DE102021210452A1 - Tripodestern - Google Patents

Abstract

Ein Tripodestern (10), umfasst einen Ringkörperabschnitt (11) mit einer Durchgangsöffnung (12), welche sich in Längsrichtung entlang einer Mittelachse (M) des Ringkörperabschnitts (11) erstreckt und eine Innenprofilierung (12a) zur Kopplung mit einer Profilwelle aufweist, und Zapfenabschnitte (13) mit jeweils einer Zapfenachse (Z), die von dem Ringkörperabschnitt (11) radial abstehen und jeweils einen Laufbahnabschnitt (13a) aufweisen. Der Ringkörperabschnitt (11) weist in einem Mittelbereich zwischen benachbarten Zapfenabschnitten (13), in einer die Zapfenachsen (Z) enthaltenden Schnittebene und in Umfangsrichtung um die Mittelachse (M) betrachtet im Vergleich zu Bereichen, welche näher zu den Zapfenabschnitten (13) liegen, eine Wandaufdickung (11a) auf. Ferner werden weitere Maßnahmen für eine verzugsarme Wärmebehandlung eines Tripodesterns angegeben.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Tripodestern für ein Tripodegelenk. Der Tripodestern umfasst einen Ringkörperabschnitt mit einer Durchgangsöffnung, welche sich in Längsrichtung entlang einer Mittelachse des Ringkörperabschnitts erstreckt und eine Innenprofilierung zur Kopplung mit einer Profilwelle aufweist, und Zapfenabschnitte mit jeweils einer Zapfenachse, die von dem Ringkörperabschnitt radial abstehen und jeweils einen durchgehend nach außen gewölbten Laufbahnabschnitt zur Lagerung einer Rolle aufweisen, sowie einen Halsabschnitt, der gegenüber einem Scheitel der Wölbung verjüngt ist und der an den Laufbahnabschnitt anschließt und den Laufbahnabschnitt mit dem Ringkörperabschnitt verbindet.
• Tripodesterne werden üblicherweise zunächst umformtechnisch hergestellt. Anschließend wird die Innenprofilierung, beispielsweise eine Innenverzahnung, spanend erzeugt. Danach wird das gesamte Bauteil einsatzgehärtet. Hieran schließt sich eine Hartbearbeitung der Laufbahnabschnitte an.
• Tripodesterne zeigen bei der Wärmebehandlung im Rahmen des Härtens ein deutlich mehrdimensionales Verzugsverhalten. Hierdurch wird unter anderem die Genauigkeit der Innenprofilierung beeinträchtigt, sofern diesbezüglich keine Abhilfe geschaffen wird. So kann zum einen das Tragverhalten des Eingriffs der Innenprofilierung des Ringkörperabschnitts mit einer korrespondierenden Profilwelle verändert werden, wodurch das Kraftübertragungsvermögen vermindert wird. Desweiteren ergibt sich eine größere Streubreite der Montagekräfte beim Zusammenbau mit der Profilwelle.
• Dem kann durch ein Harträumen der gehärteten Innenprofilierung in einem weiteren Prozessschritt begegnet werden. In der Regel wird vor den Härten zusätzlich ein Vorräumen benötigt, damit nach dem Härten das Harträumen überhaupt durchgeführt werden kann. Ein solches Harträumen ist wegen der erforderlichen Prozessschritte und benötigten teuren Werkzeuge sehr aufwändig und kostenintensiv.
• In DE 10 2009 037 383 A1 , welche einen Tripodestern der eingangs genannten Art offenbart, wird ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Tripodesterns beschrieben. Das bekannte Verfahren beruht darauf, die Innenprofilierung umformtechnisch in eine Durchgangsöffnung des Ringkörperabschnitts einzubringen und den Tripodestern lediglich partiell im Bereich der gewölbten Laufbahnabschnitte der Zapfenabschnitte durch einen auf diesem Bereich begrenzten lokalen Wärmeeintrag, beispielsweise Induktionshärten oder Laserhärten, zu härten. Hierdurch sollen die Verzüge an der Innenprofilierung vermindert werden. Die Innenprofilierung wird nicht gehärtet. Durch Kaltverfestigung sollen eine ausreichende Festigkeit im Hinblick auf das Tragverhalten und eine gute Montierbarkeit erzielt werden.
• Bisweilen besteht jedoch Bedarf an einem Härten auch der Innenprofilierung.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen, einfach und kostengünstig herstellbaren Tripodestern anzugeben, welcher eine hohe Tragfähigkeit im Bereich seiner Innenprofilierung, eine hohe Bruchlast sowie eine gute Montierbarkeit aufweist.
• Diese Aufgabe wird durch einen Tripodestern mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
• Dieser zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Ringkörperabschnitt in einem Mittelbereich zwischen benachbarten Zapfenabschnitten, in einer die Zapfenachsen enthaltenden Schnittebene in Umfangsrichtung um die Mittelachse betrachtet im Vergleich zu Bereichen, welche näher zu den Zapfenabschnitten liegen, eine Wandaufdickung aufweist.
• Hierdurch wird ein Einfallen des Mittelbereichs zwischen benachbarten Zapfen beim Härten vermieden und damit eine verbesserte Formstabilität, insbesondere eine verbesserte Rundheit, erzielt, die zu einer Verminderung von Härteverzügen an der Innenprofilierung führt.
• Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
• In einer Ausführungsvariante kann die Wandaufdickung wie folgt beschrieben werden. Hierzu werden in einer die Zapfenachsen enthaltenden Schnittebene senkrecht zur Mittelachse an benachbarten Laufbahnabschnitten zueinanderliegende Punkte definiert, welche auf einem Wälzkreis des jeweiligen Zapfens liegen, der seinerseits um den Teilkreisradius des Tripodesterns von der Mittelachse beabstandet ist, Mit diesen wird eine gedachte Kontaktgerade bestimmt, welche die kürzeste Verbindungslinie der zueinanderliegender Punkte der Laufbahnabschnitte in der Schnittebene ist. Diese Kontaktgerade weist einen Abstand A zur Mittelachse M des Ringkörperabschnitts auf. Für den Abstand A_N der Außenwand des Mittelbereichs des Ringabschnitts von der Mittelachse gilt dann: $$\text{A}\cdot \text{0}\text{,96}\le {\text{A}}_{\text{N}}\le \text{A}\cdot \text{1}\text{,22}\text{,}$$

  

  und vorzugsweise $$\text{A}\cdot \mathrm{1,0}\text{0}\le {\text{A}}_{\text{N}}\le \text{A}\cdot \text{1}\text{,06}\text{.}$$

  
• Bei kleineren Werten für A_N nehmen die Verzüge beim Härten stark zu. Bei zu großen Werten wird das Bauteil hingegen zu schwer.
• In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Außenwand des Mittelbereichs einen Krümmungsradius aufweisen, dessen Krümmungszentrum zur Mittelachse nach außen in Richtung des betreffenden Mittelbereichs versetzt ist. Hierdurch wird eine einfache polygonale Außenkontur mit einer Wandaufdickung zwischen den Zapfenabschnitten erzielt.
• Alternativ oder in Ergänzung zu einer solchen Wandaufdickung kann gemäß einer besonderen Ausführungsart der Laufbahnabschnitt am Zapfen durchgehend nach außen gewölbt sein. Ferner kann der Zapfen einen Halsabschnitt aufweisen, der gegenüber einem Scheitel der Wölbung des Laufbahnabschnitts verjüngt ist und der an den Laufbahnabschnitt anschließt und den Laufbahnabschnitt mit dem Ringkörperabschnitt verbindet. Dabei weist der Halsabschnitt eines Zapfens in einer durch die Mittelachse und die Zapfenachse dieses Zapfenabschnitts aufgespannten Schnittebene ausgehend von seinem Anschluss an den Laufbahnabschnitt einen kontinuierlich zunehmenden Querschnitt auf.
• Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme bei einem Härten auch der Innenverzahnung wiederum deutlich geringere Härteverzüge am Ringkörperabschnitt auftreten. Diese Ausgestaltung vermeidet oft zu beobachtende Freischnitte im Bereich des Halsabschnitts zwischen dem Laufbahnabschnitt und dem Außenumfang des Ringkörperabschnitts. Die Freischnitte sind, wie in DE 10 2009 037 383 A1 zu erkennen, im Profil wannenförmig eingetieft. An die konvexe Wölbung des Laufbahnabschnitts grenzt im Halsbereich zunächst ein konkaver erster Radius an, welcher in einen zur Zapfenachse parallelen Bereich übergeht, der seinerseits über einen weiteren konvexen zweiten Radius in den Außenumfang des Ringkörperabschnitts übergeht. Die vorgeschlagene Lösung vermeidet eine solche massive Eintiefung und bewirkt eine verbesserte Unterstützung und damit steifere Anbindung des Laufbahnabschnitts am Ringkörperabschnitt. Dies führt zum einen zu einer höheren Bruchlast und zum anderen zu geringeren Härteverzügen an der Innenprofilierung.
• Der Tripodestern ist hierdurch bei hohen Temperaturen formstabiler, so dass Wärmebehandlungs- bzw. Härteverzüge reduziert werden, da eine Abschreckung gleichmäßiger erfolgen kann.
• Die verminderten Verzüge eröffnen verschiedene Fertigungsmöglichkeiten. Prinzipiell kann die Innenprofilierung bereits vor dem Härten fertiggeräumt werden, wodurch sich eine bessere Verzahnungsqualität ergibt. Ein Harträumen kann hierbei entfallen. Bei einem alternativ möglichen Harträumprozess besteht der Vorteil dann darin, dass das Fertigräumwerkzeug geringer belastet wird, da es durch die geringeren Verzüge auf ein stabiles, gleichmäßigeres Zerspanungsaufmaß trifft. Ferner kann alternativ unter bestimmten Voraussetzungen die Profilierung direkt in das gehärtete Bauteil geräumt werden. Auch hier besteht der Vorteil in der gleichmäßigen Werkzeugbelastung.
• In einer Ausführungsvariante der Ausgestaltung des Halsabschnitts kann beispielsweise im Hinblick auf eine einfache Fertigung der Halsabschnitt in einer die Zapfenachsen enthaltenden Schnittebene ausgehend von seinem Anschluss an den nach außen gewölbten Laufbahnabschnitt einen durchgängig konstanten Krümmungsradius aufweisen.
• Dabei kann der Krümmungsradius des Halsabschnitts um die Zapfenachse gleichbleibend ausgebildet sein.
• Ferner kann der Durchmesser des Halsabschnitts im Anschluss an den nach außen, d.h. konvex gewölbten Laufbahnabschnitt kleiner sein als der Durchmesser des Laufbahnabschnitts am Scheitel seiner Wölbung. Im weiteren Verlauf in Richtung Ringkörperabschnitt kann der Durchmesser des Halsabschnitts den Durchmesser am Scheitel der Wölbung überschreiten. Dies ermöglicht hinreichend Spielraum für das Schwenken der Tripoderollen bei guter Stützwirkung gegen den Ringkörperabschnitt.
• Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung weisen der Ringkörperabschnitt in Richtung der Mittelachse eine Länge L_R und der Zapfen am Scheitel in Richtung der Mittelachse einen Durchmesser Dz auf. Es gilt dann: $${\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,02}\le {\text{L}}_{\text{R}}\le {\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,22,}$$

  

  und vorzugsweise $${\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,09}\le {\text{L}}_{\text{R}}\le {\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,2.}$$

  
• Hierdurch kann eine weitere Verringerung von Härteverzügen an der Innenprofilierung erzielt werden. Diese Maßnahme kann auch unabhängig von der oben erläuterten Ausgestaltung des Halsabschnitts sowie von der oben erläuterten Wandaufdickung vorgenommen werden, um geringere Härteverzüge zu realisieren.
• Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung weist der Ringkörperabschnitt an seinen axialen Endabschnitten Seitenbänder auf, welche gegenüber einem Mittelabschnitt zwischen den axialen Endabschnitten in ihrem Außendurchmesser verjüngt sind, wobei die Seitenbänder mit der jeweiligen Stirnseite des Ringkörperabschnitts eine Außenkante definieren. Die Außenkante weist in einem Bereich, der in Umfangsrichtung um die Mittelachse zwischen den Zapfenabschnitten gelegen ist, einen größeren Abstand zur Mittelachse auf als im Bereich der Zapfenabschnitte selber. Die Bereiche sind durch die Projektion der Zapfenabschnitte in die die Zapfenachsen enthaltende Ebene senkrecht zur Mittelachse des Ringkörperabschnitts definiert.
• Für das Verhältnis des maximalen Abstands R_RN im Bereich zwischen den Zapfenabschnitten zu dem maximalen Abstand R_ZN im Bereich der Zapfenabschnitte gilt vorzugsweise $${\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,05}\le {\text{R}}_{\text{RN}}\le {\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,25,}$$

  

  und weiter bevorzugt $${\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,10}\le {\text{R}}_{\text{RN}}\le {\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,14.}$$

  
• Hierdurch kann eine weitere Verringerung von Härteverzügen an der Innenprofilierung erzielt werden. Diese Maßnahme kann auch unabhängig von der oben erläuterten Ausgestaltung des Halsabschnitts, der oben erläuterten Wandaufdickung sowie der oben erläuterten Abstimmung der Länge des Ringköperabschnitts vorgenommen werden, um geringere Härteverzüge zu realisieren.
• Die vorgenannten Maßnahmen zur Verringerung von Härteverzügen, nämlich die Wandaufdickung, die Ausgestaltung des Halsabschnitts, die Abstimmung der Länge des Ringköperabschnitts und die Ausgestaltung der Seitenbänder und können beliebig individuell miteinander kombiniert werden.
• Die Erfindung ermöglicht unter anderem ein Tripodegelenk mit einem Tripodestern der vorstehend erläuterten Art sowie mit Tripoderollen, welche jeweils an einem der Zapfenabschnitte gelagert sind. Dabei weisen die Tripoderollen vorzugsweise jeweils einen Außenring, einen an dem Laufflächenabschnitt gelagerten Innenring und zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnete Wälzkörper auf. Die Tripoderollen sind vorzugsweise mit ihrer Drehachse gegenüber der Zapfenachse verschwenkbar an den Laufbahnabschnitten gelagert. Die Tripoderollen können jedoch auch in anderer Art und Weise ausgeführt sein.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
• 1 eine Querschnittsansicht eines Tripodegelenks mit einem Tripodestern nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• 2a eine Querschnittansicht eines herkömmlichen Tripodesterns,
• 2b eine Längsschnittansicht eines herkömmlichen Tripodesterns
• 3a eine Querschnittansicht eines herkömmlichen Tripodesterns ohne Wandaufdickung,
• 3b eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Tripodesterns zur Veranschaulichung einer Wandaufdickung,
• 4a eine Überlagerung einer Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Tripodesterns mit einem herkömmlichen Tripodestern gemäß 2a zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Halsabschnitts,
• 4b eine Überlagerung einer Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Tripodesterns mit einem herkömmlichen Tripodestern gemäß 2b zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Halsabschnitts,
• 5 eine Überlagerung einer Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Tripodesterns mit einem herkömmlichen Tripodestern gemäß 2a zur Veranschaulichung der Abstimmung der Länge des Ringkörperabschnitts,
• 6 eine Überlagerung einer Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Tripodesterns mit einem herkömmlichen Tripodestern gemäß 2a zur Veranschaulichung einer Seitenbandüberhöhung, und in
• 7 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen weiteren Tripodesterns für eine Einfachtripode zur Veranschaulichung der Krümmungszentren für eine modifizierte Wandaufdickung.
• 1 zeigt ein Gleichlaufgelenk in Form eines Tripodegelenks 1, welches sich insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Personenkraftfahrzeugs oder leichten Nutzfahrzeugs eignet, jedoch auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden kann.
• Das in 1 gezeigte Tripodegelenk 1 ist lediglich beispielhafter Natur und dient zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Prinzips in einem größeren Kontext. Das erfindungsgemäße Prinzip kann jedoch auch auf Tripodesterne in anderen Typen von Tripodegelenken angewendet werden. Ausdrücklich seien hier sogenannte Einfachtripode genannt, für welche in 7 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Tripodesterns abgebildet ist, ohne dass die Erfindung wiederum auf diesen konkreten Einzelfall beschränkt wäre. Vielmehr bezieht sich die Erfindung auf jeden Tripodestern wie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert. Weitergehende Ausgestaltungen in der Beschreibung sind gegebenenfalls optional und/oder dienen dem Zweck der Erläuterung und des Verständnisses.
• Das Tripodegelenk 1 umfasst ein Gelenkinnenteil in Form eines Tripodesterns 10. Der Tripodestern 10 weist einen Ringkörperabschnitt 11 mit einer Durchgangsöffnung 12 auf. Die Durchgangsöffnung 12 erstreckt sich in Längsrichtung entlang einer Mittelachse M des Ringkörperabschnitts 11, in 1 senkrecht zur Zeichnungsebene. Die Durchgangsöffnung 12 ist mit einer Innenprofilierung 12a versehen, welche der Kopplung mit einer Profilwelle dient. Die Innenprofilierung 12a kann beispielsweise eine Innenverzahnung sein. Jedoch sind auch andere Profilierungen möglich.
• Der Tripodestern 10 weist ferner mehrere, vorzugsweise drei Zapfenabschnitte 13 mit jeweils einer Zapfenachse Z auf, die von dem Ringkörperabschnitt 11 radial abstehen. Die Zapfenabschnitte 13 sind in Umfangsrichtung gleichbeabstandet. Die Zapfenachsen Z der Zapfenabschnitte 13 fallen vorzugsweise in eine gemeinsame Ebene senkrecht zur Mittelachse M des Ringkörperabschnitts 11.
• Jeder Zapfenabschnitt 13 des in 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiels weist einen Laufbahnabschnitt 13a zur Lagerung einer Tripoderolle 14 auf. Die Laufbahnabschnitte 13a sind zur jeweiligen Zapfenachse Z rotationssymmetrisch und durchgehend nach außen, d.h. konvex gewölbt. Der Scheitel der Wölbung ist in 1 mit 13b angedeutet und liegt in etwa auf Höhe der Mitte des jeweiligen Laufbahnabschnitts 13a in Richtung der Zapfenachse Z gesehen. Bei einem Tripodestern 10 für ein Einfachtripodegelenk wie in 7 dargestellt entfällt die Wölbung.
• Zusätzlich zu dem Laufbahnabschnitt 13a ist in 1 an jedem Zapfenabschnitt 13 ein Halsabschnitt 13c vorgesehen, welcher den Laufbahnabschnitt 13a mit dem Ringkörperabschnitt 11 verbindet. Die Zapfenabschnitte 13 und der Ringkörperabschnitt 11 sind dabei einstückig miteinander ausgebildet.
• Der Halsabschnitt 13c bildet gegenüber dem Laufbahnabschnitt 13a eine gewisse Verjüngung aus. Wie 1 entnommen werden kann, schließt der Halsabschnitt 13c unmittelbar an den Laufbahnabschnitt 13a an. Im Bereich dieses Anschlusses weist der Halsabschnitt 13c einen kleineren Querschnitt als der Laufbahnabschnitt 13a an seinem Scheitel 13b auf. Die konvexe Wölbung des Laufbahnabschnitts 13a geht dabei in eine konkave Wölbung am Halsabschnitt 13c über, dessen Durchmesser von da an fortlaufend zunimmt.
• Weiterhin umfasst das Tripodegelenk 1 gemäß 1 Tripoderollen 14 in einer Anzahl entsprechend den Zapfenabschnitten 13. Jede Tripoderolle 14 weist einen Außenring 15 und einen Innenring 16 auf, die über Wälzkörper 17 zueinander drehbar sind. Die Tripoderollen 14 sind jeweils mit einer Innenumfangsfläche 18 des Innenrings 16 an einem Zapfenabschnitt 13 bzw. dessen nach außen gewölbten Laufbahnabschnitt 13a schwenkbar gelagert. Sie weisen ferner am Außenring 15 eine profilierte, rotationssymmetrische Außenumfangsfläche 19 auf. Die Innenumfangsfläche 18 des Innenrings 16 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und steht mit dem außen gewölbten Laufbahnabschnitt 13a des Zapfenabschnitts 13 derart in Eingriff, dass bei einer Beugung des Gelenks 1 der Innenring 16 gegenüber der Längsachse Z des zugehörigen Zapfens 13 verkippt werden kann. Zudem ist eine axiale Verschiebbarkeit in Richtung der Zapfenachse Z gegeben.
• Das Tripodegelenk 1 des Ausführungsbeispiels nach 1 umfasst ferner ein Gelenkaußenteil 20, das an seinem Innenumfang parallel zu seiner Dreh- und Mittelachse verlaufende Laufbahnpaare mit einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Laufflächen 21 aufweist. Diese Laufflächen 21 stehen mit den Außenumfangsflächen 19 der Rollelemente 14 in Eingriff, wobei je nach Drehrichtung und Betriebssituation eine der Laufflächen 21 lasttragend und die gegenüberliegende Lauffläche 21 im Wesentlichen entlastet ist. Entsprechendes gilt für die in Umfangsrichtung des Tripodesterns 10 weisenden Kontaktbereiche der außen gewölbten Laufbahnabschnitte 13a der Zapfenabschnitte 13. Durch eine Profilierung sowohl der Laufflächen 21 am Gelenkaußenteil 20 als auch der Außenumfangsflächen 19 an den Rollelementen 14 wird bewirkt, dass bei einer Drehung des Gelenks 10 unter Beugung der Mittelachsen zueinander die Tripoderollen 14 achsparallel zur Mittelachse des Gelenkaußenteils 20 hin und her bewegt werden. Der hierfür benötigte Schwenkfreiheitsgrad wird zwischen den Zapfenabschnitten 13 und den Lagerinnenringen 16 der Tripoderollen 14 bereitgestellt, da die Zapfenabschnitte 13 an Laufbahnabschnitten 13a nach außen gewölbt, beispielsweise kugelförmig ausgebildet sind.
• Zur Herstellung des Tripodesterns 10, unabhängig davon, ob dieser in einem Tripodegelenk vom Typ gemäß 1 oder in einem anderen Tripodegelenk zum Einsatz kommt, wird zunächst ein Rohling mit einem Ringkörperabschnitt 11 und Zapfenabschnitten 13 umformtechnisch gefertigt.
• Anschließend oder bereits bei der Fertigung des Rohlings wird in den Ringkörperabschnitt 11 die zentrale Durchgangsöffnung 12 eingebracht. Die Durchgangsöffnung 12 kann beispielsweise gebohrt werden. An der Durchgangsöffnung 12 wird hiernach die Innenprofilierung 12a hergestellt, beispielsweise spanend geschnitten und gegebenenfalls umformtechnisch fertiggeformt. Der gesamte Tripodestern 10 wird anschließend gehärtet.
• Aus dem Härten resultiert ein mehrdimensionales Verzugsverhalten, wie dies in den 2a und 2b für einen herkömmlichen Tripodestern 10 angedeutet ist. Insbesondere wird die Genauigkeit der Innenprofilierung 12 beeinträchtigt. 2b veranschaulicht dies durch eine überzeichnete Verformung V der Innenprofilierung 12 . Zudem neigen die Bereiche des Ringkörperabschnitts 11 zwischen den Zapfenabschnitten 13 dazu, bei der Wärmebehandlung radial etwas einzufallen, wie dies in 2a durch einwärts gerichtete Pfeile angedeutet ist, so dass die Rundheit des Tripodesterns 10 leidet. Hierdurch wird das mögliche Kraftübertragungsvermögen zur Profilwelle vermindert. Zudem ergibt sich eine große Streubreite der Montagekräfte beim Zusammenbau mit der Profilwelle, da der Härteverzug variiert.
• Dieser Problematik wird mit nachfolgend näher erläuterten Maßnahmen entgegengewirkt, welche einzeln angewendet oder in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können, um Härteverzüge zu reduzieren, so dass eine Hartbearbeitung der Innenprofilierung 12 nach dem Härten oder hiermit in Zusammenhang stehende vorbereitende Maßnahmen teilweise oder ganz entfallen können. Hieraus resultiert eine beträchtliche Kosteneinsparung bei der Herstellung des Tripodesterns 10, da Werkzeuge insbesondere für ein Harträumen sehr teuer sind.
• 3b zeigt als erste Maßnahme eine Wandaufdickung 11 a des Ringkörperabschnitts 11 in einem Mittelbereich in Umfangsrichtung zwischen den Zapfenabschnitten 13 bei Betrachtung in einer die Zapfenachsen Z enthaltenden Schnittebene. 3a zeigt hingegen eine herkömmliche Bauweise. Wie 3b im Vergleich zu 3a entnommen werden kann, weist der Ringkörperabschnitt 11 in dem Mittelbereich im Vergleich zu Bereichen, welche näher zu den Zapfenabschnitten 13 liegen, eine größere Wanddicke auf. Die Wanddicke wird hier auf den nominalen Durchmesser der Innenprofilierung 12 bezogen und radial zur Mittelachse M gemessen.
• Am Außenumfang des Ringkörperabschnitts 11 ergibt sich in der Mitte zwischen den Zapfenabschnitten 13a in Umfangsrichtung jeweils eine Überhöhung. Diese Überhöhung kann mithilfe einer gedachten Kontaktgerade k veranschaulicht werden, welche wie folgt konstruiert wird. Hierzu werden in der die Zapfenachsen Z enthaltenden und in 3b dargestellten Schnittebene die am nächsten zueinanderliegenden Punkte S an den Laufflächen 13a gesucht, welche an dem jeweiligen Zapfen 13 auf einem Kreis um die Zapfenachse Z liegen, welcher seinerseits um den Teilkreisradius PCR des Tripodesterns 10 von der Mittelachse radial M beabstandet ist. Die Kontaktgerade k ist somit definiert als die kürzeste Verbindungslinie der zueinanderliegenden Punkte S der Laufbahnabschnitte 13a von zwei benachbarten Zapfen 13. Sie weist einen Abstand A zur Mittelachse M auf, welcher vorliegend als Bezugsgröße herangezogen wird.
• Bei einem Tripodestern 10 mit nach außen gewölbten Laufflächen 13a kann diese Kontaktgerade k auch verstanden werden als Verbindungslinie der zueinanderliegenden Scheitel 13b der Wölbungen der Laufbahnabschnitte 13a benachbarter Zapfenabschnitte 13 bei Betrachtung in einer die Zapfenachsen Z enthaltenden Schnittebene senkrecht zur Mittelachse M.
• Bei einer zylindrischen Lauffläche können die Punkte S in der Schnittebene als radial in der Mitte der Lauffläche liegend angenommen werden
• Bei der Ausführung mit Wandaufdickung 11 a in 3b liegt der Abstand A_N der Außenwand des Mittelbereichs des Ringköperabschnitts 11 von der Mittelachse M in einem Bereich wie folgt: $$\text{A}\cdot \text{0}\text{,96}\le {\text{A}}_{\text{N}}\le \text{A}\cdot \text{1}\text{,22}\text{.}$$

  
• Für Tripodegelenke mit Tripoderollen, insbesondere AAR-Gelenke (angular adjusted roller) wie zum Beispiel aus EP 0 426 186 B1 bekannt, oder in 1 gezeigt, wird vorzugsweise folgender Bereich gewählt: A · 0,96 ≤ A_N ≤ A · 1,21. Für Einfachripodegelenke vom Typ TG, bei der Fa. GKN sowie in der Fachliteratur auch als „Gl“-Gelenk bezeichnet, für welche in 7 ein Tripodestern dargestellt ist, gilt vorzugsweise A · 0,98 ≤ A_N ≤ A · 1,22.
• Weiter bevorzugt kann der Bereich wie folgt eingestellt werden : $$\text{A}\cdot \mathrm{1,0}\text{0}\le {\text{A}}_{\text{N}}\le \text{A}\cdot \text{1}\text{,06}\text{.}$$

  
• Insbesondere kann die Außenwand des Mittelbereichs des Ringköperabschnitts 11 die Kontaktgerade k schneiden. In einer bevorzugten Ausführung ist A_N = A · 1,028.
• Im Vergleich hierzu liegt bei herkömmlichen Bauformen die Außenwand des Mittelbereichs deutlich innerhalb der Kontaktgeraden k, wie in 3a gezeigt.
• Die Wandaufdickung 11a kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass die Außenwand des Mittelbereichs einen Krümmungsradius aufweist, dessen Krümmungsmittelpunkt W zur Mittelachse M nach außen in Richtung des betreffenden Mittelbereichs versetzt ist. Hierdurch wird eine einfache polygonale Außenkontur erhalten, wie dies in 7 beispielhaft für eine Einfachtripode dargestellt ist.
• 4a und 4b zeigen als zweite Maßnahme eine Modifikation des Halsabschnitts 13c. In 4a und 4b ist zum Vergleich die herkömmliche Konturierung mit anderer Schraffur in die erfindungsgemäße Geometrie eingezeichnet. Wie 4a entnommen werden kann, schließt bei der herkömmliche Konturierung an den nach außen gewölbten Laufbahnabschnitt 13a als Halsabschnitt 13c ein erster konvexer Radius R₁ an, welcher in einen zur Zapfenachse Z parallelen Bereich übergeht und dann in einem weiteren konvexen Radius R₂ in den Ringkörperabschnitt 11 ausläuft. Mit anderen Worten, im Halsabschnitt 13c setzt sich die Verjüngung der Wölbung des Laufbahnabschnitts radial einwärts weiter fort.
• Demgegenüber sieht die erfindungsgemäße Ausgestaltung vor, eine solche weitergehende Verjüngung am Halsabschnitt 13c zu vermeiden.
• Der Halsabschnitt 13c des Zapfenabschnitts 13 ist derart ausgeführt, dass dieser in einer durch die Mittelachse M und die Zapfenachse Z dieses Zapfenabschnitts 13 aufgespannten Schnittebene, wie insbesondere in 4b zu erkennen, ausgehend von seinem Anschluss an den Laufbahnabschnitt 13a einen kontinuierlich zunehmenden Querschnitt aufweist.
• Der Querschnitt des Halsabschnitts 13c im Anschluss an den Laufbahnabschnitt 13a ist kleiner als Querschnitt des Laufbahnabschnitts 13a am Scheitel 13b seiner Wölbung und passt somit in letzteren hinein. Im weiteren Verlauf in Richtung des Ringkörperabschnitts 11 kann der Querschnitt des Halsabschnitts 13c den Querschnitt am Scheitel 13b der Wölbung überschreiten, so dass die Umfangskontur am Halsabschnitt zumindest abschnittsweise über die des Scheitelquerschnitts hinausragt.
• Insbesondere kann der Halsabschnitt 13c in einer die Zapfenachsen Z enthaltenden Schnittebene, wie in 4a gezeigt, ausgehend von seinem Anschluss an den nach außen gewölbten Laufbahnabschnitt 13a einen durchgängig konstanten Krümmungsradius R aufweisen.
• Dieser der Krümmungsradius R des Halsabschnitts 13c kann um die Zapfenachse Z gleichbleibend sein.
• Im Vergleich zur herkömmlichen Gestaltung gibt es weder eine weitergehende Verjüngung noch zur Zapfenachse Z parallele Abschnitte am Halsabschnitt 13c. Der Übergang vom Laufbahnabschnitt 13a zum Ringkörperabschnitt 11 erfolgt fließend, optional mit einem gleichbleibendem Radius R.
• Hierdurch werden neben einer Reduzierung von Härteverzügen eine stabilere Unterstützung der Laufbahnabschnitte 13a und eine höhere Bruchlast erzielt.
• 5 zeigt als dritte Maßnahme eine Abstimmung der Länge L_R des Ringkörperabschnitts 11 in Richtung der Mittelachse M in Bezug auf den maximalen Durchmesser Dz des Zapfenabschnitts 13, bei gewölbten Laufbahnabschnitten 13a am Scheitel 13b, in Richtung der Mittelachse M. Dabei gilt $${\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,02}\le {\text{L}}_{\text{R}}\le {\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,22,}$$

  

  und vorzugsweise $${\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,09}\le {\text{L}}_{\text{R}}\le {\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,22.}$$

  
• In einer bevorzugten Ausführung ist L_R = D_z · 1,10.
• 6 zeigt als vierte Maßnahme eine Modifikation der Seitenbänder 11b des Ringkörperabschnitts 11, wobei links die Verhältnisse für eine herkömmliche Bauweise und rechts für eine Verminderung von Härteverzügen gezeigt sind. Die Seitenbänder 11b befinden sich an axialen Endabschnitten des Ringkörperabschnitts 11. Diese Seitenbänder 11b sind gegenüber einem Mittelabschnitt zwischen den axialen Endabschnitten in ihrem Außendurchmesser verjüngt.
• Die Seitenbänder 11b bilden mit der jeweiligen Stirnseite 11c des Ringkörperabschnitts 11 eine Außenkante 11d. Diese Außenkante 11d weist in Umfangsrichtung einen variablen Radius bzw. Abstand zur Mittelachse M auf.
• Wie in 6 auf der rechten Seite dargestellt, weist die Außenkante 11d im Bereich in Umfangsrichtung um die Mittelachse M zwischen den Zapfenabschnitten 13 einen größeren Abstand R_RN zur Mittelachse M auf als im Bereich der Zapfenabschnitte 13.
• Für das Verhältnis des maximalen Abstands R_RN im Bereich zwischen den Zapfenabschnitten 13 zu dem maximalen Abstand R_RN im Bereich der Zapfenabschnitte 13 gilt $${\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,05}\le {\text{R}}_{\text{RN}}\le {\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,25,}$$

  

  und vorzugsweise $${\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,10}\le {\text{R}}_{\text{RN}}\le {\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,14.}$$

  
• In einer bevorzugten Ausführung ist R_RN = R_ZN · 1,12.
• Bei der in 7 dargestellten, oben bereits erläuterten Ausführungsvariante können optional die Überhöhungen der Seitenbänder 11b und die Wandverdickungen 11a mit einem gemeinsamen Krümmungszentrum W, d.h. einem Krümmungszentrum W je Bereich zwischen den Zapfenabschnitten 13 realisiert werden.
• Das Ausführungsbeispiel beschreibt einen Tripodestern 10, der von seiner Geometrie so gestaltet ist, dass Material (u.a. Steifigkeit) und Form (u.a. Stützwirkung) in bestimmten, oben näher erläuterten Bereichen auf den Wärmebehandlungsverzug Einfluss nehmen. Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen halten den Tripodestern 10 auch bei hohen Temperaturen formstabil, so dass Wärmebehandlungs- bzw. Härteverzüge reduziert werden, da unter anderem eine Abschreckung gleichmäßiger erfolgen kann, ohne das Bauteilgewicht merklich zu beeinträchtigen.
• Wie bereits eingangs erwähnt, können die vorstehend erläuterten Maßnahmen 1 bis 4 einzeln oder in beliebiger Kombination auf einen Tripodestern angewendet werden. Die Anmelderin behält sich ausdrücklich vor, diese unabhängig voneinander wie auch in beliebiger Kombination zu beanspruchen.
• Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
• Bezugszeichenliste

1

Tripodegelenk

10

Tripodestern

11

Ringkörperabschnitt

11a

Wandaufdickung

11b

Seitenband

11c

Stirnseite

11d

Außenkante

12

Durchgangsöffnung

12a

Innenprofilierung

13

Zapfenabschnitt

13a

Laufbahnabschnitt

13b

Scheitel

13c

Halsabschnitt

14

Tripoderolle

15

Außenring

16

Innenring

17

Wälzkörper

18

Innenumfangsfläche

19

Lauffläche am Außenumfang

20

Gelenkaußenteil

21

Lauffläche des Gelenkaußenteils

k

Kontaktgerade

A

Abstand der Kontaktgerade k zur Mittelachse M

AN

Abstand der Außenwand des Mittelbereichs des Ringköperabschnitts 11 von der Mittelachse M

DZ

Durchmesser des Zapfenabschnitts 13 am Scheitel 13b in Richtung der Mittelachse M

LR

Länge des Ringkörperabschnitts 11 in Richtung der Mittelachse M

M

Mittelachse

PCR

Teilkreisradius des Tripodesterns

R

Krümmungsradius des Halsabschnitts

RRN

maximaler Abstand zur Mittelachse M im Bereich zwischen den Zapfenabschnitten 13

RZN

maximaler Abstand im Bereich der Zapfenabschnitte 13

S

zueinanderliegender Punkt

W

Krümmungszentrum

Z

Zapfenachse

• 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 102009037383 A1 [0005, 0016]
• EP 0426186 B1 [0048]

Claims (10)

1. Tripodestern (10), umfassend: einen Ringkörperabschnitt (11) mit einer Durchgangsöffnung (12), welche sich in Längsrichtung entlang einer Mittelachse (M) des Ringkörperabschnitts (11) erstreckt und eine Innenprofilierung (12a) zur Kopplung mit einer Profilwelle aufweist, und Zapfenabschnitte (13) mit jeweils einer Zapfenachse (Z), die von dem Ringkörperabschnitt (11) radial abstehen und jeweils einen Laufbahnabschnitt (13a) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörperabschnitt (11) in einem Mittelbereich zwischen benachbarten Zapfenabschnitten (13), in einer die Zapfenachsen (Z) enthaltenden Schnittebene und in Umfangsrichtung um die Mittelachse (M) betrachtet im Vergleich zu Bereichen, welche näher zu den Zapfenabschnitten (13) liegen, eine Wandaufdickung (11 a) aufweist.
2. Tripodestern (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer die Zapfenachsen (Z) enthaltenden Schnittebene senkrecht zur Mittelachse (M) an benachbarten Laufbahnabschnitten (13a) zueinanderliegende Punkte (S) definiert sind, welche auf einem Wälzkreis des jeweiligen Zapfens (13) liegen, der seinerseits um den Teilkreisradius (PCR) des Tripodesterns von der Mittelachse (M) beabstandet ist, dass eine gedachte Kontaktgerade (k) definiert sei durch die kürzeste Verbindungslinie der zueinanderliegenden Punkte (S) der Laufbahnabschnitte (13a) in der Schnittebene, dass diese Kontaktgerade (k) einen Abstand A zur Mittelachse (M) aufweist, und dass ein Abstand A_N der Außenwand des Mittelbereichs des Ringabschnitts (11) von der Mittelachse (M) in einem Bereich wie folgt liegt: $$\text{A}\cdot \text{0}\text{,96}\le {\text{A}}_{\text{N}}\le \text{A}\cdot \text{1}\text{,22}\text{,}$$

   

   vorzugsweise $$\text{A}\cdot \mathrm{1,0}\text{0}\le {\text{A}}_{\text{N}}\le \text{A}\cdot \text{1}\text{,06}\text{.}$$

   
3. Tripodestern (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand des Mittelbereichs zwischen benachbarten Zapfenabschnitten (13) einen Krümmungsradius aufweist, dessen Krümmungszentrum (W) zur Mittelachse (M) nach außen in Richtung des betreffenden Mittelbereichs versetzt ist.
4. Tripodestern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufbahnabschnitt (13a) durchgehend nach außen gewölbt ist, der Zapfen (13) einen Halsabschnitt (13c) aufweist, der gegenüber einem Scheitel (13b) der Wölbung des Laufbahnabschnitts (13a) verjüngt ist und der an den Laufbahnabschnitt (13a) anschließt und den Laufbahnabschnitt (13a) mit dem Ringkörperabschnitt (11) verbindet, wobei der Halsabschnitt (13c) eines Zapfenabschnitts (13) in einer durch die Mittelachse (M) und die Zapfenachse (Z) dieses Zapfenabschnitts (13) aufgespannten Schnittebene ausgehend von seinem Anschluss an den Laufbahnabschnitt (13a) einen kontinuierlich zunehmenden Querschnitt aufweist.
5. Tripodestern (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsabschnitt (13c) in einer die Zapfenachsen (Z) enthaltenden Schnittebene ausgehend von seinem Anschluss an den nach außen gewölbten Laufbahnabschnitt (13a) einen durchgängig konstanten Krümmungsradius (R) aufweist.
6. Tripodestern (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsabschnitt (13c) einen um die Zapfenachse (Z) gleichbleibenden Krümmungsradius (R) aufweist.
7. Tripodestern (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Halsabschnitts (13c) im Anschluss an den Laufbahnabschnitt (13a) kleiner ist als der Querschnitt des Laufbahnabschnitts (13a) am Scheitel (13b) seiner Wölbung und im weiteren Verlauf in Richtung Ringkörperabschnitt (11) den Querschnitt am Scheitel (13b) der Wölbung überschreitet.
8. Tripodestern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörperabschnitt (11) in Richtung der Mittelachse (M) eine Länge L_R aufweist, der Zapfenabschnitt am Scheitel (13b) in Richtung der Mittelachse (M) einen Durchmesser Dz aufweist und dass gilt: $${\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,02}\le {\text{L}}_{\text{R}}\le {\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,22,}$$

   

   vorzugsweise $${\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,09}\le {\text{L}}_{\text{R}}\le {\text{D}}_{\text{Z}}\cdot \mathrm{1,22}$$

   
9. Tripodestern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörperabschnitt (11) an seinen axialen Endabschnitten Seitenbänder (11b) aufweist, welche gegenüber einem Mittelabschnitt zwischen den axialen Endabschnitten in ihrem Außendurchmesser verjüngt sind, wobei die Seitenbänder (11b) mit der jeweiligen Stirnseite (11c) des Ringkörperabschnitts (11) eine Außenkante (11d) definieren, wobei die Außenkante (11d) im Bereich in Umfangsrichtung um die Mittelachse zwischen den Zapfenabschnitten (13) einen größeren Abstand zur Mittelachse (M) aufweist als im Bereich der Zapfenabschnitte (13) selber.
10. Tripodestern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis des maximalen Abstands R_RN im Bereich zwischen den Zapfenabschnitten (13) zu dem maximalen Abstand R_ZN im Bereich der Zapfenabschnitte (13) gilt $${\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,05}\le {\text{R}}_{\text{RN}}\le {\text{R}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,25,}$$

    

    vorzugsweise $${\text{D}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,10}\le {\text{L}}_{\text{RN}}\le {\text{D}}_{\text{ZN}}\cdot \mathrm{1,14.}$$

    

Images