DE102012021504A1

DE102012021504A1 - Ringförmiges Federelement

Info

Publication number: DE102012021504A1
Application number: DE201210021504
Authority: DE
Inventors: Marco Zornhagen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ringförmiges Federelement (10) zur Aufbringung von Reibungskräften und radialen Federkräften durch Verformung bei der Aufnahme in einer Führungsnut (110), aufweisend eine radial nach außen gerichtete Außenfläche (12), eine radial nach innen gerichtete Innenfläche (16) und zwei entgegengesetzt gerichtete Seitenflächen (14a, 14b), welche die Außenfläche (12) und die Innenfläche (16) beidseitig verbinden, wobei die Außenfläche (12) und/oder die Innenfläche (16) zumindest abschnittsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweisen, wobei eine durch die Außenfläche (12) und eine erste der beiden Seitenflächen (14a) gebildete erste Außenkante (18a) sowie eine durch die Außenfläche (12) und eine zweite der beiden Seitenflächen (14b) gebildete zweite Außenkante (18b) ausgebildet sind, wobei zumindest ein Asymmetrieabschnitt (20) vorgesehen ist, bei welchem eine Außenkante (14a, 14b) eine größere radiale Erstreckung aufweist, als die andere Außenkante (14a, 14b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ringförmiges Federelement, ein Rollelement eines Tripodegelenks sowie ein Tripodegelenk.
STAND DER TECHNIK
Durch Tripodegelenke ist es möglich, ein Drehmoment von einer antreibenden auf eine abtreibende Welle zu übertragen. Die Achsen der Welle können durch die Verwendung von Tripodegelenken dabei zueinander einen stumpfen Winkel einschließen. Ein Tripodegelenk weist einen inneren und einen äußeren Teil auf, wobei jeder Teil jeweils mit einer der beiden Wellen verbunden ist. Die Wälzkörper der Tripode-Rollelemente vermitteln dabei die Kraftübertragung zwischen den beiden Wellen. Die Wälzkörper liegen sowohl an den Laufflächen der Tripode-Rollelemente als auch an den Laufflächen der Gelenkaußenteile an. Die Wälzkörper können durch die Wälzkörperkäfige an den Tripode-Rollelementen gehalten sein. Zwischen den Wälzkörpern der Tripode-Rollelemente und den Laufflächen des äußeren Teils des Tripodegelenks befindet sich oftmals ein gewisser fertigungsbedingter Abstand. Somit liegen die Wälzkörper nicht permanent auf den Laufflächen des äußeren Teils des Tripodegelenks an. Dies kann insbesondere bei einem Wechsel der Lastrichtung der antreibenden Welle, zu einer Geräuschentwicklung führen.
Es wurde bereits vorgeschlagen und z. B. in der DE 10 2010 053 480 A1 beschrieben, dass Federelemente verwendet werden, um ein Anpressen der Wälzkörper gegen die entsprechenden Laufflächen zur Verfügung zu stellen. Solche Federelemente sind als ringförmige Federelemente ausgebildet, und verspannen sich bzw. verspreizen sich zwischen zwei Gehäuseteilen. Das Verspreizen erfolgt innerhalb einer Führungsnut, so dass eine Federkraft auf die beiden Gehäuseteile und damit indirekt auch auf die Wälzkörper in Richtung der Laufflächen aufgebracht werden kann.
Nachteilhaft bei voranstehend beschriebenen Ausführungsformen von Rollelementen mit ringförmigen Federelementen ist es, dass ein relativ großer Platzbedarf notwendig ist, um das Federelement mit ausreichender Federkraft zur Verfügung zu stellen. Dementsprechend wird der gesamte Radialerstreckungsbereich des Federelements und der entsprechend notwendige Federspalt zwischen dem Gehäuseinnenkörper und den beiden umgebenden Gehäuseteilen relativ groß. Dies widerspricht dem grundsätzlichen Wunsch, möglichst wenig Bauraum für ein solches Rollelement zu benötigen. Darüber hinaus wird die Dämpfungswirkung im Wesentlichen ausschließlich durch die Federkraft des ringförmigen Federelements zur Verfügung gestellt. Ist nur wenig Bauraum vorhanden, so ist dementsprechend nur eine geringe Federkraft vorgebbar, so dass nur eine geringe Dämpfungsfähigkeit zur Verfügung gestellt werden kann. Je mehr vom zulässigen Federweg verwendet wird, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Bruch bzw. ein Versagen des Federelements stattfindet. Darüber hinaus beeinträchtigen zu geringe Dämpfungseigenschaften auch die Standfestigkeit weiterer Bestandteile des Rollelements bzw. des Tripodegelenks.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ringförmiges Federelement, ein Rollelement eines Tripodegelenks sowie ein Tripodegelenk zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise verbesserte Dämpfungseigenschaften aufweisen und insbesondere einen reduzierten Platzbedarf mit sich bringen. Insbesondere ist es auch Aufgabe, größere Toleranzen zuzulassen und/oder eine höhere Sicherheit zu gewährleisten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein ringförmiges Federelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Rollelement mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie durch ein Tripodegelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmalen und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rollelement sowie dem erfindungsgemäßen Tripodegelenk und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement dient der Aufbringung von Reibungskräften und radialen Federkräften durch Verformung bei der Aufnahme in einer Führungsnut. Dieses Federelement weist eine radial nach außen gerichtete Außenfläche, eine radial nach innen gerichtete Innenfläche und zwei entgegengesetzt gerichtete Seitenflächen auf. Diese Seitenflächen verbinden die Außenfläche und die Innenfläche jeweils zu beiden Seiten. Dabei weist die Außenfläche und/oder die Innenfläche zumindest abschnittsweise einen wellenförmigen Verlauf auf. Ein erfindungsgemäßes Federelement zeichnet sich dadurch aus, dass eine durch die Außenfläche und eine erste der beiden Seitenflächen gebildete erste Außenkante sowie eine durch die Außenfläche und eine zweite der beiden Seitenflächen gebildete zweite Außenkante ausgebildet sind. Dabei ist zumindest ein Asymmetrieabschnitt vorgesehen, bei welchem eine Außenkante eine größere radiale Erstreckung aufweist, als die andere Außenkante.
In erfindungsgemäßer Weise wird der Begriff „radial” verwendet. Damit ist insbesondere eine Richtung gemeint, welche sich bei einem im Wesentlichen rund ausgebildeten ringförmigen Federelement von dessen Mittelpunkt radial nach außen erstreckt. Diese Richtung kann jedoch selbstverständlich auch bei nicht runden ringförmigen Federelementen definiert werden, z. B. bei elliptisch ausgebildeten ringförmigen Federelementen. Diese Radialrichtung ist also nach außen gerichtet, insbesondere senkrecht zur Tangente an den jeweiligen Punkt des ringförmigen Federelements an dessen Umfang.
In erfindungsgemäßer Weise kann durch das ringförmige Federelement eine asymmetrische Ausbildung eines Abschnitts zur Verfügung gestellt werden, welche sich auf die radiale Erstreckung der Außenkanten bezieht. Das bedeutet, dass an dem Asymmetrieabschnitt eine der beiden Außenkanten eine größere radiale Erstreckung aufweist als die andere Außenkante. Befindet sich der Asymmetrieabschnitt z. B. an einem Wellenberg des wellenförmigen Verlaufs, so ist an der einen Außenkante mit größerer radialer Erstreckung dieser Wellenberg höher als an der anderen, gegenüberliegenden Außenkante. Befindet sich das ringförmige Federelement eingelegt in der Führungsnut, so führt dies im Vergleich zu bekannten ringförmigen Federelementen dazu, dass nur die Außenkante, welche die größere radiale Erstreckung aufweist, an der Bodenfläche der Führungsnut anliegt. Wird nun Kraft aufgebracht, so bewegt sich die Führungsnut bzw. der Boden der Führungsnut gemeinsam mit dem Federelement radial nach innen und verbiegt damit das Federelement. Aufgrund der Tatsache, dass eine asymmetrische Ausgestaltung der Außenkanten vorliegt, wird die Kraft asymmetrisch in das ringförmige Federelement eingeleitet. Es erfolgt also eine Einleitung der Kraft an einer nicht-mittigen Stelle, welche dementsprechend zu einer unsymmetrischen bzw. asymmetrischen Verformung des ringförmigen Federelements in dem Asymmetrieabschnitt führt. Diese asymmetrische Verformung führt insbesondere zur Ausbildung eines sogenannten S-Schlages, also einer S-förmigen Verwindung des ringförmigen Federelements entlang seiner Umfangsrichtung. Aufgrund der Tatsache, dass eine Führungsnut neben der Bodenfläche auch zwei Seitenflächen aufweist, wird durch diesen S-Schlag bzw. diese Verwindung ein Reibkontakt der Seitenflächen des ringförmigen Federelements mit den Seitenflächen der Führungsnut hergestellt. Aufgrund der Tatsache, dass durch das Einwirken einer Kraft in radialer Richtung sich das ringförmige Federelement auch streckt bzw. längt, erfolgt an diesen Reibkontakten auch eine Relativbewegung zwischen der Seitenfläche des ringförmigen Federelements und der Seitenfläche der Führungsnut. Diese Relativbewegung ist aufgrund des Reibkontakts nur gegen die entsprechenden Reibungskräfte durchführbar. Diese Reibungskräfte stehen also der voranstehend beschriebenen Bewegung genauso entgegen, wie dies bereits bei der grundsätzlich zur Verfügung gestellten Federkraft der Fall ist. Mit anderen Worten addieren sich die erzeugten Reibkräfte zu den Federkräften und bilden in Summe die zur Verfügung gestellte Dämpfungskraft aus.
Bezogen auf die Gesamtfunktion des ringförmigen Federelements bedeutet dies, dass neben der Federkraft auch noch eine Reibkraft zur Verfügung gestellt wird, welche in gleicher Weise entgegen der voranstehend beschriebenen Bewegung wirkt. Hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften durch ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement kann also bei gleicher geometrischer Ausbildung eine erhöhte Gesamtwiderstandskraft, zusammengesetzt aus Federkraft und Reibungskraft, zur Verfügung gestellt werden. Dies verbessert dementsprechend, bei gleicher geometrischer Ausbildung oder sogar bei kleinerer geometrischer Ausbildung, die gesamte Dämpfungseigenschaft des erfindungsgemäßen ringförmigen Federelements. Damit wird es möglich den notwendigen Bauraum für das Federelement respektive die entsprechenden Nuttiefen der Führungsnut zu reduzieren. Trotz dieser Bauraumreduktion kann jedoch eine Verbesserung der Dämpfungseigenschaften erzielt werden, da die Dämpfungseigenschaft nunmehr durch Addition der Federkraft und der Reibungskraft zur Verfügung gestellt wird.
Selbstverständlich können bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement nicht nur ein Asymmetrieabschnitt, sondern auch mehrere Asymmetrieabschnitte vorgesehen sein. Die Verteilung der Asymmetrieabschnitte hängt von der jeweiligen Einsatzsituation ab. So ist es möglich, dass die verschiedenen Asymmetrieabschnitte gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Federelements verteilt sind. Auch die Ausrichtung der Asymmetrieabschnitte, also eine größere radiale Erstreckung auf der immer gleichen Außenkante oder auf entgegengesetzt ausgerichteten Außenkanten ist im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.
Der Asymmetrieabschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Abschnitt auf der Außenfläche des Federelements, welche dementsprechend die beiden zugehörigen Seitenkanten miteinschließt. Die gleiche Wirkung, wie sie voranstehend beschrieben wurde, kann selbstverständlich auch in kinematischer Umkehr in einer Führungsnut bezogen auf die Innenfläche und dementsprechend auf zugehörige Innenkanten ausgebildet sein. Auch eine Kombination derartiger Ausgestaltungsformen, welche erfindungsgemäß ausgebildete Innenkanten gemeinsam mit erfindungsgemäß ausgebildeten Außenkanten aufweisen, sind selbstverständlich denkbar.
Ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement wird insbesondere bei einem Rollelement eines Tripodegelenks eingesetzt. Dies wird später noch näher erläutert werden. Für die Verwendung eines erfindungsgemäßen ringförmigen Federelements ist neben der Reduktion des Bauraums und der Erhöhung der Dämpfungseigenschaft darüber hinaus noch eine genauere Einstellung der Dämpfungskraft möglich. So ist neben der Einstellung der Federkonstante auch die Reibungskraft in dem voranstehend beschriebenen Verformungsfall genau einstellbar, so dass eine vordefinierte Dämpfungskraft zur Verfügung gestellt werden kann. Der notwendige Spalt zu den beiden Seitenflächen der Führungsnut von den beiden Seitenflächen des ringförmigen Federelements liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,35 mm. Im lastfreien Zustand ist das ringförmige Federelement vorzugsweise gerade ausgebildet, also mit einer Erstreckung, die keinen S-Schlag aufweist. Dies ermöglicht es, die Standardmontage auch mit einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement durchzuführen.
Ein ringförmiges Federelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann dahingehend weitergebildet sein, dass der wellenförmige Verlauf der Außenfläche und/oder der Innenfläche Wellentäler und Wellenberge ausbildet. Dabei ist zumindest ein Wellenberg und/oder zumindest ein Wellental als Asymmetrieabschnitt ausgebildet. Der wellenförmige Verlauf ist insbesondere für die Außenfläche und die Innenfläche im Wesentlichen gleich ausgebildet, so dass Außenfläche und Innenfläche sozusagen parallel zueinander verlaufen. Befindet sich ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement in einer Führungsnut eingesetzt, so sind insbesondere die Wellenberge in Kontakt mit der zugehörigen Führungsnut. Bei einer Ausbildung, bei welcher das ringförmige Federelement zwischen einem Gehäuseinnenkörper und einem äußeren Gehäuseteil angeordnet ist, befinden sich die Wellenberge in Kontakt mit dem Gehäuseteil und die Wellentäler in Kontakt mit dem Gehäuseinnenkörper. Vorzugsweise sind auf beiden Seiten Führungsnuten vorgesehen. Die Erstreckung des Asymmetrieabschnitts erfolgt vorzugsweise innerhalb einer halben Periode, also ausschließlich bei einem Wellenberg bzw. ausschließlich bei einem Wellental. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, dass die Asymmetrieabschnitte breitere Ausgestaltungsformen haben und sich über mehrere Perioden von Wellenbergen erstrecken. Dabei kann je nach geometrischer Größe des Asymmetrieabschnitts eine stärkere oder geringere Differenz der radialen Größenerstreckung vorgesehen sein. Je stärker der Unterschied der radialen Erstreckung der beiden Seitenkanten an einem Asymmetrieabschnitt ausgebildet ist, umso stärker ist die Ausbildung des S-Schlages und damit die Einwirkung auf die Erzeugung eines zusätzlichen Reibkontakts zu den Seitenflächen der Führungsnut.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Ringelement zumindest zwei Asymmetrieabschnitte in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass in Umfangsrichtung mehrere Asymmetrieabschnitte vorgesehen sind, so dass an mehreren Stellen der erfindungsgemäße Reibkontakt zur Verfügung gestellt wird. Vorzugsweise sind die einzelnen Asymmetrieabschnitte im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung um das ringförmige Federelement angeordnet, so dass im Wesentlichen in gleichmäßiger Ausbildung der S-Schlag im Belastungsfall ausgebildet wird. Der erfindungsgemäße Effekt der Erzeugung eines Reibkontakts wird dementsprechend ebenfalls im Wesentlichen gleichmäßig erzeugt, so dass eine gleichmäßige Verteilung der Reibkontakte und damit eine gleichmäßige Verteilung der erzeugten Reibungskräfte rundum das ringförmige Federelement das Ergebnis ist.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement zumindest zwei in Umfangsrichtung benachbarte Asymmetrieabschnitte entgegengesetzt ausgebildet sind. Insbesondere weist bei einem ersten Asymmetrieabschnitt die erste Außenkante und bei einem benachbarten zweiten Asymmetrieabschnitt die zweite Außenkante die größere radiale Erstreckung auf. Auf diese Weise wird der bereits beschriebene S-Schlag bei der erfindungsgemäßen Wirkung verstärkt. Die erzeugte Verwendung bzw. Verkrümmung des ringförmigen Federelements bei Krafteinwirkung auf die jeweils höher gelegene Außenkante führt zu einer Verstärkung des S-Schlages, so dass bei dem benachbarten Asymmetrieabschnitt an der gegenüberliegenden Seitenfläche der Führungsnut der Reibkontakt ausgebildet wird. Mit anderen Worten verspannt sich das ringförmige Federelement alternierend gegen die beiden Seitenflächen der Führungsnut. Mit anderen Worten, stützt sich das Federelement alternierend gegen die beiden Seitenflächen der Führungsnut ab. Durch die wechselseitigen Reibkontakte können die entstehenden Reibungskräfte vergrößert werden, so dass auf diese Weise eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Effekts, nämlich eine Erhöhung der Gesamtdämpfungskraft, möglich ist.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement zumindest zwei in Umfangsrichtung benachbarte Asymmetrieabschnitte gleichgerichtet ausgebildet sind. Insbesondere weist bei einem ersten Asymmetrieabschnitt die erste Außenkante und bei einem benachbarten zweiten Asymmetrieabschnitt ebenfalls die erste Außenkante die größere radiale Erstreckung auf. Diese Ausführungsform ist bei zwei benachbarten Asymmetrieabschnitten sozusagen konträr zu der Ausführungsform, wie sie im voranstehenden Absatz erläutert worden ist. Weist ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement eine Vielzahl von Asymmetrieabschnitten auf, so können die beiden Ausführungsformen dieses Absatzes und des voranstehenden Absatzes bei einem ringförmigen Federelement bei der vorliegenden Erfindung selbstverständlich kombiniert eingesetzt werden. Die gleichgerichtete Ausbildung der Asymmetrieabschnitte ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit geringen Verwindungsradien gearbeitet werden soll. Damit können geringe Höhenunterschiede der beiden Außenkanten eines Asymmetrieabschnitts zur Verfügung gestellt werden, so dass über geringe Krümmungsradien trotzdem eine ausreichende Kraft für die Herstellung des Reibkontakts erzeugt wird. Die Gesamtverwindung des Federelements wird damit reduziert, so dass die Belastung des Materials durch die Verwindung ebenfalls reduziert werden kann.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement wenigstens eine Seitenfläche zumindest am Asymmetrieabschnitt eine Oberfläche mit erhöhtem Reibwert aufweist. Insbesondere ist dies durch eine Beschichtung und/oder eine Bearbeitung der Oberflächenstruktur zur Verfügung gestellt. Damit kann zusätzlich eine Erhöhung der Reibungskraft und dementsprechend eine Erhöhung der Gesamtdämpfungskraft zur Verfügung gestellt werden. Neben einer Beschichtung bzw. zusätzlich zu einer Beschichtung kann z. B. die Erhöhung der Rauigkeit der Oberfläche einen solchen erhöhten Reibwert erzielen. Vorzugsweise ist die Ausführung auch mit einem reduzierten Abrieb ausgebildet, so dass über den Verlauf der Nutzung des ringförmigen Federelements der Materialverschleiß reduziert werden kann.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement dieses Federelement als offenes Federelement ausgebildet ist. Das bedeutet, dass das Federelement einen Spalt in Umfangsrichtung aufweist, so dass es sich radial deutlich aufweiten und montieren lässt. Damit ist ein erleichtertes Montieren durch das Aufbiegen der Führungsnut möglich.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement dieses Federelement als geschlossenes Federelement ausgebildet ist. Dabei ist der zumindest eine Asymmetrieabschnitt vorzugsweise als Montagefläche, insbesondere als Montageschräge, ausgebildet. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes ringförmiges Federelement kann also trotz einer geschlossenen und damit kostengünstigen und vor allem hinsichtlich der Standzeit vorteilhaften Ausführung ohne Weiteres bei bestehenden Rollelementen montiert werden. So kann der Asymmetrieabschnitt als Montageschräge genutzt werden, um das ringförmige Federelement über einen entsprechenden Montagewulst hinüberzuschieben. Die Schräge des Asymmetrieabschnitts, welche sich automatisch durch die unterschiedliche radiale Erstreckung der Außenkanten ergibt, unterstützt die Montage. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen ringförmigen Federelement im Vergleich mit einer geraden Federkennlinie die Federkennlinie des ringförmigen Federelements im ersten Wegabschnitt unterhalb und im zweiten Wegabschnitt oberhalb der geraden Federkennlinie verläuft, insbesondere einen gekrümmten Verlauf aufweist. Damit wird über den ersten Wegabschnitt, also zu Beginn des Einfederns, eine geringere Federkraft zur Verfügung gestellt. Im Verlauf des Einfederns steigt die Federkraft an und übersteigt die gerade Federkennlinie, so dass im Vergleich mit nicht erfindungsgemäßen Federelementen eine deutlich stärke Federkraft zur Verfügung gestellt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Rollelement eines Tripodegelenks, aufweisend ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil, einem zweiten Gehäuseteil und einem Gehäuseinnenkörper. Dieser Gehäuseinnenkörper ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil gehalten. Weiter ist eine Aufnahmeöffnung zur Lagerung eines Zapfens eines Tripodesterns des Tripodegelenks vorgesehen. Darüber hinaus sind dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil zugeordnete Wälzkörper zur Abstützung an einander gegenüberliegenden Laufbahnen eines Gelenkaußenteils des Tripodegelenks vorgesehen. Dabei ist ein ringförmiges Federelement zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil vorgesehen, das in einer Führungsnut an der Außenseite des Gehäuseinnenkörpers und/oder in jeweils einer Führungsnut in dem Gehäuseteil gehalten ist. Die Gehäuseteile verspreizen sich mittels des Federelementes gegen den Gehäuseinnenkörper, um die Wälzkörper gegen die zugehörigen Laufbahnen des Gelenkaußenteils zu drücken. Ein erfindungsgemäßes Rollelement zeichnet sich dadurch aus, dass das ringförmige Federelement in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Rollelement die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement erläutert worden sind.
Ein erfindungsgemäßes Rollelement lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der Gehäuseinnenkörper im ersten und im zweiten Gehäuseteil jeweils in einer nutartigen Aufnahme gehalten ist oder jeweils das erste und das zweite Gehäuseteil in einer nutartigen Aufnahme des Gehäuseinnenkörpers gehalten sind. Dies sind insbesondere Nuten, welche als nutartige Aufnahme separat von der Führungsnut des Federelements ausgebildet sind. Damit kann eine verbesserte Führung der einzelnen Bauteile zueinander zur Verfügung gestellt werden, und insbesondere eine Unabhängigkeit von der Führung des Federelements erzielt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Tripodegelenk, insbesondere ein Lineartripodegelenk, aufweisend einen Tripodestern mit radial abstehenden Zapfen, ein Gelenkaußenteil sowie Rollelemente mit Wälzkörpern. Ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk zeichnet sich dadurch aus, dass die Rollelemente gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Rollelement und mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement erläutert worden sind.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links”, „rechts”, „oben” und „unten” beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rollelements,
2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ringförmigen Federelements,
3 die Ausführungsform der 2 in Seitenansicht,
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rollelements,
5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ringförmigen Federelements in Seitenansicht,
6 das ringförmige Federelement der 5 in Draufsicht,
7 das ringförmige Federelement der 5 und 6 in einem Teilschnitt in einer Führungsnut und
8 eine weitere Ausführungsform eines ringförmigen Federelements in einer Draufsicht in der Führungsnut.
In 1 ist schematisch dargestellt, wie ein erfindungsgemäßes ringförmiges Federelement 10 bei einem erfindungsgemäßen Rollelement 100 eingesetzt werden kann. Zur besseren Übersichtlichkeit ist bei dieser Darstellung nur das untere der beiden Gehäuseteile 120 und 130, nämlich das zweite Gehäuseteil 130 dargestellt. Unten rechts zu erkennen ist die zugehörige Laufbahn 190. In einer nutartigen Aufnahme des zweiten Gehäuseteils 130 befindet sich ein Gehäuseinnenkörper 140 aufgenommen. Dieser weist eine Führungsnut 110 auf, in welcher das ringförmige Federelement 10 angeordnet ist.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Rollelements 100 ausgebildet, wobei hier in Seitenansicht sowohl das erste Gehäuseteil 120, als auch das zweite Gehäuseteil 130 zu erkennen sind. Auch sind in dieser Darstellung die Wälzkörper 160 auf den beiden Laufbahnen 180 und 190 dargestellt. Die Wälzkörper 160 werden jeweils durch einen Käfig 170 in der gewünschten Position gehalten. Im Zentrum befindet sich eine Aufnahmeöffnung 150 für den Zapfen bei der Verwendung in einem Tripodegelenk.
Die 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ringförmigen Federelements, welches im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet ist. Es wechseln Wellentäler 11 mit Wellenbergen 13 ab. Nach außen gerichtet weist dieses ringförmige Federelement 10 eine Außenfläche 12 und radial nach innen gerichtet eine Innenfläche 16 auf. Beispielhaft ist am oberen Ende des ringförmigen Federelements 10 mit einem Pfeil die radiale Richtung R dargestellt. Am unteren Ende des ringförmigen Federelements 10 gemäß 3 findet sich mit einem Pfeil die Umfangsrichtung U dargestellt.
Die Außenfläche 12 und die Innenfläche 16 werden an beiden Seiten durch Seitenflächen 14a und 14b miteinander verbunden. In 2 ist durch eine Strichpunktlinie bereits ein S-Schlag eingezeichnet, welcher bei Krafteinwirkung durch das erfindungsgemäße ringförmige Federelement 10 ausgebildet wird.
Mit Bezug auf die 5, 6, 7 und 8 wird nun die Wirkungsweise bei Krafteinwirkung näher erläutert. In 5 ist in schematischer Seitenansicht eine Möglichkeit eines Asymmetrieabschnitts 20, nämlich zweier benachbarter Asymmetrieabschnitte 20a und 20b bei einem ringförmigen Federelement 10 dargestellt. In der Seitenansicht sind die Außenfläche 12 und die Innenfläche 16 zu erkennen. An den beiden Wellenbergen 13 sind die beiden Seitenflächen 14a und 14b derart ausgestaltet, dass sich Außenkanten 18a und 18b ergeben, die eine unterschiedliche radiale Erstreckung aufweisen. In 5 ist die hintere Kante, also in 6 die obere Seitenkante 18a, höher mit einer größeren radialen Erstreckung ausgebildet, als die zweite Außenkante 18b, also die untere Kante in 6. Damit ergibt sich der jeweilige Asymmetrieabschnitt 20a und 20b.
In 7 ist zu erkennen, wie sich ein solcher Asymmetrieabschnitt 20 in einer Führungsnut 110 verhält. In dieser Führungsnut 110 ist die Bodenfläche 112 der Führungsnut 110 von zwei Seitenflächen 114a und 114b umgeben. Diese beiden Seitenflächen 114a und 114b korrelieren dementsprechend mit den Seitenflächen 14a und 14b des ringförmigen Federelements 10. Die Darstellung ist im Schnitt im Asymmetrieabschnitt 20 dargestellt, so dass eine der beiden Seitenkanten 18a und 18b, nämlich die erste Seitenkante 18a, eine größere radiale Erstreckung aufweist, als die zweite Seitenkante 18b. Wirkt nun eine Kraft von oben nach unten in radialer Richtung in 7, führt dies zu einer Verwindung des ringförmigen Federelements 10.
Diese Verwindung ist beispielhaft in 8 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform des ringförmigen Federelements 10 sind die beiden benachbarten Asymmetrieabschnitte 20a und 20b entgegengesetzt ausgebildet. Das bedeutet, dass beim ersten Asymmetrieabschnitt 20a die erste Außenkante 18a und beim benachbarten Asymmetrieabschnitt 20b die zweite Außenkante 18b die größere radiale Erstreckung aufweist. Damit wird der S-Schlag, wie er bereits in 2 mit der gestrichelten Linie dargestellt worden ist, weiter verstärkt und es werden Reibkontakte beim Asymmetrieabschnitt am oberen Ende an der Seitenfläche 114a und beim benachbarten Asymmetrieabschnitt 20b an der unteren Seitenfläche 114b erzeugt. Durch das Ablängen des Federelements 10 wird eine Gleitbewegung entlang dieser Reibkontakte und Überwindung der zugehörigen Reibkräfte ermöglicht. Die dadurch entstehende Reibkraft addiert sich zu der Federkraft des ringförmigen Federelements 10 hinzu, sodass in Summe eine erhöhte Dämpfungskraft zur Verfügung gestellt werden kann, wie dies bereits ausführlich beschrieben worden ist.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der vorliegenden Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Ringförmiges Federelement
11: Wellental
12: Außenfläche
13: Wellenberg
14a: Seitenfläche
14b: Seitenfläche
16: Innenfläche
18a: erste Außenkante
18b: zweite Außenkante
20: Asymmetrieabschnitt
20a: erster Asymmetrieabschnitt
20b: zweiter Asymmetrieabschnitt
100: Rollelement
110: Führungsnut
112: Bodenfläche Führungsnut
114a: Seitenfläche Führungsnut
114b: Seitenfläche Führungsnut
120: erster Gehäuseteil
130: zweiter Gehäuseteil
140: Gehäuseinnenkörper
150: Aufnahmeöffnung
160: Wälzkörper
170: Käfig
180: Laufbahn
190: Laufbahn
U: Umfangsrichtung
R: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010053480 A1 [0003]

Claims

Ringförmiges Federelement (10) zur Aufbringung von Reibungskräften und radialen Federkräften durch Verformung bei der Aufnahme in einer Führungsnut (110), aufweisend eine radial nach außen gerichtete Außenfläche (12), eine radial nach innen gerichtete Innenfläche (16) und zwei entgegengesetzt gerichtete Seitenflächen (14a, 14b), welche die Außenfläche (12) und die Innenfläche (16) beidseitig verbinden, wobei die Außenfläche (12) und/oder die Innenfläche (16) zumindest abschnittsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Außenfläche (12) und eine erste der beiden Seitenflächen (14a) gebildete erste Außenkante (18a) sowie eine durch die Außenfläche (12) und eine zweite der beiden Seitenflächen (14b) gebildete zweite Außenkante (18b) ausgebildet sind, wobei zumindest ein Asymmetrieabschnitt (20) vorgesehen ist, bei welchem eine Außenkante (14a, 14b) eine größere radiale Erstreckung aufweist, als die andere Außenkante (14a, 14b).
Ringförmiges Federelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenförmige Verlauf der Außenfläche (12) und/oder der Innenfläche (16) Wellentäler (11) und Wellenberge (13) ausbildet, wobei zumindest ein Wellenberg (13) und/oder zumindest ein Wellental (11) als Asymmetrieabschnitt (20) ausgebildet ist.
Ringförmiges Federelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Asymmetrieabschnitte (20) in Umfangsrichtung (U) versetzt zueinander angeordnet sind.
Ringförmiges Federelement (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei in Umfangsrichtung (U) benachbarte Asymmetrieabschnitte (20) entgegengesetzt ausgebildet sind, insbesondere bei einem ersten Asymmetrieabschnitt (20a) die erste Außenkante (18a) und bei einem benachbarten zweiten Asymmetrieabschnitt (20b) die zweite Außenkante (18b) die größere radiale Erstreckung aufweist.
Ringförmiges Federelement (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei in Umfangsrichtung (U) benachbarte Asymmetrieabschnitte (20) gleichgerichtet ausgebildet sind, insbesondere bei einem ersten Asymmetrieabschnitt (20a) die erste Außenkante (18a) und bei einem benachbarten zweiten Asymmetrieabschnitt (20b) ebenfalls die erste Außenkante (18a) die größere radiale Erstreckung aufweist.
Ringförmiges Federelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenfläche (14a, 14b), zumindest am Asymmetrieabschnitt (20) eine Oberfläche mit erhöhtem Reibwert aufweist, insbesondere durch eine Beschichtung und/oder eine Bearbeitung der Oberflächenstruktur.
Ringförmiges Federelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Federelement (10) als offenes Federelement ausgebildet ist.
Ringförmiges Federelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Federelement (10) als geschlossenes Federelement ausgebildet ist, wobei der zumindest eine Asymmetrieabschnitt (20) als Montagefläche, insbesondere als Montageschräge, ausgebildet ist.
Ringförmiges Federelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich mit einer geraden Federkennlinie die Federkennlinie des ringförmigen Federelements (10) im ersten Wegabschnitt unterhalb und im zweiten Wegabschnitt oberhalb der geraden Federkennlinie verläuft, insbesondere einen gekrümmten Verlauf aufweist.
Rollelement (100) eines Tripodegelenks, aufweisend ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil (120), einem zweiten Gehäuseteil (130) und einem Gehäuseinnenkörper (140), welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil (120, 130) gehalten ist und der eine Aufnahmeöffnung (150) zur Lagerung eines Zapfens eines Tripodesterns des Tripodegelenks aufweist, sowie dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil (120, 130) zugeordnete Wälzkörper (160) zur Abstützung an einander gegenüberliegenden Laufbahnen (180, 190) eines Gelenkaußenteils des Tripodegelenks, wobei ein ringförmiges Federelement (10) zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil (120, 130) vorgesehen ist, das in einer Führungsnut (110) an der Außenseite des Gehäuseinnenkörpers (140) und/oder in jeweils einer Führungsnut (110) in dem Gehäuseteil (120, 130) gehalten ist und die Gehäuseteile (120, 130) gegen den Gehäuseinnenkörper (140) verspreizt, um die Wälzkörper (160) gegen die zugehörigen Laufbahnen (180, 190) des Gelenkaußenteils zu drücken, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Federelement (10) die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Rollelement (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseinnenkörper (140) im ersten und im zweiten Gehäuseteil (120, 130) jeweils in einer nutartigen Aufnahme gehalten ist oder jeweils das erste und das zweite Gehäuseteil (120, 130) in einer nutartigen Aufnahme des Gehäuseinnenkörpers (140) gehalten sind.
Tripodegelenk, insbesondere Lineartripodegelenk, aufweisend einen Tripodestern mit radial abstehenden Zapfen, ein Gelenkaußenteil sowie Rollelemente (10) mit Wälzkörpern (160), dadurch gekennzeichnet, dass die Rollelemente (10) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 10 oder 11 ausgebildet sind.