DE4429479A1

DE4429479A1 - Tripodegelenk mit Rollensicherung

Info

Publication number: DE4429479A1
Application number: DE4429479A
Authority: DE
Inventors: Michael Ricks; Norbert Hofmann
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2014-08-20
Also published as: ITMI951748A1; JPH0874876A; DE4429479C2; FR2723771A1; GB2292438B; GB2292438A; JP2817095B2; BR9503696A; US5658199A; ITMI951748A0; IT1277451B1; GB9516928D0; FR2723771B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Tripodegelenk mit einem Gelenkaußen teil, das drei umfangsverteilte achsparallele Ausnehmungen auf weist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenkinnen teil mit drei umfangsverteilten Zapfen aufweist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreifen, wobei auf den Zapfen Rollenanordnungen gelagert sind, die jeweils eine Rollen trägeranordnung und eine Rolle umfassen, die über ein Nadellager auf dem Rollenträger drehbar gelagert sind, wobei die Rollen gegenüber dem jeweiligen Zapfen axial zur Zapfenachse verschieb bar und winkelbeweglich zur Rollenachse schwenkbar angeordnet sind, und wobei die Rollen unter Drehmoment belastete Laufflä chen und jeweils radial außen und innen zu diesen benachbart, bezogen auf die Gelenkachse, Stirn- oder Ringflächen besitzen, die mit im Querschnitt durch das Gelenkaußenteil dazu komplemen tären Abschnitten in den Ausnehmungen axial zur Rollenachse abstützend in Anlage kommen.

Aus der JP 4-84923 U ist ein Tripodegelenk der vorstehend ge nannten Art bekannt, bei dem die Rolle außen zylindrisch ist und in Bahnen in den Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreift, die als Rechtecknuten ausgeführt sind. Diese Rollenform hat den wesentlichen Nachteil, daß je nach der Position des Tripodezap fens innerhalb der Rollenanordnung erhöhte Kantenbelastungen an der Rolle auftreten können. Die Art des formschlüssigen Ein griffs der Rolle in die Bahnen begründet die Gefahr einer Ver kantung der Rolle in den Bahnen. Die Rollen sind gegenüber den Rollenträgern durch einen einzigen Sicherungsring axial fixiert, der einen ersten Anschlag für die Nadeln des Nadellagers dar stellt; ein zweiter Anschlag für die Nadeln des Nadellagers ist durch einen radial nach außen vorstehenden Bund am Rollenträger - bezogen auf die Rollenachse - ausgeführt.

Tripodegelenke ähnlicher Art sind in verschiedenen Ausführungen aus der DE 41 30 183 A1 bekannt. Den verschiedenen dort gezeig ten Anordnungen ist gemeinsam, daß sie zur axialen Sicherung der Rollen auf dem Rollenträger - bezogen auf die Rollenachse - entweder beidseitig jeweils einen Sicherungsring oder einseitig einen Sicherungsring in Kombination mit einem einseitig ausge bildeten Bund am Rollenträger aufweisen. Dabei werden axial einseitig belastete Sicherungsringe jeweils in Kombination mit Stützscheiben eingesetzt.

Die hierbei verwendeten axialen Sicherungsmittel zwischen Rol lenträger und Rolle nehmen einen erheblichen axialen Raum ein, der an der verfügbaren Lagerfläche verlorengeht; wird einseitig ein einstückiger Bund am Rollenträger vorgesehen, verteuert und erschwert dies die mechanische Bearbeitung der als Lagerfläche dienenden zylindrischen Außenfläche. Die Reibung im Bereich der Sicherungsmittel ist bei Drehung der Rolle auf dem Rollenträger erheblich.

Soweit hierbei Rollen verwendet werden, deren kugelabschnitts förmige Laufflächen ein Verschwenken in den Bahnen zulassen würden, ist zur Abstützung der Rollenanordnung gegenüber der jeweiligen Ausnehmung ein Kontakt zwischen Rollenträger und Ausnehmungen im Bereich von Stirn- und Ringschulterflächen des Rollenträgers vorgesehen, die über die Kontur der Rolle im Schnitt durch die Rollenachse vorstehen. Dies führt bei gebeug tem Gelenk zu gleitenden Relativbewegungen zwischen dem bei seiner Längsbewegung in der Ausnehmung nicht rotierenden Rollen träger und dem Gelenkaußenteil.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tripodegelenk der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Rollenanordnung in Bezug auf die Reibungsverhältnisse, die Raumausnutzung sowie die Längsführung im Gelenkaußenteil ver bessert wird und daß der Herstellungsaufwand für die Rollenan ordnung vermindert wird.

Die Lösung besteht darin, daß die Laufflächen der Rollen Kugel abschnittsform haben und die Bahnen in den Ausnehmungen im Quer schnitt durch das Gelenkaußenteil daran angepaßte konkave Kreis abschnittsform haben, und daß jeweils eine gegenseitige axiale Sicherung zwischen jeweils einem Rollenträger und einer Rolle bezogen auf die Rollenachse, in beiden Richtungen ausschließlich durch zwei Sicherungsringe dargestellt wird.

Mit den hiermit vorgeschlagenen Mitteln wird der optimale, aus schließlich auf die drehbar gelagerten Rollen beschränkte Kon takt zwischen Rollenanordnungen und Bahnen in den Ausnehmungen des Gelenkaußenteils garantiert. Durch die gewählte Form der Laufflächen ist ein Verkanten der Rollen im Bereich ihrer kraft übertragenden Oberfläche ganz ausgeschlossen ist. Die Abstützung gegen ein Kippen der Rollen in den Bahnen wird durch gesondere Stirn- oder Ringflächen an der Rolle außerhalb der Laufflächen bewirkt, die mit entsprechenden Gegenflächen in den Ausnehmungen zusammenwirken. Die gegenseitige axiale Sicherung zwischen Rol lenträger und Rolle - bezogen auf die Rollenachse - ist hierbei aufs einfachste vereinfacht. Auf den Einsatz eines Bundes am Rollenträger oder von Stützscheiben wird verzichtet.

Die radial äußeren Stützflächen in den Ausnehmungen - bezogen auf die Gelenkachse - können dabei senkrecht zur Rollenachse ausgestaltet werden, die mit einer ebenen Stirnfläche der Rolle zusammenwirken. Hierdurch erfährt die Führung der Rollen in den Ausnehmungen des Gelenkaußenteils qualitativ eine Verbesserung, da sie an einer Rolle auf einer Fläche mit einem Durchmesser stattfindet, der größer ist als der Durchmesser einer äußeren Stirnfläche des Rollenträgers. Die Stützlängen der Rollen gegen über dem Gelenkaußenteil lassen sich dort vergrößern. Die Ab stützung der Rollenanordnung auf einem großen Durchmesser ver mindert die Reibungskräfte und damit die Gelenkanregungskräfte.

Die radial inneren Stützflächen in den Ausnehmungen - bezogen auf die Gelenkachse - können dabei zur Gelenkachse keilförmig symmetrisch zueinander angeordnet sein und mit einer konischen Ringfläche an der Rolle zusammenwirken. Hierbei ist eine leichte Balligkeit einer der Flächen gegenüber der anderen im Quer schnitt möglich. Auch hierbei findet die Abstützung der Rolle auf einer Fläche mit großem Durchmesser statt, so daß die Stütz längen der Rollen gegenüber dem Gelenkaußenteil auch radial innen - bezogen auf die Gelenkachse - sehr groß sind.

Die Gefahr eines Verkantens ist durch die Form der abstützenden Ringflächen und der lastübertragenden kugeligen Laufflächen, die mit den im Querschnitt durch das Gelenk angepaßten konkaven kreisabschnittsförmigen Bahnen zusammenwirken, weitgehend ausge schlossen.

Nach einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die gegen seitige Sicherung zwischen jeweils einem Rollenträger und einer Rolle durch zwei einzelne jeweils nur in einer Richtung belaste te und wirksame Sicherungsringe dargestellt wird. Hiermit kann die Gestaltung des Rollenträgers noch weiter vereinfacht werden, der dabei als rein zylindrische Hülse ausgeführt werden kann, wenn gleichzeitig vorgesehen wird, daß jeweils die Ringnuten zur Aufnahme der Sicherungsringe in der Innenfläche der Rolle ange bracht sind, die im übrigen über die gesamte Höhe zylindrisch ist, und daß die Sicherungsringe den Rollenträger - in Bezug auf die Rollenachse - außen umfassen, so daß die Sicherungsringe nur in Kontakt mit den Stirnflächen des Rollenträgers treten.

Die Sicherungsringe können vorzugsweise jeweils in gesonderten Ringnuten in der Rolle festgelegt sein. Es ist auch möglich die Sicherungsringe gemeinsam mit den Nadeln des Nadellagers in einem gemeinsamen Einstich in der Rolle anzuordnen. Darüber hinaus kann auf eine weitere Profilierung der Innenfläche der Rolle oder der Außenfläche des Rollenträgers verzichtet werden.

Eine Vertauschung der vorstehenden Verhältnisse jeweils zwischen einer Rolle und einem Rollenträger ist möglich, solange sicher gestellt ist, daß die Höhe des Rollenträgers im Vergleich mit der Geometrie der Rolle im Querschnitt durch das Gelenk so ge ring ist, daß die abstützende Anlage der Rollenanordnung in den Ausnehmungen ausschließlich durch die Rolle wahrgenommen wird.

Die einander radial gegenüberliegenden Flächen der Rollenteile, d. h. Außenfläche des Rollenträgers und Innenfläche der Rolle, können weitgehend als Zylinderflächen geformt werden, was die Bearbeitung wesentlich erleichtert. Die Verminderung des Bear beitungsaufwandes und die Einsparung zusätzlicher Sicherungs teile bewirken eine erhebliche Kostenreduzierung.

Durch die Reduzierung der Sicherungsmittel ist es bei unverän derter Größe der Lagerfläche für das Nadellager möglich, die Rollenanordnung axial zu verkürzen. Hierdurch können die Stütz flächen für die Rollen an den auf die Gelenkachse bezogen radial innenliegenden Abschnitten benachbart zu den Bahnen im Gelenk außenteil um einen entsprechenden Betrag radial nach außen ver lagert werden. Aufgrund dieser Tatsache ist es möglich, den Innendurchmesser des Gelenkaußenteils zu vergrößern, so daß eine Vergrößerung der Winkel-Weg-Kapazität des Gelenkes eintritt. Das heißt, bei gleichem Außendurchmesser und vorgegebenem Verschie beweg kann der Beugungswinkel des Gelenkes vergrößert werden.

Gleichzeitig ermöglicht es der durch die Reduzierung der Siche rungsmittel geschaffene Freiraum, die Stützflächen für die Rol len an den radial innenliegenden Kanten der Bahnen wie oben erläutert zu gestalten.

In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Eindrehung zur Auf nahme des Nadellagers entweder in der Innenfläche einer Rolle oder in der Außenfläche eines Rollenträgers vorgesehen werden. Hiermit wird es möglich, die Sicherungsringe ausschließlich zur Sicherung der Rolle gegenüber dem Rollenträger heranzuziehen und eine davon separate Gehäuseführung der Lagernadeln in axialer Richtung - bezogen auf die Rollenachse - zu bewirken.

Es ist sinnvoll, die Sicherungsringe so auszubilden, daß jeweils der Sicherungsring einen Spalt aufweist, dessen Breite b kleiner als 60% des Durchmessers d einer Nadel des Nadellagers ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Richtung des Spalts schräg zu einem Radialstrahl von der Rollenachse durch den Spalt verläuft.

Durch diese Form und die Breite des Spaltes des Sicherungsringes sind die Nadeln des Nadellagers davor geschützt, aus der Rollen anordnung herausgedrückt zu werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Tripodgelenk im Quer schnitt zur Gelenkachse A in zwei verschiedenen Aus führungen;

Fig. 2 zeigt eine Rollenanordnung eines Tripodegelenks nach Fig. 1 mit zwei den Rollenträger beidseits umfassenden Sicherungsringen;

Fig. 3 zeigt eine Rollenanordnung nach Fig. 2 im Halbschnitt und in Draufsicht auf einen Sicherungsring.

Fig. 1 stellt ein Tripodegelenk dar, welches aus einem Gelenk außenteil 1 und einem Gelenkinnenteil 2 besteht, wobei letzteres Zapfen 3, 3′ aufweist, die sternförmig radial zur Gelenkachse A angeordnet sind und auf denen jeweils eine Rollenanordnung 17, 17′ schwenkbar und relativ zum Zapfen axial verschiebbar ange ordnet ist. Die Rollenanordnungen 17, 17′ umfassen jeweils einen Rollenträger 4, 4′, ein Nadellager 9, 9′ und eine Rolle 5, 5′, die unmittelbar in der jeweiligen Ausnehmung 16, 16′ des Gelenk außenteils 1 abläuft.

Die im oben im Schnitt dargestellte Ausführung einer Rollenan ordnung ist jeweils auf einem rein zylindrischen Zapfen 3′ des Gelenkinnenteils 2 geführt, wobei ein Rollenträger zweiteilig ist und einen Innenring 6′ mit einer zylindrischen Durchgangs bohrung und einer kugeligen Außenfläche umfaßt, der in eine Kalottenfläche des Rollenträgers 4′ im eigentlichen Sinne ein greift. Der Innenring 6′ ist auf dem zylindrischen Zapfen 3′ radial zur Gelenkachse A verschiebbar. Der Rollenträger 4′ ist auf dem Innenring 6′ allseits schwenkbar.

In der links unten im Querschnitt dargestellten Ausführung einer Rollenanordnung ist ein kugelig endender Zapfen 3 des Gelenkin nenteils 2 vorgesehen, der in eine innenzylindrische Durchgangs öffnung eines einteiligen Rollenträgers 4 eingreift. Der Rollen träger 4 ist auf diesem Zapfen 3 sowohl radial zur Gelenkachse A verschiebbar als auch allseits auf diesem schwenkbar.

In beiden Ausführungen ist die Rolle gegenüber dem Rollenträger axial zur Rollenachse B in der Weise gehalten, daß in Ringnuten in der Rolle 5, 5′ eingreifende Sicherungsringe den jeweiligen Rollenträger 4, 4′ von beiden Seiten längs der Rollenachse B umfassen. Mit Ausnahme der Ringnuten ist die Innenfläche der Rolle rein zylindrisch; die Außenfläche des Rollenträgers ist vollständig zylindrisch. Der Rollenträger 5 stellt eine rein zylindrische Hülse gleicher Wandstärke dar. Der Rollenträger 5′ hat demgegenüber eine innere Kugelfläche und die erweiterten Axialnuten zum Einführen der Innenrolle 6′.

In Fig. 2 ist eine Rollenanordnung gemäß dem Ausbruch links unten aus Fig. 1 als Einzelheit dargestellt. Sie umfaßt einen Rollenträger 4 und eine Rolle 5 sowie ein Nadellager 9. Die Rolle 5 ist in beiden Richtungen längs der Rollenachse B jeweils durch einen Sicherungsring 8, 18 gesichert, wobei die Siche rungsringe 8, 18 in Ringnuten 15, 25 in der Rolle 5 eingreifen und den Rollenträger 4 von beiden Seiten bezogen auf den Verlauf der Rollenachse B umfassen. Die Sicherungsringe 8, 18 liegen auf den Stirnflächen 23, 24 des Rollenträgers 5 auf.

Die Rolle 5 hat eine axial größere Erstreckung als der Rollen träger 4 und stützt sich in der Ausnehmung 16 unmittelbar ab und zwar nach radial innen - bezogen auf die Gelenkachse A - über eine Konusfläche 19 an keilförmig zueinander angeordneten Schul terflächen 20 der Ausnehmung 16 und nach radial außen - bezogen auf die Gelenkachse A - über ihre Stirnfläche 21 an der Basis fläche 22 der Ausnehmung 16. Eine Abstützung nach außen könnte auch über eine zweite Konusfläche 29 der symmetrischen Rolle gegenüber zu den Schulterflächen 20 symmetrische weitere Schul terflächen erfolgen. Der Sicherungsring 8 wird nur radial nach außen in seiner Nut durch den Rollenträger 4 belastet, der Si cherungsring 18 nur nach radial innen in seiner Ringnut 25 durch den Rollenträger 4.

Die Laufbahn 12 der Rolle 5 bildet einen mittleren Kugelab schnitt, die Bahnen 14 in der Ausnehmung, die mit der Laufbahn zusammenwirken, sind jeweils im Querschnitt durch das Gelenk außenteil daran angepaßte Kreisabschnitte, die sich in Achsrich tung - bezogen auf die Gelenkachse A - erstrecken. Ohne die zuvor genannten Abstützmittel wäre also ein Verschwenken der Rolle innerhalb der Ausnehmung um alle Achsen in größerem Ausmaß möglich.

Fig. 3 zeigt die Rollenanordnung nach Fig. 2 im Halbschnitt, wobei der Sicherungsring 18 in einer Vierteldarstellung und Draufsicht um den Mittelpunkt M gezeigt ist. Hierbei ist ein zur Ringmontage erforderlicher Spalt 7 erkennbar, der ein Kompri mieren des Ringes in erforderlichen Ausmaß zuläßt, um diesen in seine Ringnut 25 einzusetzen. In montierter Stellung ist die Breite b des Spaltes 7 kleiner gleich dem 0,6-fachen des Durch messers d einer Lagernadel 9, während die Breite c des Siche rungsringes 8 bevorzugt größer als der Durchmesser d einer La gernadel 9 sein sollte.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkaußenteil
2 Gelenkinnenteil
3 Zapfen
4 Rollenträger
5 Rolle
6 Innenring
7 Spalt des Sicherungsringes
8 Sicherungsring
9 Nadellager
11 Innenfläche der Rolle
12 Lauffläche der Rolle
13 Außenfläche des Rollenträgers
14 Bahn in Ausnehmung
15 Ringnut in der Rolle
16 Ausnehmung im Gelenkaußenteil
17 Rollenanordnung
18 Sicherungsring
19 Konusfläche der Rolle
20 Schulterfläche der Ausnehmung
21 Stirnfläche der Rolle
22 Basisfläche der Ausnehmung
23 Stirnfläche des Rollenträgers
24 Stirnfläche des Rollenträgers
25 Ringnut in der Rolle
29 Konusfläche der Rolle
M Mittelpunkt Sicherungsring
A Gelenkachse
B Rollenachse
c Radialstrahl
d Nadeldurchmesser
c Breite des Sicherungsringes
b Breite des Spaltes

Claims

1. Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil (1), das drei um fangsverteilte achsparallele Ausnehmungen (16) aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen (14) ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelen kinnenteil (2) mit drei umfangsverteilten Zapfen (3) auf weist, die in die Ausnehmungen (16) des Gelenkaußenteils (1) eingreifen, wobei auf den Zapfen (3) Rollenanordnungen (17) gelagert sind, die jeweils einen Rollenträger (4) und eine Rolle (5) umfassen, die über ein Nadellager (9) auf dem Rollenträger drehbar gelagert ist, wobei die Rollen gegenüber dem jeweiligen Zapfen (3) axial zur Zapfenachse (B) verschiebbar und winkelbeweglich zur Zapfenachse (B) schwenkbar angeordnet sind, und wobei die Rollen (5) unter Drehmoment belastete Laufflächen (12) und jeweils radial außen und innen zu diesen benachbart, bezogen auf die Ge lenkachse (A), Stirn- oder Ringflächen (19, 21) besitzen, die mit im Querschnitt durch das Gelenkaußenteil (1) dazu komplementären Abschnitten in den Ausnehmungen (16) axial zur Rollenachse abstützend in Anlage kommen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufflächen (12) der Rollen (5) Kugelabschnittsform haben und die Bahnen (14) in den Ausnehmungen (16) im Quer schnitt durch das Gelenkaußenteil daran angepaßte konkave Kreisabschnittsform haben, und
daß jeweils eine gegenseitige axiale Sicherung zwischen jeweils einem Rollenträger (4) und einer Rolle (5) bezogen auf die Rollenachse (B), in beiden Richtungen ausschließ lich durch zwei Sicherungsringe (8, 18) dargestellt wird.

2. Tripodegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Sicherung zwischen jeweils einem Rollenträger (4) und einer Rolle (5) durch zwei jeweils nur in einer Richtung längs ihrer Achse B wirksame Sicherungs ringe (8, 18) dargestellt wird.

3. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Ringnuten (15, 25) zur Aufnahme der Siche rungsringe (8, 18) in der Innenfläche (11) einer Rolle (5) ausgebildet sind.

4. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Rollenträger (4) von den Sicherungsringen (8, 18) in Richtung seiner Achse B beidseitig von außen umfaßt wird.

5. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Außenfläche (13) eines Rollenträgers (4) über ihre ganze Höhe zylindrisch ist.

6. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Innenfläche (11) einer Rolle (5) mit Aus nahme der Ringnuten (15, 25) für die Sicherungsringe (8, 18) über die gesamte Höhe zylindrisch ist.

7. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zur Aufnahme des Nadellagers (9) eine Eindre hung in der Innenfläche (11) einer Rolle (5) vorgesehen ist.

8. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zur Aufnahme des Nadellagers (9) eine Eindre hung in der Außenfläche (13) eines Rollenträgers (4) vor gesehen ist.

9. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsringe (8) jeweils einen Spalt (7) auf weisen, dessen Breite b kleiner als 60% des Durchmessers d einer Nadel des Nadellagers (9) ist.

10. Tripodegelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Spalts (7) schräg zu einem Radial strahl C von der Rollenachse (B) durch den Spalt (7) ver läuft.