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Die Erfindung betrifft ein Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil, das drei umfangsverteilte Längsausnehmungen aufweist, und mit einem Gelenkinnenteil, das drei radiale Zapfen aufweist, die in die Längsausnehmungen eingreifen, wobei auf den Zapfen jeweils ein Rollenkörper auf einem Rollenträger drehbar gelagert ist, wobei die Rollenkörper in den Längsausnehmungen geführt sind und radial verschiebbar auf den Zapfen gehalten sind, wobei zwischen dem Rollenträger und dem Zapfen Wälzlagermittel für eine Bewegung in radialer Richtung vorgesehen sind.
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Tripodegelenke werden beispielsweise als Antriebswellen bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Seitenwellen eingesetzt. Über die Seitenwellen erfolgt eine dynamische Verbindung zwischen einem Getriebe und Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Dabei erlaubt die Ausgestaltung des Tripodegelenks Relativbewegungen zwischen dem Getriebe und der Aufhängung der Räder. Dafür kann sich das Gelenkaußenteil relativ zum Gelenkinnenteil, das mit einer Welle drehfest verbunden ist, axial bewegen, wobei die Rollenkörper in den Längsausnehmungen des Gelenkaußenteils geführt sind. Eine Drehmomentübertragung erfolgt dabei von den Rollenkörpern auf Innenseiten der Längsausnehmungen unabhängig von ihrer axialen Lage.
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Bei Rotation unter Abwicklung verschieben sich die Rollenkörper relativ zum Tripodezapfen zyklisch in radialer Richtung. Diese Bewegung unter Last erzeugt Reibungskräfte, die Axialschwingungen der Gelenkwelle anregen können.
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Bei einer Gleitlagerung sind sogenannte Slip-Stick Effekte beim Übergang von Haftreibung zu Gleitreibung jedoch nicht ganz zu vermeiden. Diese machen sich beispielsweise in Form von Vibrationen oder durch eine Geräuschentwicklung bemerkbar. Zusätzlich verringert die Reibung zwischen Rollenkörper und Rollenträger bzw. Zapfen einen Wirkungsgrad des Tripodegelenks.
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In
US 5,348,512 A ist daher vorgeschlagen, zwischen Rollenträger und Zapfen Wälzlagermittel vorzusehen, die eine radiale Bewegung zwischen Rollenträger und Zapfen mit wenig Reibung ermöglichen. Diese Wälzlagermittel weisen dafür mehrere symmetrisch um den Zapfen angeordnete Sätze an kreiszylindrischen Wälzkörpern auf. Allerdings benötigt diese Ausbildung relativ viel Bauraum und weist eine relativ hohe Masse auf.
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In
EP 0 441 671 A1 ist ein Tripodegelenk beschrieben, wobei Wälzlagermittel sowohl rotatorische Bewegungen als auch radiale Bewegungen des Rollenkörpers gegenüber dem Zapfen ermöglichen. Dafür sind kugelförmige Wälzkörper und kreiszylindrischen Wälzkörpern als Wälzlagermittel miteinander kombiniert. Bei dieser Lösung treten jedoch relativ hohe Belastungen durch die punktförmigen Kontaktflächen der kugelförmigen Wälzkörper auf, so dass der Einsatz derartiger Tripodegelenke auf die Übertragung niedriger Drehmomente beschränkt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Tripodegelenk anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Insbesondere soll eine reibungsarme radiale Relativbewegung zwischen Zapfen und Rollenkörper bei kompakter Bauweise ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Tripodegelenk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Rollenträger in einer ersten Drehmomentrichtung um eine Gelenklängsachse über die Wälzlagermittel und in einer zweiten Drehmomentrichtung um die Gelenklängsachse über eine Gleitlageranordnung am Zapfen in radialer Richtung gelagert ist.
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Die Wälzlagermittel sind also unsymmetrisch bezüglich einer Rotationsachse der Rollenkörper angeordnet. Dadurch sind die Wälzlagermittel nur in einer Drehmomentrichtung wirksam, während in entgegengesetzter Richtung die Gleitlageranordnung wirksam ist. Die Gleitlageranordnung weist einen sehr einfachen Aufbau auf und benötigt keine zusätzlichen Elemente. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass über einen Großteil der Betriebszustände die Drehrichtung und damit die Kraft- bzw. Drehmomentrichtung immer die Gleiche ist. In dieser Richtung sind dann die Wälzlagermittel wirksam, während in entgegengesetzter Richtung die Gleitlageranordnung wirksam ist. Bei einem Drehmoment in einer ersten Drehrichtung, z. B. einer Vorwärtsrichtung, erfolgt dann beispielsweise eine Kraftübertragung vom Gelenkinnenteil auf das Gelenkaußenteil im ersten Umfangsbereich, in dem die Wälzlagermittel vorgesehen sind. Bei einem Drehmoment in einer zweiten Drehrichtung, also einer Rückwärtsrichtung, erfolgt eine Kraftübertragung im zweiten Umfangsbereich, in dem die Gleitlageranordnung vorgesehen ist.
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Der erste und der zweite Umfangsbereich sind gegenüberliegend zu Führungsflächen der Längsausnehmungen angeordnet, an denen die Rollenkörper je nach Drehrichtung anliegen. Dabei kann der erste Umfangsbereich einen Winkelbereich kleiner als 180°, insbesondere nur von etwa 90° überdecken. Es ist festgestellt worden, dass durch eine Wälzlagerung in der Hauptantriebsrichtung bereits eine Verbesserung des Wirkungsgrades und eine Verminderung von Vibrationen erzielt wird. Insbesondere ergibt sich damit eine geringe Axialkraftanregung. Durch die unsymmetrische Ausbildung kann die Bauform des Tripodegelenks dennoch kompakt gehalten werden. Das Gelenk kann dementsprechend kostengünstig hergestellt werden.
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Vorzugsweise weist der Zapfen ein Zwischenelement mit einem zumindest teilkreisförmigen Querschnitt auf, wobei die Wälzlagermittel zwischen Zapfen und Zwischenelement angeordnet sind. Das Zwischenelement liegt dann im ersten Umfangsbereich an einer Innenseite des Rollenträgers an. Die Gleitlageranordnung kann zwischen einer Außenseite des Zapfens und der Innenseite des Rollenträgers ausgebildet sein. Das Vorsehen eines Zwischenelementes ermöglicht den Einsatz handelsüblicher Rollenträger. Am Rollenträger muss dann keine Kontaktfläche für die Wälzlagermittel vorgesehen sein. Dadurch kann die äußere Bauform des Tripodegelenks beibehalten werden.
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Vorzugsweise umfassen die Wälzlagermittel kreiszylindrische Wälzkörper. Eine Rotationsachse der Wälzkörper kann parallel zu der Gelenklängsachse verlaufen. Kreiszylindrische Wälzkörper sind relativ einfach herstellbar. Dabei kann auch auf frei am Markt erhältliche Wälzkörper, beispielsweise für Rollenlager und Nadellager, zurückgegriffen werden, was den Aufwand zur Herstellung des Tripodegelenks weiter reduziert. Durch die Anordnung der Wälzkörper derart, dass deren Rotationsachsen parallel zu eine Welle verlaufen, die das Drehmoment zum Tripodegelenk überträgt, ergibt sich eine verlustfreie radiale Lagerung.
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Vorzugsweise sind die Wälzkörper an einer dem Zapfen zugewandten Seite des Zwischenelements, die insbesondere mindestens eine ebene Kontaktfläche aufweist, formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten. Die Wälzkörper sind also unverlierbar am Zwischenelement befestigt. Dafür kann das Zwischenelement eine Nut aufweisen, in der die Wälzkörper angeordnet sind, es ist aber auch möglich, die Wälzkörper beispielsweise über einen Käfig am Zwischenelement unverlierbar zu halten.
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Vorzugsweise weist der Zapfen auf seiner dem Zwischenelement zugewandten Seite mindestens eine ebene Lagerfläche auf, mit der die Wälzkörper zusammenwirken. Dadurch ergibt sich eine Linienberührung zwischen den Wälzkörpern und dem Zapfen. Dabei lässt sich eine ebene Lagerfläche relativ einfach herstellen.
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Vorteilhafterweise ist das Zwischenelement in einer Ausnehmung des Zapfens aufgenommen, die in radialer Richtung eine größere Erstreckung aufweist als das Zwischenelement. Das Zwischenelement kann sich dann innerhalb der Ausnehmung radial bewegen und ist an den jeweiligen Enden des Radialweges gegen Herausfallen z. B. durch Formschluss oder Sicherungsmittel gesichert.
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Nach einer ersten Ausführungsform umfassen die Wälzlagermittel einen Satz von Wälzlagerkörpern, wobei die Wälzlagerkörper parallel zur Längsachse des Tripodegelenks angeordnet sind. Die Wälzlagermittel sind zueinander radial benachbart in Bezug auf die Längsachse des Tripodegelenks angeordnet.
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In einer zweiten Ausführungsform weisen die Wälzlagermittel zwei Sätze an Wälzlagern auf, die zwischen dem Zwischenelement und dem Zapfen angeordnet sind, wobei die Sätze in einem Winkel zwischen 0° und 90°, zueinander angeordnet sind. Die Kontaktfläche und die Lagerfläche weisen jeweils zwei Teilbereiche auf, die im gleichen Winkel wie die Sätze angeordnet sind. Dadurch wird durch die Wälzlagermittel ein etwas größerer Umfangsbereich abgedeckt. Dabei lassen sich größere Kräfte bei vergleichbarer Baugröße übertragen.
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Vorzugsweise ergänzt eine Außenfläche des Zwischenelements eine Außenfläche des Zapfens zu einer kreiszylindrischen Umfangsfläche. Dadurch kann als Rollenträger ein Ring mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt verwendet werden. Es ist sogar denkbar, den gleichen Rollenträger zu verwenden wie bei Tripodegelenken, die keine radiale Wälzlagermittel aufweisen. Die Lagerhaltung wird damit stark vereinfacht und die Herstellungskosten für den Rollenträger werden gesenkt.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Rollenkörper und dem Rollenträger ein Rollenlager, insbesondere ein Nadellager, für eine Rotation des Rollenkörpers um den Rollenträger ausgebildet. Eine Rotation der Rollenkörper um den Rollenträger und damit um den Zapfen ist damit sehr reibungsarm möglich.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 ein Tripodegelenk in axialer Ansicht gemäß Stand der Technik,
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2 ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk mit Wälzlagermitteln einer ersten Ausführungsform in axialer Ansicht, teilweise geschnitten,
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3 ein Zwischenelement mit Wälzlagermitten des Tripodegelenks nach 2 im Detail,
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4 eine Anordnung für ein Tripodegelenk in einer zweiten Ausführungsform in geschnittener Darstellung gemäß Schnittlinie IV-IV aus 5,
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5 die Anordnung aus 4 gemäß Schnittlinie V-V aus 4 und
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6 eine Anordnung für ein Tripodegelenk in einer dritten Ausführungsform im Radialschnitt durch den Rollenkörper.
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In 1 ist zur Veranschaulichung ein bekanntes Tripodegelenk, mit einem Gelenkaußenteil 1 dargestellt, das drei über einen Umfang gleichmäßig verteilte Längsausnehmungen 2 aufweist, die von einer zentralen Innenausnehmung 3 ausgehen und in axialer Richtung verlaufen. Die Längsausnehmungen 2 bilden jeweils sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen 4, 5 aus. Das Gelenkaußenteil weist ferner Schraubenlöcher 6 auf.
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Im Gelenkaußenteil 1 ist ein Gelenkinnenteil 7 gehalten, das ein Zentralteil 8 und davon in Radialrichtung ausgehende Zapfen 9 aufweist, an denen Rollenkörper 10 gelagert sind. Die Rollenkörper 10 liegen je nach Drehmomentrichtung an einer der Bahnen 4, 5 der Längsausnehmungen 2 an und gewährleisten damit eine Drehmomentübertragung. Eine Innenöffnung 11 mit einer Innenverzahnung 12 des Zentralteils 8 dient zum Einstecken einer Einsteckwelle wie beispielsweise einer Seitenwelle, mit der das Drehmoment eines Motors auf Antriebsräder übertragen wird.
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Die 2 und 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk in axialer Ansicht, teilweise geschnitten, in einer ersten Ausführungsform. An einem Umfangsbereich der Zapfen 9 ist über Wälzlagermittel 13 mit kreiszylindrischen Wälzkörpern 14 ein Zwischenelement 15 radial beweglich gehalten. Die radiale Richtung bezieht sich dabei auf die Achse der Welle, die durch die Innenöffnung 11 des Gelenkinnenteils 7 führbar ist. Sie entspricht der radial von der Wellenachse ausgehenden Richtung.
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Um den Zapfen 9 ist ein Rollenträger 16 angeordnet, wobei der Rollenkörper um den Rollenträger 16 und den Zapfen 9 rotierbar gelagert ist.
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An einem Umfangsbereich, der dem Zwischenelement 15 diametral gegenüber liegt, ist der Rollenträger 16 über eine Gleitlageranordnung 21 am Zapfen 9 gelagert, die eine radiale Bewegung des Rollenträgers 16 gegenüber dem Zapfen 9 erlaubt. Ein in Bezug auf die Zapfenachse radialer Vorsprung 17 des Zapfens an seiner radialen Außenseite begrenzt dabei eine Axialbewegung des Rollenträgers 16 entlang des Zapfens nach außen. Axial nach innen, entsprechend radial in Bezug auf die Gelenkachse, ist die Bewegung des Rollenträgers durch das Zentralteil 8 beschränkt.
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In 3 ist das Zwischenelement 15 im Detail dargestellt. An einer ebenen Kontaktfläche 18 sind die Wälzkörper 14 abgestützt, wobei die Wälzkörper 14 an ihren Stirnseiten im Zwischenelement 15 geführt sind. Das Zwischenelement 15 weist einen teilkreisförmigen Querschnitt auf, so dass es im eingesetzten Zustand eine Außenseite des Zapfens zu einer kreiszylindrischen Mantelfläche ergänzt.
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Die 4 und 5, welche im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine Tripodeanordnung eines erfindungsgemäßen Tripodegelenks in einerzweiten Ausführungsform. Diese entspricht in weiten Teilen der Ausführungsform gemäß den 1 und 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei der obigen Ausführungsform.
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Bei der Tripodeanordnung gemäß den 4 und 5 sind mehrere Wälzkörper 14 vorgesehen, die direkt am Zapfen 9 gelagert sind. Die Wälzkörper 14 sind in zwei Sätzen 14a, 14b angeordnet, die zwischen sich einen Winkel von etwa 90° einschließen. Dabei sind die Wälzkörper 14 über einen Sicherungsring 23 am Zwischenelement 15 gesichert.
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Der Rollenträger 16 weist einen kreisförmigen Innenquerschnitt auf. Aufgrund der Vielzahl an Wälzkörpern ergibt sich insgesamt eine relativ große Fläche zur Kraftübertragung, so dass die Materialbelastung keine unzulässigen Werte annimmt. Insgesamt ergibt sich dadurch ein sehr einfacher Aufbau kompakter Bauform.
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Zwischen Rollenträger 16 und Rollenkörper 10 ist ein Rollenlager 19 mit kreiszylindrischen Lagerelementen 20 angeordnet, das eine reibungsarme Rotation des Rollenkörpers 10 um den Rollenträger 16 ermöglicht. Diametral gegenüber zu den Wälzlagermitteln 13 ist eine Gleitlageranordnung 21 ausgebildet. Während in einer ersten Drehmomentrichtung radiale Bewegungen des Rollenträgers 16 mit dem Rollenkörper 10 gegenüber dem Zapfen 9 über die Wälzlagermittel erfolgen, ist in einer zweiten, der ersten Drehmomentrichtung entgegengesetzten Drehmomentrichtung die Gleitlageranordnung aktiv.
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In 5 ist die Tripodeanordnung gemäß Schnittlinie V-V aus 4 gezeigt. Jedem Satz 14a, 14b ist am Zapfen 9 eine ebene Lagerfläche zugeordnet, auf der die Wälzkörper 14 radial bewegbar sind. Es ist insbesondere in der linken Bildhälfte von 5 erkennbar, dass die Wälzkörper 14 direkt zwischen dem Zapfen 9 und dem Rollenträger 16 oder einem nicht dargestellten Zwischenelement angeordnet und gegenüber den genannten Bauteilen abgestützt sind.
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6 zeigt eine gegenüber der Ausführungsform nach 4 und 5 leicht abgewandelte Ausführungsform, die sich nur dadurch unterscheidet, dass die Wälzkörper 14a, 14b nicht durch einen Sicherungsring, sondern über angeformte oder separate Halteelemente bzw. Stegelemente 22 am Zapfen 9 gelagert sind. Der Rollenträger 16 bzw. ein Zwischenelement weist bei dieser Ausführungsform zwei ebene Kontaktflächen auf, so dass eine belastbare Linienberührung erzeugt wird.
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Das erfindungsgemäße Tripodegelenk, weist eine drehrichtungsabhängige, unsymmetrische Kombination von Wälzlagermitteln mit einer Gleitlageranordnung für die radiale Bewegung der Rollenträger auf. Durch diese Ausbildung kann das Tripodegelenk relativ kompakt sein, wobei in einer Vorzugsdrehmomentrichtung, in der die Wälzlagermittel wirksam sind, eine Reduzierung der Axialkraftanregung und von Reibungsverlusten erhalten wird. Dabei benötigen die Wälzlagermittel nur relativ wenig Bauraum, da sie sich nur über einen begrenzten Umfangsbereich des Zapfens erstrecken. Der Zapfen kann daher relativ stabil ausgebildet sein. Das Tripodegelenk kann somit relativ große Drehmomente übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkaußenteil
- 2
- Längsausnehmung
- 3
- Innenausnehmung
- 4
- Bahn
- 5
- Bahn
- 7
- Gelenkinnenteil
- 8
- Zentralteil
- 9
- Zapfen
- 10
- Rollenkörper
- 11
- Innenöffnung
- 12
- Keilverzahnung
- 13
- Wälzlagermittel
- 14
- Wälzkörper
- 15
- Zwischenelement
- 16
- Rollenträger
- 17
- Vorsprung
- 18
- Kontaktfläche
- 19
- Rollenlager
- 20
- Lagerelemente
- 21
- Gleitlageranordnung
- 22
- Halteelemente
- 23
- Sicherungsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5348512 A [0005]
- EP 0441671 A1 [0006]
