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Die Erfindung betrifft ein Tripodegelenk
mit einem Gelenkaußenteil
mit einer ersten Längsachse und
mit einer Innenausnehmung und drei diese erweiternden gleichmäßig umfangsverteilten
Ausnehmungen, die jeweils Paare von sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden
Laufbahnen bilden, einem Tripodestern mit einer zweiten Längsachse
und mit einer Nabe und drei radial an dieser angeordneten gleichmäßig umfangsverteilten
Tripodezapfen, die jeweils Zapfenköpfe mit einem Kugelflächenabschnitt bilden,
sowie mit Rollenanordnungen aus einem ringförmigen Rollenträger, auf
dem Rollenträger
umlaufenden Lagernadeln und auf den Lagernadeln drehbar gelagerten
Laufrollen, wobei die Rollenträger
jeweils auf der Rollenträgerinnenseite
eine zylindrische Zapfenkontaktfläche und auf der Rollenträgeraußenseite
eine zylindrische Nadelkontaktfläche
aufweisen, wobei auf jedem der Zapfenköpfe eine Rollenanordnung gehalten
ist und jede der Rollenanordnungen in einer der Ausnehmungen geführt ist,
wobei die Rollenträger
schwenkbar und längs
einer Zapfenachse verschiebbar auf den Zapfenköpfen angeordnet sind und die
Laufrollen mit zur ersten Längsachse
im wesentlichen achsnormalen Rollenachsen auf den Laufbahnen abrollen.
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Tripodegelenke der vorstehend bezeichneten
Art werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung AAR-Tripodegelenke
seit längerem
hergestellt und vertrieben. Sie kommen insbesondere in Antriebswellen,
d. h. Seitenwellen, von Kraftfahrzeugen zum Einsatz, die der Antriebsverbindung
zwischen einem Differentialgetriebe und den Antriebsrädern dienen.
Hierbei werden üblicherweise
auf der Radseite sogenannte Gleichlaufkugelfestgelenke und am Differential
die genannten AAR-Tripodegelenke als Verschiebegelenke verwendet.
Die genannten ARR-Tripodegelenke sind bisher für Beugewinkel in der Größenordnung
von 23°–26° ausgelegt.
Im Trend des zunehmenden Anteils von Offroad-Fahrzeugen und SUV-Fahrzeugen werden
größere Betriebsbeugewinkel
verlangt, die bisher zum Ersatz der genannten AAR-Tripodegelenke durch
ebenfalls axialverschiebliche Doppel-Offset-Gelenke (DO-Verschiebegelenke)
oder durch eine Kombination von Gleichlaufkugelfestgelenken und
Axialverschiebeeinheiten führen.
Diese Lösungen
sind entweder weniger günstig
im NVH (noise, vibration, harshness)-Veralten (DO-Verschiebegelenke)
oder in der Herstellung deutlich teurer (Kugelfestgelenke mit zusätzlichen
Verschiebeeinheiten).
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, AAR-Tripodegelenke bereitzustellen, die für vergrößerte Betriebsbeugewinkel
geeignet sind.
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Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen,
daß die
Rollenträger
jeweils auf der Rollenträgeraußenseite
Anschlagbunde haben, die die Nadelkontaktfläche begrenzen und die mit axialem Verschiebespiel
in Richtung der Rollenachsen zwischen Axialsicherungsmitteln verliersicher
gegenüber
den Laufrollen gehalten sind, und daß die Rollenträger jeweils
auf der Rollenträgerinnenseite,
auf die erste Längsachse
bezogen, zumindest radial innen Zylinderansätze haben, die die Zapfenkon taktflächen über die
Erstreckung der Nadelkontaktflächen
hinaus, bezogen auf die Rollenachsen, axial verlängern.
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Hiermit wird erreicht, daß sich die
Rollenträger
jeweils bei einer Abwinkelbewegung zwischen Tripodestern und Gelenkaußenteil
und dem Eintauchen der Zapfenköpfe
innerhalb der Ausnehmungen nach radial innen so mit den jeweiligen
Zapfenköpfen mitbewegen,
daß ein
wirksamer Kontakt der Kugelfläche
der Zapfenköpfe
mit der innenzylindrischen Zapfenkontaktfläche der Rollenträger erhalten
bleibt. Die Rollenträger
gleiten dabei mit der außen
zylindrischen Nadelkontaktfläche
axial in Richtung der Rollenachsen bei gleichzeitiger Abwälzbewegung
auf den Nadellagern, sofern die Abwinklung des Gelenkes bei gleichzeitiger
Drehbewegung erfolgt. Die Reibungskräfte, die die Rollenträger axial
in Richtung der Rollenachsen verschieben, werden dabei von der Kugelabschnittsfläche der
Zapfenköpfe
auf die Zapfenkontaktflächen
der Rollenträger
ausgeübt.
Zwischen Kugelköpfen
und Rollenträgern
findet keine relative Drehbewegung statt. Wird das Gelenk aus einer
Winkelstellung anschließend
wieder in die gestreckte Lage gebracht, werden die Rollenträger über die
gleichen Reibungskräfte
zwischen Kugelabschnittsfläche
der Zapfenköpfe
und Zapfenkontaktfläche
der Rollenträger
nach radial außen
in den Ausnehmungen zurückgeführt, bis
sie gegebenenfalls an den radial äußeren Axialsicherungsmitteln
anschlagen.
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In günstiger Ausführung umfassen
die Axialsicherungsmittel jeweils zumindest jeweils einen Sicherungsring,
der in eine innenliegende Ringnut in den Laufrollen eingreift. Die
Laufrollen können
als zweite axiale Sicherungsmittel einen innen einstöckig angeformten
Bund haben, der einem Sicherungsring in seiner Funktion entspricht.
Hierbei ist eine leichte Axialmontage von Rolle, Lagernadeln und
Rollenträger
möglich.
In be vorzugter Ausführung
weisen die Axialsicherungsmittel jedoch jeweils zwei gleichartige
Sicherungsringe auf, die in zwei gleichartige innenliegende Ringnuten
in jeder Laufrolle eingreifen und den Rollenträger mit dem erfindungsgemäßen Verschiebespiel
zwischen sich verliersicher einschließen.
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Die gewünschten vergrößerten Gelenkbeugewinkel
werden bei gegebener unveränderter
Konstruktion von Gelenkaußenteil
und Tripodestern alleine durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rollenanordnungen
mit axialem Verschiebespiel in Richtung der Rollenachsen erzielt.
Hierbei sind in bevorzugter Ausführung
an den Rollenanordnungen jeweils die axiale Länge des inneren Zylinderansatzes und
die Größe des axialen
Verschiebespiels so bemessen, daß bei einem Gelenkbeugewinkel
von zumindest 27°,
insbesondere von über
29°, möglichst bis
zu 31°,
die Kugelflächenabschnitte
der Zapfenköpfe
tragenden Kontakt mit den Zapfenkontaktflächen der Rollenträger haben.
Das genannte Verschiebespiel SA kann hierbei zumindest 5% der tragenden
Länge der
Lagernadeln betragen, vorzugsweise sogar über 10 dieser Länge und
insbesondere im Bereich von 20–25%
der tragenden Länge
der Lagernadeln liegen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß an
den Rollenträgern,
auf die erste Längsachse
bezogen, jeweils radial außen
Zapfenkontaktflächen
und Nadelkontaktflächen
bündig
abschließen.
Hiermit kann Gewicht am Rollenträger
eingespart werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
ist vorgesehen, daß die
Rollenträger,
auf die erste Längsachse
bezogen, auch jeweils radial außen
Zylinderansätze
haben, die die Zapfenkontaktflächen über die
Erstreckung der Nadelkontaktflächen
hinaus, bezogen auf die Rollenachsen, axial verlängern. Hiermit kann der Rol lenträger zur
Vereinfachung der Montage symmetrisch ausgeführt werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, die nachfolgend beschrieben
werden.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk
im Querschnitt durch den Tripodestern;
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk
nach 1 im Längsschnitt
durch einen Tripodezapfen;
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3 zeigt
einen Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Rollenanordnung längs der
Rollenachse gemäß einer
ersten Ausführung;
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4 zeigt
einen Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Rollenanordnung längs der
Rollenachse gemäß einer
zweiten Ausführung;
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5 zeigt
ein Tripodegelenk mit einer Rollenausführung nach 4 im Querschnitt unter einem Beugewinkel
von 17° mit
einer vergrößerten Einzelheit;
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6 zeigt
ein Tripodegelenk mit einer Rollenausführung nach 4 im Querschnitt unter einem Beugewinkel
von 31° mit
einer vergrößerten Einzelheit.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk
im Querschnitt, an dem ein Gelenkaußenteil 11, ein als
sogenannter Tripodestern 12 bezeichnetes Gelenkinnenteil
sowie drei Rollenanordnungen 13 zu erkennen sind. Das auch
als Gelenktulpe bezeichnete Gelenkaußenteil 11 hat eine
Innenausnehmung 14 und drei gleichmäßig umfangsverteilte Ausnehmungen
oder Erweiterungen 15, die jeweils von einer der Rollenanordnungen 13 eingenommen
werden. Die Ausnehmungen 15 bilden Paare von sich in Umfangsrichtung
gegenüberliegenden
hohlkehlenförmigen
Laufbahnen 16. Der Tripodestern 12 weist einen
ringförmigen
Nabenkörper 17 auf,
der eine Innenausnehmung 18 zum Einstecken einer Welle
hat. An der Nabe sind drei gleichmäßig umfangsverteilte Tripodezapfen 19 angeordnet,
die jeweils einen eingeschnürten
Zapfenhals 20 und einen mit einer teilkugeligen Führungsfläche 22 versehenen
Zapfenkopf 21 umfassen. Die Rollenanordnungen 13 umfassen
jeweils einen im wesentlichen hohlzylindrischen Rollenträger 23,
Lagernadeln 24 und außenballige
Laufrollen 25. Lagernadeln und Rollenträger sind gegenüber den
Laufrollen 25 mittels Sicherungsringen 26, 27 mit
Verschiebespiel verliersicher gehalten.
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In 2 sind
gleiche Einzelheiten wie in 1 mit
gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die dortige Beschreibung wird
insoweit Bezug genommen, als die Einzelheiten hier nicht ausdrücklich erwähnt sind.
Im Längsschnitt
durch das Tripodegelenk ist erkennbar, daß das Gelenkaußenteil 11 eine Öffnung 31 aufweist,
durch die eine Welle in das Gelenkinnenteil eingesteckt werden kann;
weiterhin einen Gelenkboden 32 und einen sich daran anschließenden Zapfen 33,
der am Ende mit einem Wellenprofil 34 versehen ist. Die
Achse des Gelenkaußenteils
ist hier mit A11 bezeichnet. Im Schnitt wird der Innenraum 14 und
eine der Ausnehmungen 15 erkennbar, die mittig geschnitten
ist. Im übrigen
ist hier nur eine der Rollenanordnungen 13 und einer der
Tripodezapfen 19 bezeichnet, die im Axialschnitt erkennbar
sind. Die Achse des Tripodesterns 12 ist mit A12 be zeichnet
und verläuft
in dieser Darstellung koaxial zur Achse A11 des Gelenkaußenteils 11.
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Aus den 1 und 2 wird
zunächst
deutlich, daß während einer
Rotationsbewegung von Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil
der Tripodestern 12 axial gegenüber dem Gelenkaußenteil 11 verschiebbar
ist, wobei die Laufrollen 25 eine nadelgelagerte Rollbewegung
auf den Rollenträgern
23 ausüben können. Es
wird weiterhin bereits verständlich,
daß bei
einer Abwinkelung der Achsen A12 und A11 relativ zueinander die
Rollenanordnungen 13 formschlüssig in einer achsnormalen
Position der Rollenachsen AR gegenüber der Achse A11 gehalten
werden, während
die Tripodezapfen 19 mit der Zapfenachsen AZ gleichzeitig
gegenüber
den Rollenachsen AR in der durch die Achsen A11 und A12 aufgespannten
Abwinkelungsebene um den gleichen Winkel geneigt werden, wie die
Achse A12 gegenüber der
Achse A11 gebeugt wird. Hierbei muß gleichzeitig notwendig eine
Radialbewegung der Zapfenköpfe 21 innerhalb
der Rollenträger 23 nach
innen erfolgen. Auf diese Situation wird später nochmals eingegangen.
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3 ist
eine erfindungsgemäße Rollenanordnung
im Halbschnitt durch die Rollenachse nach einer ersten Ausführung dargestellt.
Der zugehörige Tripodezapfen 19 ist
ebenfalls erkennbar, wobei die relative Position dargestellt ist,
die bei gestrecktem Gelenk mit zusammenfallenden Achsen A11 und
A12 eingenommen wird. Mit WZ ist die Wirklinie eingezeichnet, mit
der die Kugelfläche 22 des
Zapfenkopfes 21 auf den Rollenträger 23 der Rollenanordnung einwirkt.
Mit WR ist die Wirklinie bezeichnet, mit der die Bahn 16 im
Gelenkaußenteil
auf die Laufrolle 25 einwirkt. Aus dem Parallelversatz
der beiden Wirklinien wird deutlich, daß bei Drehmomentübertragung ein
Kippmoment auf die Rollenanordnung ausgeübt wird, so daß sie bei
gestrecktem Gelenk eine stabile Anlageposition innerhalb der Bahnen
einnimmt. Die Lagernadeln 24 ebenso wie der Rollenträger 23 werden
durch zwei Sicherungsringe 26, 27 verliersicher gegenüber der
Laufrolle 25 gehalten. Hierbei greifen die zwei Sicherungsringe
in Innennuten 36, 37 ein, die in der zylindrischen
Innenfläche
der Laufrolle 25 ausgebildet sind. Der Rollenträger 23 ist
auf seiner Außenseite
von zwei Anschlagbunden 38, 39 mit axialem Verschiebespiel
zwischen den Sicherungsringen 26, 27 gehalten
und weist bezogen auf die nicht dargestellte Achse des Tripodesterns
radial innen einen Zylinderansatz 42 auf. Die axiale Länge der
auf der Außenseite
liegenden Nadelkontaktfläche 41 ist um
das Verschiebespiel SA kleiner als der Innenabstand zwischen den
Sicherungsringen 26, 27. Die Länge der Zapfenkontaktfläche 40 auf
der Innenseite entspricht dem Innenabstand zwischen den Sicherungsringen 26, 27.
Das genannte axiale Verschiebespiel SA ergibt sich durch die verkürzte Nadelkontaktfläche 41 auf
der Außenseite
des Rollenträgers 23 gegenüber der
Zapfenkontaktfläche 40 auf
der Innenseite des Rollenträgers 23.
Für die
Funktion des erfindungsgemäßen Gelenkes
wesentlich ist die Verschiebbarkeit des Rollenträgers 23 nach radial
innen gegenüber
der Laufrolle 25 bezogen auf die Achse des Tripodesterns,
die größere Bewegungen
des Zapfenkopfes 21 bei Abwinklung des Gelenkes ermöglicht,
indem der Zapfenkopf 21 den Rollenträger 23 über Reibungskräfte nach
radial innen mitnimmt und dabei die Zapfenkontaktfläche 40 so
weit verschiebt, daß der
Kontakt zum Zapfenkopf 21 nicht verlorengeht. Die damit
möglichen
größeren Bewegungen
des Zapfenkopfes entsprechen größeren Abwinkelbewegungen
des Gelenkes.
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4 ist
eine erfindungsgemäße Rollenanordnung,
wie sie bereits in 3 dargestellt
ist, im Halbschnitt durch die Rollenachse in einer abgewandelten
Ausführung
dargestellt. Der zugehörige
Tripodezapfen 19 ist wieder erkennbar, wobei die relative Position
dargestellt ist, die bei gestrecktem Gelenk mit zusammenfallenden
Achsen A11 und A12 eingenommen wird. Mit WZ ist die Wirklinie eingezeichnet, mit
der die Kugelfläche 22 des
Zapfenkopfes 21 auf den Rollenträger 23 der Rollenanordnung
einwirkt. Mit WR ist die Wirklinie bezeichnet, mit der die Bahn 16 im
Gelenkaußenteil
auf die Laufrolle 25 einwirkt. Aus dem Parallelversatz
der beiden Wirklinien wird deutlich, daß bei Drehmomentübertragung
ein Kippmoment auf die Rollenanordnung ausgeübt wird, so daß sie bei
gestrecktem Gelenk eine stabile Anlageposition innerhalb der Bahnen
einnimmt. Die Lagernadeln 24 ebenso wie der Rollenträger 23 werden durch
zwei Sicherungsringe 26, 27 verliersicher gegenüber der
Laufrolle 25 gehalten. Hierbei greifen die zwei Sicherungsringe
in Innennuten 36, 37 ein, die in der zylindrischen
Innenfläche
der Laufrolle 25 ausgebildet sind. Der Rollenträger 23 ist
auf seiner Außenseite
von zwei Anschlagbunden 38, 39 mit axialem Verschiebespiel
zwischen den Sicherungsringen 26, 27 gehalten
und weist bezogen auf die nicht dargestellte Achse des Tripodesterns
radial innen einen Zylinderansatz 42 und radial außen einen
Zylinderansatz 43 auf. Die axiale Länge der auf der Außenseite
liegenden Nadelkontaktfläche 41 ist
um das Verschiebespiel SA kleiner als der Innenabstand zwischen
den Sicherungsringen 26, 27. Die Länge der Zapfenkontaktfläche 40 auf
der Innenseite entspricht dem Innenabstand zwischen den Sicherungsringen. Das
genannte axiale Verschiebespiel SA ergibt sich durch eine beidseits
um einen Betrag SA/2 verkürzte Nadelkontaktfläche 41 auf
der Außenseite
des Rollenträgers 23 im
Verhältnis
zur Zapfenkontaktfläche 40 auf
der Innenseite des Rollenträgers 23.
Für die Funktion
des erfindungsgemäßen Gelenkes
wesentlich ist die Verschiebbarkeit nach radial innen gegenüber der
Laufrolle 25 bezogen auf die Achse des Tripodesterns, die
größere Bewegungen
des Zapfenkopfes 21 bei Abwink lung des Gelenkes ermöglicht. Die
Funktion entspricht im übrigen
im wesentlichen der der Rollenanordnung nach 3.
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5 zeigt
das Gelenk nach 1 in
einer Darstellung analog der 1 im
Querschnitt, wobei jedoch die Achse A12 des Tripodesterns 12 gegenüber der
Achse A11 des Gelenkaußenteils 11,
die normal auf der Zeichnungsebene steht, gegenüber dieser senkrecht nach unten
um 17° abgewinkelt
ist. Als Folge dessen hat sich der nach oben weisende Tripodezapfen 19 aus
einer mittigen Schnittposition gegenüber der Zeichnungsebene nach
vorne und die beiden nach schräg
unten weisenden Tripodezapfen aus einer mittigen Schnittposition
gegenüber
der Zeichnungsebene nach hinten bewegt. Als Folge dieser Abwinklungsbewegung
sind die nicht dargestellten Mittelpunkte der Kugelflächen 22 der
Zapfenköpfe 21 und
damit auch die Kontaktpunkte der Zapfenköpfe 21 gegenüber den
Rollenträgern 23 in
der Schnittebene jeweils radial nach innen gewandert. Die Folgen
hiervon lassen sich in der vergrößerten Einzelheit
erkennen. Die Wirklinie WZ des Zapfenkopfes 21 auf den
Rollenträger
liegt nun deutlich radial innerhalb der unveränderten Wirklinie WR des Gelenkaußenteils
gegenüber
der Laufrolle 25, die in der Symmetrieebene der Laufrolle 25 liegt.
Der Rollenträger 23 ist
hier mit durchgezogenen Linien in der radial äußersten Position gegenüber der
Laufrolle 25 und den Lagernadeln 24 gezeigt, die
er einnimmt, wenn er bei Drehmomentfreiheit unter Fliehkrafteinfluß nach radial
außen
wandert. Wenn der Zapfenkopf 21 unter Drehmomentbelastung
aus der äußersten
Position nach radial innen eintaucht, wird der Rollenträger 23 dabei
seine äußerste Position
verlassen und sich in Richtung auf die radial innere Extremposition
zu bewegen, die hier mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist.
Die tatsächliche
Position des Rollenträgers
unter Drehmomentbelastung solle sich zwischen den beiden dargestellten
Positionen befinden.
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6 zeigt
das Gelenk nach 5 in
einer Darstellung analog der 5 im
Querschnitt, wobei jedoch die Achse A12 des Tripodesterns gegenüber der
Achse A11 des Gelenkaußenteils,
die normal auf der Zeichnungsebene steht, gegenüber dieser senkrecht nach unten
um 31° abgewinkelt
ist. Als Folge dessen hat sich der nach oben weisende Tripodezapfen 19 nochmals
weiter gegenüber
der Zeichnungsebene nach vorne und die beiden nach schräg unten weisenden
Tripodezapfen nochmals weiter gegenüber der Zeichnungsebene nach
hinten bewegt. Als Folge dieser Abwinklungsbewegung sind die Mittelpunkte
der Kugelflächen 22 der
Zapfenköpfe 21 und damit
auch die Kontaktpunkte der Zapfenköpfe 21 gegenüber den
Rollenträgern 23 in
der Schnittebene weiter radial nach innen gewandert. Die Folgen
hiervon lassen sich in der vergrößerten Einzelheit
erkennen. Die Wirklinie WZ des Zapfenkopfes 21 auf den Rollenträger liegt
nun mit größerem Abstand
radial innerhalb der unveränderten
Wirklinie WR des Gelenkaußenteils
gegenüber
der Laufrolle, die in der Symmetrieebene der Laufrolle 25 liegt.
Der Rollenträger 23 ist
hier mit durchgezogenen Linien in der radial inneren Extremposition
gegenüber
der Rolle 25 und den Lagernadeln 24 gezeigt, die
er einnimmt, wenn er über
die Reibkräfte
der Kugelfläche 22 auf die
Zapfenkontaktfläche 40 nach
radial innen geschoben wird, wenn das Gelenk aus einer gestreckten
Position mit koaxialen Achsen A11, Al2 in die maximal gebeugte Position
gelangt. Die Kugelfläche 22 des
Zapfenkopfes 21 hat hierdurch weiterhin sicheren Kontakt
mit der Zapfenkontaktfläche 40 des
Rollenträgers 23.
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- 11
- Gelenkaußenteil
- 12
- Tripodestern
- 13
- Rollenanordnung
- 14
- Innenausnehmung
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Laufbahn
- 17
- Nabe
- 18
- Innenöffnung
- 19
- Tripodezapfen
- 20
- Zapfenhals
- 21
- Zapfenkopf
- 22
- Kugelfläche
- 23
- Rollenträger
- 24
- Lagernadeln
- 25
- Laufrolle
- 26
- Sicherungsring
- 27
- Sicherungsring
- 31
- Öffnung
- 32
- Boden
- 33
- Wellenzapfen
- 34
- Wellenprofil
- 35
-
- 36
- Innennut
- 37
- Innennut
- 38
- Bundfläche
- 39
- Bundfläche
- 40
- Zapfenkontaktfläche
- 41
- Nadelkontaktfläche
- 42
- Zylinderansatz
- 43
- Zylinderansatz