DE102008030117A1 - Tripod joint with separate insertion rails - Google Patents
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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.The invention relates to a tripod joint for a motor vehicle with improved Abrolleigenschaften. It comprises a tripod star 40, which forms a plurality of pins 42. The pins 42 of the tripod stator 40 carry a plurality of rolling bearings 60. Furthermore, an outer joint 20 is provided which has a plurality of extending in the axial direction Laufbahnausnehmungen 22, in each of which a supported by a pin 42 rolling bearing 60 is slidably mounted in the axial direction. In each Laufbahnausnehmung 22 two oppositely arranged raceways 24 are formed for mechanical contact with the rolling bearing 60 guided therein. Furthermore, a method for producing a tripod joint with improved rolling properties is given.
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.object The present invention is a tripod joint for a Motor vehicle according to the preamble of the claim 1 and a method for its production according to the preamble of claim 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.tripod joints for motor vehicles are from the prior art since Long known, they are especially used as inner joints for the drive shafts of front wheel drive motor vehicles. They have excellent synchronous characteristics and can up to angles of typ. over 10 ° angled. In addition, tripod joints can be beneficial also for cardan shafts rear-wheel drive or four-wheel drive Motor vehicles are used.
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.tripod joints typically have a tripod on which a plurality of pins forms, each pin carries a rolling bearing. Furthermore, a tripod joint comprises an outer joint, which often referred to as "tulip", the Outer joint a plurality of in the axial direction (i. H. in the direction of rotation D of the outer joint) extending raceway recesses having. In each Laufbahnausnehmung is a worn by a pin Rolling bearings slidably mounted in the axial direction. each Laufbahnausnehmung forms two oppositely arranged Raceways for mechanical contact with the therein guided bearings.
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
Auch
aus der
Beiden Tripodegelenken ist eine verhältnismäßig aufwendige Ausgestaltung der Wälzlager gemeinsam, welche Kostennachteile mit sich bringt.Both Tripod steering is a relative one complex design of the bearings together, which Cost disadvantages brings with it.
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.task The present invention is therefore a tripod joint with advantageous Indicate running characteristics, in particular with minimum rotational play, which has a simplified structure. Furthermore, a should A method for producing a favorable Tripodegelenks indicated become.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Tripodegelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.Solved This object is achieved by a tripod joint with the characteristics of Claim 1 and a method having the features of the claim 14th
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.One Tripod joint according to the invention is for the Drive train of a motor vehicle provided. In particular it for use as an inner joint of a drive shaft a front-wheel drive motor vehicle suitable. It includes one Tripod esters, which forms a plurality of cones. Everyone who Spigot carries a rolling bearing. The tripod joint further comprises an outer joint, which a plurality by itself in the axial direction (ie in the direction of rotation D of the outer joint the tripod joint) extending Laufbahnausnehmungen. In each Laufbahnausnehmung is a worn by a pin Rolling bearings slidably mounted in the axial direction. Farther are in each career recess two opposite each other arranged raceways for mechanical contact with formed therein rolling bearing. at a load transfer into the outer joint is this over the bearings and these bearing pin transferred to the Tripodestern.
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.According to the invention now the rolling bearings each have an outer ring, in the outer peripheral surface at least one, preferably but two circumferential annular grooves are formed. The ring is advantageous formed in one piece, but can also be multi-part, especially in two parts be educated. Furthermore, in the raceways of the outer joint, at least a rail-like guide element is formed, preferably but two guide elements in the outer ring trained annular groove / s intervene. According to the invention at least one of these rail-like guide elements as a separate component and not in one piece with the outer joint educated.
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.Here, a rail-like guide element is to be understood as a structure which extends in the direction of the axis of rotation D of the outer joint and rises from a track. It may be z. B. elevate substantially in the circumferential direction of the outer joint of the career. Furthermore, the rail-like guide element should form at least one guide surface on which the outside can roll ring of a rolling bearing. However, the rail-like guide element preferably forms two guide surfaces, which are arranged on sides of the guide element facing away from one another. In a particularly preferred embodiment, the separate rail-like guide element forms three guide surfaces.
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.The separate training of the rail-like guide element offers the advantageous possibility of the guide element from another material and by another method to manufacture as the outer joint of the tripod joint. For example For example, the rail-like guide element can be extruded Tool steel or a hardened round steel exist. The outer joint is typically cast or forged Stole. In this case, the separately formed rail-like guide element advantageous at least one point mechanically on the outer joint fixed, but preferably at several points. The mechanical Connection between the rail-like guide element and the outer joint can, for example, by welding (eg spot welding), caulking, soldering, gluing or other suitable joining methods known in the art respectively.
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.The Ring groove in the outer ring of the bearing and the separate rail-like guide element in the raceways are preferably designed so that during a power transmission from the outer joint on the Tripodestern the outer ring the bearings each on the / the separate rail-like Guide element (s) - in particular the one of unrolls this trained guide surfaces. This is to ensure that a mechanical Contact between roller bearing outer ring and raceway recess at a load transfer over the invention Tripod joint essentially forms only in the region of a career. A mechanical contact of the rolling bearing outer ring in the area of the second, oppositely arranged track should, however, by the special shape of the outer ring - outer peripheral surfaces and the separately formed rail-like guide elements be avoided as far as possible. Hereby leave particularly advantageous rolling properties of rolling bearings in the raceway recesses and thus particularly good synchronization properties realize the Tripodegelenkes invention.
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 a particularly preferred embodiment form during unrolling a rolling bearing at a load introduction into the inventive Tripod joint on a track at least two, but preferably three or more point contacts between the outer peripheral surface the outer rings of rolling bearings and raceways, d. H. the rail-like guide elements, in the outer joints out.
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.In a further advantageous embodiment, the separately formed rail-like guide element at least in sections a circular arc-shaped cross section. Furthermore includes the associated annular groove, in which the aforementioned rail-like Guide element with at least partially circular arc-shaped Cross section engages, also at least in sections one circular arc-shaped cross-section. It is preferred the radius of curvature of the circular arc section the rail-like guide element smaller than the one the associated annular groove in the outer ring of the rolling bearing. In this embodiment, in particular, the Hertzian contact voltages minimized.
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.alternative it is also possible that the one annular groove in the outer peripheral surface the rolling bearing outer ring, in which the aforementioned rail-like guide element engages, at least in sections has a gothic cross section. By this one understands two mutually inclined spherical surface sections, the one Include angle α with each other. The combination from annular groove with at least partially Gothic cross-section and rail-like guide element with at least sections circular arc cross-section ensures that always two defined point contacts P between rail-like guide element and form a ring groove.
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.Basically, the Tripodegelenk each known from the prior art suitable shaping with respect. The pins of the tripod star or the inner rings of the rolling bearing have. In a particularly preferred embodiment, the pins of the tripod star are formed spherical, which is to be understood in that the pins are at least partially form spherical surfaces. The complementary surfaces in the inner ring of the rolling bearing can be configured, for example, cylindrical, so that the rolling bearing has an inner ring with a cylindrical inner recess. Alternatively, it is also possible to provide the inner rings of the rolling bearing with an inner recess, the shape of which in turn is formed at least partially spherical surface. In both embodiments, the inner rings can perform a tilting movement on the pin of the Tripodesterns. In the latter embodiment, it is of particular advantage if the inner ring and the outer ring of the rolling bearing in the direction of the axis of rotation of the bearing are mutually displaceable. Such a degree of freedom of movement, however, is not required if the inner ring of the rolling bearing has a cylindrical inner recess, since here the spherical pin of the tripod star in the inner recess of the rolling bearing inner ring back and forth can slide.
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.
- 1. Provide
- a. a tripod star that forms a plurality of cones,
- b. a plurality of rolling bearings (
60 ), each having an outer ring, in whose outer peripheral surface at least one circumferential annular groove is formed, - c. an outer joint having a plurality of axially extending Laufbahnausnehmungen, in each of which a bearing supported by a pin bearing can be mounted displaceably in the axial direction, wherein in each Laufbahnausnehmung two oppositely arranged raceways are designed for mechanical contact with the rolling bearing guided therein and in each raceway a receiving recess extending in the direction of the axis of rotation D of the outer joint is formed,
- d. a plurality of rail-like guide elements formed as a separate component, which are intended to be inserted into the recesses formed in the raceways and to the outer rings (
64 ) engage the rolling bearing trained annular groove, - 2. setting and fixing the rail-like guide elements in the receiving recesses in the raceways of the outer joint,
- 3. placing the bearings on the pins of the tripod esters, and
- 4. Inserting the bearings in the 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:Further Advantages and features of the method according to the invention and the tripod joint according to the invention from the subclaims and the embodiment, which explains in more detail Appendix of the drawing becomes. In this show:
Wie
aus
Bevorzugt
sind Außengelenk
Wie
aus
Im
ersten Ausführungsbeispiel gemäß den
In
allen Ausführungsbeispielen sind die separat ausgebildeten
schienenartigen Führungselemente in komplementäre,
sich in Drehrichtung D des Außengelenks
In
den vergrößerten Darstellungen der
In
einer alternativen Ausgestaltung, welche in
- 11
- Tripodegelenktripod
- 2020
- Außengelenkouter joint
- 2222
- LaufbahnausnehmungLaufbahnausnehmung
- 2424
- Laufbahncareer
- 2525
- Aufnahmeausnehmungreceiving recess
- 2626
- schienenartiges Führungselementseemed like guide element
- 2727
- Abschnitt mit kreisbogenförmigem Querschnittsection with a circular arc-shaped cross section
- 2828
- Wellenschaftspindle shaft
- 4040
- TripodesternTripod
- 4242
- Zapfenspigot
- 4343
- kugeliger Oberflächenabschnittspherical surface section
- 4444
- Splinessplines
- 6060
- Wälzlagerroller bearing
- 6262
- Innenringinner ring
- 6363
- kugelige Innenausnehmungglobular inner recess
- 6464
- Außenringouter ring
- 6565
- Sicherungsvorsprungsecuring projection
- 6666
- Ringnutring groove
- 6767
- Abschnitt mit kreisbogenförmigem Querschnittsection with a circular arc-shaped cross section
- 6868
- Rollerole
- 6969
- erste Führungsflächefirst guide surface
- 7070
- zweite Führungsflächesecond guide surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - EP 1253337 A1 [0005] - EP 1253337 A1 [0005]
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