schwenkfreiheitsgrad wird zwischen den Zapfen 12 und den Lagerinnenringen 17 der Rollelemente 13 bereitgestellt. Hierzu ist jeder Zapfen 12 an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildet. Insbesondere weist jeder Zapfen 12 einen oder mehrere Kugelflächenteilabschnitte 31, 32, 33, 34 zur Führung eines Rollelements 13 auf, wie dies in den 2 bis 4 zu erkennen ist. Die Kugelflächenteilabschnitte 31, 32, 33, 34 sind durch eine oder mehrere gegenüber der Kugelform zurücktretende Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 in Umfangsrichtung voneinander getrennt.
Bei dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist jeder Zapfen 12 einen Kreuzquerschnitt mit abgerundeten Scheitelflächen auf, wobei letztere aus den in Umfangsrichtung des Zapfens 12 voneinander beabstandeten Kugelflächenteilabschnitten 31, 32, 33, 34 entstehen. Da die Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 keine Tragfunktion besitzen, können diese mit verringerter Maß- und Oberflächengenauigkeit hergestellt werden. Wie 3 weiter zeigt, besitzen nicht alle Kugelflächenteilabschnitte die gleiche Breite. Vorzugsweise liegen zwei breitere Kugelflächenteilabschnitte 31 und 33 in Umfangsrichtung um die Achse A einander gegenüber, während die weiteren Kugelflächenteilabschnitte 32 und 34, die einander ebenfalls gegenüberliegen und zu den breiteren Kugelflächenteilabschnitten 31 und 33 um 90 Grad versetzt angeordnet sind, schmäler ausgeführt sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die gegenüber der Kugelform zurücktretenden Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 schräg zur Längsachse Z des Zapfens 12 verlaufen.
Die Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 sind jeweils nutförmig ausgebildet und weisen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen einwärts gewölbten Profilquerschnitt auf. Zudem weisen die Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 jeweils eine schräg zur Längsachse Z des Zapfens 12 verlaufende Erzeugungsachse E auf. Jedoch können auch andere Profilquerschnitte oder Ausnehmungen mit einem sich entlang einer Erzeugungsachse verändernden Profilquerschnitt zum Einsatz kommen.
Der Nutgrund der nutförmigen Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 verläuft vorzugsweise auf einer gedachten Mantelfläche um die Längsachse Z des Zapfens 12. Zusätzlich zur Schrägstellung auf der gedachten Mantelfläche des Zapfens 12 kann weiterhin eine Neigungskomponente in Radialrichtung vorgesehen werden.
Durch die Schrägstellung der Ausnehmungen 35, 36, 37, 38 kann eine definierte Schmiermittelzufuhr zu den Kontaktflächen zwischen dem Zapfen 12 und dem zugehörigen Rollelement 13 erzielt werden. Zudem verringert sich die Werkzeugbelastung beim Hartdrehen der Kugelflächenteilabschnitte 31, 32, 33, 34, da die Werkzeugschneide nunmehr im Bereich der Ausnehmung auf eine geschrägte Werkstückkante derselben trifft. Hierdurch wird die Stoßbelastung beim Werkzeugeingriff verringert, woraus ein geringerer Werkzeugsverschleiß resultiert.
Es hat sich gezeigt, dass im Hinblick auf die Schmiermittelzufuhr einerseits und den Werkzeugeingriff andererseits Schrägungswinkel im Bereich von 5 bis 25 Grad zu bevorzugen sind.
Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Prinzip nicht auf die dargestellte Zapfenform beschränkt, sondern kann auch bei anderen Zapfenformen zum Einsatz kommen, bei denen mindestens eine Kugelteilfläche am Außenumfang eines Zapfens durch mindestens eine Ausnehmung unterbrochen wird. Insbesondere bei einer größeren Anzahl von Ausnehmungen wird durch die Schrägstellung derselben eine deutliche Verbesserung der Werkzeugstandzeit erzielt.
5 zeigt beispielhaft eine alternative Ausführung mit einer im Vergleich zu 4 breiteren Ausnehmung 42 anstelle der Ausnehmungen 35 und 36, welche einen Kugelflächenteilabschnitt 41 am Außenumfang des Zapfens 12 unterbricht. Bei der Bearbeitung der Kugelflächenteilabschnitt 41 treten so auf dem Umfang zwei Schnittunterbrechungen weniger auf. Auch hier ist die gedachte Erzeugungsachse E der nutförmigen Ausnehmung 42 gegenüber der Längsachse Z des Zapfens 12 angewinkelt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 6 dargestellt. In diesem Fall kann eine vorzugsweise umformtechnisch hergestellte Ausnehmung 52 am Außenumfang eines Zapfens 12 durch zwei schräg zur Längsachse Z des Zapfens 12 verlaufende Erzeugungsachsen E1 und E2 definiert werden, die entgegengesetzt zueinander geschrägt sind. Hierdurch entstehen zu angrenzenden Kugelflächenteilabschnitten 51 Kanten 53 und 54, mit denen eine Werkzeugschneide beim Hartdrehen einen Winkel in der Größenordnung von 5 bis 25 Grad einschließt, so dass dessen Stoßbelastung verringert wird. Wie 6 weiter zeigt, weist die Ausnehmung 52 eine ebene Grundfläche 55 auf, die gegenüber den angrenzenden Kugelflächenteilabschnitten 51 durch die Kanten 53 und 54 abgegrenzt ist. In einer zur Grundfläche 42 senkrechten Blickrichtung verlaufen diese Kanten 53 und 54 schräg zur Längsachse Z des Zapfens 12. Die Kanten 53 und 54 weisen entgegengesetzte Schrägungswinkel auf, wobei der Betrag des Schrägungswinkels im Bereich von 5 bis 25 Grad liegt, so dass die Grundfläche 55 in senkrechter Blickrichtung in etwa trapezförmig ist.
7 zeigt einen Schnitt durch einen Zapfen 12, wobei die Schnittebene durch die Bauteilachse A und die Zapfenachse Z aufgespannt wird. In dieser Schnittebene liegen einander zwei Ausnehmungen 52 spiegelbildlich gegenüber. Die Grundflächen 55 der beiden Ausnehmungen 52, die hier ebene Flächen darstellen, sind zur Längsachse Z des Zapfens 12 um den Winkel β geneigt, so dass die Grundflächen jeweils einen in Richtung des Stirnendes 56 des Zapfens 12 weisenden Flächenanteil besitzen. Der Winkel β liegt im Bereich von etwa 5 bis 45 Grad. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Winkel β von ca. 16 Grad vorgesehen.
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.

10: Tripodegelenke
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: Kugelflächenteilabschnitt
35: Ausnehmung
36: Ausnehmung
41: Kugelflächenteilabschnitt
42: Ausnehmung
51: Kugelflächenteilabschnitt
52: Ausnehmung
53: Kante
54: Kante
55: Grundfläche
56: Stirnende
A: Drehachse des Gelenkinnenteils
B: Drehachse des Gelenkaußenteils
E: Erzeugungsachse
E1: Erzeugungsachse
E2: Erzeugungsachse
Z: Längsachse des Zapfens 12

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 2226102 A [0002]
- DE 10325116 A1 [0002]
- WO 2006/015610 A1 [0002]

Claims

Tripodegelenk, umfassend einen Tripodestern (11) mit radial abstehenden Zapfen (12) zur Lagerung jeweils eines Rollelements (13), wozu jeder Zapfen (12) an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildet ist und zwischen einem oder mehreren Kugelflächenteilabschnitten (31, 32, 33, 34; 41; 51) ein oder mehrere gegenüber der Kugelform zurücktretende Ausnehmungen (35, 36, 37, 38; 42; 52) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber der Kugelform zurücktretenden Ausnehmungen (35, 36, 37, 38; 42; 52) schräg zur Längsachse (Z) des Zapfens (12) verlaufen.
Tripodegelenke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausnehmung (35, 36, 37, 38; 42) eine schräg zur Längsachse des Zapfens (12) verlaufenden Erzeugungsachse aufweist.
Tripodegelenke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausnehmung (35, 36, 37, 38; 42) mit der Längsachse des Zapfens (12) einen Schrägungswinkel im Bereich von 5 bis 25 Grad einschließt.
Tripodegelenke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausnehmung (35, 36, 37, 38; 42; 52) nutförmig ausgebildet ist.
Tripodegelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund der nutförmigen Ausnehmung (35, 36, 37, 38; 42) auf einer gedachten Mantelfläche um die Längsachse des Zapfens verläuft.
Tripodegelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nutförmige Ausnehmung (35, 36, 37, 38; 42) einen einwärts gewölbten Profilquerschnitt aufweist.
Tripodegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausnehmung (52) mit zwei schräg zur Längsachse (Z) des Zapfens (12) verlaufenden Erzeugungsachsen vorgesehen ist, wobei die Erzeugungsachsen entgegengesetzt geschrägt sind.
Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausnehmung (52) eine ebene Grundfläche (55) aufweist, die gegenüber angrenzenden Kugelflächenteilabschnitten (51) durch Kanten (53, 54) abgegrenzt ist, welche in einer zur Grundfläche senkrechten Blickrichtung schräg zur Längsachse (Z) des Zapfens (12) verlaufen.
Tripodegelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (55) parallel zur Längsachse (Z) des Zapfens (12) verläuft.
Tripodegelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (55) zur Längsachse (Z) des Zapfens (12) geneigt ist.
Tripodegelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (55) in einer Schnittebene, die durch die Gelenkachse (A) des Tripodesterns und die Längsachse (Z) des Zapfens (12) aufgespannt, mit der Längsachse (Z) des Zapfens (12) einen Winkel β im Bereich von 5 bis 45 Grad einschließt.
Tripodegelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β im Bereich von 12 bis 20 Grad liegt.
Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägungswinkel der Kanten (53, 54) einen Betrag von 5 bis 25 Grad aufweist.
Tripodegelenk nach Anspruch einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (53, 54) entgegengesetzte Schrägungswinkel aufweisen.
Tripodegelenk nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (35, 36, 37, 38; 42; 52) umformtechnisch hergestellt sind.