DE102011053334A1

DE102011053334A1 - Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011053334A1
Application number: DE201110053334
Authority: DE
Inventors: Paul Hurmer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Bei einer Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug ist ein endseitiger Gelenkwellenzapfen vorgesehen, der einen Gewindeabschnitt sowie einen Verzahnungsabschnitt umfasst, und zwischen beiden Abschnitten, welche einen unterschiedlich großen Durchmesser aufweisen, ein Übergangsbereich vorgesehen ist. Dieser Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten ist als eine bogenförmige Kontur in Form einer Teilellipse ausgeführt oder besteht aus einer gleichmäßig ansteigenden Kurvenkontur, der zur Minderung einer Spannungskonzentration zwischen den beiden Abschnitten beitragen soll.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 015 521 B3 ist eine Verzahnung eines Zahnrades bekannt, die zwischen einzelnen Zähnen im Zahnfußbereich einen ellipsenförmigen Übergangsbereich aufweisen. Ferner sind in dem Artikel „Die Methode der Zugdreiecke im Vergleich mit anderen Kerbformen“ – vom Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft (Verfasser C. Mattheck und I. Tesari) – zur Minderung von Spannungskonzentrationen an Kerben verschiedene Kurvenbahnen, wie beispielsweise eine Ellipse als Kurvenbahn vorgeschlagen worden.
Aufgabe der Erfindung ist es, an einem Gelenkwellenzapfen einer Gelenkwelle für Kraftfahrzeuge im Übergangsbereich zwischen einem Gewindeabschnitt und einem Verzahnungsabschnitt eine Spannungsreduzierung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass durch eine spezielle Ausgestaltung des Übergangsbereichs zwischen einem Gewindeabschnitt und einem Verzahnungsabschnitt eines Gelenkwellenzapfens eine konstante Oberflächenspannungsverteilung gewährleistet ist, was eine Lebensdauerverlängerung bedeutet. Dies wird nach der Erfindung erreicht, indem der Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten des Gelenkwellenzapfens aus einem Teilabschnitt einer Ellipse besteht, der einerseits an dem mit dem großen Durchmesser versehenen Verzahnungsabschnitt stirnseitig ausläuft und der andererseits vor dem mit dem kleineren Durchmesser versehenen Gewindeabschnitt endet. Insbesondere ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Teilabschnitt der Ellipse mit einem Hauptscheitelpunkt einer großen Halbachse der Ellipse an der Stirnseite des Verzahnungsabschnitts ausläuft, wobei der Teilabschnitt der Ellipse mit einem Abstand vom Nebenscheitelpunkt einer kleinen Halbachse der Ellipse vor dem Gewindeabschnitt endet. Durch diese Anordnung des Teilabschnitts der Ellipse im Übergangsbereich wird eine Minderung der Spannungskonzentration erreicht.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung kann der Übergangsbereich auch von einem gleichmäßig ansteigenden Kurvenverlauf oder einem Konturverlauf vom kleineren Durchmesser des Gewindeabschnitts bis zum größeren Durchmesser des Verzahnungsabschnitts gebildet werden. Es handelt sich bei dieser Ausführung um einen Kurvenstrahl der keinen Kreisabschnitt darstellt, sondern eine ansteigende Formlinie mit unterschiedlichen Radien bildet.
Ferner ist in einer weiteren Ausführung nach der Erfindung vorgesehen, dass der gleichmäßige Kurvenverlauf aus einer Aneinanderreihung von durch Radien gebildeten Kreisabschnitten besteht, die einen Kurvenstrahl bildend ineinander übergehen. Diese Aneinanderreihung von Kreisabschnitten ergibt ebenfalls einen gleichmäßig ansteigenden Kurvenverlauf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Teil einer Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug mit einem Gelenkwellenzapfen, der einen endseitigen Gewindeabschnitt und mittels eines Übergangsbereichs einen anschließenden Verzahnungsabschnitt zeigt,
2 eine vergrößerte Darstellung des Übergangsbereichs vom Gewindeabschnitt zum Verzahnungsabschnitt in Form einer Teilellipse und
3 eine vergrößerte Darstellung des Übergangsbereiches vom Gewindeabschnitt zum Verzahnungsabschnitt in Form eines gleichmäßig ansteigenden Kurvenverlaufs.
Eine Gelenkwelle 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst einen endseitigen Gelenkwellenzapfen 2, der einen Gewindeabschnitt 3 und anschließend einen Verzahnungsabschnitt 4 aufweist. Zwischen diesen mit unterschiedlich großen Durchmessern D und d versehenen Abschnitten 3 und 4 bildet sich ein Übergangsbereich 5.
Der Übergangsbereich 5 wird von einem Teilabschnitt T einer Ellipse 6 gebildet. Dieser läuft an den mit dem großen Durchmesser D versehenen Verzahnungsabschnitt 4 stirnseitig aus. Das abgekehrte Ende des Teilabschnitts T der Ellipse 6 endet vor dem Gewindeabschnitt 3 und läuft vor dem Ende 8 des Gewindeabschnitts 3 aus.
Insbesondere verläuft der Teilabschnitt T der Ellipse 6 mit einem Hauptscheitelpunkt 9 einer großen Halbachse 10 der Ellipse 6 bis zur Stirnseite 11 des Verzahnungsabschnitts 4.
Des Weiteren läuft der Teilabschnitt T der Ellipse 6 mit einem Abstand a von einem Nebenscheitelpunkt 12 einer kleinen Halbachse 14 der Ellipse 6 vor dem Gewindeabschnitt 3 aus, was in 2 näher gezeigt ist. Denkbar ist auch, dass der Teilabschnitt T der Ellipse 6 sich bis zum Anfang des Gewindeabschnitts 3 erstreckt.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung, kann der Übergangsbereich 5 zwischen dem Gewindeabschnitt 3 und dem Verzahnungsabschnitt 4 aus einer von kleinem Durchmesser d des Gewindeabschnitts 3 bis zum großen Durchmesser D des Verzahnungsabschnitts 4 gleichmäßig ansteigenden Kurvenverlauf K oder aus einer Kurvenkontur bestehen, was in 3 näher dargestellt ist. Dieser gleichmäßig ansteigende Kurvenverlauf K wird durch sogenannte Zugdreiecke gebildet, die aneinandergereiht, Grundlage für die Kurvenbahn K sind. An einem großen Zugdreieck am Verzahnungsabschnitt 4 schließen sich kleineren Zugdreiecken an, die am Gewindeabschnitt 3 auslaufen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006015521 B3 [0002]

Claims

Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug, mit einem endseitigen Gelenkwellenzapfen, der einen Gewindeabschnitt mit einem anschließenden Verzahnungsabschnitt umfasst und zwischen diesen beiden mit im Durchmesser unterschiedlichen Abschnitten ist ein Übergangsbereich angeordnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (5) zwischen den beiden Abschnitten(3, 4) des Gelenkwellenzapfens (2) aus einem Teilabschnitt (T) einer Ellipse (6) besteht, der einerseits an dem mit dem großen Durchmesser (D) versehenden Verzahnungsabschnitt (4) stirnseitig ausläuft und der andererseits vor dem mit dem kleineren Durchmesser (d) versehenen Gewindeabschnitt (3) endet.
Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilabschnitt (T) der Ellipse (6) mit einem Hauptscheitelpunkt (9) einer großen Halbachse (10) der Ellipse (6) an der Stirnseite (11) des Verzahnungsabschnitts (4) ausläuft.
Gelenkwelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilabschnitt (T) der Ellipse (6) mit einem Abstand (a) vom Nebenscheitelpunkt (12) einer kleinen Halbachse (14) der Ellipse (6) vor dem Gewindeabschnitt (3) endet.
Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (5) zwischen dem Gewindeabschnitt (3) und dem Verzahnungsabschnitt (4) des Gelenkwellenzapfens (2) aus einem vom Gewindeabschnitt (3) bis zum Verzahnungsabschnitt (4) gleichmäßig ansteigenden Kurvenverlauf (K) mit unterschiedlichen Radien besteht.
Gelenkwelle nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichmäßige Kurvenverlauf (K) vom großen Durchmesser (D) des Verzahnungsabschnitts (3) ausgehend bis zum kleinen Durchmesser (d) des Gewindeabschnitts (3) verläuft.
Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichmäßige Kurvenverlauf (K) durch eine Aneinanderreihung von durch Radien gebildeten Kreisabschnitten besteht, die einen Kurvenstrahl bildend, ineinander übergehen.