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Evolventenverzalh un:;.
Die Erfindung betrifft eine Evolventenverzahnung für Zahnradgetriebe und bezweckt vor allem eine solche Form der Verzahnung, dass das Mass der Abnutzung im Betrieb möglichst herabgesetzt wird.
Die erfindungsgemässe Verzahnung ist besonders für Getriebe bei Turbinenanlagen für Schiffszwecke bestimmt.
Bei derartigen Anlagen wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Zähnen üblichen Profils der Kopfteil der Zähne nach erfolgter Abnutzung eine polierte Fläche zeigt, während der Fussteil aufgerauht und mit Grübehen bedeckt ist.
Von dieser Beobachtung ausgehend, besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, dass bei miteinander in Eingriff stehenden Getriebeteilen die Konstruktion in Anwendung gebracht wird, gemäss welcher die Arbeitsfläehen der Zahnflanken des einen Getriebeteiles zur Gänze ausserhalb und jene des andern Getriebeteiles zur Gänze innerhalb des zugeordneten Teilkreises liegen.
Reines Abrollen zwischen beiden zusammenarbeitenden Zahnflächen tritt nur dann auf, wenn sie sich im Teilkreispunkt (d. i. der Schnittpunkt der Teilkreise mit der Verbindungsgeraden der Räderachsen) berühren. An allen andern Berührungspunkten tritt neben dem Abrollen eine relative Gleitbewegung auf, die ihre Richtung ändert, sobald der Teilkreispunkt passiert ist.
Durch die Anwendung der genannten Konstruktion wird erzielt, dass die Gleitbewegung zwischen den zusammenarbeitenden Zähnen nur in einer Richtung stattfindet, und es wurde gefunden, dass diese Verhinderung der Umkehr der Gleitrichtung wichtig ist für das Erzielen einer polierten Fläche und für das Vermeiden der beobachteten Grübchenbildung.
Um aber das Höchstmass des Gleitens innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, wird der Eingriffswinkel von den üblichen Werten auf ein solches Mass erhöht, dass er zwischen 24Y2 0 und 300 liegt, welche Werte das zweite wesentliche Merkmal der Erfindung bilden. Im Falle von Schraubenzähnen beziehen sich die vorstehend angegebenen Grenzwerte auf den Eingriffswinkel, der in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene gemessen wird, während der normale Eingriffswinkel, d. i. jener, welcher in einer zur Zahn-Erzeugenden senkrechten Ebene gemessen wird, nicht kleiner als 21 sein soll.
Das dritte wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Konstruktion, gemäss welcher die arbeitende Fläche der Zahnflanke zur Gänze ausserhalb des Teilkreises liegt, an Evolventenverzahnungen angewendet wird, so dass die Vorteile erzielt werden, die solche Verzahnungen gegenüber Zykloidenverzahnungen besitzen. Der wichtigste dieser Vorteile ist, dass Evolventenzähne unter Verwendung von Zahnstangenfräsern mit geraden Flanken hergestellt werden können, wobei dieselben Fräser zur Herstellung sowohl des Zahnrades als auch des Ritzels dienen können und das Getriebe gegen Änderungen des Achsabstandes nicht empfindlich ist, d. h. es wird bei jedem Achsabstand, bei dem die Räder in Eingriff sind, die Bewegung gleichmässig übertragen und das Zusammenarbeiten erfolgt einwandfrei.
Es wurde gefunden, dass sich aus der Kombination der genannten drei wesentlichen Merkmale folgende Vorteile ergeben : Die relative Krümmung der Zahnprofil von Zahnrad und Ritzel ist gering, so dass höhere Drücke verwendet werden können ; das relative Gleiten zwischen zwei zusammenarbeitenden Zähnen erfolgt immer in ein und derselben Richtung ; der Eingriff findet zur Gänze auf einer Seite der durch die Achsen der Getriebeteile gellenden Ebene statt : das Hinterschneiden der Zähne wird ver-
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mieden, u. zw. auch bei kleinen Ritzeln ; zufolge des vergrösserten Eingriffswinkels sind die Zähne am Fuss breiter und besitzen daher eine robustere Form ; die Getriebe laufen mit sehr glattem Eingriff und Grubenbildung und Aufrauhen wird verhindert.
In der schematischen Zeichnung zeigt Fig. 1 eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindunggegenstandes, bei der ein Ritzel mit einem Zahnrad kämmt, und Fig. 2 eine abgeänderte Ausfühmngs- form, bei der ein Ritzel mit einer Zahnstange kämmt. Bei beiden Figuren liegt die Zeichnungsebene rechtwinklig zu der bzw. den Rotationsachsen.
Gemäss Fig. 1 kämmt ein Ritzel A mit einem Zahnrad B ; die bezüglichen Teilkreise sind mit 2 und bezeichnet.
Die Eingriffslinie 4, die bei Evolventenverzahnung eine Gerade ist, geht durch den Berührungspunkt 5 der Teilkreise (Teilpunkte). Die Grundkreise, von denen die Profile der Evolventenzähne abgeleitet werden, sind mit 6 bzw. 6 a bezeichnet.
Gemäss den üblichen geometrischen Verhältnissen bei einer Evolventenverzahnung sind die Halbmesser der Grundkreise 6,6 a proportional der Zähnezahl des Ritzels bzw. Zahnrades, und bei gegebenem Achsenabstand ergibt sich der zwischen den Radachsen liegende Teilpunkt 5 als Schnittpunkt der gemeinsamen Tangente an die Grundkreise mit der durch die Achsen gehenden Geraden (Zentrale).
Es ist ersichtlich, dass die Arbeitsflächen 7 und 8 eines Zahnes a des Ritzels vollkommen ausserhalb des Teilkreises 2 liegen, oder mit andern Worten, dass der Zahn zur Gänze aus dem Kopfteil besteht.
Ebenso bestehen die Arbeitsflächen 9 und 10 des Zahnes b des Zahnrades zur Gänze aus dem Fussteil, d. h., sie liegen vollkommen innerhalb des Teilkreises 3.
Der Eingriffswinkel e, d. h. der Winkel zwischen der Druck-oder Eingriffslinie 4 und einer zur Zentralen senkrechten Geraden, hat in Fig, 1 die Grösse von etwa 25 .
Wenn das Ritzel A der treibende Teil ist und in Richtung des Pfeiles 11 umläuft, so liegt der Eingriffsbogen 14 des Ritzels A, d. h. der Weg eines Teilkreispunktes des Ritzels während der Eingriffsdauer, zur Gänze rechts von der Zentralen X-X, so dass die Berührung bloss bei sich gegenseitig entfernenden Zähnen stattfindet.
Wenn jedoch das Zahnrad B der treibende Teil ist, so liegt der Eingriffsbogen zur Gänze links von der Zentralen X-X. Die Berührung findet also bloss bei sieh nähernden Zähnen statt.
Da ferner die Eingriffslinie 4 vollkommen ausserhalb des Ritzel-Teilkreises 2 liegt und letzterer einen grösseren Durchmesser haben muss als der Grundkreis 6, wird ersichtlicherweise ein Unterscheiden der Ritzelzähne vollkommen vermieden, wie klein auch der Ritzeldurchmesser sein mag.
Da der kleinste Krümmungshalbmesser R der Zahnflanken gleich ist der Länge einer Tangente vom Grundkreis zum Teilpunkte 5, so ist zufolge des grossen Eingriffswinkels e- dieser Halbmesser gross und daher die Zahnkrümmung klein.
Es ist auch offensichtlich, dass die Verwendung eines grossen Eingriffswinkels Zähne mit sehr breitem Fuss ergibt.
Es ist ferner ersichtlich, dass die in einer zu den Achsen der Zahnräder senkrechten Ebene liegende Eingriffslinie 4, d. h. die Linie, längs welcher die Berührung der zusammenarbeitenden Zähne erfolgt, jener Teil der gemeinsamen Tangente an beide Grundkreise ist, welcher durch die Eingriffszone des betreffenden Getriebeteiles geht und zur Gänze auf der rechten Seite der Zentralen X-X liegt, also auf jener Seite, auf welcher die Zähne die Zentrale verlassen.
Die Zähne können erforderlichenfalls schraubenförmig sein, in welchem Falle sie vorzugsweise mit einem Winkel von etwa 300 gegen eine die Achse des betreffenden Rades enthaltenden Ebene geneigt sind.
Während in Fig. 1 der besondere Fall eines mit einem Zahnrad kämmenden Ritzels dargestellt ist, kann selbstverständlich die Konstruktion, gemäss welcher der Zahn nur aus dem Kopfteil besteht, auch im Falle eines mit einer Zahnstange zusammenarbeitenden Ritzels verwendet werden.
Eine beispielsweise Ausführungsform hiefür ist in Fig. 2 dargestellt, bei der ein Ritzel A mit einer Zahnstange C kämmt, wobei der Teilkreis bzw. die Teilgerade mit 12 bzw. 13 bezeichnet ist. Die Eingriffslinie 4 geht durch den Teilpunkt 5, und der Grundkreis, von dem die Profile der Evolventenzähne des Ritzels A abgeleitet werden, ist mit 6 bezeichnet.
Wie im vorigen Beispiel liegen die Arbeitsflächen der Ritzelzähne zur Gänze ausserhalb des Teilkreises 12, jene der Zahnstangenzähne zur Gänze innerhalb der Teilgeraden 13.
Mit dem Ausdruck"Teilkreise"sind Kreise verstanden, die durch den Teilpunkt gehen und mit den Rotationsachsen der zusammenarbeitenden Getrieberäder gleichachsig sind.
Wo im Vorstehenden von Kreisen die Rede ist, sind auch Zahnstangen mit eingeschlossen, unter Berücksichtigung, dass bei diesen die Kreismittelpunkte im Unendlichen liegen.
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