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Die Erfindung betrifft eine Tripodenanordnung für ein Gleichlaufgelenk mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Gleichlaufgelenk mit der Tripodenanordnung und ein Verfahren zur Fertigung der Tripodenanordnung.
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Gleichlaufgelenke sind Gelenke zur gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit- und Drehmomentübertragung von einer Welle auf eine winklig dazu angeordnete zweite Welle. Beispielsweise werden Gleichlaufgelenke eingesetzt, um ein Antriebsdrehmoment von einem Motor auf die Räder einer gelenkten Achse eines Fahrzeugs zu übertragen.
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Eine Bauart von Gleichlaufgelenken sind Tripodengelenke, welche oftmals als einen Gelenkpartner einen Tripodenstern mit Bolzen aufweisen, wobei die Bolzen in radialer Richtung zu dem Gelenkpartner ausgerichtet sind und jeweils eine Tripodenrolle tragen. Der Tripodenstern mit den Tripodenrollen greift in eine Gelenkglocke ein, welche drei in axialer Richtung zu dem zweiten Gelenkpartner verlaufende, längliche Aussparungen hat, in denen sich die drei Tripodenrolle axial zu dem zweiten Gelenkpartner bewegen können.
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Die Gleichlaufgelenke werden durch die Übertragung der Drehmomente stark belastet. Vor diesem Hintergrund müssen auch die Funktionskomponenten in dem Gleichlaufgelenk entsprechend belastbar ausgebildet sein.
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Die Druckschrift
JP 2007 21 18 00 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Gleichlaufgelenk mit einer Tripodenanordnung, wobei vorgeschlagen wird, dass eine mittlere Rauheit Ra einer dem Bolzen zugewandten Laufbahn der Tripodenrolle einen Wert von 0,5 Mikrometer einnimmt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine belastbare Tripodenanordnung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch eine Tripodenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Gleichlaufgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Tripodenanordnung für ein Gleichlaufgelenk. Das Gleichlaufgelenk ist insbesondere als ein Gleichlauf-Verschiebegelenk ausgebildet. Insbesondere ist das Gleichlaufgelenk als ein homokinetisches Gelenk zur gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit- und Drehmomentübertragung von einer Welle auf eine winklig dazu angebrachte zweite Welle ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Gleichlaufgelenk als ein Übertragungsgelenk zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments von einem Motor auf gelenkte Räder eines Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere wird das Gleichlaufgelenk zwischen einem Achsgetriebe und einer Antriebswelle angeordnet.
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Das Gleichlaufgelenk weist als einen ersten Gelenkpartner die Tripodenanordnung mit einem Tripodenstern auf, wobei der Tripodenstern drei sich in radialer Richtung zu einer Achse des Tripodensterns erstreckende Bolzen umfasst. Die Tripodenanordnung umfasst ferner drei Tripodenrollen, wobei auf jedem der Bolzen jeweils eine Tripodenrolle aufgesetzt ist. Der Tripodenstern mit den Tripodenrollen greift in eine Gelenkglocke als zweiten Gelenkpartner ein, wobei die Gelenkglocke drei in axialer Richtung zu dem zweiten Gelenkpartner verlaufende, längliche Aussparungen aufweist, in denen sich die drei Tripodenrollen axial zu dem zweiten Gelenkpartner bewegen können.
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Die Tripodenrolle weist einen Innenring zum Aufsetzen auf den Tripodenstern, insbesondere auf einen der Bolzen des Tripodensterns, auf. Ferner weist die Tripodenrolle einen Außenring auf, wobei der Außenring koaxial zu dem Innenring angeordnet ist. Nachfolgend werden Innenring und Außenring gemeinsam auch als Ringe bezeichnet. Die Ringe sind koaxial zu einer Tripodenrollenachse angeordnet oder anordenbar. Die Tripodenrolle weist eine Mehrzahl von Rollen, insbesondere Zylinderrollen, im speziellen Nadeln auf, wobei die Rollen zwischen den Ringen abwälzend angeordnet sind. Insbesondere sind die Rollen gleichgerichtet und/oder parallel zu der Tripodenrollenachse orientiert. Besonders bevorzugt sind die Rollen einreihig angeordnet.
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Der Außenring weist an der radialen Außenseite eine Gelenkglockenlaufbahn als eine erste Laufbahn auf. Vorzugsweise ist die Gelenkglockenlaufbahn in einem Längsschnitt ballig und/oder kugelsegmentartig ausgebildet.
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Auf der radialen Innenseite weist der Außenring eine Außenlaufbahn für die Rollen als eine zweite Laufbahn auf. Die Außenlaufbahn ist vorzugsweise zylindermantelförmig, insbesondere gerade zylindermantelförmig realisiert. optional kann die Außenlaufbahn auch ballig, insbesondere leicht ballig ausgebildet sein.
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Der Innenring weist an dessen radialen Außenseiten eine Innenlaufbahn für die Rollen als eine dritte Laufbahn auf. Vorzugsweise ist die Innenlaufbahn als eine gerade Zylindermantelfläche ausgebildet, abweichend kann diese auch ballig ausgeführt sein.
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An der radialen Innenseite weist der Innenring eine Bolzenaußenlaufbahn zur gleitenden Lagerung auf dem Bolzen des Tripodensterns als eine vierte Laufbahn auf.
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Der Bolzen des Tripodensterns weist auf der radialen Außenseite eine Bolzeninnenlaufbahn als eine fünfte Laufbahn auf. Bolzenaußenlaufbahn und Bolzeninnenlaufbahn gleiten im Betrieb aufeinander ab. Die Bolzeninnenlaufbahn kann auch als eine Außenfläche eines Kugelkopfes ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Bolzenaußenlaufbahn gekrümmt realisiert.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine, einige oder alle der Laufbahnen, also die erste, die zweite, die dritte, die vierte und/oder die fünfte Laufbahn, als eine geglättete Laufbahn eine mittlere Rauheit Ra kleiner oder gleich 0,2 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als 0,1 Mikrometer aufweist. Die mittlere Rauheit wird insbesondere auch als Mittenrauwert Ra, im Speziellen als arithmetischer Mittenrauwert Ra bezeichnet.
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Eine erste mögliche Definition für die mittlere Rauheit Ra ist, dass die mittlere Rauheit den mittleren Abstand eines Messpunkts – auf der Oberfläche – zur Mittellinie angibt. Die Mittellinie schneidet innerhalb einer Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass die Summe der Profilabweichungen (bezogen auf die Mittellinie) minimal wird. Die mittlere Rauheit Ra entspricht also dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von der Mittellinie. In zwei Dimensionen wird Ra wie folgt berechnet:
Mit
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Alternativ oder ergänzend ist der arithmetischen Mittenrauwert nach der DIN EN ISO 4287:2010 festgelegt.
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Der Fachmann erkennt den arithmetischen Mittenrauwert in technischen Zeichnungen anhand des Grundsymbols. Dieses wird durch ein kleines v oder Dreieck mit einer sogenannten Fahne auf der rechten Seite, das auf einer der Schenkel bzw. Spitze steht, dargestellt.
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Alternativ oder ergänzend kann auch festgelegt werden, dass die geglättete Laufbahn eine Rauheitsklasse aufweist, welche gleich oder kleiner N = 4 ist.
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In der allgemeinsten Ausprägung der Erfindung kann die Oberfläche mit einem beliebigen Verfahren erzielt werden.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass zwar eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Oberflächengüte deutlich teurer in der Herstellung ist. Gerade im Bereich der Gleichlaufgelenke werden keine hohen Laufleitungen an den Tripodenrollen erwartet, sodass eine Oberflächengüte, wie diese im Stand der Technik gefordert wird, ausreichend sein sollte. Es wurde jedoch festgestellt, dass durch die verbesserte Oberflächengüte, welche durch die geglättete Laufbahn mit einer mittleren Rauheit Ra von kleiner oder gleich 0,2 Mikrometer erreicht wird, verschiedene Vorteile erreicht werden. Die Bolzenaußenlaufbahn und/oder die Bolzeninnenlaufbahn kann vor Kratzern und vorschnellem Verschleiß geschützt wird. Ferner kann der Materialanteil Rmr gemäß DIN EN ISO 4287:2010 verbessert werden. Bei der Innenlaufbahn und der Außenlaufbahn der Rollen wird dagegen vor allem das Auftreten von Ausbrüchen auf den Oberflächen vermieden. Durch die genannte Verbesserung der Oberflächengüte wird somit erreicht, dass die Laufbahnen der Tripodenrolle leistungsfähiger und/oder tragfähiger werden und dadurch die Lebensdauer des gesamten Gleichlaufgelenks verbessert wird.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die geglättete Laufbahn als eine feingeschliffene und/oder feinpolierte Laufbahn ausgebildet. Insbesondere wird ein Werkzeug mit einer geometrisch unbestimmten Schneide zur Glättung verwendet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Gleichlaufgelenk mit der Tripodenanordnung wie diese zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Hierbei bildet die Tripodenanordnung einen ersten Gelenkpartner. Der andere Gelenkpartner ist dagegen als eine Glocke ausgebildet, welche drei längliche Aussparungen aufweist, in die die Tripodenrollen eingefahren werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen der Tripodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laufbahn in einem ersten Schritt geschliffen und in einem zweiten Schritt feingeschliffen und/oder feinpoliert wird, um die geglättete Laufbahn zu bilden. Besonders bevorzugt erfolgt das Schleifen in dem ersten Schritt und das Feinschleifen und/oder Feinpolieren in dem zweiten Schritt mit unterschiedlichen Werkzeugen und/oder mit unterschiedlichen Abrasivmitteln. Somit erfolgt ein Werkzeugwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt.
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Der Innenring und/oder der Außenring sind vorzugsweise als Massivringe ausgebildet. Diese sind insbesondere durchgehärtet, wenigstens jedoch laufbahngehärtet oder randschichtgehärtet im Bereich der Laufbahnen. Beispielsweise sind die Ringe aus einem Wälzlagerstahl, wie zum Beispiel 100Cr6 gefertigt. Das Schleifen in dem ersten Schritt und das Feinschleifen und/oder Feinpolieren in dem zweiten Schritt erfolgen vorzugsweise nach dem Härten, sodass die gehärteten Laufbahnen bearbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass keine Geometrieänderungen durch ein nachfolgendes Härten erfolgen können.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine stark schematisierte Darstellung eines Gleichlaufgelenks mit einer Tripodenrolle als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematisierte Explosionsdarstellung einer Tripodenrolle als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Gleichlaufgelenk 1 für ein Fahrzeug 2, welches nur als ein Block dargestellt ist, als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Gleichlaufgelenk 1 ist im Antriebsstrang zwischen einem Getriebeausgang 3, insbesondere eines Differentialgetriebes, und einer Zwischenwelle 4, insbesondere Radantriebswelle oder Gelenkwelle, angeordnet. Der Getriebeausgang 3 definiert eine Ausgangsachse 5, die Zwischenwelle 4 definiert eine Wellenachse 6. Das Gleichlaufgelenk 1 ist ausgebildet, eine Drehung und damit ein Antriebsdrehmoment von dem Ausgang 3 auf die Zwischenwelle 4 zu übertragen und zugleich eine Schwenkung oder Winkeländerung zwischen der Ausgangsachse 5 und der Wellenachse 6 zu ermöglichen, wie dies beispielsweise bei einem Einfedern des an der Zwischenwelle 4 angeschlossenen, angetriebenen Rads erfolgen kann. Die Zwischenwelle 4 weist einen Wellenstumpfabschnitt 7 auf, auf denen eine Mehrzahl von Zapfen 8, in diesem Ausführungsbeispiel drei Bolzen 8, angeordnet sind, welche sich radial zu der Wellenachse 6 erstrecken. Die Bolzen 8 sind in Umlaufrichtung um die Wellenachse 6 regelmäßig angeordnet, sodass diese einen Tripodenstern 21, bilden. In der 1 ist nur einer der Bolzen 8 grafisch dargestellt. Auf den Bolzen 8 ist jeweils eine Tripodenrolle 9 angeordnet, welche eine Tripodenrollenachse T als Rotationsachse aufweist, die radial zu der Wellenachse 6 angeordnet ist. Der Tripodenstern 21 und die Tripdenrollen 9 bilden gemeinsam eine Tripodenanordnung 22.
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Das Gleichlaufgelenk 1 weist ferner einen Glockenabschnitt 10 eine Gelenkglocke auf, welcher drehfest mit dem Ausgang 3 gekoppelt ist und welcher Laufbahnen für die Tripodenrollen 9 bereitstellt.
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Während in der 1 ein Ausführungsbeispiel gezeigt ist, wobei der Glockenabschnitt 10 drehfest mit dem Ausgang 3 gekoppelt ist und der Wellenstumpfabschnitt 7 drehfest mit der Zwischenwelle 4 gekoppelt ist, ist es bei anderen Ausführungsbeispielen auch möglich, dass der Wellenstumpfabschnitt 7 mit dem Ausgang 3 drehfest gekoppelt ist und der Glockenabschnitt 10 mit der Zwischenwelle 4 gekoppelt ist. Ferner ist es möglich, dass der Glockenabschnitt 10 umlaufend geschlossen ausgebildet ist oder freie Bereiche aufweist.
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Die 2 zeigt in einer schematisierten Darstellung die Tripodenrolle 9 der 1 in einer Explosionsdarstellung. Die Tripodenrolle 9 weist einen Innenring 11 sowie einen Außenring 12 auf, welcher koaxial zu der Tripodenrollenachse T angeordnet sind.
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Zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 sind eine Mehrzahl von Wälzkörper angeordnet, wobei die Wälzkörper als Rollen 13 und hier im Speziellen als Nadeln, ausgebildet sind. Die Rollen 13 sind parallel zu der Tripodenrollenachse T ausgerichtet. Der Innenring 11 stellt eine Innenlaufbahn 14, der Außenring 12 stellt eine Außenlaufbahn 15 für die Rollen 13 zur Verfügung, wobei die Rollen 13 auf der Innenlaufbahn 14 bzw. Außenlaufbahn 15 abwälzen. An der radialen Außenseite ist der Außenring 12 gekrümmt ausgebildet, sodass diese an den Glockenabschnitt 10 angepasst ist. Insbesondere weist der Außenring 12 in der gezeigten Längsschnittdarstellung eine kreisförmige Kontur auf und bildet an der Außenseite eine Gelenkglockenlaufbahn 17. Auf der radialen Innenseite des Innenrings 11 ist eine Bolzenaußenlaufbahn 18 angeordnet, die mit einer Bolzeninnenlaufbahn 19 (1) des Bolzens 8 zusammenwirkt. Mindestens eine, einige oder alle der Laufbahnen 14, 15, 17, 18, 19 ist als eine geglättete Laufbahn ausgebildet.
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Bei der geglätteten Laufbahn wird mit einem trennenden Verfahren, insbesondere mir Feinpolieren und/oder Feinschleifen mit einem Abrasivmittel eine verbesserte Oberflächengüte umgesetzt. Die verbesserte Oberflächengüte weist eine mittlere Rauheit Ra von 0,2 µm oder besser auf, wie dies durch das Symbol 20 dargestellt ist.
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Insbesondere wird durch die verbesserte Oberflächengüte der Verschleiß die Belastung an der Bolzeninnenlaufbahn 19 und der Bolzenaußenlaufbahn 18 aufgrund der 3-Achsen Bewegung zwischen dem Bolzen 8 und dem Innenring 11 verringert. Dadurch wird insbesondere ein Risiko von Kratzern in den Laufbahnen verringert. Ferner wird bei der Innenlaufbahn 14 und bei der Außenlaufbahn 15 das Risiko von Abplatzungen verringert. Insgesamt führt die verbesserte Oberflächengüte zu einer verlängerten Lebensdauer der Tripodenrolle 9.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleichlaufgelenk
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Getriebeausgang
- 4
- Zwischenwelle
- 5
- Ausgangsachse
- 6
- Wellenachse
- 7
- Wellenstumpfabschnitt
- 8
- Bolzen
- 9
- Tripodenrolle
- 10
- Glockenabschnitt
- 11
- Innenring
- 12
- Außenring
- 13
- Rollen
- 14
- Innenlaufbahn
- 15
- Außenlaufbahn
- 16
- Aufnahme
- 17
- Gelenkglockenlaufbahn
- 18
- Bolzenaußenlaufbahn
- 19
- Bolzeninnenlaufbahn
- 20
- Symbol
- 21
- Tripodenstern
- 22
- Tripodenanordnung
- T
- Tripodenrollenachse
- W
- Wirkachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 4287:2010 [0017]
- DIN EN ISO 4287:2010 [0021]
