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Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Rollelement eines Tripodegelenks.
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Aus herstellungstechnischen Gründen sind bei Tripodegelenken die Rollelemente in der Regel mit etwas Spiel zwischen den einander gegenüberliegenden Laufbahnen der Laufbahnpaarungen des Gelenkaußenteils aufgenommen. Zudem verlaufen die Laufbahnen nicht immer exakt parallel zueinander, so dass das Spiel entlang des Verschiebewegs variiert. Dieses Spiel kann bei wechselnder Belastung Geräusche verursachen.
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Aus der
DE 34 40 105 A1 ist eine bei Tripodegelenken verwendbare Vorrichtung zur Rückholung eines Käfigs bekannt, bei der zwischen einem Nadelplättchen und einem zwischen einem Zapfen und einer Rollbahn angeordneten Gleitstück eine Rückholfeder aus einem elastischen Metalldraht vorgesehen ist, die mindestens eine um das Gleitstück geführte Windung und zwei auf dem Plättchen eingehakte Schenkelenden aufweist.
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Die
DE 35 44 919 A1 betrifft ein lineares Wälzlagerelement, insbesondere für Tripodegelenke, dessen Käfig aus relativ dickem Blechmaterial hergestellt und mit Begrenzungsvorsprüngen für einen linear beweglichen Stützkörper versehen ist. Die Rollen werden ebenfalls durch herausgeformte Vorsprünge im Käfig gehalten. Dadurch entsteht ein in sich stabiler Käfig, der die hohen Belastungen beim Anlauf des Stützkörpers aufnehmen kann.
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Ein Tripodegelenk mit Dämpfung beim Lastwechsel ist aus der
DE 37 41 049 A1 bekannt. Zur Unterbindung von Geräusch-, Schlag- und Vibrationsentwicklungen werden elastische Mittel jedes Übertragungselements in eine Richtung belastet und so die zugehörigen Kontaktflächen auseinander gedrückt und in Richtung der jeweiligen Tripode geschoben, so dass ein Spiel zwischen den Flächen an der entlasteten Seite entsteht.
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Aus der
DE 101 41 440 A1 ist ein Tripodegelenk bekannt, bei dem die Längsachsen benachbarter Wälzkörper unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise sollen die mechanischen Übertragungseigenschaften des Tripodegelenks verbessert werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rollelement für ein Tripodegelenk zu schaffen, das einen geräuscharmen Betrieb gestattet, ohne dessen Axialbewegbarkeit in der zugehörigen Laufbahnpaarung des Gelenkaußenteils zu beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Rollelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Rollelement umfasst ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil, einem zweiten Gehäuseteil und einem Gehäuseinnenkörper, der zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil gehalten ist, wobei der Gehäuseinnenkörper eine Aufnahmeöffnung zur Lagerung eines Zapfens eines Tripodesterns aufweist, dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil zugeordnete Wälzkörper zur Abstützung an einander gegenüberliegenden Laufbahnen eines Gelenkaußenteils, und Federelemente zwischen dem Gehäuseinnenkörper und dem ersten und zweiten Gehäuseteil, welche den ersten und zweiten Gehäuseteil jeweils gegen den Gehäuseinnenkörper verspreizen, um die Wälzkörper gegen die zugehörigen Laufbahnen des Gelenkaußenteils zu drücken.
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Dieses neue Konzept ermöglicht es, das Rollelement zwischen den einander gegenüberliegenden Laufbahnen einer Laufbahnpaarung am Gelenkaußenteil zu verspannen, ohne die positiven Eigenschaften der Tripode insbesondere im Hinblick auf eine leichte Axialverschiebbarkeit negativ zu beeinträchtigen. Die Wälzkörper bleiben so stets in Laufbahnkontakt.
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Insbesondere kann bei Parallelitätsabweichungen zwischen den Laufbahnen über den gesamten Verschiebeweg ein konstantes Spiel eingestellt werden, das ausschließlich aus dem Kontakt zwischen dem Gehäuseinnenkörper und dem Zapfen resultiert. Dieses Spiel kann äußerst gering gehalten werden und ist unabhängig von der Relativposition des Rollelements entlang der Laufbahnen.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wälzkörper, beispielsweise Kugeln oder Rollen, durch einen oder mehrere Käfige gehalten, so dass diese bei einer axialen Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Gelenkaußenteil sich stets in einer Position zwischen dem Gehäuse und dem zugehörigen Laufbahnabschnitt am Gelenkaußenteil befinden und eine optimale Drehmomentabstützung in Umfangsrichtung gewährleisten.
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Es ist auch möglich, Rollen z. B. über Achszapfen stationär an dem ersten und zweiten Gehäuseteil drehbar zu lagern, wobei die Rollen an den Laufbahnen des Gelenkaußenteils abrollen.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung sind ein oder mehrere Federelemente jeweils zwischen dem Außenumfang eines hülsenförmig ausgebildeten Gehäuseinnenkörpers und dem ersten Gehäuseteil sowie zwischen dem Außenumfang des Gehäuseinnenkörpers und dem zweiten Gehäuseteil abgestützt. Die Federelemente sind vorzugsweise radial zum Außenumfang des Gehäuseinnenkörpers angeordnet, so dass dieser zwischen den Gehäuseteilen zentriert wird und eine Kraftübertragung in Richtung des Verschiebewegs parallel zu den Laufbahnen gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung kommt ein im Wesentlichen als quaderförmiger Block ausgebildeter Gehäuseinnenkörper zum Einsatz, wobei jeweils ein oder mehrere Federelemente zwischen dem Block und den Gehäuseteilen angeordnet sind. Hierdurch steht mehr Bauraum für die Federelemente zur Verfügung.
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Zudem kann eine Parallelführung zwischen den Gehäuseteilen und dem Block in einer Richtung senkrecht zu den Laufbahnen des Gelenkaußenteils vorgesehen werden. Diese kann beispielsweise durch entsprechende Vorsprünge und Ausnehmungen oder durch separate Führungsstifte realisiert werden.
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Ferner ist es möglich, den Block längs zu teilen, wobei Teilung durch die Aufnahmeöffnung für den Zapfen verläuft. Die Federelemente sind in diesem Fall zwischen dem ersten Gehäuseteil und einem ersten Teil des Blocks und dem zweiten Gehäuseteil und einem zweiten Teil des Blocks eingegliedert, um die Blockteile gegeneinander zu verspannen. Hierdurch wird ein Rollelement geschaffen, das sowohl zu den Laufbahnen als auch zum Zapfen spielfrei ist.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung können zwischen den Gehäuseteilen und dem Gehäuseinnenkörper Dämpfungskammern vorgesehen werden, die entweder in der Art von Luftfedern wirken oder mit einem Dämpfungsmedium wie beispielsweise Fett gefüllt sind.
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Die Bauart der Federelemente unterliegt abgesehen von den beengten räumlichen Gegebenheiten prinzipiell keinen Beschränkungen. Diese können beispielsweise als Zylinderfedern oder als Elastomerfedern ausgebildet werden.
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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 räumliche Ansicht eines Tripodegelenks mit einem Rollelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Gelenkaußenteil des Tripodegelenks im Bereich des Rollelements freigeschnitten ist,
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2 eine räumliche Ansicht des Rollelements aus 1,
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3 eine Schnittansicht des Rollelements aus 1,
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4 eine Seitenansicht eines Rollelements nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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5 eine Schnittansicht des Rollelements nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Schnittebene quer zur Längsachse eines Zapfens eines Tripodesterns bei gestrecktem Gelenk verläuft,
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6 eine Detailansicht der Anordnung eines Federelements an einem Rollelement nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 eine Seitenansicht eines Rollelements nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
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8 ein Schnittansicht des Rollelements nach dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei die Schnittebene quer zur Längsachse eines Zapfens eines Tripodesterns bei gestrecktem Gelenk verläuft, und in
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9 eine Detailansicht der Anordnung eines Federelements sowie einer Parallelführung an einem Rollelement nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Tripodegelenk 1. Dieses umfasst ein Gelenkinnenteil 10 in Form eines Tripodesterns mit einem ringförmigen Grundkörper 11 und drei von diesem radial abstehenden Zapfen 12. Die Zapfen 12 sind in Umfangsrichtung gleichbeabstandet. Ihre Längsachsen Z verlaufen im Wesentlichen radial zur Drehachse A des Tripodesterns und liegen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Ebene. An den Tripodestern schließt eine Eingangswelle 13 an.
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Das Tripodegelenk 1 umfasst ferner ein Gelenkaußenteil 20, das an seinem Innenumfang parallel zu seiner Drehachse B verlaufende Laufbahnpaarungen mit einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Laufbahnen 21 aufweist. Diese Laufbahnen 21 stehen mit den weiter unten näher erläuterten Rollelementen 30 in Eingriff, wobei je nach Drehrichtung und Betriebssituation eine der Laufbahnen 21 lasttragend und die gegenüberliegende Laufbahn 21 im Wesentlichen entlastet ist. Die Laufbahnen 21 am Gelenkaußenteil 20 verlaufen jeweils parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils B. Über die Laufbahnen 21 am Gelenkaußenteil 20 werden die Rollelemente 30 geführt. Bei einer Drehung des Gelenks 1 unter Beugung der Bauteilachsen A und B zueinander werden somit die Rollelemente 30 achsparallel zur Drehachse B des Gelenkaußenteils 20 in Verschieberichtung X hin und her bewegt.
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Der hierfür benötigte Schwenkfreiheitsgrad wird zwischen den Zapfen 12 und den Rollelementen 30 bereitgestellt. Hierzu ist jeder Zapfen 12 an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildet. Am Rollelement 30 befindet sich eine im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Lagerfläche, so dass bei einer Beugung des Gelenks 1 das Rollelement 30 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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Jedes Rollelement 30 des Tripodegelenks 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil 31 und einem zweiten Gehäuseteil 32 auf, zwischen denen ein Gehäuseinnenkörper 40 zur Lagerung eines Zapfens 12 des Tripodesterns gehalten ist. Weiterhin umfasst jedes Rollelement 30 dem ersten Gehäuseteil 31 zugeordnete Wälzkörper in Form von Kugeln 33 zur Abstützung an einer ersten Laufbahn 21 der Laufbahnpaarung sowie weitere, dem zweiten Gehäuseteil 32 zugeordnete Wälzkörper bzw. Kugeln 33 zur Abstützung an der gegenüberliegenden Laufbahn 21 der Laufbahnpaarung. Anstelle von Kugeln 33 können auch Rollen vorgesehen werden.
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Weiterhin umfasst jedes Rollelement 30 ein oder mehrere Federelemente 34, die sich an dem Gehäuseinnenkörper 40 abstützen und den ersten und zweiten Gehäuseteil 31, 32 auseinanderspreizen, um deren Wälzkörper 33 gegen die zugehörigen Laufbahnen 21 des Gelenkaußenteils 20 zu drücken und so ein etwaiges Spiel des Rollelements 30 zwischen den Laufbahnen 21 zu kompensieren. Hierdurch wird bei einer Wechselbelastung ein stoßartiges Anschlagen vermieden, wodurch die akustischen Eigenschaften des Gelenks 1 verbessert werden.
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Dieses Konstruktionsprinzip lässt sich auf verschiedene Weise variieren. Entsprechende Beispiele werden nachfolgend anhand der 2 bis 9 näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese Varianten beschränkt wäre.
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Die Rollelemente 30 des ersten Ausführungsbeispiels sind in den 2 und 3 näher dargestellt. Das Gehäuse ist in diesem Fall in etwa quaderförmig ausgebildet und zwischen den Laufbahnen 21 geteilt. Der erste und zweite Gehäuseteil 31 und 32 weisen jeweils an ihrer zu einer Laufbahn 21 weisenden Seite eine gerade Laufrille 35 zur Aufnahme mehrerer Wälzkörper bzw. Kugeln 33 auf. Die Kugeln 33 sind durch einen Käfig 36 gehalten, der das Gehäuse umgreift. An jeder Laufbahnseite bildet der Käfig 36 eine Fensterschiene 37 aus, die sich parallel zur jeweiligen Laufrille 35 des ersten bzw. zweiten Gehäuseteils 31 bzw. 32 erstreckt. In der Fensterschiene 37 sind mehrere Fenster 38 zur Aufnahme jeweils einer Kugel 33 ausgebildet. Die Fensterschienen 37 sind durch einen Bügel 39 miteinander verbunden, der sich über eine Stirnseite eines Zapfens 12 erstreckt. Dabei gestattet der Bügel 39 eine zumindest geringfügige Bewegbarkeit der Gehäuseteile 31 und 32 untereinander in Richtung der Laufbahnen 21. Anstelle eines einteiligen Käfigs 36 für alle Kugeln 33 kann auch für jede Laufrille 35 ein separater Käfig vorgesehen werden.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ferner ein hülsenförmiger Gehäuseinnenkörper 40 mit einer Aufnahmeöffnung 41 zur Lagerung eines Zapfens 12 des Tripodesterns zwischen dem ersten Gehäuseteil 31 und dem zweiten Gehäuseteil 32 gehalten. Um den ersten und zweiten Gehäuseteil 31 und 32 auseinanderzuspreizen sind zwischen diesen und dem Gehäuseinnenkörper 40 Federelemente 34 eingegliedert, welche in Taschen 42, die in den Gehäuseteilen 31 und 32 ausgebildet sind, aufgenommen sind. Die Federelemente 34 stützen sich in den Taschen 42 ab und drücken auf den Außenumfang des hülsenförmigen Gehäuseinnenkörpers 40, so dass letzterer zwischen den Gehäuseteilen 31 und 32 zentriert wird. Weiterhin weist das Gehäuse eine zylindrische Ausnehmung zur Aufnahme des hülsenförmigen Innenkörpers 40 auf. Hierzu ist an dem ersten und zweiten Gehäuseteil 31 und 32 jeweils eine bogenförmige Ausnehmung 43 und 44 ausgebildet. Die Federelemente 34 sind im Wesentlichen radial zum Außenumfang des hülsenförmigen Gehäuseinnenkörpers 40 angeordnet. Vorzugsweise schließt die Kraftwirkungsrichtung zumindest einiger Federelemente 34 in der in 3 dargestellten Schnittebene mit der Verschieberichtung X des Rollelements 30 einen spitzen Winkel ein.
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Die 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausgestaltung des Gehäuseinnenkörpers 140 und die Anordnung der Federelemente 134 unterscheidet. Der Gehäuseinnenkörper 140 des zweiten Ausführungsbeispiels ist als im wesentlichen quaderförmiger Block ausgebildet, der zusätzlich zu einem Hülsenabschnitt 142, welcher eine Aufnahmeöffnung 141 für einen Zapfen 12 ausbildet, in Verschieberichtung X überstehende Abschnitte 143 aufweist. Die überstehenden Abschnitte 143 erstrecken sich vorzugsweise parallel zu den Laufbahnen 21 des Gelenkaußenteils 20. Die Federelemente 134, die hier als Zylinderfedern dargestellt sind, sind zwischen den überstehenden Abschnitten 143 und dem ersten und zweiten Gehäuseteil 131 bzw. 132 angeordnet. Die Gehäuseteile 131 und 132 mit den Laufrillen 135 erstrecken sich parallel zu Außenflächen des Blocks und sind durch jeweils zwei im Einbauzustand vorgespannte Federelemente 134 an diesem abgestützt.
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Weiterhin ist zwischen dem Block und den Gehäuseteilen 131 und 132 jeweils eine Parallelführung in einer Richtung Y senkrecht zu den Laufbahnen des Gelenkaußenteils vorgesehen. Hierzu greifen an den Gehäuseteilen 131 und 132 ausgebildete Vorsprünge 144 in entsprechende Ausnehmungen 145 an den Außenflächen des Blocks.
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Die Ausnehmungen 145 sind gleichzeitig als Taschen zur Ausnahme der Federelemente 134 ausgebildet. An den Vorsprüngen 144 können stirnseitig entsprechende Eintiefungen zur Abstützung eines Federendes vorgesehen werden.
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Die Führungen zwischen den Vorsprüngen 144 und den Ausnehmungen 145 können zudem nach außen weitgehend abgedichtet sein, so dass die Taschen Dämpfungskammern 146 bilden. Die Dämpfungskammern 146 können als Luftfedern gestaltet oder mit einem Dämpfermedium wie Fett gefüllt sein.
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In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels können die Funktionen der Federabstützung, der Führung und der Dämpfung zumindest teilweise getrennt werden. Durch die vorstehend beschriebene Integration ergibt sich jedoch eine besonders kompakte Bauweise.
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Die 7 bis 9 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel durch die Längsteilung des Gehäuseinnenkörpers 240 sowie die Anordnung der Federelemente 234 und die Ausgestaltung der Parallelführung unterscheidet. Der Gehäuseinnenkörper 240 des dritten Ausführungsbeispiels ist wiederum als im Wesentlichen quaderförmiger Block ausgebildet, der neben einem Hülsenabschnitt 242 mit einer Aufnahmeöffnung 241 in Verschieberichtung X überstehende Abschnitte 243 aufweist. Jedoch ist der Gehäuseinnenkörper 240 aus zwei Blockteilen 244 und 245 zusammengesetzt, wobei die Teilungsebene parallel durch die Längsachse der Aufnahmeöffnung 241 und die Verschieberichtung X aufgespannt wird. Jeder Blockteil 244 und 245 ist über eines oder mehrere Federelemente 234 an einem benachbarten Gehäuseteil 231 bzw. 232 abgestützt. Hierdurch werden die Blockteile 244 und 245 gegeneinander verspannt bzw. zusammengedrückt und gleichzeitig die Gehäuseteile 231 und 232 auseinandergespreizt, so dass sich die Wälzkörper 233 stets in Laufbahnkontakt befinden und der Zapfen 12 des Tripodesterns spielfrei zwischen den Blockteilen 244 und 245 aufgenommen ist.
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Zur Führung in einer Richtung Y quer zu den Laufbahnen des Gelenkaußenteils sind im Bereich der überstehenden Abschnitte 243 Führungsstifte 247 angeordnet, welche jeweils mit den beiden Gehäuseteilen 231 und 232 sowie den Blockteilen 244 und 245 in Eingriff stehen. An letzteren sind hierzu entsprechende Öffnungen 248 bzw. 249 ausgebildet. Wie 9 zeigt, sind zwischen den Stirnenden der Führungsstifte 247 und den als Sacklöchern ausgeführten Aufnahmeöffnungen 248 der Gehäuseteile 231 bzw. 232 Dämpfungskammern 250 gebildet, die mit einem Dämpfungsmedium wie z. B. mit Fett gefüllt sind.
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Weiterhin sind zwischen dem ersten Gehäuseteil 231 und einem ersten Blockteil 244 sowie zwischen dem zweiten Gehäuseteil 232 und einem zweiten Blockteil 245 Taschen 251 zur Aufnahme der Federelemente 234 angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Führungsstifte 247 durch diese Taschen 251 sowie durch die in diesen angeordneten, im Einbauzustand vorgespannten Zylinderfedern.
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Anstelle der in den Ausführungsbeispielen dargestellten Zylinderfedern können auch andere Federtypen, beispielsweise Federelemente aus Elastomermaterial zum Einsatz kommen.
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Ferner sind Varianten ohne Käfig möglich, bei denen die Wälzkörper unmittelbar in Aussparungen der Gehäuseteile gehalten sind. Weiterhin können Rollen zum Einsatz kommen, die gegebenenfalls über eigene Achsen an dem jeweiligen Gehäuseteil drehbar gelagert sind.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tripodegelenk
- 10
- Gelenkinnenteil bzw. Tripodestern
- 11
- ringförmiger Grundkörper
- 12
- Zapfen
- 13
- Eingangswelle
- 20
- Gelenkaußenteil
- 21
- Laufbahn
- 30
- Rollelement
- 31
- erster Gehäuseteil
- 32
- zweiter Gehäuseteil
- 33
- Wälzkörper
- 34
- Federelement
- 35
- Laufrille
- 36
- Käfig
- 37
- Fensterschiene
- 38
- Fenster
- 39
- Bügel
- 40
- Gehäuseinnenkörper
- 41
- Aufnahmeöffnung
- 42
- Tasche
- 43
- Ausnehmung
- 44
- Ausnehmung
- 131
- erster Gehäuseteil
- 132
- zweiter Gehäuseteil
- 133
- Wälzkörper
- 134
- Federelemente
- 135
- Laufrille
- 136
- Käfig
- 140
- Gehäuseinnenkörper
- 141
- Aufnahmeöffnung
- 142
- Hülsenabschnitt
- 143
- überstehender Abschnitt
- 144
- Vorsprung
- 145
- Ausnehmung
- 146
- Dämpfungskammer
- 231
- erster Gehäuseteil
- 232
- zweiter Gehäuseteil
- 233
- Kugel
- 234
- Federelemente
- 235
- Laufrille
- 236
- Käfig
- 240
- Gehäuseinnenkörper
- 241
- Aufnahmeöffnung
- 242
- Hülsenabschnitt
- 243
- überstehender Abschnitt
- 244
- erster Blockteil
- 245
- zweiter Blockteil
- 247
- Führungsstift
- 248
- Öffnung
- 249
- Öffnung
- 250
- Dämpfungskammer
- 251
- Tasche
- A
- Drehachse des Gelenkinnenteils
- B
- Drehachse des Gelenkaußenteils
- X
- Verschieberichtung
- Y
- Querrichtung
- Z
- Längsachse des Zapfens
