DE102024200008B3

DE102024200008B3 - Tripod star for a tripod joint

Info

Publication number: DE102024200008B3
Application number: DE102024200008.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Zornhagen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2024-01-02
Filing date: 2024-01-02
Publication date: 2025-06-12
Anticipated expiration: 2044-01-03

Abstract

Ein Tripodestern (10) für ein Tripodegelenk umfasst einen Ringkörper (11) mit einer Drehachse (A), sowie Zapfen (14), die von dem Ringkörper (11) radial abstehen und jeweils eine Lauffläche (15) zur Lagerung jeweils eines Tripoderollers aufweisen. Die Laufflächen (15) der Zapfen (14) weisen jeweils partiell, nämlich in einem Teilbereich (18) der jeweiligen Lauffläche (15) eine Oberflächenstrukturierung (17) aus einer Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen (17a) und zwischen der Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen (17a) liegenden zurückgesetzten Schmiermittelbereichen (17b) auf. Die Höhe zwischen den erhabenen Kontaktbereichen (17a) und den zurückgesetzten Schmiermittelbereichen (17b) ist um ein Vielfaches größer ist als die Oberflächenrauigkeit der Lauffläche (15) im verbleibenden Bereich ohne besagte Oberflächenstrukturierung (17). Weiterhin wird ein Tripodestern vorgeschlagen, dessen Ringkörper (11) im Bereich des Übergangs in die Zapfen (14) lediglich lokal an in Umfangsrichtung um die Drehachse (A) des Ringkörpers (11) weisenden Teilabschnitten (19) asymmetrisch zur Symmetrieebene der Zapfenachsen (Z) gehärtet ist.

A tripod star (10) for a tripod joint comprises an annular body (11) with an axis of rotation (A), and pins (14) which project radially from the annular body (11) and each have a running surface (15) for supporting a respective tripod roller. The running surfaces (15) of the pins (14) each have, partially, namely in a partial region (18) of the respective running surface (15), a surface structuring (17) consisting of a plurality of raised contact regions (17a) and recessed lubricant regions (17b) located between the plurality of raised contact regions (17a). The height between the raised contact regions (17a) and the recessed lubricant regions (17b) is many times greater than the surface roughness of the running surface (15) in the remaining region without said surface structuring (17). Furthermore, a tripod star is proposed, the ring body (11) of which is hardened in the region of the transition to the pins (14) only locally on partial sections (19) pointing in the circumferential direction around the axis of rotation (A) of the ring body (11) asymmetrically to the plane of symmetry of the pin axes (Z).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tripodestern für ein Tripodegelenk, umfassend einen Ringkörper mit einer Drehachse, sowie Zapfen, die von dem Ringkörper radial abstehen und jeweils eine Lauffläche zur Lagerung jeweils eines Tripoderollers aufweisen.The invention relates to a tripod star for a tripod joint, comprising an annular body with an axis of rotation, and pins which project radially from the annular body and each have a running surface for supporting a tripod roller.

Tripodesterne werden herkömmlicherweise zunächst umformtechnisch aus einem Einsatzstahl hergestellt, wobei die Zapfen in der Regel bis auf ein Zerspanungsaufmaß fertig geformt werden. Anschließend wird an dem Ringkörper, bisweilen auch als Nabe bezeichnet, eine Innenverzahnung spanend erzeugt. Danach wird das gesamte Bauteil einsatzgehärtet. Aufgrund der beim Einsatzhärten auftretenden Härteverzüge muss nachfolgend in der Regel eine Hartbearbeitung an Stellen mit hohen Genauigkeitsanforderungen wie beispielsweise an den Laufflächen der Zapfen sowie an der Innenverzahnung vorgenommen werden.Tripod hubs are traditionally first manufactured from case-hardened steel by forming, with the journals usually being fully formed except for a machining allowance. Internal gearing is then machined on the ring body, sometimes referred to as the hub. The entire component is then case-hardened. Due to the distortions that occur during case-hardening, hard machining is usually required in areas with high precision requirements, such as the running surfaces of the journals and the internal gearing.

Weiterhin ist es gebräuchlich, Tripodesterne aus Vergütungsstahl zu fertigen und induktiv zu Härten. Auch diese Tripodesterne müssen zumindest im Bereich der Zapfen hart nachbearbeitet werden.It is also common practice to manufacture tripod stars from heat-treated steel and induction harden them. These tripod stars also require hard finishing, at least in the area of the journals.

In der Praxis überwiegt jedoch die zuvor genannte Herstellung aus Einsatzstahl.In practice, however, the aforementioned production from case-hardened steel predominates.

Durch das Einsatzhärten des gesamten Tripodesterns entstehen hohe Kosten. Zum einen ist der Energieeinsatz je Tripodestern hoch, da die gesamte Masse des Tripodesterns auf Härtetemperatur gebracht werden muss. Zu anderen erfordert das Einsatzhärten einen hohen Handlingsaufwand, da dieses nicht in eine Fließfertigung integrierbar ist. Starke Verzüge sowie die Aufkohlung des Zahnfußbereichs der Innenverzahnung führen zu einer Schwächung der Innenverzahnung. Zudem beeinträchtigen Verzüge die Montierbarkeit und das Tragverhalten. Das vollständige Härten des Bauteils ist allerdings im Hinblick auf das Belastungspotenzial und die Lebensdauer von Vorteil.Case hardening the entire tripod star is costly. Firstly, the energy consumption per tripod star is high, as the entire mass of the tripod star must be brought to hardening temperature. Secondly, case hardening requires significant handling effort, as it cannot be integrated into continuous production. Severe distortions and carburization of the tooth root area of the internal gear lead to a weakening of the internal gear. Furthermore, distortions impair assembly and load-bearing behavior. However, fully hardening the component is advantageous in terms of load capacity and service life.

Ein Induktionshärten ermöglicht im Gegensatz zum Einsatzhärten kürzere Prozesszeiten, da dieses in eine Fließfertigung integriert werden kann. Überdies treten hierbei weniger Randoxidationen auf. Auch der Energieeintrag kann geringer ausfallen als beim Einsatzhärten. Das Problem von Härteverzügen bleibt jedoch bestehen und muss durch entsprechende Nachbearbeitung ausgeglichen werden.In contrast to case hardening, induction hardening allows for shorter process times because it can be integrated into flow production. Furthermore, less surface oxidation occurs. The energy input can also be lower than with case hardening. However, the problem of hardening distortion remains and must be compensated for by appropriate post-processing.

Gleichwohl sind beide Herstellungsweisen der Praxis gebräuchlich, da es sich hierbei um bewährte und robuste Verfahren handelt.Nevertheless, both manufacturing methods are commonly used in practice, as they are proven and robust processes.

Ein gattungsgemäßer Tripodestern der eingangs genannten Art ist aus DE 10 2009 037 383 A1 bekannt. Zur Vermeidung der oben erläuterten Probleme wird dort vorgeschlagen, in Abkehr von herkömmlichen Herstellungsweisen, den Tripodestern lediglich partiell im Bereich der Laufflächen durch einen auf diesem Bereich begrenzten lokalen Wärmeeintrag zu härten. Durch einen lediglich lokalen Wärmeeintrag in den Tripodestern, nämlich im Bereich der Laufflächen wird der Energiebedarf in der Fertigung erheblich reduziert. Als besonders geeignete Verfahren werden Induktionshärten sowie Laserhärten genannt. Dies lasse sich vollständig in eine kontinuierliche Fließfertigung integrieren und komme im Hinblick auf das Härten ohne einen zusätzlichen Handlingsaufwand aus. Da der Ringkörper im Bereich seiner Innenverzahnung nicht gehärtet wird, entfällt dort jeglicher Härteverzug, wodurch der Hartnachbearbeitungsaufwand auf die Laufflächen der Zapfen beschränkt werden kann.A generic tripod star of the type mentioned above is made of DE 10 2009 037 383 A1 known. To avoid the problems explained above, it is proposed, in contrast to conventional manufacturing methods, to harden the tripod studs only partially in the area of the running surfaces by applying local heat to this area. By only applying heat locally to the tripod studs, namely in the area of the running surfaces, the energy required in production is significantly reduced. Induction hardening and laser hardening are mentioned as particularly suitable processes. This can be fully integrated into continuous flow production and, with regard to hardening, requires no additional handling effort. Since the ring body is not hardened in the area of its internal toothing, there is no hardening distortion there, which means that the hard post-machining effort can be limited to the running surfaces of the journals.

Allen vorstehend erläuterten Herstellungsverfahren ist gemeinsam, dass die Zapfen im Bereich der Laufflächen in der Regel einer abschließenden Hartbearbeitung unterzogen werden, um etwaige Härteverzüge auszukorrigieren, womit gleichzeitig eine hohe Oberflächengüte erzielt wird.What all of the manufacturing processes described above have in common is that the journals in the area of the running surfaces are usually subjected to a final hard machining in order to correct any hardening distortions, which at the same time achieves a high surface quality.

Praktische Versuche haben jedoch gezeigt, dass im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer nicht nur Maßabweichungen durch Härteverzüge, sondern auch eine unzureichende Schmiermittelversorgung im Bereich der Laufflächen problematisch sein kann.However, practical tests have shown that with regard to efficiency and service life, not only dimensional deviations due to hardening distortions but also an insufficient supply of lubricant in the area of the running surfaces can be problematic.

Ein Tripodestern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist aus US 7 357 723 B2 bekannt. Zur Verbesserung der Schmiermittelversorgung wird dort vorgeschlagen, den lastragenden Bereich des Zapfens in Drehrichtung des Tripodesterns mit einem Muster aus ebenen Flächen oder Dellen zu versehen.A tripod star with the features of the preamble of claim 1 is known from US 7 357 723 B2 To improve the lubricant supply, it is proposed to provide the load-bearing area of the journal in the direction of rotation of the tripod star with a pattern of flat surfaces or dents.

Ferner ist aus US 5 791 995 A bekannt, eine sphärische Lauffläche eines Zapfens umlaufend abzuflachen, den abgeflachten Bereich durch Kugelstrahlen mit einer unebenen Oberfläche zu versehen oder dort eine schraubenförmige Nut oder lineare Nuten parallel zur Zapfenachse anzubringen. Die vorgenannten Oberflächenstrukturierungen können in diesem Bereich auch ohne vorherige Abflachung vorgesehen werden.Furthermore, US 5 791 995 A It is known to flatten a spherical running surface of a journal all the way around, to provide the flattened area with an uneven surface through shot peening, or to create a helical groove or linear grooves parallel to the journal axis. The aforementioned surface structuring can also be provided in this area without prior flattening.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung eines Tripodesterns in Bezug auf die Vermeidung von Härteverzügen unter Berücksichtigung der Schmiermittelversorgung weiter zu verbessern.The invention is based on the object of further improving the production of a tripod ester with regard to the avoidance of hardening distortions, taking into account the lubricant supply.

Hierzu wird ein Tripodegelenk mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Laufflächen der Zapfen jeweils partiell, nämlich in einem Teilbereich der jeweiligen Lauffläche eine Oberflächenstrukturierung aus einer Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen und zwischen der Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen liegenden zurückgesetzten Schmiermittelbereichen aufweisen, wobei die Höhe zwischen den erhabenen Kontaktbereichen und den zurückgesetzten Schmiermittelbereichen um ein Vielfaches größer ist als die Oberflächenrauigkeit der Lauffläche im verbleibenden Bereich ohne besagte Oberflächenstrukturierung.For this purpose, a tripod joint with the features of patent claim 1 is proposed. This is characterized in particular in that the running surfaces of the pins each have a partial surface structure, namely in a partial area of the respective running surface, consisting of a plurality of raised contact areas and recessed lubricant areas located between the plurality of raised contact areas, wherein the height between the raised contact areas and the recessed lubricant areas is many times greater than the surface roughness of the running surface in the remaining area without said surface structure.

Im Vergleich zu DE 10 2009 037 383 A1 kann vorliegend eine Auftrennung beispielsweise eines Hauptlastbereichs an den Zapfen in eine Vielzahl von kleineren Teilkontaktflächen erfolgen. Hierdurch kann Schmiermittel besser zirkulieren, nämlich in den zurückgesetzten Schmiermittelbereichen um die erhabenen Kontaktbereiche herum, wodurch außerdem Wärme schneller abgeführt werden kann. Durch die verbesserte Zirkulation von Schmiermittel kann eine Mangelschmierung vermieden werden, was sich letztlich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer auswirkt.Compared to DE 10 2009 037 383 A1 In this case, for example, a main load area on the journal can be divided into a multitude of smaller contact surfaces. This allows lubricant to circulate more effectively, namely in the recessed lubricant areas around the raised contact areas, which also allows heat to be dissipated more quickly. The improved circulation of lubricant can prevent insufficient lubrication, which ultimately has a positive effect on efficiency and service life.

Die erhabenen Kontaktbereiche sind durch lokale Martensitbildung gegenüber den zurückgesetzten Schmiermittelbereichen erhaben. Solche erhabenen Kontaktbereiche können durch entsprechend lokal beschränktes Härten, insbesondere durch Induktionshärten, Laserstrahlhärten oder Elektronenstrahlhärten gewonnen werden. Bei der Martensitbildung kommt es zu einer Volumenzunahme. Dieser Effekt wird vorliegend genutzt, um die erhabenen Kontaktbereiche gegenüber den Schmiermittelbereichen herauszuheben. Zudem wird hierdurch eine Festigkeitssteigerung im Hauptbelastungsbereich der Lauffläche erzielt. Da sich das Härten in diesem Fall auf sehr kleine Bereiche beschränkt, können für die Funktion des Tripodesterns relevante Härteverzüge ausgeschlossen werden, so dass in diesem Fall eine Hartnachbearbeitung nicht erforderlich ist. Der Vorgang kann in eine Fließfertigung integriert werden.The raised contact areas are raised above the recessed lubricant areas due to local martensite formation. Such raised contact areas can be achieved through appropriately localized hardening, particularly through induction hardening, laser beam hardening, or electron beam hardening. Martensite formation results in an increase in volume. This effect is used here to emphasize the raised contact areas compared to the lubricant areas. Furthermore, it increases the strength of the main load-bearing area of the running surface. Since hardening is limited to very small areas in this case, hardening distortions relevant to the function of the tripod star can be excluded, so that hard post-machining is not necessary in this case. The process can be integrated into flow production.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.Particular embodiments of the invention are the subject of further patent claims.

Vorzugsweise ist die Oberflächenstrukturierung auf einen Bogensegmentbereich der Lauffläche beschränkt, welcher in Umfangsrichtung um die Drehachse des Ringkörpers weist und bezogen auf eine Längsachse Z des jeweiligen Zapfens auf einen Winkelbereich von 30 bis 120° beschränkt ist. Durch eine Beschränkung auf die am stärksten belasteten Bereiche des Tripodesterns bleibt der zusätzliche Herstellungsaufwand zur Verbesserung von Lebensdauer und Wirkungsgrad minimal.Preferably, the surface structuring is limited to an arc segment area of the running surface, which extends circumferentially around the rotational axis of the ring body and is limited to an angular range of 30 to 120° relative to a longitudinal axis Z of the respective journal. By limiting the structuring to the most heavily loaded areas of the tripod star, the additional manufacturing effort required to improve service life and efficiency is kept to a minimum.

Insbesondere können an einem Zapfen zwei Teilbereiche mit besagter Oberflächenstrukturierung einander in Drehrichtung um die Drehachse des Ringkörpers gegenüberliegen. Dieses ist vor allem bei rekuperierenden Fahrzeugen von Vorteil, da hierdurch die beiden Hauptbelastungsrichtungen am Tripodestern abgedeckt werden.In particular, two sections with the aforementioned surface structure can be located opposite each other on a pin in the direction of rotation around the rotation axis of the ring body. This is particularly advantageous for recuperating vehicles, as it covers the two main load directions on the tripod star.

Gemäß einer besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die Länge der besagten Oberflächenstrukturierung in Richtung der Längsachse des Zapfens auf 20 bis 60 % der Gesamtlänge des Zapfens in Richtung der Längsachse des Zapfens beschränkt. Auch hier liegt die Überlegung zu Grunde, den Herstellungsaufwand auf die am stärksten belasteten Bereiche zu beschränken, um eine besonders belastungsgerechte Bauteiloptimierung zu erzielen.According to a particular embodiment of the invention, the length of said surface structuring along the longitudinal axis of the pin is limited to 20 to 60% of the total length of the pin along the longitudinal axis of the pin. Here, too, the underlying idea is to limit the manufacturing effort to the most heavily loaded areas in order to achieve a particularly load-adapted component optimization.

Weiterhin kann die Abwicklung des Bereichs mit besagter Oberflächenstrukturierung rhombusförmig ausgebildet werden, um eine noch bessere Anpassung an die am stärksten belasteten Bereiche vorzunehmen.Furthermore, the development of the area with the said surface structuring can be designed in a rhombus shape in order to achieve an even better adaptation to the most heavily stressed areas.

Der Tripoderoller kann dabei einen Innenring, einen Außenring sowie zwischen diesen angeordnete Wälzkörper umfassen und mit dem Innenring an der Lauffläche gelagert sein. Üblicherweise ist bei einer solchen Bauweise die Lauffläche ballig gewölbt, so dass die größte Belastung üblicherweise im Bereich des größten Durchmessers der Lauffläche auftritt. Hier ist eine rhombusförmige Kontur des Teilbereichs mit besagter Oberflächenstrukturierung besonders vorteilhaft.The tripod roller can comprise an inner ring, an outer ring, and rolling elements arranged between them. The inner ring is mounted on the raceway. Typically, the raceway in such a design is crowned, so that the greatest load usually occurs in the area of the raceway's largest diameter. A rhombus-shaped contour of the section with the aforementioned surface structure is particularly advantageous here.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die Länge der besagten Oberflächenstrukturierung in Richtung der Längsachse Z des Zapfens auf 50 bis 90 % der Gesamtlänge des Zapfens in Richtung der Längsachse Z des Zapfens beschränkt. Vorzugsweise ist in diesem Fall die Abwicklung des Bereichs mit besagter Oberflächenstrukturierung dreieckförmig. Eine solche Ausgestaltung eignet sich insbesondere für sogenannte Einfachtripode, bei welchen ein Tripoderoller einen Außenring sowie Wälzkörper umfasst und der Außenring über die Wälzkörper an der Lauffläche des Zapfens gelagert ist. Üblicherweise kann hierbei der Zapfen zylindrisch ausgebildet sein, während die Wälzkörper Nadeln sind.According to another particular embodiment of the invention, the length of said surface structuring in the direction of the longitudinal axis Z of the journal is limited to 50 to 90% of the total length of the journal in the direction of the longitudinal axis Z of the journal. In this case, the development of the area with said surface structuring is preferably triangular. Such a configuration is particularly suitable for so-called single tripods, in which a tripod roller comprises an outer ring and rolling elements, and the outer ring is mounted on the running surface of the journal via the rolling elements. Typically, the journal can be cylindrical, while the rolling elements are needles.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung überlappt der Teilbereich den Teilkreisradius PCR der Zapfen, wobei die Mindestlänge h des Teilbereichs in Richtung der Längsachse Z der Zapfen gleich oder größer ist als PCR/9,8.According to a further particular embodiment of the invention, the partial area overlaps the pitch circle radius PCR of the pins, the minimum length h of the partial area in the direction of the longitudinal axis Z of the cones is equal to or greater than PCR/9.8.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung sind die erhabenen Kontaktbereiche linienförmig und/oder punktförmig ausgebildet sind. Wie oben bereits erwähnt, sind eine Vielzahl solcher linienförmigen und/oder punktförmigen Kontaktbereiche im Teilbereich mit besagter Oberflächenstrukturierung vorhanden. Diese linien- und/oder punktförmigen Kontaktbereiche können in verschiedenen Mustern angeordnet sein.According to a further particular embodiment of the invention, the raised contact areas are linear and/or point-shaped. As already mentioned above, a plurality of such linear and/or point-shaped contact areas are present in the partial area with said surface structuring. These linear and/or point-shaped contact areas can be arranged in various patterns.

Als Linien werden Strukturen verstanden, deren Länge ein Mehrfaches ihrer Breite beträgt. Unter den Begriff punktförmig sind vorliegend nicht nur kreisförmige Geometrien sondern auch Polygone jedweder Form zu verstehen. Insbesondere können Geometrien als punktförmig angesehen werden, bei denen das Verhältnis von größter zu kleinster Weite im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt.Lines are defined as structures whose length is a multiple of their width. The term "point-like" refers not only to circular geometries but also to polygons of any shape. In particular, geometries can be considered point-like if the ratio of the largest to the smallest width is in the range of 0.5 to 2.0.

Linienförmige erhabene Kontaktbereiche weisen vorzugsweise eine Länge kleiner als 20 mm, kleiner als 10 mm oder kleiner als 5 mm auf. Vorzugsweise ist die Länge größer als 1 mm, 2 mm, 3 mm oder 4 mm. Vorzugsweise ist die Breite kleiner als 3 mm, kleiner als 2 mm oder kleiner als 1 mm. Vorzugsweise ist die Breite größer als 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm oder 4 mm.Linear raised contact areas preferably have a length of less than 20 mm, less than 10 mm, or less than 5 mm. The length is preferably greater than 1 mm, 2 mm, 3 mm, or 4 mm. The width is preferably less than 3 mm, less than 2 mm, or less than 1 mm. The width is preferably greater than 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, or 4 mm.

Punktförmige erhabene Kontaktbereiche weisen vorzugsweise eine Fläche kleiner als 5 mm², 4 mm², 3 mm², 2 mm² oder, 1 mm² auf. Vorzugsweise ist die Fläche größer als 0,5 mm², 1 mm², 2 mm², 3 mm oder 4 mm².Point-shaped raised contact areas preferably have an area smaller than 5 mm ² , 4 mm ² , 3 mm ² , 2 mm ² or 1 mm ² . Preferably, the area is larger than 0.5 mm ² , 1 mm ² , 2 mm ² , 3 mm or 4 mm ² .

Die zurückgesetzten Schmiermittelbereiche bilden die Zwischenräume zwischen den erhabenen Kontaktbereiche und können in ihrer räumlichen Ausdehnung größer als die erhabenen Kontaktbereiche sein.The recessed lubricant areas form the spaces between the raised contact areas and can be larger in spatial extent than the raised contact areas.

Vorzugsweise sind mehrere oder alle der zurückgesetzten Schmiermittelbereiche untereinander verbundene Strukturen, welche auch als ein umfassender, mehrere erhabene Kontaktbereiche umgebender Schmiermittelbereich verstanden werden können.Preferably, several or all of the recessed lubricant areas are interconnected structures, which can also be understood as a comprehensive lubricant area surrounding several raised contact areas.

Weiterhin wird vorliegend ein Tripodestern gemäß Patentanspruch 10 vorgeschlagen. Bei diesem ist der Ringkörper im Bereich des Übergangs in die Zapfen lediglich lokal an in Umfangsrichtung um die Drehachse des Ringkörpers weisenden Teilabschnitten gehärtet, wobei bezogen auf eine Symmetrieebene des Tripodesterns senkrecht zur Drehachse des Ringkörpers der Flächenanteil des gehärteten Teilabschnitts auf der lasttragenden Seite größer ist als auf der gegenüberliegenden, lastabgewandten Seite und vorzugsweise der Ringkörper im Übrigen ungehärtet ist. In diesem Teilabschnitten treten im Betrieb ebenfalls erhöhte Bauteilspannungen auf, denen auf diese Art und Weise sehr gezielt lokal begegnet werden kann. Hierdurch kann auf ein vollständiges Härten des Ringkörpers verzichtet werden. Ein lokales Härten kann wie vorstehend erläutert wiederum durch Induktionshärten, Laserhärten oder Elektronenstrahlhärten vorgenommen werden. Entsprechend kann der Ringkörper aus einem Vergütungsstahl gefertigt sein. Damit ist es möglich, auch diesen Vorgang in eine Fließfertigung zu integrieren.Furthermore, a tripod star according to patent claim 10 is proposed here. In this case, the ring body in the region of the transition to the pins is hardened only locally on sections pointing in the circumferential direction around the axis of rotation of the ring body, wherein, with respect to a plane of symmetry of the tripod star perpendicular to the axis of rotation of the ring body, the surface area of the hardened section on the load-bearing side is larger than on the opposite, load-reduced side, and the ring body is preferably otherwise unhardened. Increased component stresses also occur in these sections during operation, which can be counteracted locally in a very targeted manner in this way. This eliminates the need for complete hardening of the ring body. Local hardening can, as explained above, be carried out by induction hardening, laser hardening, or electron beam hardening. Accordingly, the ring body can be made of a heat-treatable steel. This makes it possible to integrate this process into flow production.

Das Härten von Lauffläche und Hals des Zapfens kann gegebenenfalls auf einer Maschine in einer Arbeitsfolge und einer Bauteilaufspannung/-ausrichtung erfolgen.The hardening of the running surface and neck of the journal can, if necessary, be carried out on one machine in one work sequence and one component clamping/alignment.

Die asymmetrische Ausgestaltung der gehärteten Teilabschnitte trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass ein Tripodestern in der Regel mit einer Antriebswelle verbunden ist und die größeren Belastungen auf der Seite der Antriebswelle auftreten.The asymmetric design of the hardened sections takes into account the fact that a tripod star is usually connected to a drive shaft and the greater loads occur on the drive shaft side.

Dabei wird vorzugsweise ein Härten des Anschlussbereichs für die Antriebswelle, in der Regel in der Form einer Innenverzahnung, vermieden, da dort das Korrigieren von Härteverzügen besonders aufwendig ist.Hardening of the connection area for the drive shaft, usually in the form of internal gearing, is preferably avoided, since correcting hardening distortions there is particularly complex.

Insbesondere können die Teilabschnitte auf Außenumfangsabschnitte des Ringkörpers, welche an die Zapfen angrenzen beschränkt sein.In particular, the partial sections may be limited to outer peripheral sections of the ring body which are adjacent to the pins.

Die vorstehend vorgestellten lokalen Härtungen am Tripodestern lassen sich auch kombiniert in eine Fließfertigung integrieren und vermeiden relevante Härteverzüge, so dass letztlich eine Hartnachbearbeitung des Tripodesterns nach dem Härten unterbleiben kann, während gleichzeitig der Energieeinsatz für das Härten wie der Aufwand für das Bauteilhandling minimal bleiben. Durch die belastungsgerechte Optimierung werden überdies Lebensdauer und Wirkungsgrad des Tripodesterns weiter verbessert.The local hardening processes on the tripod star presented above can also be combined and integrated into flow production, avoiding significant hardening distortions. This ultimately eliminates the need for hardening post-processing of the tripod star, while simultaneously minimizing the energy required for hardening and the effort required for component handling. Furthermore, the load-based optimization further improves the service life and efficiency of the tripod star.

Nachfolgend werden Wege zur Ausführung der Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sowie weiteren Abwandlungen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiel eines Tripodesterns nach der Erfindung,
2 eine Seitenansicht des Tripodesterns aus 1,
3 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiel eines Tripodesterns nach der Erfindung,
4 eine Seitenansicht des Tripodesterns aus 3,
5 verschiedene Muster von Oberflächenstrukturierungen,
6 weitere Muster von Oberflächenstrukturierungen, und in
7 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Tripodesterns nach der Erfindung.

In the following, ways of implementing the invention are explained in more detail using exemplary embodiments illustrated in the drawings, as well as further modifications. The drawing shows:

1 a front view of a first embodiment of a tripod star according to the invention,
2 a side view of the tripod star 1 ,
3 a front view of a second embodiment of a tripod star according to the invention,
4 a side view of the tripod star 3 ,
5 different patterns of surface structuring,
6 further patterns of surface structuring, and in
7 a side view of a third embodiment of a tripod star according to the invention.

Die Ausführungsbeispiele in den 1 bis 4 und 7 zeigen jeweils einen Tripodestern 10 für ein Tripodegelenk, welches beispielsweise in einer Antriebswelle eines Personenkraftfahrzeugs zum Einsatz kommen kann.The examples in the 1 to 4 and 7 each show a tripod star 10 for a tripod joint, which can be used, for example, in a drive shaft of a passenger vehicle.

Der Tripodestern 10 weist einen Ringkörper 11 mit einer Drehachse A auf. Zum Anschluss an eine Antriebswelle kann an dem Ringkörper 11 eine zur Drehachse A konzentrische Durchgangsöffnung 12 mit einer vorzugsweise durchgängigen Innenverzahnung 13 vorgesehen sein.The tripod star 10 has an annular body 11 with a rotational axis A. For connection to a drive shaft, a through opening 12 concentric with the rotational axis A with a preferably continuous internal toothing 13 can be provided on the annular body 11.

Weiterhin weist der Tripodestern 10 vorzugsweise drei Zapfen 14 auf, welche von dem Ringkörper 11 radial abstehen. Die Zapfen 14 besitzen jeweils eine Längsachse Z. Vorzugsweise schneiden sich die Längsachsen Z sämtlicher Zapfen 14 in einem gemeinsamen Punkt auf der Drehachse A des Ringkörpers 11.Furthermore, the tripod star 10 preferably has three pins 14 that project radially from the annular body 11. The pins 14 each have a longitudinal axis Z. Preferably, the longitudinal axes Z of all pins 14 intersect at a common point on the rotational axis A of the annular body 11.

Jeder der Zapfen 14 weist eine Lauffläche 15 für einen nicht näher dargestellten, jedoch an sich bekannten Tripoderoller auf, welche konzentrisch zur Längsachse Z ausgebildet ist.Each of the pins 14 has a running surface 15 for a tripod roller, not shown in detail but known per se, which is formed concentrically to the longitudinal axis Z.

Das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt einen Tripodestern 10 für ein sogenanntes Doppelrollen-Tripodegelenk. Bei einem solchen umfasst der Tripoderoller einen Außenring, einen Innenring sowie Wälzlager, über welche der Außenring drehbar an dem Innenring gelagert ist. Der Innenring ist seinerseits wiederum an dem Zapfen 14 drehbar und schwenkbar gelagert. Zu diesem Zweck weist die Lauffläche 15 bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein balliges Profil auf, welches in etwa in der Mitte der Länge der Lauffläche 15 in Richtung der Längsachse Z des Zapfens 14 seinen größten Durchmesser besitzt.The 1 and 2 The first exemplary embodiment shown shows a tripod star 10 for a so-called double-roller tripod joint. In such a joint, the tripod roller comprises an outer ring, an inner ring, and rolling bearings, via which the outer ring is rotatably mounted on the inner ring. The inner ring, in turn, is rotatably and pivotably mounted on the journal 14. For this purpose, the running surface 15 in the first exemplary embodiment has a spherical profile, which has its largest diameter approximately in the middle of the length of the running surface 15 in the direction of the longitudinal axis Z of the journal 14.

Die 3 und 4 zeigen im Rahmen eines zweiten Ausführungsbeispiels beispielhaft einen Tripodestern 10 für ein sogenanntes Einfach-Tripodegelenk. In diesem Fall umfasst der Tripoderoller lediglich einen Außenring sowie Wälzkörper, über welche der Außenring drehbar an der Lauffläche 15 gelagert ist. Die Lauffläche 15 ist hierbei zylindrisch. Als Wälzkörper kommen beispielsweise Nadeln zum Einsatz, welche zur Lauffläche 15 eine Linienberührung aufweisen.The 3 and 4 1 and 2 show, as an example, a tripod star 10 for a so-called single tripod joint in a second exemplary embodiment. In this case, the tripod roller comprises only an outer ring and rolling elements, via which the outer ring is rotatably mounted on the running surface 15. The running surface 15 is cylindrical. Needles, for example, are used as rolling elements, which have a linear contact with the running surface 15.

An den Tripodesternen 10 beider Ausführungsbeispiele treten im Betrieb die größten Belastungen an den Zapfen 14 auf, und zwar an denjenigen Stellen, welche in Drehrichtung um die Drehachse A des Ringkörpers 11 weisen. In den 2 und 4 sind diese Hauptbelastungsbereiche jeweils schematisch eingegrenzt und mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnet.On the tripod stars 10 of both embodiments, the greatest loads occur during operation on the journals 14, namely at those points which point in the direction of rotation around the axis of rotation A of the ring body 11. In the 2 and 4 These main load areas are each schematically defined and marked with the reference number 16.

Zur Verbesserung der Schmiermittelversorgung in diesen Bereichen sind die Laufflächen 15 mit einer speziellen, nachfolgend näher erläuterten Oberflächenstrukturierung 17 versehen.To improve the lubricant supply in these areas, the running surfaces 15 are provided with a special surface structure 17, which is explained in more detail below.

Insbesondere weisen die Laufflächen 15 der Zapfen 14 jeweils partiell, nämlich in einem Teilbereich 18 der jeweiligen Lauffläche 15 eine Oberflächenstrukturierung 17 aus einer Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen 17a und zwischen der Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen 17a liegenden zurückgesetzten Schmiermittelbereichen 17b auf.In particular, the running surfaces 15 of the pins 14 each have partially, namely in a partial area 18 of the respective running surface 15, a surface structuring 17 consisting of a plurality of raised contact areas 17a and recessed lubricant areas 17b located between the plurality of raised contact areas 17a.

Dabei ist die Höhe zwischen den erhabenen Kontaktbereichen 17a und den zurückgesetzten Schmiermittelbereichen 17b um ein Vielfaches größer ist als die Oberflächenrauigkeit der Lauffläche im verbleibenden Bereich 19 ohne besagte Oberflächenstrukturierung 17.The height between the raised contact areas 17a and the recessed lubricant areas 17b is many times greater than the surface roughness of the running surface in the remaining area 19 without said surface structuring 17.

Es hat sich gezeigt, dass bereits kleine Höhenwerte ab 50 µm wirksam sind, was etwa dem Fünffachen der gemittelten Rautiefe Rz im nicht-oberflächenstrukturierten Bereich der Lauffläche 15 entspricht. Bei zerspanten Strukturen kann die Erhöhung auch in Bereiche von maximal 1 bis 1,5mm ausgedehnt werden. Generell empfehlen sich Höhenwerte von 50 bis 1500 µm und vorzugsweise von 80 bis 1000 µm.It has been shown that even small height values starting at 50 µm are effective, which corresponds to approximately five times the average roughness depth Rz in the non-surface-structured area of the running surface 15. For machined structures, the increase can also be extended to a maximum of 1 to 1.5 mm. Generally, height values of 50 to 1500 µm and preferably 80 to 1000 µm are recommended.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen in den 1 bis 4 ist die Oberflächenstrukturierung auf einen Bogensegmentbereich der Lauffläche 15 an dem jeweiligen Zapfen 14 beschränkt. Der betreffende Bogensegmentbereich erstreckt sich um die Längsachse Z des jeweiligen Zapfens 14 über einen Winkelbereich 30 bis 140°. Bei Doppel-Tripodegelenken ist dieser Winkelbereich in der Regel größer als bei Einfach-Tripodegelenken.In the illustrated embodiments in the 1 to 4 The surface structuring is limited to an arc segment area of the running surface 15 on the respective pin 14. The respective arc segment area extends around the longitudinal axis Z of the respective pin 14 over an angular range of 30 to 140°. In double tripod joints, this angular range is generally larger than in single tripod joints.

Vorzugsweise weist der betreffende Bogensegmentbereich in Umfangsrichtung um die Drehachse A des Ringkörpers 11, da in dieser Richtung in der Regel die größten Belastungen auftreten. Wie in den 2 und 4 dargestellt, können die Zapfen 14 zu einer zur Drehachse A des Ringkörpers 11 senkrechten Ebene symmetrisch sein. Die Längsachsen Z der Zapfen 14 erstrecken sich in dieser Ebene und treffen sich in einem gemeinsamen Punkt auf der Drehachse A. Der Bogensegmentbereich kann in Bezug auf diese Symmetrieebene ebenfalls symmetrisch ausgeführt sein.Preferably, the arc segment area in question points in the circumferential direction around the rotation axis A of the ring body 11, since the greatest loads usually occur in this direction. As shown in the 2 and 4 shown, the pins 14 be symmetrical to a plane perpendicular to the rotational axis A of the annular body 11. The longitudinal axes Z of the pins 14 extend in this plane and meet at a common point on the rotational axis A. The arc segment region can also be symmetrical with respect to this plane of symmetry.

In einer Ausführungsvariante sind an einem Zapfen 14 zwei Teilbereiche 18 mit besagter Oberflächenstrukturierung 17 einander in Drehrichtung um die Drehachse A des Ringkörpers 11 gegenüberliegend angeordnet. Dies ist insbesondere bei rekuperierenden Fahrzeugen von Vorteil, bei welchen erhebliche Drehmomente in beide Drehrichtungen übertragen werden müssen.In one embodiment, two partial areas 18 with said surface structuring 17 are arranged on a pin 14, opposite each other in the direction of rotation about the rotational axis A of the annular body 11. This is particularly advantageous in recuperating vehicles, in which considerable torques must be transmitted in both directions of rotation.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Länge h der besagten Oberflächenstrukturierung 17 in Richtung der Längsachse Z des Zapfens 14 auf 20 bis 60 % der Gesamtlänge des Zapfens 14 in Richtung der Längsachse des Zapfens beschränkt. Weiter bevorzugt kann die Länge h auf einen Bereich von 25 bis 45 % der Gesamtlänge eingeschränkt sein.In the first embodiment, the length h of said surface structuring 17 in the direction of the longitudinal axis Z of the pin 14 is limited to 20 to 60% of the total length of the pin 14 in the direction of the longitudinal axis of the pin. More preferably, the length h can be limited to a range of 25 to 45% of the total length.

Weiterhin kann die Oberflächenstrukturierung 17 an der balligen Lauffläche 15 in 2 derart angeordnet sein, dass sich diese über den Bereich des größten Durchmessers der Lauffläche 15 erstreckt. Vorzugsweise kann die Mitte der Erstreckung der Oberflächenstrukturierung 17 in Richtung der Längsachse Z des Zapfens 15 mit dem größten Durchmesser der Lauffläche 15 zusammenfallen.Furthermore, the surface structuring 17 on the crowned running surface 15 can be 2 be arranged such that it extends over the area of the largest diameter of the running surface 15. Preferably, the center of the extension of the surface structuring 17 in the direction of the longitudinal axis Z of the pin 15 can coincide with the largest diameter of the running surface 15.

Ferner ist es möglich, die Oberflächenstrukturierung 17 in dem vorgenannten Bogensegmentbereich mit einer rhombusförmigen Abwicklung auszuführen. Dabei kann die Höhe der Rhombusform des Teilbereichs 18 mit Oberflächenstrukturierung und 17 in Längsrichtung Z des Zapfens 15 kleiner sein als dessen Breite in Umfangsrichtung um die Längsachse Z.Furthermore, it is possible to implement the surface structuring 17 in the aforementioned arc segment region with a rhombus-shaped development. The height of the rhombus shape of the partial region 18 with surface structuring and 17 in the longitudinal direction Z of the pin 15 can be smaller than its width in the circumferential direction around the longitudinal axis Z.

Die Oberflächenstrukturierung 17 des Teilbereichs 18 in 2 ist in 5 mit einer Vielzahl von Varianten a bis i näher dargestellt, ohne dass die Erfindung auf die konkret dargestellten Varianten beschränkt wäre. Wie oben bereits ausgeführt, weist die Oberflächenstrukturierung 17 eine Vielzahl von erhabenen Kontaktbereichen 17a auf. Zudem ist mindestens ein gegenüber den erhabenen Kontaktbereichen 17a zurückgesetzter Schmiermittelbereiche 17b vorgesehen, welcher an die erhabenen Kontaktbereiche 17a unmittelbar angrenzt. Die zurückgesetzten Schmiermittelbereiche 17b können dabei beispielsweise als voneinander unabhängige Taschen ausgeführt sein, jedoch auch untereinander verbunden sein und einen umfassenden zurückgesetzten Schmiermittelbereich 17b bilden, welcher mehrere oder alle der erhabenen Kontaktbereiche 17a umgibt.The surface structuring 17 of the sub-area 18 in 2 is in 5 with a plurality of variants a to i, without the invention being limited to the specifically illustrated variants. As already explained above, the surface structuring 17 has a plurality of raised contact regions 17a. In addition, at least one lubricant region 17b is provided which is recessed relative to the raised contact regions 17a and directly borders the raised contact regions 17a. The recessed lubricant regions 17b can, for example, be designed as independent pockets, but can also be connected to one another and form a comprehensive recessed lubricant region 17b which surrounds several or all of the raised contact regions 17a.

Dabei ist vorzugsweise der Flächenanteil der erhabenen Kontaktbereiche 17a an dem Teilbereich 18 mit Oberflächenstrukturierung 17a kleiner als der Flächenanteil der zurückgesetzten Schmiermittelbereiche 17b. Insbesondere kann der Flächenanteil der zurückgesetzten Schmiermittelbereiche 17b bezogen auf den gesamten Teilbereich 18 in einem Bereich von 70 bis 90% liegen, um möglichst viel Schmiermittel bereitzustellen.In this case, the surface area of the raised contact areas 17a on the partial area 18 with surface structuring 17a is preferably smaller than the surface area of the recessed lubricant areas 17b. In particular, the surface area of the recessed lubricant areas 17b relative to the entire partial area 18 can be in a range of 70 to 90% in order to provide as much lubricant as possible.

Die erhabenen Kontaktbereiche 17a können linienförmig und/oder punktförmig ausgebildet sein, wie dies in 5 beispielhaft dargestellt ist. Diese linien- und/oder punktförmigen erhabenen Kontaktbereiche 17a können aus einer Vielzahl von Einzelelementen, insbesondere Linienelementen und/oder Punktelementen zusammengesetzt sein, welche in verschiedenen Mustern angeordnet sind.The raised contact areas 17a can be linear and/or point-shaped, as shown in 5 is shown by way of example. These linear and/or point-shaped raised contact areas 17a can be composed of a plurality of individual elements, in particular line elements and/or point elements, which are arranged in different patterns.

Als Linienelemente werden Strukturen verstanden, deren Länge ein Mehrfaches ihrer Breite beträgt. Unter einem Punktelement werden nicht nur kreisförmige Geometrien verstanden, sondern auch Polygone beliebiger Form. Insbesondere können Geometrien als punktförmig angesehen werden, bei denen das Verhältnis von größter zu kleinster Weite im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt.Line elements are defined as structures whose length is a multiple of their width. Point elements include not only circular geometries, but also polygons of any shape. In particular, geometries can be considered point-like if the ratio of the largest to the smallest width is in the range of 0.5 to 2.0.

Linienförmige erhabene Kontaktbereiche (kurz: Linienelemente) weisen vorzugsweise eine Länge kleiner als 20 mm, kleiner als 10 mm oder kleiner als 5 mm auf. Vorzugsweise ist die Länge größer als 1 mm, 2 mm, 3 mm oder 4 mm. Vorzugsweise ist die Breite kleiner als 3 mm, kleiner als 2 mm oder kleiner als 1 mm. Vorzugsweise ist die Breite größer als 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm oder 4 mm.Linear raised contact areas (in short: line elements) preferably have a length of less than 20 mm, less than 10 mm, or less than 5 mm. The length is preferably greater than 1 mm, 2 mm, 3 mm, or 4 mm. The width is preferably less than 3 mm, less than 2 mm, or less than 1 mm. The width is preferably greater than 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, or 4 mm.

Punktförmige erhabene Kontaktbereiche (kurz: Punktelemente) weisen vorzugsweise eine Fläche kleiner als 5 mm², 4 mm², 3 mm², 2 mm² oder, 1 mm² auf. Vorzugsweise ist die Fläche größer als 0,5 mm², 1 mm², 2 mm², 3 mm oder 4 mm².Point-shaped raised contact areas (in short: point elements) preferably have an area smaller than 5 mm ² , 4 mm ² , 3 mm ² , 2 mm ² or 1 mm ² . Preferably, the area is larger than 0.5 mm ² , 1 mm ² , 2 mm ² , 3 mm or 4 mm ² .

Wie in 5 in einigen Varianten beispielhaft gezeigt, können mehrere Linienelemente vorgesehen sein, welche parallel zueinander verlaufen. Ferner können Linienelemente vorgesehen sein, welche nicht parallel zueinander verlaufen.As in 5 In some variants, as shown by way of example, several line elements can be provided that run parallel to one another. Furthermore, line elements can be provided that do not run parallel to one another.

Einzelne Linienelemente können parallel zur Begrenzung der Rhombusform angeordnet sein. Einzelne Linienelemente können in Umfangsrichtung um die Längsachse Z des Zapfens 14 verlaufen. Einzelne Linienelemente können auch parallel zur Längsachse Z des Zapfens 14 verlaufen.Individual line elements can be arranged parallel to the boundary of the rhombus shape. Individual line elements can run in the circumferential direction around the longitudinal axis Z of the pin 14. Individual line elements can also run parallel to the longitudinal axis Z of the pin 14.

Einzelne Linienelemente können jeweils kreuzungsfrei sein. Es ist jedoch auch möglich, einzelne Linienelemente miteinander zu kreuzen.Individual line elements can be intersection-free. However, it is also possible for individual line elements to intersect with each other.

Überdies können bogenförmige Linienelemente vorgesehen sein. Gegebenenfalls können mehrere bogenförmige Linienelemente konzentrisch zueinander angeordnet sein.Furthermore, curved line elements may be provided. If necessary, several curved line elements may be arranged concentrically to one another.

Punktelemente können in regelmäßigen Mustern angeordnet sein. Punktelemente können auch in unregelmäßigen Mustern angeordnet sein.Point elements can be arranged in regular patterns. Point elements can also be arranged in irregular patterns.

Die Punktelemente können so angeordnet sein das diese jeweils aneinander angrenzen, so dass eine Vielzahl von unverbundenen zurückgesetzten Schmiermittelbereichen 17b dazwischen gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Punktelemente so auszuführen, dass die zurückgesetzten Schmiermittelbereiche 17b zwischen den entsprechenden Erhebungen verbunden sind, d.h. gewissermaßen Überströmkanäle für Schmiermittel zwischen den Punktelementen hindurch gebildet sind. Dies gilt analog auch für die vorstehend erläuterten Linienelemente.The point elements can be arranged so that they are adjacent to one another, forming a plurality of unconnected, recessed lubricant regions 17b between them. However, it is also possible to design the point elements so that the recessed lubricant regions 17b are connected between the corresponding elevations, i.e., to form overflow channels for lubricant between the point elements. This also applies analogously to the line elements explained above.

Wie in 5, Variante i, beispielhaft dargestellt, können einzelne Linienelemente sich auch über den Teilbereich 18 mit Oberflächenstrukturierung 17 hinaus erstrecken. Insbesondere können solche Linienelemente bis in einen Übergang des Zapfens 14 in den Ringkörper 11 fortgesetzt sein. Anstelle von Linienelementen kann auch eine Reihe von Punktelementen oder ein Muster von Punktelementen und/oder Linienelementen aus dem Teilbereich 18 heraus fortgesetzt sein.As in 5 , Variant i, shown as an example, individual line elements can also extend beyond the partial area 18 with surface structuring 17. In particular, such line elements can be continued into a transition of the pin 14 into the annular body 11. Instead of line elements, a series of point elements or a pattern of point elements and/or line elements can also be continued from the partial area 18.

Das zweite Ausführungsbeispiel in den 3 und 4 stellt auf ein Einfach-Tripodegelenk ab, bei welchem ein Tripoderoller über Wälzkörper an der Lauffläche 15 eines Zapfens 14 gelagert ist.The second embodiment in the 3 and 4 is based on a single tripod joint in which a tripod roller is mounted on the running surface 15 of a pin 14 via rolling elements.

In diesem Fall empfiehlt es sich, die Länge h der besagten Oberflächenstrukturierung 17 in Richtung der Längsachse Z des Zapfens in einem Bereich von 50 bis 90 % der Gesamtlänge des Zapfens 14 in Richtung der Längsachse Z des Zapfens 14 zu wählen. Vorzugsweise kann hierbei die Abwicklung des Teilbereichs 18 mit Oberflächenstrukturierung 17 dreieckförmig ausgebildet sein.In this case, it is recommended to select the length h of said surface structuring 17 in the direction of the longitudinal axis Z of the pin in a range of 50 to 90% of the total length of the pin 14 in the direction of the longitudinal axis Z of the pin 14. Preferably, the development of the partial area 18 with surface structuring 17 can be triangular.

In 4 ist eine Dreiecksform gezeigt, welche in Richtung der Längsachse Z des Zapfens 14 eine größere Erstreckung besitzt, als in Umfangsrichtung um die Längsachse Z herum. Insbesondere kann die Dreiecksform in Bezug auf die oben genannte Symmetrieebene symmetrisch sein. Weiter vorzugsweise weist die Dreiecksform zum Ringkörper 11 hin ihre breite Basis auf, wohingegen eine gegenüberliegende Spitze der Dreiecksform von dem Ringkörper 11 weg weist.In 4 A triangular shape is shown which has a greater extension in the direction of the longitudinal axis Z of the pin 14 than in the circumferential direction around the longitudinal axis Z. In particular, the triangular shape can be symmetrical with respect to the above-mentioned plane of symmetry. Further preferably, the triangular shape has its broad base facing the annular body 11, whereas an opposite tip of the triangular shape points away from the annular body 11.

In 6 sind verschiedene Varianten für die Oberflächenstrukturierung 17 innerhalb des nunmehr dreieckförmig Teilbereichs 18 beispielhaft dargestellt, ohne dass die Erfindung auf diese Varianten beschränkt wäre.In 6 various variants for the surface structuring 17 within the now triangular partial area 18 are shown by way of example, without the invention being limited to these variants.

Auch hier können die erhabenen Kontaktbereiche 17a durch eine Vielzahl von punktförmigen und/oder linienförmigen Einzelelementen gebildet werden, welche wie oben bereits im Zusammenhang mit 5 erläutert ausgeführt sein können.Here too, the raised contact areas 17a can be formed by a plurality of point-shaped and/or line-shaped individual elements, which, as already described above in connection with 5 explained can be carried out.

Die erhabenen Kontaktbereiche 17a sämtlicher Ausführungsbeispiele werden durch lokales Härten, insbesondere Induktionshärten, Laserstrahlhärten oder Elektronenstrahlhärten hergestellt. Die zurückgesetzten Schmiermittelbereiche 17b bleiben hingegen ungehärtet. Hierbei macht man sich zunutze, dass es bei den vorgenannten Härteverfahren durch Martensitbildung zu einer Volumenzunahme in der Gefügestruktur des Werkstoffes kommt, wodurch die erhabenen Kontaktbereiche 17a gegenüber den zurückgesetzten Schmiermittelbereiche 17b hervortreten.The raised contact areas 17a of all embodiments are produced by local hardening, in particular induction hardening, laser beam hardening, or electron beam hardening. The recessed lubricant areas 17b, however, remain unhardened. This takes advantage of the fact that the aforementioned hardening processes lead to an increase in volume in the microstructure of the material due to martensite formation, which causes the raised contact areas 17a to protrude compared to the recessed lubricant areas 17b.

Zudem wird hierdurch eine Festigkeitssteigerung im Hauptbelastungsbereich der Lauffläche 15 erzielt. Da sich das Härten in diesem Fall auf sehr kleine Bereiche beschränkt, vorzugsweise nämlich auf besagte Punktelemente und Linienelemente, können für die Funktion des Tripodesterns 10 relevante Härteverzüge ausgeschlossen werden. Eine Hartnachbearbeitung ist somit nicht erforderlich. Zudem kann die Masse des Zapfens 14 bereits ausreichen, um nach einer lokalen Wärmebehandlung den Wärmeeintrag hinreichend schnell abzuführen, um die für das Härten erforderliche Abkühlgeschwindigkeit zu erzielen. Der Prozess kann in eine Fließfertigung eines Tripodesterns 10 integriert werden.In addition, this increases the strength in the main load area of the running surface 15. Since hardening in this case is limited to very small areas, preferably to the aforementioned point elements and line elements, hardening distortions relevant to the function of the tripod star 10 can be eliminated. Hard post-machining is therefore unnecessary. Furthermore, the mass of the journal 14 can already be sufficient to dissipate the heat input sufficiently quickly after local heat treatment to achieve the cooling rate required for hardening. The process can be integrated into the flow production of a tripod star 10.

In Abwandlung hiervon könnte die oben erläuterte Oberflächenstrukturierung 17 jedoch auch umformtechnisch oder durch spanende Bearbeitung erzeugt werden, worauf sich ein Härten, gegebenenfalls lediglich auf den bearbeiteten Bereich beschränkt, beispielsweise analog DE 10 2009 037 383 A1 , anschließen kann. Hier müssen jedoch unter Umständen etwaige Härteverzüge nachträglich korrigiert werden.As a modification of this, the surface structuring 17 explained above could also be produced by forming or machining, whereupon hardening is limited, if necessary, only to the machined area, for example analogously DE 10 2009 037 383 A1 , can be connected. However, any hardening distortions may need to be subsequently corrected.

Bei den Ausführungsbeispielen den 1 bis 4 können aufgrund des sehr lokalen Wärmeeintrags funktionsrelevante Härteverzüge geringgehalten oder wie vorstehend erläutert praktisch gänzlich vermieden werden. Insbesondere sind hierbei Auswirkungen auf die Genauigkeit der Innenverzahnung 13 nicht mehr zu befürchten, so dass diese ungehärtet hergestellt und nach einem etwaigen Härtevorgang am Zapfen 14 auch nicht mehr nachbearbeitet werden muss.In the examples the 1 to 4 Due to the very local heat input, functionally relevant hardening distortions can be kept to a minimum or, as explained above, practically completely avoided. In particular, there is no longer any concern about the accuracy of the internal gearing 13, so that this manufactured and does not require any further processing after any hardening process on the pin 14.

Das dritte Ausführungsbeispiel in 7 zeigt eine Möglichkeit, bei der der Ringkörper 11 im Bereich des Übergangs in die Zapfen 14 lediglich lokal an in Umfangsrichtung um die Drehachse A des Ringkörpers 11 weisenden Teilabschnitten 19 gehärtet ist. Diese Teilabschnitte 19 beschränken sich vorzugsweise auf Außenumfangabschnitte des Ringkörpers 11, welche an die Zapfen 14 angrenzen.The third embodiment in 7 shows a possibility in which the annular body 11 is hardened in the region of the transition to the pins 14 only locally on partial sections 19 pointing in the circumferential direction around the rotational axis A of the annular body 11. These partial sections 19 are preferably limited to outer circumferential sections of the annular body 11, which border the pins 14.

Bezogen auf die oben bereits erwähnte Symmetrieebene senkrecht zur Drehachse A des Ringkörpers ist der Flächenanteil 19a der gehärteten Teilabschnitte 19 auf der lasttragenden Seite größer als auf der lastabgewandten Seite 19b. Vorzugsweise ist der Grad der Asymmetrie derart, dass das Verhältnis des Flächenanteils der einen Seite zum Flächenanteil der anderen Seite größer ist als 1:1,25, 1:1,3, oder 1:1,5 und optional kleiner ist als 1:10, 1:8 oder 1:5.Relative to the above-mentioned plane of symmetry perpendicular to the rotational axis A of the ring body, the surface area 19a of the hardened sections 19 is larger on the load-bearing side than on the load-rejecting side 19b. Preferably, the degree of asymmetry is such that the ratio of the surface area of one side to the surface area of the other side is greater than 1:1.25, 1:1.3, or 1:1.5, and optionally less than 1:10, 1:8, or 1:5.

Vorzugsweise bleibt dabei der restliche Ringkörper 11 ungehärtet.Preferably, the remaining ring body 11 remains unhardened.

In den Teilabschnitten 19 treten im Betrieb eines Tripodegelenks an dem Tripodestern 10 erhöhte Bauteilspannungen auf, denen auf diese Art und Weise sehr gezielt lokal begegnet werden kann.In sections 19, increased component stresses occur during operation of a tripod joint on the tripod star 10, which can be counteracted locally in a very targeted manner in this way.

Hierdurch kann auf ein vollständiges Härten des Ringkörpers 11 verzichtet werden. Ein lokales Härten kann, wie oben in Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erläutert, wiederum durch Induktionshärten, Laserhärten oder Elektronenstrahlhärten vorgenommen werden.This eliminates the need for complete hardening of the ring body 11. Local hardening can, as explained above in connection with the first and second embodiments, be performed by induction hardening, laser hardening, or electron beam hardening.

Entsprechend kann der Ringkörper 11 wiederum aus einem Vergütungsstahl gefertigt sein. Damit ist es möglich, auch den Vorgang des Härtens der Teilabschnitte 19 in eine Fließfertigung zu integrieren.Accordingly, the ring body 11 can also be made of a tempering steel. This makes it possible to integrate the hardening process of the subsections 19 into a flow production line.

Die asymmetrische Ausgestaltung der gehärteten Teilabschnitte trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass ein Tripodestern 10 in der Regel mit einer Antriebswelle 20 verbunden wird und die größeren Belastungen auf der Seite der Antriebswelle 20 auftreten.The asymmetric design of the hardened sections takes into account the fact that a tripod star 10 is usually connected to a drive shaft 20 and the greater loads occur on the side of the drive shaft 20.

Dabei wird vorzugsweise ein Härten des Anschlussbereichs für die Antriebswelle 20, zumeist in der Form der vorliegend beispielhaft dargestellten Innenverzahnung 13, vermieden, da dort das Korrigieren von Härteverzügen besonders aufwendig ist.In this case, hardening of the connection area for the drive shaft 20, usually in the form of the internal toothing 13 shown here as an example, is preferably avoided, since correcting hardening distortions there is particularly complex.

Die vorstehend vorgestellten lokalen Härtungen am Tripodestern 10 lassen sich auch kombiniert in eine Fließfertigung integrieren und vermeiden relevante Härteverzüge, so dass letztlich eine Hartnachbearbeitung des Tripodesterns 10 nach dem Härten unterbleiben kann, während gleichzeitig der Energieeinsatz für das Härten wie der Aufwand für das Bauteilhandling minimal bleiben. Durch die belastungsgerechte Optimierung können überdies Lebensdauer und Wirkungsgrad des Tripodesterns 10 weiter verbessert werden.The local hardening processes on the tripod star 10 presented above can also be combined and integrated into flow production, avoiding significant hardening distortions. This ultimately eliminates the need for hardening post-processing of the tripod star 10 after hardening, while simultaneously minimizing the energy required for hardening and the effort required for component handling. Furthermore, the load-adapted optimization can further improve the service life and efficiency of the tripod star 10.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained in more detail above with reference to exemplary embodiments and further modifications. In particular, individual technical features explained above in the context of further individual features can be implemented independently of these and in combination with further individual features, even if not expressly described, as long as this is technically possible. The invention is therefore expressly not limited to the described exemplary embodiments and modifications, but encompasses all configurations defined by the patent claims.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: TripodesternTripod star
1111: RingkörperRing body
1212: Durchgangsöffnungpassage opening
1313: Innenverzahnunginternal gearing
1414: Zapfencones
1515: LaufflächeTread
1616: HauptbelastungsbereichMain load area
1717: OberflächenstrukturierungSurface structuring
17a17a: erhabener Kontaktbereichraised contact area
17b17b: zurückgesetzter Schmiermittelbereichrecessed lubricant area
1818: Teilbereich mit OberflächenstrukturierungPartial area with surface structuring
1919: TeilabschnittSubsection
hh: Längelength
AA: Drehachse des Ringkörpers 11Rotation axis of the ring body 11
ZZ: Längsachse des Zapfens 14Longitudinal axis of the pin 14

Claims

Tripod star (10) for a tripod joint, comprising an annular body (11) with an axis of rotation (A), and pins (14) which project radially from the annular body (11) and each have a running surface (15) for positioning each have a tripod roller, wherein the running surfaces (15) of the pins (14) each have partially, namely in a partial area (18) of the respective running surface (15), a surface structuring (17) consisting of a plurality of raised contact areas (17a) and recessed lubricant areas (17b) located between the plurality of raised contact areas (17a), and wherein the height between the raised contact areas (17a) and the recessed lubricant areas (17b) is many times greater than the surface roughness of the running surface (15) in the remaining area without said surface structuring (17), characterized in that the raised contact areas (17a) are raised compared to the recessed lubricant areas (17b) due to local martensite formation.

Tripod star (10) after Patent claim 1 , characterized in that the surface structuring (17) is limited to an arc segment region of the running surface (15) which points in the circumferential direction around the axis of rotation (A) of the annular body (11) and is limited to an angular range of 30 to 120° with respect to a longitudinal axis (Z) of the respective pin (14).

Tripod star (10) after Patent claim 1 , characterized in that on a pin (14) two partial areas (18) with said surface structuring (17) are opposite one another in the direction of rotation about the axis of rotation (A) of the annular body (11).

Tripod star (10) after Patent claim 1 until 3 , characterized in that the length of said surface structuring in the direction of the longitudinal axis Z of the tenon is limited to 20 to 60% of the total length of the tenon in the direction of the longitudinal axis of the tenon, and/or the development of the partial area (18) with said surface structuring (17) is rhombus-shaped.

Tripod star (10) after Patent claim 4 , characterized in that the tripod roller comprises an inner ring, an outer ring and rolling elements arranged between them and is mounted with the inner ring on the running surface (15).

Tripod star (10) after Patent claim 1 until 3 , characterized in that the length (h) of said surface structuring (17) in the direction of the longitudinal axis (Z) of the pin (14) is limited to 50 to 90% of the total length of the pin (14) in the direction of the longitudinal axis (Z) of the pin (14) and/or the development of the partial area (18) with said surface structuring (17) is triangular, wherein, preferably, the tripod roller comprises an outer ring and rolling elements and the outer ring is mounted on the running surface (15) via the rolling elements.

Tripod star (10) after one of the Patent claims 2 until 6 , characterized in that the partial area (18) covers the pitch circle radius PCR of the pins (15) and preferably its minimum length h ≥ PCR/9.8.

Tripod star (10) after one of the Patent claims 1 until 7 , characterized in that the raised contact areas (17a) are linear and/or point-shaped.

Tripod star (10) after one of the Patent claims 1 until 8 , characterized in that the annular body (11) in the region of the transition into the pins (14) is hardened only locally on partial sections (19) pointing in the circumferential direction around the axis of rotation (A) of the annular body (11), wherein, with respect to a plane of symmetry of the pins (14) perpendicular to the axis of rotation (A) of the annular body (11), the surface area of the hardened partial section on the load-bearing side is larger than on the side facing away from the load and preferably the annular body (11) is otherwise unhardened.

Tripod star (10) for a tripod joint, comprising an annular body (11) with an axis of rotation (A), and pins (14) which project radially from the annular body (11) and each have a running surface (15) for mounting a tripod roller, characterized in that the annular body (11) is hardened in the region of the transition to the pins (14) only locally on partial sections (19) pointing in the circumferential direction around the axis of rotation (A) of the annular body (11), wherein, based on a plane of symmetry of the pins (14) perpendicular to the axis of rotation (A) of the annular body (11), the surface proportion of the hardened partial section on the load-bearing side is greater than on the load-removed side.