DE102009013038A1

DE102009013038A1 - Tripodegelenkrolle und Tripodegelenk

Info

Publication number: DE102009013038A1
Application number: DE102009013038A
Authority: DE
Inventors: Marco Zornhagen; Alexander Mick
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-14
Also published as: DE102009013038B4

Abstract

Eine Tripodegelenkrolle umfasst einen Außenring (33'), einen Innenring (34'), eine Vielzahl von zylindrischen Wälzkörpern (35') zwischen dem Innenring und dem Außenring (33'), sowie Axialsicherungsmittel (36', 44') zur Axialsicherung des Innenrings (34') an dem Außenring (33'). Dabei sind die zylindrischen Wälzkörper (35') zwischen den Axialsicherungsmitteln enger geführt als der Innenring (34'). Zudem wird ein definiertes Axialspiel für den Innenring (34') gegenüber dem Außenring (33') sowie gegenüber den zylindrischen Wälzkörpern (35') bereitgestellt. Hierdurch werden Reibung und Verschleiß in einem Tripodegelenk vermindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tripodegelenkrolle, umfassend einen Außenring, einen Innenring, eine Vielzahl von zylindrischen Wälzkörpern zwischen dem Innenring und dem Außenring, sowie Axialsicherungsmittel zur Axialsicherung des Innenrings an dem Außenring.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Tripodegelenk, das mit derartigen Tripodegelenkrollen ausgestattet ist.
Entsprechende Tripodegelenkrollen und Tripodegelenke sind beispielsweise aus der DE 43 27 036 A1 und der DE 43 31 474 A1 bekannt.
Bei Tripodegelenken mit an balligen Zapfen eines Tripodesterns geführten Gelenkrollen gleiten selbst bei kleinen Beugewinkeln des Gelenks die Zapfen in den Innenringen der Gelenkrollen. Ist die Reibung zu hoch, werden die Gelenkrollen gegen Stützflächen im Gelenk gedrückt, wodurch weitere Reibung und Verschleiß erzeugt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, Reibung und Verschleiß im Gelenk zu vermindern.
Diese Aufgabe wird durch eine Tripodegelenkrolle gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Gelenkrolle zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die zylindrischen Wälzkörper zwischen den Axialsicherungsmitteln enger geführt sind als der Innenring, wobei ein definiertes Axialspiel für den Innenring gegenüber dem Außenring sowie gegenüber den zylindrischen Wälzkörpern bereitgestellt wird.
Durch die axiale Bewegungsmöglichkeit zwischen den zylindrischen Wälzkörpern und dem Innenring wird bei üblichen Betriebsbeugewinkeln die Reibung im Gelenk vermindert und der Verschleiß im Gelenk verringert.
Trotz der axialen Beweglichkeit des Innenrings bleiben die zylindrischen Wälzkörper eng geführt, wodurch deren Neigung zum Verschränken gering bleibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Durch weitere Maßnahmen bezüglich der Axialsicherungsmittel, welche gleichzeitig die Wälzkörper und den Innenring relativ zum Außenring positionieren, kann der Montageaufwand reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Axialsicherungsmittel zur Abstützung in einer Axialrichtung eine feste Schulter, die unmittelbar an dem Außenring ausgebildet oder in Form eines Rings dauerhaft unlösbar an diesem befestigt ist. Eine solche Schulter weist eine hohe Festigkeit auf und begünstigt das erfindungsgemäße gestufte Abstützungskonzept für den Innenring und die zylindrischen Wälzkörper. Es ist jedoch auch möglich, den Innenring und die zylindrischen Wälzkörper zwischen lösbaren Sicherungsringen anzuordnen.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Tripodegelenk nach Anspruch 9 gelöst.
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 Querschnittsansicht einer Tripodegelenkrolle des Gelenks nach 1,
3 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Tripodegelenkrolle nach der Erfindung, und in
4 eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Tripodegelenkrolle nach der Erfindung.
Das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Gleichlaufgelenk in Form eines Tripodegelenks 1, das beispielsweise in einer Gelenkwelle eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Das Tripodegelenk 1 umfasst ein sternförmiges Gelenkinnenteil 10, ein Gelenkaußenteil 20 sowie mindestens drei Tripodegelenkrollen 30.
Das auch als Tripodestern 11 bezeichnete Gelenkinnenteil 10 weist eine Nabe und von dieser radial abstehende Zapfen 12 auf. 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. Jeder der Zapfen 12 weist um seine Längsachse Z eine ballige Umfangsfläche 13 auf.
Die Tripodegelenkrollen 30, von denen hier drei vorhanden sind, sind jeweils mit einer Innenumfangsfläche 31 an einem Zapfen 12 gelagert und bilden jeweils eine profilierte, rotationssymmetrische Außenumfangsfläche 32 aus.
Jede Tripodegelenkrolle 30 weist einen Außenring 33 und einen zylindrischen Innenring 34 auf, die über zylindrische Wälzkörper 35, beispielsweise Nadeln, ähnlich einem Nadellager zueinander drehbar sind. Die Innenumfangsfläche 31 der Tripodegelenkrolle 30 befindet sich am Innenring 34 und ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Sie steht mit der balligen Umfangsfläche 13 des Zapfens 12 in Eingriff, so dass bei einer Beugung des Gelenks 1 der Innenring 34 und damit auch die Tripodegelenkrolle 30 gegenüber der Längsachse Z des zugehörigen Zapfens 12 verkippt werden kann. Zudem ist eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Tripodegelenkrolle 30 in Richtung der Längsachse Z des Zapfens 12 gegeben.
Das Gelenkaußenteil 20 des Tripodegelenks 1 weist an seinem Innenumfang parallel zu seiner Drehachse B verlaufende Laufbahnpaare mit einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Laufflächen 21 auf. Diese Laufflächen 21 stehen mit den Außenumfangsflächen 32 der Tripodegelenkrollen 30 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 B des Gelenkaußenteils 20. Durch eine Profilierung sowohl der Laufflächen 21 am Gelenkaußenteil 20 als auch der Außenumfangsflächen 31 an den Tripodegelenkrollen 30 wird bewirkt, dass bei einer Drehung des Gelenks 1 unter Beugung der Bauteilachsen A und B zueinander die Tripodegelenkrollen 30 achsparallel zur Drehachse B des Gelenkaußenteils 20 hin und her bewegt werden, wobei gleichzeitig die Tripodegelenkrollen 30 gegenüber den Zapfen 12 verkippen und relativ zu diesen axial verschoben werden.
Wird hierbei die Reibung zwischen den Innenringen 34 und den Zapfen 12 zu groß, neigen die Tripodegelenkrollen 30 dazu, gegen Stützflächen 22 im Gelenkaußenteil 20 anzulaufen. Dies erhöht jedoch die Reibung im Gelenk.
Erfindungsgemäß kann ein solches Anlaufen zumindest für übliche Betriebsbeugewinkel in der Größenordnung von bis zu maximal etwa 7 Grad vermieden werden. Hierzu werden die zylindrischen Wälzkörper 35 zwischen Axialsicherungsmitteln enger geführt als der Innenring 34. Dabei wird ein definiertes Axialspiel für den Innenring 34 gegenüber dem Außenring 33 sowie gegenüber den zylindrischen Wälzkörpern 35 bereitgestellt. Die zylindrischen Wälzkörpern 35 weisen gegenüber dem Außenring 33 lediglich soviel Luft auf, dass deren freies Drehen nicht beeinträchtigt wird. Eine axiale Bewegungsmöglichkeit, wie sie zwischen dem Innenring 34 und den Wälzkörpern 35 vorhanden ist, ist zwischen den Wälzkörpern 35 und dem Außenring 33 nicht vorgesehen.
Das Axialspiel des Innenrings 34 zwischen den Axialsicherungsmitteln ist somit deutlich größer als ein etwaiges geringes Axialspiel der zylindrischen Wälzkörper 35 zwischen den Axialsicherungsmitteln. Bevorzugt wird das Axialspiel des Innenrings 34 um ein Maß x, welches im Bereich von 1,3% bis 4,3% des Innendurchmessers des Innenrings 34 liegt, größer als das gegebenenfalls vorhandene Axialspiel der zylindrischen Wälzkörper 35 gewählt.
2 zeigt eine Tripodegelenkrolle 30 des ersten Ausführungsbeispiels im Schnitt. Die Axialsicherungsmittel werden hierbei durch zwei am Außenring 33 lösbar befestigte Sicherungsringe 40 und 41 gebildet. Diese sind für die Montage jeweils geschlitzt und weisen an ihren zu dem Innenring weisenden Flankenabschnitten jeweils eine ringförmige Ausnehmung 42 bzw. 43 auf, deren Axiallänge jeweils x/2 beträgt. Im Bereich der Axialführung der zylindrischen Wälzkörper 35 weisen die Sicherungsringe 40 und 41 eine größere Materialstärke auf.
Am Innenring 34 liegt das Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,35. Die Wälzkörper 35 weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 6,5% bis 9,5% des Innendurchmessers des Innenrings 34 auf.
Die Axialabstützung kann alternativ gemäß 3 ausgeführt werden. Die dort dargestellte Tripodegelenkrolle 30' umfasst wie im ersten Ausführungsbeispiel einen Außenring 33', einen Innenring 34' und eine Vielzahl von zylindrischen Wälzkörpern 35, über die der Außenring 33' drehbar am Innenring 34' gelagert ist. Die Axialsicherungsmittel zur gleichzeitigen Axialsicherung des Innenrings 34' und der Wälzkörper 35' am Außenring 33' ermöglichen wiederum ein definiertes Axialspiel für den Innenring 34' gegenüber dem Außenring 33' und den Wälzkörpern 35', während die Wälzkörper 35' kein oder allenfalls ein deutlich kleineres Axialspiel zum Außenring 33' aufweisen.
Wie 3 zeigt, werden die Axialsicherungsmittel des zweiten Ausführungsbeispiels durch eine am Außenring 33' ausgebildete Schulter 36' und einen am Außenring 33' lösbar befestigten Sicherungsring 44' gebildet. Die Schulter 36' ist an den Außenring 33' angeschmiedet und weist eine axiale Führungsfläche 37' für die Wälzkörper 35' sowie im Bereich der Wälzkörper 35' eine ringförmige Ausnehmung 38' mit der Axiallänge x für ein größeres Axialspiel des Innenrings 34' auf. Die Ausnehmung 38' ist bevorzugt durch Schmieden erhalten, kann jedoch auch spanend hergestellt sein.
In einem weiteren, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Axialsicherungsmittel durch einen am Außenring 33'' dauerhaft befestigten Ring 39'' und einen am Außenring 33'' lösbar befestigten Sicherungsring 44'' gebildet. Der Ring 39'' ist mit dem Außenring 33'' verklebt oder verpresst. Zwischen beiden kann, wie in 4 dargestellt, ein stufenförmiger Durchmesserübergang vorgesehen sein, so dass eine Axialkraft der Wälzkörper 35'' oder des Innenrings 34'' durch den Ring 39'' formschlüssig am Außenring 33'' abgestützt wird. Es ist auch möglich, den Ring 39'' mit dem Außenring 33'' zu verclipsen.
Wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann wiederum eine ringförmige Ausnehmung 38'' mit dem Axialmaß x an dem Ring 39'' ausgebildet sein, um für den Innenring 34'' ein größeres Axialspiel bereitzustellen. Zudem bildet der Ring 39'' eine axiale Führungsfläche 37'' für die Wälzkörper 35'' aus.
In Abwandlung der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele ist es ferner möglich, das Axialmaß x auf den Sicherungsring 44' bzw. 44'' und die Schulter 36' bzw. den Ring 39'' aufzuteilen. Entsprechend kann bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine asymmetrische Aufteilung des Axialmaßes x auf die Sicherungsringe 40 und 41 vorgenommen sein, wobei es insbesondere auch möglich ist, das gesamte Axialmaß x an einem Sicherungsring vorzusehen und den gegenüberliegenden Sicherungsring ohne ringförmige Ausnehmung auszugestalten.
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.

1: Tripodegelenk
10: Gelenkinnenteil
11: Tripodestern
12: Zapfen
13: ballige Umfangsfläche des Zapfens
20: Gelenkaußenteil
21: Lauffläche des Gelenkaußenteils
22: Stützfläche
30, 30', 30'': Tripodegelenkrolle
31: Innenumfangsfläche der Tripodegelenkrolle
32: Lauffläche. am Außenumfang der Tripodegelenkrolle
33, 33', 33'': Außenring der Tripodegelenkrolle
34, 34', 34'': Innenring der Tripodegelenkrolle
35, 35', 35'': zylindrischer Wälzkörper der Tripodegelenkrolle
36': Schulter
37', 37'': axiale Führungsfläche
38', 38'': ringförmige Ausnehmung
39'': Ring
40: Sicherungsring
41: Sicherungsring
42: ringförmige Ausnehmung
43: ringförmige Ausnehmung
44', 44'': Sicherungsring
A: Drehachse des Tripodesterns
S: Drehachse des Gelenkaußenteils
Z: Längsachse des Zapfens
x: Axialspiel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4327036 A1 [0003]
- DE 4331474 A1 [0003]

Claims

Tripodegelenkrolle, umfassend: einen Außenring (33; 33'; 33''), einen Innenring (34; 34'; 34''), eine Vielzahl von zylindrischen Wälzkörpern (35; 35'; 35'') zwischen dem Innenring und dem Außenring (33; 33'; 33''), sowie Axialsicherungsmittel zur Axialsicherung des Innenrings (34; 34'; 34'') an dem Außenring (33; 33'; 33''), dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Wälzkörper (35; 35'; 35'') zwischen den Axialsicherungsmitteln enger geführt sind als der zylindrische Innenring (34; 34'; 34''), wobei ein definiertes Axialspiel für den Innenring (34; 34'; 34'') gegenüber dem Außenring (33; 33'; 33'') sowie gegenüber den zylindrischen Wälzkörpern (35; 35'; 35'') bereitgestellt wird.
Tripodegelenkrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialspiel des Innenrings (34; 34'; 34'') zwischen den Axialsicherungsmitteln um x größer ist, als ein etwaiges Axialspiel der zylindrischen Wälzkörper (35; 35'; 35'') zwischen den Axialsicherungsmitteln, wobei x im Bereich von 1,3% bis 4,3% des Innendurchmessers des Innenrings (34; 34'; 34'') liegt.
Tripodegelenkrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialsicherungsmittel im Bereich der Axialabstützung des Innenrings (34; 34'; 34'') mindestens eine ringförmige Ausnehmung (42, 43; 38'; 38'') aufweisen.
Tripodegelenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialsicherungsmittel durch zwei am Außenring (33) lösbar befestigte Sicherungsringe (40, 41) gebildet werden.
Tripodegelenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialsicherungsmittel durch eine am Außenring (33') ausgebildete Schulter (36') und einen am Außenring (33') lösbar befestigten Sicherungsring (44') gebildet werden.
Tripodegelenkrolle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Ausnehmung (38') der Axialsicherungsmittel an einer vorzugsweise angeschmiedeten Schulter (36') ausgebildet, vorzugsweise angeformt ist.
Tripodegelenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialsicherungsmittel durch einen am Außenring (33'') dauerhaft befestigten, vorzugsweise verklebten oder verpressten Ring (39'') und einen am Außenring (33'') lösbar befestigten Sicherungsring (44'') gebildet werden.
Tripodegelenkrolle nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Ausnehmung (38'') der Axialsicherungsmittel an einem am Außenring (33'') dauerhaft befestigten Ring (39'') ausgebildet ist.
Tripodegelenk (1), umfassend: ein Gelenkinnenteil (10) mit radial abstehenden Zapfen (12), die jeweils eine Umfangsfläche (13) aufweisen, und ein Gelenkaußenteil (20), das an seinem Innenumfang parallel zu einer Gelenkdrehachse (A) verlaufende Laufflächenpaare mit in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Laufflächen (21) aufweist, und Tripodegelenkrollen (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede Tripodegelenkrolle (30) mit einer Innenumfangsfläche (31) des Innenrings (34) an der Umfangsfläche (13) eines Zapfens (12) gelagert und zwischen den Laufflächen (21) eines Laufflächenpaares geführt ist.
Tripodegelenk (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die radial abstehenden Zapfen (12) jeweils eine ballige Umfangsfläche (13) aufweisen, und jede Tripodegelenkrolle (30) mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche (31) des Innenrings (34) an der balligen Umfangsfläche (13) eines Zapfens (12) gelagert ist.
Tripodegelenk (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (33) jeder Tripodegelenkrolle (30) eine nach außen gewölbte Mantelfläche aufweist und mit dieser in entsprechend profilierte Laufflächen (21) des Gelenkaußenteils (20) eingreift.