本发明涉及一种在机动车辆中的不同传动装置类型中，例如差速传动装置中使用的传动轴、一种具有相应的传动轴的构件配对以及一种用于运行这种传动轴的方法。
背景技术：
各种构件类型的传动装置长久以来从现有技术中是已知的。例如从de102012022636a1中得知一种用于机动车辆的车桥差速器，所述车桥差速器具有用于驱动两个驱动轮的驱动单元，其中车桥差速器包括：输入元件，所述输入元件可与驱动器单元的输出端耦联；以及第一和第二输出元件，所述输出元件可与驱动轮中的各一个耦联。此外，设有摩擦离合器，所述摩擦离合器与输出元件连接，并且其中设有执行器，所述执行器构成用于操纵摩擦离合器，以便设立和撤除驱动轮之间的横向锁止。
已知的传动装置形式在此根据构型具有如下弱点，所述弱点会导致构件的功能失效或者破坏。具有必须传输高的力的齿部的传动轴属于所述部件。传动轴在此通过作用的力扭转，其中齿部为此倾向于不再以尽可能大的接触面接合到相应的配合齿部中。因此，在峰值负荷时会超过传动轴的抗拉强度，因为齿部仅仍在边缘处撑住。
技术实现要素：
相应地，本发明的目的是，提出一种传动轴，所述传动轴即使在力峰值时也确保可靠的力传输或者提高通常可施加到传动轴上的负荷，使得也可在正常运行中传输更高的力。
所述目的通过具有权利要求1的特征的传动轴，通过具有权利要求12的特征的构件配对并且通过具有权利要求13的特征的方法实现。
在此，根据本发明的提出，传动轴设有键槽齿部，其中键槽齿部具有轴向的第一部段和轴向的第二部段，其中第一部段和第二部段在轴向方向上彼此间隔开，并且其中第一部段的键槽齿部的齿具有与第二部段的键槽齿部的齿的纵剖面形状不同的纵剖面形状。
根据本发明的另一方面，提出传动轴与另一构件的构件配对，所述构件具有与传动轴的键槽齿部互补的配合齿部，所述配合齿部具有一个或两个优选直线的部段，并且其中所述键槽齿部和配合齿部以啮合的方式彼此接合，并且其中所述另一构件的配合齿部沿着轴向方向持久地与第一部段的键槽齿部接合并且在作用到传动轴上的扭力提高时配合齿部与这两个部段的键槽齿部处于接合。
根据本发明的另一有利的方面，描述一种用于运行传动轴的方法，其中在第一运行状态中，第一扭力作用到传动轴上，所述第一扭力引起传动轴的第一扭转，由于所述第一扭转进行经由键槽齿部的第一部段的力传输，并且在第二运行状态中，第二扭力作用到传动轴上，所述第二扭力大于第一扭力，所述第二扭力引起传动轴的第二扭转，所述第二扭转大于第一扭转，并且由于所述第二扭转，进行经由键槽齿部的第一和第二部段的力传输。
有利地，由此可行的是，在不同的负荷范围中同样可靠地运行传动轴。在机动车辆的特定的运行状态中的力峰值，能够通过根据本发明设计的键槽齿部简单且可靠地吸收，所述力峰值在现有技术中会导致传动轴断裂。在第一负荷范围中，所述第一负荷范围在持续运行是常规的，发生经由花键齿部的第一部段的力传输，在所述第一部段中存在齿的第一纵剖面形状，而在对应于特殊情况的负荷范围中，进行经由键槽齿部的这两个部段的力传输。键槽齿部的齿为此在这两个部段中具有不同的纵剖面形状，所述纵剖面形状设计为，使得在传动轴在负荷下扭转时发生转动，所述转动使第二部段的键槽齿部的齿与配合齿部接合。由此，在负荷峰值时提供用于力传输的较大的面积。
所述目的由此完全实现。
本发明的有利的改进方案从从属权利要求中得出。
有利地，第一部段的键槽齿部的齿的纵剖面形状基本上能够是矩形的。这是键槽齿部的常用的经证明的变型形式，能够完全地利用其可靠且良好的力传输的优点。
此外有利的是，第二部段的键槽齿部的齿的纵剖面形状基本上是梯形的。该纵剖面形状保证：在传动轴在扭力下转动时，轴被转动为，使得齿同样与配合齿部接合。力导入于是再次经由整个齿面进行而不是仅经由边缘进行，使得确保可靠的力传输。
在这一点上尤其有利的是，齿的纵剖面形状对于具有可倒转的旋转方向的传动轴而言能够选择为等腰梯形，或者对于具有不可倒转的旋转方向的传动轴而言能够选择为直角梯形。由此，本发明能够在大量位置中使用。
特别地，第二部段的键槽齿部在朝向第一部段的第一端部上具有环周宽度，所述宽度相当于第一部段的键槽齿部的环周宽度。由此，实现在正常运行和负荷峰值之间进行过渡时的平稳接合。
相应地，此外有利的是，第二部段在背离第一部段的第二端部处的环周宽度小于在第一端部处的环周宽度。由此，在扭转时实现配合齿部到传动轴的键槽齿部中的面接合。
优选地，第二部段的第二端部的环周宽度相对于第一端部的环周宽度能够减小0.05mm至0.5mm，优选0.1mm至0.3mm，尤其优选大约0.2mm，其中针对具有可倒转的旋转方向的传动轴在齿的两个齿面上实施减小，而针对具有不可倒转的旋转方向的传动轴在齿的一个齿面上实施减小。在适当地选择减小时，能够针对多个应用目的配置根据本发明的传动轴。
有利地，此外能够提出，第一部段的轴向长度大于第二部段的轴向长度。这是有意义的，因为正常运行的主负荷经过键槽齿部的第一部段从而在此必须提供足够的力传输面积。第二部段的附加的键槽齿部仅须在负荷峰值时提供，使得在此较小的轴向长度就足够了。
根据传动装置的装入位置和其它的给定条件，第一部段的轴向长度与第二部段的轴向长度的比能够在0.8和1.8之间，优选在1和1.6之间，尤其优选为大约1.3。
有利地，能够提出，第一部段的键槽齿部的齿以与第二部段的键槽齿部的齿对齐的方式构成。这在这两个部段之间的无摩擦的过渡方面是优选的。
优选地，第一部段能够在传动轴的自由端上构成，而第二部段能够在传动轴的朝向传动轴法兰的一端上构成。
不言而喻，之前所提到的并且接下来仍将阐述的特征不仅可在分别提出的组合中使用，而且可在其它组合中使用或者单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且将在接下来的描述中详细阐述。附图示出：
图1示出具有根据本发明构成的传动轴的示例性的差速传动装置的示意的剖视图，
图2示出根据图1的根据本发明的传动轴的立体图，
图3示出根据图2的传动轴的键槽齿部的纵剖面形状的极其简化的示意图。
具体实施方式
图1示出用于机动车辆的示例性的差速传动装置10的极其示意性的剖视图，所述差速传动装置10适合于借助于根据本发明设计的传动轴12应用。差速传动装置10在此以行星传动装置10的形式构成。所述差速传动装置此外可锁止地构成，以便例如能够在全轮驱动的车辆中将由驱动设备提供的驱动力均匀地传输到未进一步示出的被驱动的轮上。传动轴12在此在所示出的实施例中具有轴部段14和传动装置法兰16，在所述传动装置法兰上例如能够用法兰连接有未进一步示出的轮或者用于其的半轴。
传动轴12如在下文中参考图2和图3所详细阐述的那样在其轴部段14处具有键槽齿部18，所述键槽齿部与空心轴22的互补的配合齿部20以啮合的形式接合，所述空心轴由传动轴12的轴部段14穿过。
在图1中仅非常示意性地示出的行星传动装置10在下文中参照其最重要的构件简略阐述。在行星传动装置10中设有太阳轮24，所述太阳轮与空心轴22连接。太阳轮24就其而言与行星轮26共同作用，所述行星轮设置在行星架28上。行星轮26此外与齿圈32接合，所述齿圈与外摩擦片承载件34连接。外摩擦片承载件34与盘形齿轮36连接。
摩擦离合器30优选构成为湿式离合器30并且以原则上已知的方式具有内摩擦片38以及外摩擦片40，所述内摩擦片和外摩擦片设置在内摩擦片承载件24或外摩擦片34上。摩擦离合器30能够通过活塞42关闭，所述活塞在缸44中被引导，所述缸形成壳体46的一部分。活塞42在此经由轴向轴承48克服弹簧组件50的力将外摩擦片40和内摩擦片38压在一起，由此摩擦离合器30闭合并且建立在齿圈32和传动轴12之间的抗转动的连接。行星传动装置10由此锁止。
图2示出根据图1的传动轴12的示意性的立体图。再次可以看到传动轴法兰16以及轴部段14。轴部段14再次被分为多个部段，所述部段将在下文中详细描述。
第一部段60具有第一键槽齿部62，所述第一键槽齿部与在图1中示出的空心轴22的在图2中未进一步示出的配合齿部以啮合的方式接合。第一部段60在此在轴部段14的背离传动轴法兰16的端部上构成。
此外，设有第二部段64，所述第二部段具有第二键槽齿部66。第二部段64在轴部段14的朝向传动轴法兰的区域中构成。部段60和64在轴向方向上通过槽68彼此间隔开。槽68例如能够用于给传动轴12流体供给液态的润滑剂。另一槽70能够沿着轴向方向连接于第二部段64以及不具有齿部的部段72能够紧邻地连接于传动轴法兰16。相应的设计方案匹配于差速传动装置10的实际情况并且在图2中仅示例性地示出。
如果此时观察图3，那么其中在上部部分中看到键槽齿部62、66的各一个齿80、82的极其示意性的俯视图，所述齿例如在键槽齿部的分度圆直径的高度上沿着纵向方向被剖开。在此，在左侧可以看到第一部段60的第一键槽齿部62的齿80，而在右侧可以看到第二部段64的第二键槽齿部66的齿82。
在图3的下部部分中示出相比于常规的键槽齿部的齿84的俯视图示出，所述齿在这两个部段60、64的整个轴向长度上延伸。
如在图3中上方所看到的那样，与第二部段64的齿82的纵剖面相比，第一部段60的齿80的纵剖面一方面具有不同的形状并且另一方面具有不同的轴向长度。齿80在所述实施例中以30mm的轴向长度来说明，而齿82具有22mm的轴向长度。匹配于传动轴12的相应的应用情况的其它长度组合同样是可行的。第一部段60和第二部段64的轴向长度的比在此例如能够在0.8至1.8的范围中，优选在1至1.6的范围中，尤其优选为大约1.3。
此外，齿80的纵剖面形状基本上是矩形的，而齿82的纵剖面形状基本上是梯形地。根据应用情况，在此一方面直角梯形是可行的，所述直角梯形可用于具有不可倒转的旋转方向的传动轴12，并且其中仅在齿82的一个齿面上设有纵剖面形状的缩窄部。缩窄部在此能够设置在齿82的所述一个齿面或者另一齿面上。另一方面，等腰梯形是可行的，所述等腰梯形可用于具有旋转方向倒转的传动轴12。显然也可行的是，将等腰梯形用于具有不可倒转的旋转方向的传动轴12，这在传动装置装配中是有利的，因为仅须一个构件就够用。
梯形的齿82的朝向第一部段60的端部在此在环周宽度上基本上相当于齿80的环周宽度。朝向传动轴法兰16的渐缩的端部具有每个齿面例如减小0.2mm的环周宽度。在环周宽度上的减小能够在0.05至0.5mm的范围中波动，优选在0.1mm至0.3mm的范围中波动，尤其优选在0.25mm至0.35mm的范围中波动。通过朝向彼此的端部的相同的环周宽度并且此外通过齿80、82沿着轴向方向对准的定向，确保在部段60、64的整个长度上与配合齿部的平稳接合。
根据本发明设计的、具有划分为两个部段60、64的键槽齿部18的传动轴12相对于传统的、具有连续齿部的传动轴是有利的，因为即使在高的负荷峰值下也确保键槽齿部18可靠地接合到配合齿部20中。在具有连续齿部(在图3中以齿84的形式示出)的传统的传动轴12中，由于传动轴12在负荷下的扭转，察觉到齿部的接合到彼此中的随着轴向长度增大而变小的接合深度。在传动装置10的正常运行中，将这种扭转考虑在内。然而，如果在现有技术中出现负荷峰值，那么扭转能够强到使得齿部仅仍在齿面边缘处彼此接触并且使得在轴向上离作用点最远的区域甚至不再处于接合。随之而来的例如能够是具有在这两个构件上的相应的损伤的齿部的超程或者也能够是在轴部段14和传动轴法兰16之间的过渡区域中的材料断裂。
具有划分为部段60、64的键槽齿部18的传动轴12在运行时同样扭转，力传输在此在正常运行时以已知的方式经由第一部段60的键槽齿部62进行。然而，随着在负荷峰值时继续增加的扭转此时不再引起构件的边缘或齿面的突出，而是配合齿部20接合到第二部段64的沿着轴向方向渐缩的键槽齿部66中。由此，一方面引起第一部段60的卸载，并且另一方面引起借助此外最佳的力传输在第二部段64中的深的接合。
常规的传动轴12在齿部84的整个轴向的长度伸展上扭转，从而在轴部段14的离传动装置法兰16最近的区域上累积100％的扭力，而根据本发明将扭力以大致各50％分到这两个部段60、64上。朝向传动轴法兰16的部段64的键槽齿部66必须与之相应地在其渐缩的端部上仅吸收大约40％的扭力，而在传统的传动轴12中为100％。由此，引起明显更小的扭力与构件所受的小得多的应力。因此，能够截住负荷峰值并且避免损坏。此外，借助于如此设计的传动轴12可行的是，也在正常运行时传输更高的负荷。