DE102021103568A1

DE102021103568A1 - Podegelenk

Info

Publication number: DE102021103568A1
Application number: DE102021103568.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Stanke
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Podegelenk (1), insbesondere Bipodegelenk oder Tripodegelenk, für ein Kraftfahrzeug, mit einem radial inneren Gelenkinnenteil (4), das umfangsverteilte Zapfen (5) aufweist, von denen jeder Zapfen (5) in eine axiale Ausnehmung (7) eines radial äußeren Gelenkaußenteils (3) einragt, wobei für eine Drehmomentübertragung zwischen den Gelenkteilen (3, 4) am Zapfenkopf (9) des jeweiligen Zapfens (5) ein Rollenkörper (11) drehgelagert ist, der entlang von Laufbahnen (13) der axialen Ausnehmung (7) des Gelenkaußenteils (3) abrollbar ist. Erfindungsgemäß ist zumindest eine der Komponenten des Podegelenks (1), das heißt Gelenkaußenteil (3), Gelenkinnenteil (4), Rollenkörper (11) oder Rollenkörper-Drehlagerung, zumindest teilweise aus Keramikmaterial gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Podegelenk, insbesondere Bipodegelenk oder Tripodegelenk, für ein Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solches Podegelenk kann in einem Kraftfahrzeug an einer Antriebswelle verwendet werden. Das Podegelenk kann eine Drehbewegung gleichförmig übertragen, so dass die Winkelgeschwindigkeiten an der Antriebsseite sowie an der Abtriebsseite des Podegelenks identisch sind.
Ein gattungsgemäßes Podegelenk, insbesondere Bipodegelenk oder Tripodegelenk, weist ein radial inneres Gelenkteil und ein radial äußeres Gelenkteil auf. Am radial inneren Gelenkteil sind zwei oder drei umfangsverteilte Zapfen angeordnet. Jeder der Zapfen ragt in eine axiale Ausnehmung des radial äußeren Gelenkaußenteils ein. Für eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Gelenkteilen ist am Zapfenkopf des jeweiligen Zapfens ein Rollenkörper drehgelagert, der entlang von Laufbahnen der axialen Ausnehmung des Gelenkaußenteils abrollbar ist.
Die Komponenten eines solchen Podegelenks sind in gängiger Praxis aus Stahlbauteilen gefertigt, die einen hohen Wartungsaufwand erfordern. So müssen Podegelenke durch eine Fettpackung geschmiert werden, weshalb sie in der Regel mit einer Achsmanschette gegen Verschmutzung gekapselt sind. Zudem weist das aus Stahl gefertigte Podegelenk ein vergleichsweise hohes Bauteilgewicht auf. Speziell bei Hochleistungsanforderungen sind Podegelenke Verschleißteile, deren Austausch den Wartungsaufwand weiter erhöht.
Aus der EP 3 563 068 B1 ist ein isoliertes Wellengelenk bekannt. Aus der DE 10 2019 111 698 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung keramischer Kugeln bekannt. Aus der DE 10 2016 218 830 A1 ist eine Baueinheit bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Podegelenk bereitzustellen, bei dem ein Wartungsaufwand im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise reduzierbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 sind die Komponenten des Podegelenks nicht mehr komplett aus Stahlbauteilen gefertigt, sondern zumindest teilweise, insbesondere komplett, aus Keramikmaterial gefertigt. Bevorzugt ist es, wenn das Podegelenk oder zumindest teilweise dessen Komponenten aus CMC (Ceramic Metal Composites) gefertigt sind. Diese weisen im Vergleich zum Stahl eine sehr gute Festigkeit bei geringer Dichte auf. Beispielhaft kann das Keramikmaterial Zirkonoxid, Siliziumkarbid oder Bornitrid sein.
In einer technischen Umsetzung kann der Rollenkörper, insbesondere über Lagerelemente, auf einem Innenring drehgelagert sein. Der Innenring kann unverdrehbar bzw. drehfest, jedoch im Hinblick auf eine Auslenkung der Gelenkteile kippbewegbar auf dem Zapfenkopf sitzen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lagerelemente und/oder der Innenring zumindest teilweise aus Keramikmaterial gefertigt sind.
In einer ersten Ausführungsvariante kann das Podegelenk Wellenabschnitte einer Seitenwelle drehmomentübertragend koppeln. Die Seitenwelle kann in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sein und zu einem Fahrzeugrad führen. Alternativ dazu kann in einer zweiten Ausführungsform das Podegelenk Wellenabschnitte einer in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Längswelle drehmomentübertragend koppeln.
Das Podegelenk kann beliebig realisiert sein, beispielhaft als ein Festgelenk oder als ein Verschiebegelenk, das Längenänderungen der Wellenabschnitte ausgleichen kann.
Das Keramikmaterial kann ferner zum Beispiel auf der Basis von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Zirkonoxid hergestellt sein. Die Auflistung dieser Werkstoffe ist nicht einschränkend zu verstehen, so dass auch andere Keramikmaterialien bzw. gemischte Keramikmaterialien verwendet werden können, die den Anforderungen im Kraftfahrzeug gerecht werden. Keramikmaterial weist eine sehr hohe Festigkeit auf und ist gegenüber Wasser korrosionsbeständig. Schmutzpartikel zwischen den Kugeln und den Kugellaufbahnen der Gelenkteile können zermahlen werden, so dass diese für den Verschleiß unwirksam sind. Somit reduziert sich der Wartungsaufwand sowie der Dichtungsaufwand zum Schutz gegen Verunreinigungen und Wasser. Zudem weist die Oberfläche von Keramikmaterial einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf, so dass gegebenenfalls der Schmiermittelaufwand reduziert wird. die Oberfläche von Keramikmaterial ist ferner keinem bzw. nur einem sehr geringen Verschleiß unterworfen, so dass das erfindungsgemäße Podegelenk eine deutlich längere Lebensdauer aufweist.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 jeweils unterschiedliche Ansichten eines Tripodegelenks.

Das in den 1 und 2 gezeigte Tripodegelenk 1 weist ein Gelenkaußenteil 3 und ein Gelenkinnenteil 5 auf. Das Gelenkinnenteil 4 sitzt in der 1 drehfest auf einer Welle 2, während das Gelenkaußenteil 3 beispielhaft an nicht gezeigte Radnabenteile des Kraftfahrzeugs angebunden sein kann.
Am Gelenkinnenteil 3 sind drei umfangsverteilte Zapfen 5 angeordnet. Jeder dieser Zapfen 5 ragt nach radial außen in eine in Axialrichtung rillenförmig verlaufende Ausnehmung 7 des Gelenkaußenteils 3 ein. Für eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Gelenkteilen 3, 4 ist am Zapfenkopf 9 des jeweiligen Zapfens 5 ein Rollenkörper 11 drehgelagert. Dieser ist entlang von Laufbahnen 13 der axialen Ausnehmung 7 des Gelenkaußenteils 3 abrollbar. Das Gelenkinnenteil 4 wird daher durch die Rollenkörper 11 innerhalb des Gelenkaußenteils 3 in der axialen Richtung entlang der Laufbahnen 13 geführt.
Jeder der Rollenkörper 11 ist über Lagerelemente 15 auf einem Innenring 17 drehgelagert. Der Innenring 17 sitzt unverdrehbar, jedoch kippbar auf dem jeweiligen Zapfenkopf 9, um eine Auslenkung der beiden Gelenkteile 3, 4 um den Gelenkbeugewinkel α zu ermöglichen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass bevorzugt sämtliche Komponenten des Podegelenks, nämlich das heißt Gelenkaußenteil, Gelenkinnenteil, Rollenkörper oder Rollenkörper-Drehlagerung, aus einem Keramikmaterial gefertigt sind, das im Vergleich zu herkömmlichen Stahlbauteilen eine sehr gute Festigkeit bei geringer Dichte aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Podegelenk
2: Welle
3: Gelenkaußenteil
4: Gelenkinnenteil
5: Zapfen
7: axiale Ausnehmung
9: Zapfenkopf
11: Rollenkörper
13: Laufbahnen
15: Lagerelemente
17: Innenring
α: Gelenkbeugewinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3563068 B1 [0005]
DE 102019111698 A1 [0005]
DE 102016218830 A1 [0005]

Claims

Podegelenk (1), insbesondere Bipodegelenk oder Tripodegelenk, für ein Kraftfahrzeug, mit einem radial inneren Gelenkinnenteil (4), das umfangsverteilte Zapfen (5) aufweist, von denen jeder Zapfen (5) in eine axiale Ausnehmung (7) eines radial äußeren Gelenkaußenteils (3) einragt, wobei für eine Drehmomentübertragung zwischen den Gelenkteilen (3, 4) am Zapfenkopf (9) des jeweiligen Zapfens (5) ein Rollenkörper (11) drehgelagert ist, der entlang von Laufbahnen (13) der axialen Ausnehmung (7) des Gelenkaußenteils (3) abrollbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Komponenten des Podegelenks (1), das heißt Gelenkaußenteil (3), Gelenkinnenteil (4), Rollenkörper (11) oder Rollenkörper-Drehlagerung, zumindest teilweise aus Keramikmaterial gefertigt ist.
Podegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenkörper (11), insbesondere über Lagerelemente (15), auf einem Innenring (17) drehgelagert ist, und dass insbesondere der Innenring (17) unverdrehbar, jedoch kippbewegbar auf dem Zapfenkopf (9) sitzt, um eine Auslenkung der Gelenkteile (3, 4) aus ihrer koaxialen Lage zu ermöglichen.
Podegelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (15) und/oder der Innenring (17) zumindest teilweise aus Keramikmaterial gefertigt sind.
Podegelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Podegelenk (1) Wellenabschnitte einer zu einem Fahrzeugrad führenden, in Fahrzeugquerrichtung (y) ausgerichteten Seitenwelle drehmomentübertragend koppelt.
Podegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Podegelenk (1) Wellenabschnitte einer in Fahrzeuglängsrichtung (x) ausgerichteten Längswelle drehmomentübertragend koppelt.
Podegelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Podegelenk (1) als Festgelenk oder als Verschiebegelenk realisiert ist, das Längenänderungen der Wellenabschnitte ausgleicht.
Podegelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Podegelenk (1) oder zumindest teilweise dessen Komponenten (3, 4, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17) aus CMC (Ceramic Metal Composites) gefertigt sind, die eine sehr gute Festigkeit bei geringer Dichte aufweisen.
Podegelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial Zirkonoxid, Siliziumkarbid und/oder Bornitrid ist.