DE102008030117A1

DE102008030117A1 - Tripodegelenk mit separaten Einlegeschienen

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Publication number: DE102008030117A1
Application number: DE102008030117A
Authority: DE
Original assignee: Tedrive Holding BV
Current assignee: Tedrive Holding BV
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-12-31
Also published as: WO2009156515A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Tripodegelenk für ein Kraftfahrzeug mit verbesserten Abrolleigenschaften. Es umfasst einen Tripodestern 40, der eine Mehrzahl von Zapfen 42 ausbildet. Die Zapfen 42 des Tripodesterns 40 tragen eine Mehrzahl von Wälzlagern 60. Weiterhin ist ein Außengelenk 20 vorgesehen, das eine Mehrzahl von sich in Axialrichtung erstreckenden Laufbahnausnehmungen 22 aufweist, in denen jeweils ein von einem Zapfen 42 getragenes Wälzlager 60 in Axialrichtung verschieblich gelagert ist. In jeder Laufbahnausnehmung 22 sind zwei gegenüberliegend angeordnete Laufbahnen 24 für einen mechanischen Kontakt mit dem darin geführten Wälzlager 60 ausgebildet. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tripodegelenks mit verbesserten Abrolleigenschaften angegeben.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Tripodegelenk für ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 14.
Tripodegelenke für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt, sie werden insbesondere verwendet als Innengelenke für die Antriebswellen Vorderradgetriebener Kraftfahrzeuge. Sie weisen hervorragende Gleichlaufeigenschaften auf und können bis zu Winkeln von typ. über 10° abgewinkelt werden. Darüber hinaus können Tripodegelenke vorteilhaft auch für Kardanwellen Hinterradgetriebener oder Allradgetriebener Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.
Tripodegelenke weisen typisch einen Tripodestern auf, der eine Mehrzahl von Zapfen ausbildet, wobei jeder Zapfen ein Wälzlager trägt. Weiterhin umfasst ein Tripodegelenk ein Außengelenk, welches oftmals auch als „Tulpe” bezeichnet wird, wobei das Außengelenk eine Mehrzahl von sich in Axialrichtung (d. h. in Drehrichtung D des Außengelenks) erstreckenden Laufbahnausnehmungen aufweist. In jeder Laufbahnausnehmung ist ein von einem Zapfen getragenes Wälzlager in Axialrichtung verschieblich gelagert. Jede Laufbahnausnehmung bildet zwei gegenüberliegend angeordnete Laufbahnen für einen mechanischen Kontakt mit dem darin geführten Wälzlager aus.
Obwohl der grundsätzliche Aufbau der Tripodegelenke, welchem Stand der Technik auch als „homokinetische Gelenke” bezeichnet werden, bereits seit langem bekannt ist, werden dennoch bis heute große Anstrengungen unternommen, die Laufeigenschaften von Tripodegelenken z. B. bei Lastwechselvorgängen zu verbessern. So offenbart beispielsweise die DE 41 30 183 A1 ein Tripodegelenk, bei dem durch spezielle Ausgestaltung der Laufbahnen in den Laufbahnausnehmungen sowie der Außenringe der Wälzlager ein Verkippen des Wälzlageraußenrings in der Laufbahnausnehmung z. B. bei einer Lasteinleitung oder einem Lastwechsel verhindert werden soll. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass der Außenring nur an auf einer Laufbahn der Laufbahnausnehmung zur Anlage gelangt, so dass der Außenring reibungsarm in der Laufbahnausnehmung abrollen kann.
Auch aus der EP 1 253 337 A1 ist ein homokinetisches Gelenk mit vermindertem Rotationsspiel bekannt. Sowohl die Laufbahnen der Laufbahnausnehmungen als auch die Oberfläche des Wälzlageraußenrings sind kugelig ausgestaltet. Weiterhin ist der Wälzlageraußenring zweigeteilt.
Beiden Tripodegelenken ist eine verhältnismäßig aufwendige Ausgestaltung der Wälzlager gemeinsam, welche Kostennachteile mit sich bringt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Tripodegelenk mit vorteilhaften Laufeigenschaften, insbesondere mit minimalem Rotationsspiel, anzugeben, welches einen vereinfachten Aufbau aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines vorteilhaften Tripodegelenks angegeben werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Tripodegelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
Ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk ist für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist es für eine Verwendung als Innengelenk einer Antriebswelle eines Vorderradgetriebenen Kraftfahrzeugs geeignet. Es umfasst einen Tripodestern, der eine Mehrzahl von Zapfen ausbildet. Jeder der Zapfen trägt ein Wälzlager. Das Tripodegelenk umfasst weiterhin ein Außengelenk, welches eine Mehrzahl von sich in Axialrichtung (also in Drehrichtung D des Außengelenks des Tripodegelenks) erstreckenden Laufbahnausnehmungen aufweist. In jeder Laufbahnausnehmung ist ein von einem Zapfen getragenes Wälzlager in Axialrichtung verschieblich gelagert. Weiterhin sind in jeder Laufbahn ausnehmung zwei gegenüberliegend angeordnete Laufbahnen für einen mechanischen Kontakt mit dem darin geführten Wälzlager ausgebildet. Bei einer Lasteinleitung in das Außengelenk wird diese über die Wälzlager und die diese tragenden Zapfen auf den Tripodestern übertragen.
Erfindungsgemäß weisen nun die Wälzlager jeweils einen Außenring auf, in dessen Außenumfangsfläche zumindest eine, bevorzugt aber zwei umlaufende Ringnuten ausgebildet sind. Der Ring ist vorteilhaft einteilig ausgebildet, kann aber auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet sein. Weiterhin ist in den Laufbahnen des Außengelenks zumindest ein schienenartiges Führungselement ausgebildet, bevorzugt aber zwei Führungselemente, das/die in die am Außenring ausgebildete/n Ringnut/en eingreift/en. Erfindungsgemäß ist zumindest eines dieser schienenartigen Führungselemente als separates Bauteil und nicht einstückig mit dem Außengelenk ausgebildet.
Dabei soll unter einem schienenartigen Führungselement eine Struktur verstanden werden, die sich in Richtung der Drehachse D des Außengelenks erstreckt und von einer Laufbahn erhebt. Dabei kann es sich z. B. im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Außengelenks von der Laufbahn erheben. Weiterhin soll das schienenartige Führungselement zumindest eine Führungsfläche ausbilden, auf der der Außenring eines Wälzlagers abrollen kann. Bevorzugt bildet das schienenartige Führungselement aber zwei Führungsflächen aus, die auf voneinander abgewandten Seiten des Führungselements angeordnet sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung bildet das separate schienenartige Führungselement drei Führungsflächen aus.
Die separate Ausbildung des schienenartigen Führungselements bietet die vorteilhafte Möglichkeit, das Führungselement aus einem anderen Werkstoff und mittels eines anderen Verfahrens zu fertigen als das Außengelenk des Tripodegelenks. Beispielsweise kann das schienenartige Führungselement aus einem Stranggepressten Werkzeugstahl oder einem gehärteten Rundstahl bestehen. Das Außengelenk besteht typisch aus gegossenem oder geschmiedetem Stahl. Dabei ist das separat ausgebildete schienenartige Führungselement vorteilhaft an zumindest einem Punkt mechanisch am Außengelenk festgelegt, bevorzugt aber an mehreren Punkten. Die mechanische Verbindung zwischen dem schienenartigen Führungselement und dem Außengelenk kann dabei beispielsweise mittels Verschweißen (z. B. Punktschweißen), Verstemmen, Verlöten, Verkleben oder anderen aus dem Stand der Technik bekannten geeigneten Fügeverfahren erfolgen.
Die Ringnut im Außenring des Wälzlagers sowie das separate schienenartige Führungselement in den Laufbahnen sind bevorzugt so ausgebildet sein, dass bei einem Kraftübertrag vom Außengelenk auf den Tripodestern der Außenring der Wälzlager jeweils auf dem/den separaten schienenartigen Führungselement/en – insbesondere der/den von diesem ausgebildeten Führungsflächen abrollt. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass ein sich mechanischer Kontakt zwischen Wälzlageraußenring und Laufbahnausnehmung bei einem Lastübertrag über das erfindungsgemäße Tripodegelenk im Wesentlichen nur im Bereich einer Laufbahn ausbildet. Ein mechanischer Kontakt des Wälzlageraußenrings im Bereich der zweiten, gegenüberliegend angeordneten Laufbahn soll hingegen durch die besondere Formgebung der Außenring – Außenumfangsflächen sowie der separat ausgebildeten schienenartigen Führungselemente möglichst weitgehend vermieden werden. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte Abrolleigenschaften der Wälzlager in den Laufbahnausnehmungen und damit besonders gute Gleichlaufeigenschaften des erfindungsgemäßen Tripodegelenkes verwirklichen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung bilden sich beim Abrollen eines Wälzlagers bei einer Lasteinleitung in das erfindungsgemäße Tripodegelenk auf einer Laufbahn zumindest zwei, bevorzugt aber drei oder mehr Punktkontakte zwischen der Außenumfangsfläche der Außenringe der Wälzlager und den Laufbahnen, d. h. den schienenartigen Führungselementen, in den Außengelenken aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das separat ausgebildete schienenartige Führungselement zumindest abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Weiterhin umfasst die zugehörige Ringnut, in welche das vorgenannte schienenartige Führungselement mit zumindest abschnittsweise kreisbogenförmigem Querschnitt eingreift, ebenfalls zumindest abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Dabei ist bevorzugt der Krümmungsradius des kreisbogenförmigen Abschnitts des schienenartigen Führungselements kleiner als derjenige der zugehörigen Ringnut im Außenring des Wälzlagers. In dieser Ausgestaltung werden insbesondere die Hertzschen Kontaktspannungen minimiert.
Alternativ ist es auch möglich, dass diejenige Ringnut in der Außenumfangsfläche des Wälzlageraußenrings, in welche das vorgenannte schienenartige Führungselement eingreift, zumindest abschnittsweise einen gotischen Querschnitt aufweist. Hierunter versteht man zwei gegeneinander geneigte Kugelflächenabschnitte, die einen Winkel α miteinander einschließen. Die Kombination aus Ringnut mit zumindest abschnittsweise gotischem Querschnitt und schienenartigem Führungselement mit zumindest abschnittsweise kreisbogenförmigem Querschnitt stellt sicher, dass sich stets zwei definierte Punktkontakte P zwischen schienenartigem Führungselement und Ringnut ausbilden.
Grundsätzlich kann das Tripodegelenk jede aus dem Stand der Technik vorbekannte geeignete Formgebung bzgl. der Zapfen des Tripodesterns bzw. der Innenringe der Wälzlager aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Zapfen des Tripodesterns kugelig ausgebildet, was dahingehend zu verstehen ist, dass die Zapfen zumindest abschnittsweise Kugelflächen ausbilden sollen. Die komplementären Flächen im Innenring des Wälzlagers können beispielsweise zylindrisch ausgestaltet sein, so dass das Wälzlager einen Innenring mit zylindrischer Innenausnehmung aufweist. Alternativ ist es auch möglich, die Innenringe der Wälzlager mit einer Innenausnehmung zu versehen, deren Formgebung wiederum zumindest abschnittsweise kugelflächenförmig ausgebildet ist. In beiden Ausgestaltungen können die Innenringe eine Kippbewegung auf den Zapfen des Tripodesterns ausführen. Bei der letztgenannten Ausgestaltung ist es von besonderem Vorteil, wenn der Innenring und der Außenring des Wälzlagers in Richtung der Drehachse des Wälzlagers gegeneinander verschieblich sind. Ein solcher Bewegungsfreiheitsgrad ist hingegen nicht erforderlich, wenn der Innenring des Wälzlagers eine zylindrische Innenausnehmung aufweist, da hier der kugelige Zapfen des Tripodesterns in der Innenausnehmung des Wälzlagerinnenrings hin und her gleiten kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Tripodegelenks für ein Kraftfahrzeug umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

1. Bereitstellen von
a. einem Tripodestern, der eine Mehrzahl von Zapfen ausbildet,
b. einer Mehrzahl von Wälzlagern (60), die jeweils einen Außenring aufweisen, in dessen Außenumfangsfläche zumindest eine umlaufende Ringnut ausgebildet ist,
c. einem Außengelenk, das eine Mehrzahl von sich in Axialrichtung erstreckenden Laufbahnausnehmungen aufweist, in denen jeweils ein von einem Zapfen getragenes Wälzlager in Axialrichtung verschieblich gelagert werden können, wobei in jeder Laufbahnausnehmung zwei gegenüberliegend angeordnete Laufbahnen für einen mechanischen Kontakt mit dem darin geführten Wälzlager ausgebildet sind und in jeder Laufbahn eine sich in Richtung der Drehachse D des Außengelenks erstreckende Aufnahmeausnehmung ausgebildet ist,
d. einer Mehrzahl als separates Bauteil ausgebildeter schienenartiger Führungselemente, die dazu vorgesehen sind, in die in den Laufbahnen ausgebildeten Ausnehmungen eingesetzt zu werden und an den Außenringen (64) der Wälzlager ausgebildete Ringnut einzugreifen,
2. Einsetzung und Festlegen der schienenartigen Führungselemente in den Aufnahmeausnehmungen in der Laufbahnen des Außengelenks,
3. Aufsetzen der Wälzlager auf die Zapfen des Tripodesterns, und
4. Einführen der Wälzlager in die Laufbahnausnehmungen.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Tripodegelenks ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie dem Ausführungsbeispiel, welches im Folgenden Anhang der Zeichnung näher erläutert wird. In dieser zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tripodegelenks,
2: eine Teilschnittdarstellung des Tripodegelenks aus 1,
3: eine vergrößerte Teilschnittdarstellung durch Außengelenk, Wälzlager und Tripodestern des Ausführungsbeispiels gemäß 1,
4: eine perspektivische Teilschnittdarstellung des Tripodegelenks aus 1,
5: eine perspektivische Darstellung des Außengelenks eines Tripodegelenks gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem eingesetzten Wälzlager,
6: eine vergrößerte Teilansicht aus 5,
7: eine vergrößerte Teilansicht aus 6 in einer ersten Ausgestaltung, und
8: eine vergrößerte Teilansicht aus 6 in einer zweiten Ausgestaltung.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1 in perspektivischer Ansicht. Das Außengelenk 20 weist eine Drehachse D auf und ist einseitig geöffnet. An seinem geschlossenen Ende mündet das Außengelenk 20 in einen Wellenschaft 28 zum Anschluss beispielsweise an eine Abtriebswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs. Im Außengelenk 20 sind drei Laufbahnausnehmungen 22 ausgebildet, die sich in Richtung der Drehachse D erstrecken. Jede Laufbahnausnehmung 22 bildet zwei gegenüber angeordnete Laufbahnen 24 aus, auf denen in die Laufbahnausnehrung 22 eingesetzte Wälzlager 60 abrollen, von denen in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines gezeigt ist. Dabei ist die Dimensionierung der Wälzlager 60 so gewählt, dass bei einer Krafteinleitung beispielsweise in das Außengelenk 20 des Tripodegelenks 1 das Wälzlager 60 mit seinem Außenring 64 tatsächlich nur auf einer Laufbahn 24 der Laufbahnausnehmung 22 abrollt.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist jeder Laufbahnausnehmung 22 im Außengelenk 20 ein Zapfen 42 des in das Außengelenk 20 eingesetzten Tripodesterns 40 zugeordnet. Dabei tragen die Zapfen 42 jeweils ein Wälzlager 60. Der Tripodestern 40 weist eine Innenausnehmung auf, in dessen Innenwandung eine Vielzahl von Splines 44 ausgebildet sind zum Anschluss einer Verbindungswelle, beispielsweise zu einem Kugelverschiebegelenk.
Bevorzugt sind Außengelenk 20 und Wellenschaft 28 einstückig als Schmiedeteil ausgebildet, wobei die in den Laufbahnausnehmungen 22 ausgebildeten Laufbahnen 24 nach dem Schmieden des Außengelenks 20 weiteren Bearbeitungsschritten zur Fertigbearbeitung und Härtung unterworfen werden.
2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1 gemäß 1 nochmals in einer teilweise geschnittenen Darstellung, aus der der Aufbau des Wälzlagers 60, hier insbesondere von dessen Außenring 64, sowie die Formgebung der Laufbahn 24 der Laufbahnausnehmung 22 im Außengelenk 20 ersichtlich werden. Die von den Zapfen 42 des Tripodesterns 40 getragenen Wälzlager 60 weisen einen Innenring 62 und einen Außenring 64 auf, zwischen denen eine Vielzahl von zylindrischen Rollen 68 angeordnet ist. Dabei sind Innenring 62 und Außenring 64 in Richtung der Drehachse R des Wälzlagers 60 gegeneinander verschieblich. Wie sich aus der Schnittdarstellung des Wälzlagers 60 in 2 ergibt, ist der Außenring 64 des Wälzlagers 60 mit einer umlaufenden Ringnut 66 versehen. In diese greift ein separat ausgebildetes schienenartiges Führungselement 26 ein, welches jeweils in eine in der Laufbahn 24 der Laufbahnausnehmung 22 ausgebildete Aufnahmeausnehmung 25 eingesetzt und bevorzugt dort mechanisch festgelegt ist. Dabei ist dieses schienenartige Führungselement 26 separates Bauteil in Form eines Einlegers ausgebildet sein, d. h. separat vom Außengelenk 20.
Wie aus 2 ebenfalls ersichtlich ist, weisen die Zapfen 42 des Tripodesterns 40 kugelige Oberflächenabschnitte 43 auf. Zugleich ist die Innenausnehmung des Innenrings 62 teilweise kugelig ausgebildet, so dass der vom Zapfen 42 getragene Innenring 62 des Wälzlagers 60 und damit dieses insgesamt eine Kippbewegung um den Zapfen 42 ausführen kann.
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 ist in den Laufbahnen 24 der Laufbahnausnehmung 22 im Außengelenk 20 jeweils nur ein schienenartiges Führungselement 26 ausgebildet, wie im Detail nochmals aus 3 ersichtlich ist. Zugleich ist im Außenring 64 der Wälzlager 60 nur eine umlaufende Ringnut 66 ausgebildet, in die das schienenartige Führungselement 26 eingreift. Aufgrund der speziellen Formgebung der Laufbahn 24 sowie der Außenumfangsfläche des Außenrings 64 des Wälzlagers 60 ergeben sich beim Abrollen des Wälzlagers 60 auf der Laufbahn 24 mech. Kontakte nur zwischen dem Außenring 64 und der Laufbahn 24. Diese sind in 3 mit P gekennzeichnet. Alle drei Kontaktpunkte P liegen auf dem separat ausgebildeten schienenartigen Führungselement 26 und weisen denselben Abstand von der Drehachse R des Wälzlagers 60 auf, so dass eine reine Abrollbewegung des Wälzlagers 60 auf der Laufbahn 24 möglich ist. Eine teilweise Gleitbewegung des Außenrings 64, welche die Laufeigenschaften des erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1 negativ beeinflussen könnte, wird dadurch vermieden. Die im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1 realisierten drei Kontaktpunkte P des Wälzlageraußenrings 64 mit der Laufbahn 24 sorgen auch für eine Lagestabilisierung des Wälzlageraußenrings 64 in der Laufbahn 24 z. B. bei einer Lasteinleitung ins erfindungsgemäße Tripodegelenk 1, d. h. ein Verkippen der Drehachse R des Wälzlagers 60 wird hierdurch vermieden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch bei einer Lasteinleitung in das Tripodegelenk 1 ein mechanischer Kontakt zwischen dem Wälzlager 60 und einer Laufbahnausnehmung 22 nur im Bereich einer Laufbahn 24 stattfindet. Ein gleitendes Anlegen des Wälzlageraußenrings 66 an der gegenüberliegenden Laufbahn 24 kann hierdurch sicher vermieden werden. Die bei vielen aus dem Stand der Technik vorbekannten Tripodegelenken auftretende Gleitbewegung des Außenrings des Wälzlagers an der dem Kraftpfad abgewandten Laufbahn 24 entfällt daher bei dieser Konstruktion.
3 kann weiterhin die spezielle Formgebung des Wälzlagers 60 und des Zapfens 42 des Tripodesterns 40 entnommen werden. Insbesondere ist der kugelige Oberflächenabschnitt 43 des Zapfens 42 des Tripodesterns 40 zu erkennen. Mit diesem korrespondiert die kugelige Innenausnehmung 63 im Innenring 62 des Wälzlagers 60, so dass insgesamt eine Kippbewegung der Drehachse des Wälzlagers 60 auf den Zapfen 42 möglich wird. Der Außenumfang des Wälzlagerinnenrings 62 sowie der Innenumfang des Wälzlageraußenrings 64 sind jeweils als Zylinderfläche ausgestaltet, so dass zwischen Innenring 62 und Außenring 64 zylindrische Rollen 68 abrollen können. Dabei werden die Rollen 68 in Richtung der Drehachse R des Wälzlagers 60 im Innenring 62 in ihrer Lage fixiert. Hingegen ist die Lage des Außenrings 64 auf den Rollen 68 im Wesentlichen nur durch einen Sicherungsvorsprung 65 begrenzt, der am innen liegenden Ende des Wälzlageraußenrings 64 ausgebildet ist. Hierdurch ist der Wälzlageraußenring 64 in Richtung der Drehachse R des Wälzlagers 60 gegen den Innenring 62 verschieblich. Der Sicherungsvorsprung 65 begrenzt dabei die Verschiebebewegung des Außenrings 64 auf dem Innenring 62 und verhindert somit ein Auseinanderfallen des vom Zapfen 42 getragenen Wälzlagers 60 beispielsweise bei der Endmontage des erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1.
4 zeigt nochmals den Aufbau des Außengelenks 20, des Tripodesterns 40 sowie des Wälzlagers 60 des erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Darstellung.
5 zeigt nun das Außengelenk 20 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1 ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit darauf verzichtet wurde, den Tripodestern 40 nochmals im Detail darzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Aufbau des Tripodesterns 40 sowie der Wälzlager 60 im Wesentlichen demjenigen gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass auf der Außenumfangsfläche des Wälzlageraußenrings 64 zwei umlaufende Ringnuten 66 ausgebildet sind. Zugleich ist auf der Laufbahn 24 in den Laufbahnausnehmungen 22 des Außengelenks 20 ein separat ausgebildetes schienenartiges Führungselement 26 ausgebildet, das vier Führungsflächen ausbildet und in die zwei umlaufenden Ringnuten 66 im Wälzlageraußenring 64 eingreift. Dies wird nochmals deutlich aus der Ausschnittvergrößerung gemäß 6, aus der die schienenartigen Führungselemente 26 in der Laufbahn 24 der Laufbahnausnehmung 22 des Außengelenks 20 ersichtlich sind. Ebenfalls sind die komplementären umlaufenden Ringnuten 66 im Außenring 64 des Wälzlagers 60 ersichtlich.
In allen Ausführungsbeispielen sind die separat ausgebildeten schienenartigen Führungselemente in komplementäre, sich in Drehrichtung D des Außengelenks 20 erstreckende Aufnahmeausnehmungen 25 in der Laufbahn 24 eingelegt und dort beispielsweise mittels einem oder mehreren Schweißpunkten mechanisch fixiert. Im in den 5 und 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind zwei schienenartige Führungselemente 26 je Laufbahn 24 vorgesehen, die beispielsweise aus gehärtetem Rundstahl bestehen können.
In den vergrößerten Darstellungen der 6 und 7 weisen die schienenartigen Führungselemente 26 jeweils teilweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Ebenso weisen die in den Wälzlageraußenring 64 ausgebildeten umlaufenden Ringnuten 66 abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Dabei ist der Krümmungsradius des kreisbogenförmigen Abschnitts des schienenartigen Führungselements 26 maximal genauso groß wie der Krümmungsradius der umlaufenden Ringnut 66 im Wälzlageraußenring 64, bevorzugt aber kleiner als deren Krümmungsradius. Letztere Ausführung ist in 7 als vergrößerte Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der 5 und 6 dargestellt. Hierdurch ergibt sich eine minimierte Hertzsche Kontaktspannung an den Kontaktpunkten P zwischen dem schienenartigen Führungselement 26 und der Ringnut 66. In den Ausführungsbeispielen gemäß der 5 bis 7 bilden sich im Bereich jeder umlaufenden Ringnut 66 zwei Kontaktpunkte P mit jeweils einem in die Ringnut 66 eingreifenden schienenartigen Führungselement 26 aus, so dass insgesamt zwischen dem Wälzlageraußenring 64 und der Laufbahn 24 des Außengelenks 20 jeweils vier Kontaktpunkte P auftreten. Dabei liegen auch diese Kontaktpunkte P bevorzugt wieder auf einer Geraden, die parallel zur Drehachse R des Wälzlagers 60 orientiert ist. In dem vier Kontaktpunkte P vorgesehen werden, wird eine weitere Stabilisierung des Wälzlageraußenrings 64 gegen ein Verkippen, beispielsweise bei einer Krafteinleitung in das Tripodegelenk 1, verhindert, so dass eine reine Abrollbewegung des Wälzlageraußenrings 64 auf einer Laufbahn 24 einer Laufbahnausnehmung 22 sichergestellt ist. Dies führt wiederum zu besonders vorteilhaften Laufeigenschaften des erfindungsgemäßen Tripodegelenks 1.
In einer alternativen Ausgestaltung, welche in 8 dargestellt ist, entspricht der Aufbau des Tripodegelenks 1 im Wesentlichen dem aus den 5, 6 und 7 ersichtlichen. Auch hier weisen die als separate Bauteile ausgebildeten schienenartigen Führungselemente 26 abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Hingegen weisen die im Außenring 64 des Wälzlagers 60 ausgebildeten umlaufenden Ringnuten 66 keinen abschnittsweise kreisbogenförmigen Querschnitt auf, vielmehr wird hier eine gotische Formgebung für die Ringnuten gewählt. Wie bereits erläutert wurde, sind hierunter zwei gegeneinander geneigte Kugelflächenabschnitte zu verstehen, die miteinander einen Winkel α einschließen, der zwischen 45° und 170° liegt, bevorzugt zwischen 90° und 150°.

1: Tripodegelenk
20: Außengelenk
22: Laufbahnausnehmung
24: Laufbahn
25: Aufnahmeausnehmung
26: schienenartiges Führungselement
27: Abschnitt mit kreisbogenförmigem Querschnitt
28: Wellenschaft
40: Tripodestern
42: Zapfen
43: kugeliger Oberflächenabschnitt
44: Splines
60: Wälzlager
62: Innenring
63: kugelige Innenausnehmung
64: Außenring
65: Sicherungsvorsprung
66: Ringnut
67: Abschnitt mit kreisbogenförmigem Querschnitt
68: Rolle
69: erste Führungsfläche
70: zweite Führungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4130183 A1 [0004]
- EP 1253337 A1 [0005]

Claims

Tripodegelenk (1) für ein Kraftfahrzeug, mit a. einem Tripodestern (40), der eine Mehrzahl von Zapfen (42) ausbildet, b. einer Mehrzahl von Wälzlagern (60), die von den Zapfen (42) des Tripodesterns (40) getragen werden, c. einem Außengelenk (20), das eine Mehrzahl von sich in Axialrichtung erstreckenden Laufbahnausnehmungen (22) aufweist, in denen jeweils ein von einem Zapfen (42) getragenes Wälzlager (60) in Axialrichtung verschieblich gelagert ist, wobei in jeder Laufbahnausnehmung (22) zwei gegenüberliegend angeordnete Laufbahnen (24) für einen mechanischen Kontakt mit dem darin geführten Wälzlager (60) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass d. die Wälzlager (60) jeweils einen Außenring (64) aufweisen, in dessen Außenumfangsfläche eine umlaufende Ringnut (66) ausgebildet ist, e. in den Laufbahnen (24) jeweils ein schienenartiges Führungselement (26) ausgebildet ist, das in die am Außenring (64) ausgebildete Ringnut (66) eingreift, wobei das schienenartige Führungselement (26) separat vom Außengelenk (20) ausgebildet ist.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abrollen eines Wälzlagers (60) auf einer Laufbahn (24) zumindest zwei Punktkontakte P ausgebildet werden.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. in der Außenfläche der Wälzlager (60) zwei umlaufende Ringnuten (66) ausgebildet sind, und b. in den Laufbahnen (24) zwei schienenartige Führungselemente (26) ausgebildet sind, die in die am Außenring (64) ausgebildeten Ringnuten (66) eingreifen.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein schienenartiges Führungselement (26) zumindest abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweist.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ringnut (66) zumindest abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweist.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ringnut (66) zumindest abschnittsweise einen gotischen Querschnitt aufweist.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das separat ausgebildete schienenartige Führungselement (26) aus einem anderen Werkstoff besteht als das Außengelenk (20).
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das separat ausgebildete schienenartige Führungselement (26) aus gehärtetem Rundstahl besteht.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das separat ausgebildete schienenartige Führungselement (26) an zumindest einem Punkt mechanisch am Außengelenk (20) festgelegt.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung von separat ausgebildete schienenartige Führungselement (26) und Außengelenk (20) mittels Verschweißen, Verstemmen, Verlöten oder Verkleben hergestellt wird.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (42) kugelig ausgebildet sind.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (60) einen Innenring (62) mit zylindrischer Innenausnehmung (63) aufweisen.
Tripodegelenk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (60) einen Innenring (62) mit einer Innenausnehmung (63) aufweisen, deren Formgebung zumindest abschnittweise Kugelflächenförmig ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tripodegelenks für ein Kraftfahrzeug, die folgenden Verfahrensschritte umfassend: a. Bereitstellen von i. einem Tripodestern (40), der eine Mehrzahl von Zapfen (42) ausbildet, ii. einer Mehrzahl von Wälzlagern (60), die jeweils einen Außenring (64) aufweisen, in dessen Außenumfangsfläche zumindest eine umlaufende Ringnut (66) ausgebildet ist, iii. einem Außengelenk (20), das eine Mehrzahl von sich in Axialrichtung erstreckenden Laufbahnausnehmungen (22) aufweist, in denen jeweils ein von einem Zapfen (42) getragenes Wälzlager (60) in Axialrichtung verschieblich gelagert werden kann, wobei in jeder Laufbahnausnehmung (22) zwei gegenüberliegend angeordnete Laufbahnen (24) für einen mechanischen Kontakt mit dem darin geführten Wälzlager (60) ausgebildet sind und in jeder Laufbahn (24) eine sich in Axialrichtung erstreckende Aufnahmeausnehmung (25) ausgebildet ist, iv. einer Mehrzahl als separates Bauteil ausgebildeter schienenartiger Führungselemente (26), die dazu vorgesehen sind, in die in den Laufbahnen (24) ausgebildeten Aufnahmeausnehmungen (25) eingesetzt zu werden und in die an den Außenringen (64) der Wälzlager (60) ausgebildete Ringnut (66) einzugreifen, b. Einsetzen und Festlegen der schienenartigen Führungselemente (26) in den Aufnahmeausnehmungen (25) in der Laufbahnen (24) des Außengelenks (20), c. Aufsetzen der Wälzlager (60) auf die Zapfen (42) des Tripoclesterns (40), und d. Einführen der Wälzlager (60) in die Laufbahnausnehmungen (22).