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Zahnrad, Zahnstange, Kettenrad od. dgl. mit auswechselbaren Zähnen aus Metall
Die Erfindung bezieht sich auf Zahnräder, Zahnstangen, Kettenräder od. dgl. mit auswechselbaren Zähnen. Bekannte Zahnräder dieser Art sind die Holzeisenräder mit in einem gusseisernen Radkranz eingesetzten Holzzähnen, deren im Radkranz sitzender Teil meist schwach keilförmige Gestalt aufweist und gewöhnlich mit Eisenstiften befestigt oder auch mit hölzernen schwalbenschwanzförmigen Einlagen verkeilt ist. Es sind auch Zahnräder mit auswechselbaren Metallzähnen in einem Kranz von U-förmigen Querschnitt bekannt. In diesem Falle werden die im Kranz eingelegten Zähne durch Keile niedergehalten, die in den Zahnlücken sitzen und durch den Kranz durchsetzende Schraubenbolzen festgezogen sind.
Bei allen bisherigen Zahnrädern mit auswechselbaren Zähnen sind somit die Zähne von vornherein nur für einen vorbestimmten Raddurchmesser verwendbar und überdies an die Benutzung eines Radkranzes gebunden, an dem sie sich abstützen. In der Praxis haben sich solche zusammengesetzte Zahnräder bisher einerseits wegen des Mangels der unbedingt erforderlichen Präzision der Einzelteile, anderseits wegen deren bisher ungenügender Verankerung nicht durchsetzen können.
Die Erfindung hat Zahnräder, Zahnstangen, Kettenräder od. dgl. beliebig grosser Dimensionen mit auswechselbaren Zähnen zum Gegenstand und besteht im Wesen darin, dass die Zähne aus Sintermetall, vorzugsweise aus Sintereisen oder Sinterstahl, bestehen. Man hat zwar auch schon ganze Zahnräder aus gesinterten Metallen hergestellt, war aber aus press-und sintertechnischen Gründen an Höchstdurchmesser von etwa 40 bis 50 mm gebunden. An die Herstellung von gesinterten Zähnen hat man wohl im Hinblick auf die bisher auftretenden erwähnten Schwierigkeiten bei Einzelzähnen aus Metall nicht gedacht, wie man auch der Ansicht war, dass vor allem für grössere Zähne Sintermetalle ungenügende Festigkeiten ergeben.
Demgegenüber hat sich gezeigt, dass gesinterte Zähne die überaus wertvolle Eigenschaft haben, dass sie in einfacher Weise ohne spangebende oder sonstige Bearbeitung durch Pressen und Sintern der Ausgangspulver auch in an sich komplizierten Quer- schnittsformen in ihrer endgültigen Form herstellbar sind, wie dies bisher praktisch unmöglich war. Ausserdem sind die mit ein und derselben Matrize gepressten Zähne untereinander von bisher unerreichter Massgenauigkeit, was für den Lauf der Räder von besonderer Wichtigkeit ist und sie weisen auch eine unerwartete, allen Anforderungen gerecht werdende Festigkeit auf.
Sofern eine besonders hohe Härte und Korrosionsfestigkeit erwünscht ist, hat es sich als zweckmässig erwiesen, dem Ausgangsmetallpulver Metalle oder Karbide der 4., 5., 6. und 8. Gruppe des periodischen Systems der Elemente einzeln oder zu mehreren, vorzugsweise in der Form von Mischkristallen in Mengen bis zu 45% beizumischen.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, gegebenenfalls die Zähne so zu sintern, dass sie einen gewissen Porenraum aufweisen, der zur Verbesserung des Gleitens oder Abrollens der Zahnflanken, z. B. durch Aufsaugen von Öl oder verflüssigten Lagermetallen, Blei od. dgl. ausgefüllt ist.
Für die Herstellung der Zähne aus Sintermetallen hat es sich aus presstechnischen Gründen als besonders geeignet erwiesen, die Zähne in an sich bekannter Weise mit einem an das Zahnprofil anschliessenden Sockel, dessen Seitenflächen im Winkel oder parallel zueinander verlaufen, zu versehen und erfindungsgemäss in den Seitenflächen, mit denen die Zähne aneinanderliegen, achsparallele Nuten zur Aufnahme von Bolzen, die gegenüberliegende Nuten je zweier benachbarter Zähne durchsetzen und zum Verspannen der Zähne an seitlichen Scheiben oder Schienen dienen, vorzusehen. Vorzugsweise erhalten die Nuten im Querschnitt die Form eines Halbkreises oder eines kleineren Kreisbogenteiles, so dass die Nutentiefe gleich oder kleiner ist als der Halbmesser der zu verwendenden Bolzen.
Die erfindungsgemässe Ausführungsform der Zähne vereinfacht nicht nur deren Herstellung aus Sintermetalle, sondern macht auch die Verwendung des bisher üblichen Zahnkranzes entbehrlich und gibt ausserdem die Möglichkeit der mehrfachen Anwendung gleicher Einzelzähne für Zahnräder verschiedener Durchmesser und Zahnstangen. Dies wird durch die Ausbildung
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der Nuten in Verbindung mit Bolzen gleichen oder grösseren Durchmessers, als der Nutentiefe entspricht, erreicht, indem die Zähne entweder mit ihren Seitenflächen satt aneinander liegen oder durch die Bolzen im Abstand voneinander gehalten werden. Es können daher mit den gleichen Zähnen bei blosser Anpassung des Nuten- querschnittes an den Bolzenquerschnitt Zahnräder verschiedener Durchmesser für Innen-und
Aussenverzahnung sowie Zahnstangen hergestellt werden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes sind in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt drei aneinander gereihte Einzelzähne mit sich verjüngenden Seitenflächen in Verbindung mit ihren Befestigungsmitteln für ein Zahnrad,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der
Fig. 1, Fig. 3 Zähne gleicher Ausführung wie
Fig. 1, jedoch mit geringerer Nutentiefe zur
Herstellung eines Zahnrades grösseren Durch- messers, Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform der Zähne mit parallelen Seitenflächen, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, wobei ein Zahn aus zwei gleich grossen Zahn- segmenten besteht, Fig. 6 zwei aneinander gereihte Zähne, bestehend aus je zwei bzw. drei nebeneinanderliegenden Zahnsegmenten einer
Zahnstange.
Die einzelnen aus Sintermetall bestehenden
Zähne 1 sind mit einem an das Zahnprofil an- schliessenden Sockel 2 versehen, dessen Seitenflächen 3 gegenüberliegende, im Querschnitt kreisbogenförmige Nuten 4 aufweisen. Nach
Fig. 1 haben die Nuten im Querschnitt die Form eines Halbkreises und nach Fig. 3 und 4 die Form eines Kreisbogens, der kleiner als ein Halbkreis ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind ausserdem die Sockelenden unter Bildung einer viertelkreisförmigen Schulter 5 abgesetzt. Die Nuten und Schultern dienen zur Aufnahme von Bolzen 6, welche die Zähne gegen radiale Verschiebung sichern. Die Zähne sind zwischen seitliche Scheiben 7, die durch die Bolzen 6 zusammengehalten werden, eingespannt, um sie auch in axialer Richtung festzuhalten.
Es genügt in vielen Fällen, nicht sämtliche, sondern nur einen Teil der Bolzen zur Verspannung der Scheiben zu verwenden, die-übrigen Bolzen können entweder genau so lang sein wie die Einzelzähne breit sind oder gemäss Fig. 5 etwas länger und in hiezu vorgesehenen Zapfenlöcher in den Seitenflanschen verankert sein. Im letzteren Falle genügt es, wenn z. B. jeder vierte oder fünfte Bolzen die Seitenflanschen durchsetzt und wie in Fig. 2 verankert ist. Nach Fig. 1 liegen die Zähne mit ihren Seitenflächen 3 satt aneinander, wogegen sie nach Fig. 3 zur Bildung eines Zahnrades grösseren Durchmessers durch die Bolzen 6 distanziert sind und nur im oberen Teil aneinander stossen.
Auf diese Weise kann auch eine Innenverzahnung oder eine Zahnstange aus den einzelnen Zähnen hergestellt werden.
Nach Fig. 4 ist aus den einzelnen Zähnen 1 mit parallelen Seitenflächen 3, wie sie zur Herstellung einer Zahnstange nach Fig. 6, in welcher die
Seitenflanschen und die Verankerung durch die
Bolzen nicht dargestellt ist, verwendet werden können, durch die Distanzierung der Seiten- flächen mittels der Bolzen 6 ein Zahnrad gebildet.
Es können auch zwei oder mehrere gleiche oder verschieden breite Zähne nebeneinander an- geordnet werden (Fig. 5 bzw. 6), um Zähne verschiedener Breite herzustellen, wobei die einzelnen Zahnteile eines Zahnes im Verhältnis zu jenen des folgenden Zahnes versetzt zueinander angeordnet sein können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zahnrad, Zahnstange, Kettenrad od. dgl. mit auswechselbaren Zähnen aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne aus Sintermetallen, vorzugsweise Sintereisen oder Sinterstahl, be- stehen.