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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckenrad zur Verwendung in
Lastschaltgetriebevorrichtungen für verschiedene Kraftfahrzeugteile,
industrielle Anlagen, Präzisionsinstrumente
usw.
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Im
Allgemeinen wird ein typisches Schneckengetriebe 13 mit
dem in 7 gezeigten Aufbau verwendet, um zwischen zwei
Wellen, die nicht parallel zueinander liegen und die einander nicht
kreuzen, in einer Lastschaltgetriebevorrichtung Kräfte zu übertragen
und ein sehr großes
Reduktionsverhältnis zu
erhalten. In einem derartigen Schneckengetriebe 13 erfolgt
das Kämmen
einer Schnecke 14 mit einem Schneckenrad 15 in
einem Linienkontakt, und es wird durch einen Reibungswiderstand,
der durch die kämmenden
Oberflächen
hervorgerufen wird, Wärme
erzeugt, so dass ein Teil der Übertragungsenergie
in Wärmeenergie
umgewandelt wird, wodurch leicht ein Energieverlust hervorgerufen
wird.
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In
den letzten Jahren sind einige Schneckengetriebe aus Kunststoff
gebildet worden, um die Betriebsgeräusche zu verringern. Jedoch
ist der Festigkeitsabfall von Kunststoffen aufgrund von Wärmeerzeugung
größer als
der von Metallen. Wenn ein Schneckenrad eines Schneckengetriebes
aus einem Kunststoff gebildet ist, addieren sich in diesem die in dem
Schneckenrad selbst erzeugte Wärme
sowie die von dem Schneckengetriebe geleitete Wärme, so dass das Problem auftritt,
dass der hohe Temperaturanstieg der Zähne des Schneckenrades die
Festigkeit der Zähne
vermindert und frühzeitigen
Verschleiß fördert. Im
Besonderen hält
der zentrale Abschnitt von einem jeden der Zähne des Schneckenrades in Richtung
der Zahnbreite leichter Wärme
als seine beiden Endabschnitte in Richtung der Zahnbreite, so dass
die Wärmeerzeugung
einen schlechten Einfluss auf den zentralen Abschnitt ausübt.
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Zum
Lösen eines
derartigen Problems ist es wirkungsvoll, die Wärmeübertragung von der Schnecke
auf das Schneckenrad zu hemmen, indem der Reibungswiderstand an
der kämmenden
Oberfläche der
Schnecke mit dem Schneckenrad verringert und/oder die Fläche des
kämmenden
Abschnittes der Schnecke mit dem Schneckenrad verkleinert wird.
Daher wird beispielsweise in dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer
2003-207031 vorgeschlagen, die Wärmeerzeugung
aufgrund eines Reibungswiderstandes zu verringern, indem die kämmende Reibfläche mit
einem Schmieröl
geschmiert wird, das in Nuten gefüllt ist, die derart in den
Zahnflanken einer mit einem Schneckenrad kämmenden Schnecke ausgebildet
sind, dass sie sich entlang ihrer Zahnlinien erstrecken. In dem
japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer 60-227057 wird auch
vorgeschlagen, die Fläche
der kämmenden
Oberfläche
einer Schnecke mit einem Schneckenrad zu verkleinern, indem vertikale
Nuten in den zentralen Abschnitten eines jeden Zahnes des Schneckenrades
gebildet werden.
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Jedoch
wird in der in dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer
2003-207031 vorgeschlagenen Technik nicht berücksichtigt, dass die Wärmeübertragung
von der Schnecke auf das Schneckenrad gehemmt wird, so dass der
hohe Temperaturanstieg der Zähne
des Schneckenrades nicht ausreichend gehemmt werden kann, obwohl
eine Abnahme des Reibungswiderstandes aufgrund der Schmierung der
Reibungsoberfläche
zu erwarten ist.
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Wie
es in 8 gezeigt ist,
wird bei der in dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer
60-227057 vorgeschlagenen Technik zugelassen, dass Ausnehmungsabschnitte 17,
die während der
Formung in Zahnflan ken 16 ausgebildet werden, während des
Kämmens über vertikale
Nuten 18 der Atmosphäre
ausgesetzt werden, um zu verhindern, dass Luft und/oder Öl komprimiert
und in den Ausnehmungsabschnitten 17 der Zahnflanken 16 eingeschlossen
wird, wodurch verhindert wird, dass Geräusche durch die plötzliche
Freigabe von Luft und/oder Öl,
das in den Ausnehmungsabschnitten 17 eingeschlossen ist,
hervorgerufen werden. Sie ist jedoch nicht dafür konstruiert, eine Wärmeerzeugung an
den kämmenden
Zahnflanken 16 und eine Wärmeübertragung von der Schnecke 14 auf
das Schneckenrad 15 zu hemmen.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend
erwähnten
Probleme zu vermeiden und ein Schneckenrad bereitzustellen, das
in der Lage ist, wirkungsvoll zu verhindern, dass in seinen Zähnen Wärme erzeugt
wird.
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Um
die vorstehend erwähnten
und weiteren Ziele zu erreichen, umfasst ein Schneckenrad gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Schneckenradkörper mit
mehreren Zähnen
an seinem Außenumfang
zum Kämmen
mit einer Schnecke, und Wärmeisolationsabschnitte,
die in einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt und beiden Endabschnitten
in Richtung der Zahnbreite eines jeden der Zähne ausgebildet sind, um zu
verhindern, dass Wärme
von der Schnecke übertragen
wird.
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In
diesem Schneckenrad kann jeder der Isolationsabschnitte eine Luftschicht
sein, die zwischen einem entsprechenden der Zähne und der Schnecke gebildet
ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Schneckenrad
einen Schneckenradkörper
mit mehreren Zähnen
an seinem Außenumfang
zum Kämmen
mit einer Schnecke und kontaktfreie Abschnitte, die nicht mit der Schnecke
in Kontakt stehen, wobei die kontaktfreien Abschnitte in einem im
Wesentlichen zentralen Abschnitt und beiden Endabschnitten in Richtung
der Zahnbreite eines jeden der Zähne
gebildet sind, indem ein entsprechender der Zähne von dem im Wesentlichen
zentralen Abschnitt zu den beiden Endabschnitten hin in Richtung
der Zahnbreite ballig ausgebildet ist.
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In
diesem Schneckenrad können
die kontaktfreien Abschnitte, die in dem im Wesentlichen zentralen
Abschnitt in Richtung der Zahnbreite ausgebildet sind, mit einem
Schmiermittel gefüllt
sein.
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Bei
einem Schneckenrad gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
da die Wärmeisolationsabschnitte
konstruiert sind, um Wärme
von einer Schnecke zu isolieren, den Temperaturanstieg von Zähnen aufgrund
von Wärme
von der Schnecke zu hemmen, und es ist möglich, Verschleiß und Verschlechterung
der Festigkeit von Zähnen
aufgrund des Temperaturanstieges der Zähne zu hemmen, so dass es möglich ist, über eine
lange Zeitdauer Kräfte präzise zu übertragen.
Derartige Effekte werden bemerkenswerterweise erhalten, wenn das
Schneckenrad aus einem Kunststoff gebildet ist.
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In
einem Schneckenrad gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Schmiermittel in einen Abschnitt gefüllt, der
in einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt in Richtung der Zahnbreite
angeordnet ist und nicht mit einer Schnecke in Kontakt steht, so dass
es möglich
ist, das Schmiermittel einem Reibungskontaktabschnitt mit einer
Schnecke zuzuführen,
um den Reibungswiderstand an der Schnecke und somit Wärmeerzeugung
aufgrund von Reibung zu vermindern.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist:
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1 eine
Ansicht von vorne einer bevorzugten Ausführungsform eines Schneckenrades
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
Längsschnitt
des Schneckenrades, genommen entlang der Linie II-II von 1;
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3 eine
vergrößerte Perspektivansicht von
einigen der Zähne
des Schneckenrades bei der bevorzugten Ausführungsform;
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4 eine
vergrößerte Perspektivansicht von
einigen der Zähne
eines herkömmlichen
Schneckenrades;
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5 eine
Draufsicht eines abgewandelten Beispiels eines Zahnes des Schneckenrades
bei der bevorzugten Ausführungsform;
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6 ein
Längsschnitt
eines anderen abgewandelten Beispiels eines Schneckenrades bei der bevorzugten
Ausführungsform;
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7 eine
schematische Zeichnung eines typischen Schneckengetriebes, wobei
das Schneckengetriebe teilweise geschnitten ist, um einen kämmenden
Zustand einer Schnecke mit einem Schneckenrad zu zeigen; und
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8 eine
Perspektivansicht eines Zahnes eines herkömmlichen Schneckenrades.
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Anhand
der begleitenden Zeichnungen wird nachstehend die bevorzugte Ausführungsform
eines Schneckenrades gemäß der vorliegenden
Erfindung ausführlich
beschrieben.
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Die 1 bis 3 zeigen
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Schneckenrades 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 ist
eine Ansicht von vorne des Schneckenrades 1, und 2 ist
ein Längsschnitt
des Schneckenrades 1. 3 ist eine Perspektivansicht
von einigen der Zähne 2 des Schneckenrades 1.
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Das
Schneckenrad 1 kann durch Spritzgießen eines Harzmaterials, wie
etwa Polyacetal, Polyamid, Polyphenylensulfid oder Polybutylenterephthalat,
geformt sein und umfasst einen Zahnkranz 3 mit Zähnen 2 an
seinem Außenumfang,
eine im Wesentlichen zylindrische Nabe (Wellenlagerungsabschnitt) 5 mit
einem axialen Loch 4 in ihrer Mitte, und einen Steg 6,
der den Zahnkranz 3 mit der Nabe 5 in radialen
Richtungen verbindet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die Länge
der Nabe 5 in Richtung einer Achse L1 gleich einer Zahnbreite
des Schneckenrades 1, so dass beide Enden 5a und 5b der
Nabe 5 in axialer Richtung im Wesentlichen auf der gleichen
Ebene wie die der beiden Enden 3a und 3b des Zahnkranzes 3 in
Richtung der Zahnbreite gebildet sind. Ein im Wesentlichen zentraler
Abschnitt des Zahnkranzes 3 in Richtung der Zahnbreite
und ein im Wesentlichen zentraler Abschnitt der Nabe 5 in axialer
Richtung sind miteinander in radialer Richtung mittels des Steges 6 verbunden.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, ist jeder der Zähne 2 von einem im
Wesentlichen zentralen Abschnitt 2a jeweils zu beiden Endabschnitten 2b bzw. 2c hin in
Richtung der Zahnbreite ballig ausgebildet, so dass die Form jedes
Zahnes 2 symmetrisch in Bezug auf die zentrale Ebene in
Richtung der Zahnbreite ist. Das heißt, die erste Balligkeit eines
jeden der Zähne 2 ist derart
ausgeführt,
dass die Zahndicke eines im Wesentlichen dazwischen liegenden Abschnittes 2d zwischen
dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt 2a und einem Endabschnitt 2b in
Richtung der Zahnbreite größer ist
als die Zahndicke des im Wesentlichen zentralen Abschnittes 2a und
eines Endabschnittes 2b in Richtung der Zahnbreite. Zusätzlich ist
die zweite Balligkeit eines jeden der Zähne 2 derart ausgeführt, dass
die Zahndicke eines im Wesentlichen dazwischen liegenden Abschnittes 2e zwischen
dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt 2a und dem anderen
Endabschnitt 2c in Richtung der Zahnbreite größer ist
als die Zahndicke des im Wesentlichen zentralen Abschnittes 2a und
des anderen Endabschnittes 2c in Richtung der Zahnbreite.
Somit sind der im Wesentlichen zentrale Abschnitt 2a und beide
Endabschnitte 2b, 2c in Richtung der Zahnbreite
eines jeden Zahnes 2 kontaktfreie Abschnitte, die nicht
mit einer mit dem Schneckenrad 1 kämmenden Schnecke (nicht gezeigt)
in Kontakt stehen. Obwohl in der Figur an dem Grenzabschnitt zwischen
der ersten Balligkeit und der zweiten Balligkeit Kantenlinien auftreten,
kann der Grenzabschnitt darüber
hinaus ein gleichmäßig gekrümmter Abschnitt
ohne Kantenlinien sein.
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Jeder
somit durch balliges Ausbilden von dem im Wesentlichen zentralen
Abschnitt 2a zu den beiden Endabschnitten 2b, 2c in
Richtung der Zahnbreite gebildete Zahn 2 ist so konstruiert,
dass er Zwischenräume
(kontaktfreie Abschnitte) in dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt 2a und
den beiden Endabschnitten 2b, 2c in Richtung der
Zahnbreite zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke bildet, so
dass Luft in den Zwischenräumen
Wärme von
der Schnecke isoliert. Das heißt,
jeder Zahn 2 des Schneckenrades 1 ist derart konstruiert,
dass er Wärmeisolationsabschnitte
aus Luftschichten in und nahe bei dem im Wesentlichen zentralen
Abschnitt 2a und den beiden Endabschnitten 2b, 2c in
Richtung der Zahnbreite aufweist, wenn das Schneckenrad 1 mit
der Schnecke kämmt.
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Wenn
jeder der Zähne 2 derart
ballig ist, dass er symmetrisch in Bezug auf den im Wesentlichen
zentralen Abschnitt 2a in Richtung der Zahnbreite ist,
sind zwei Abschnitte maximaler Zahndicke (die Zwischenabschnitte 2d, 2e)
so gebildet, dass sie symmetrisch in Bezug auf den im Wesentlichen
zentralen Abschnitt 2a in Richtung der Zahnbreite sind, so
dass die Abschnitte maximaler Zahndicke 2d, 2e derart
konstruiert sind, dass sie mit der Schnecke kämmen.
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Gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
wird mit einem derartigen Aufbau Wärme, die während der Kraftübertragung,
bei der das Schneckenrad 1 mit der Schnecke kämmt, erzeugt
wird, durch die Luftschichten in den ballig ausgebildeten kontaktfreien
Abschnitten 2a, 2b, 2c isoliert, und
eine Wärmeübertragung
von der Schnecke auf das Schneckenrad 1 erfolgt nur in
den beiden Kontaktabschnitten (den Zwischenabschnitten 2d, 2e),
so dass es möglich
ist, den Temperaturanstieg der Zähne 2 des
Schneckenrades 1 aufgrund einer Wärmeübertragung von der Schnecke
auf das Schneckenrad 1 zu hemmen. Infolgedessen ist es
möglich,
effektiv zu verhindern, dass die Festigkeit der Zähne 2 des Schneckenrades 1 durch
einen Temperaturanstieg verschlechtert wird, und es ist möglich, effektiv
zu verhindern, dass Verschleiß zunimmt.
Darüber
hinaus ist die Zahndicke eines jeden Zahnes 12 eines herkömmlichen
Schneckenrades 11, das in 4 gezeigt
ist, in Richtung der Breite konstant, und seine Kontaktfläche mit
einer Schnecke ist viel breiter als die des Schneckenrades 1 bei
dieser bevorzugten Ausführungsform,
so dass die von der Schnecke zu übertragende
Wärmemenge
größer ist
als die des Schneckenrades 1 bei dieser bevorzugten Ausführungsform.
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Wie
es in 5 gezeigt ist, können in dem Schneckenrad 1 bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
Abschnitte (kontaktfreie Abschnitte) in dem im Wesentlichen zentralen
Abschnitt in Richtung der Zahnbreite, wie es durch Schraffurlinien
gezeigt ist, die eine allmählich
abnehmende Zahndicke zwischen den Abschnitten maximaler Zahndicke
(den Zwischenabschnitten 2d, 2e), die mit Zähnen 8 einer Schnecke 7 in
Kontakt stehen, aufweisen, mit einem Schmiermittel (z.B. Fett) gefüllt sein,
das die Reibungskontaktabschnitte (die Zwischenabschnitte 2d, 2e)
der Zähne 2 schmiert,
um den Reibungswiderstand während
des Kämmens
zu vermindern und somit den Temperaturanstieg und Verschleiß aufgrund von
Reibung an der Zahnflanke zu verhindern.
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In
dem Schneckenrad 1 bei dieser bevorzugten Ausführungsform
können
vertikale Nuten, die sich in Richtung der Zahntiefe erstrecken,
in den Abschnitten maximaler Zahndicke (den Zwischenabschnitten 2d, 2e),
die Kontaktabschnitte mit einer Schnecke sind, und in die ein Schmiermittel
gefüllt ist,
gebildet sein, um die Kontaktabschnitte des Schneckenrades mit der
Schnecke zu schmieren. Es ist somit möglich, effektiv zu verhindern,
dass durch Reibungswiderstand Wärme
erzeugt wird, so dass es möglich
ist, den Temperaturanstieg der Zähne 2 in Zusammenwirkung
mit den Wärmeisolationswirkungen
der Luftschichten in den Wärmeisolationsabschnitten
effektiver zu verhindern.
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Das
Schneckenrad 1 bei dieser bevorzugten Ausführungsform
kann in großem
Umfang verwendet werden als Schneckenrad, das Zähne 2 aufweist, die sich
parallel zu der Richtung der Zahnbreite erstrecken, als Schneckenrad,
das eine Schrägverzahnung 2 aufweist,
oder als Globoid-Schneckenrad,
bei dem der Fuß und
der Kopf derart ausgespart sind, so dass sie eine Kreisbogenform
gemäß der Form
einer Schnecke aufweisen, wie es in 6 gezeigt
ist.
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Ein
Schneckenrad gemäß der vorliegenden Erfindung
kann effektiv verwendet werden, wenn es erforderlich ist, Kräfte ruhig
und gleichmäßig zu übertragen,
und kann mit einer Schnecke zum Übertragen von
Kraft mit einem sehr großen
Reduktionsverhältnis
zwischen zwei Wellen, die nicht parallel zueinander liegen und die
einander nicht kreuzen, verwendet werden.
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Zusammengefasst
ist in einem Schneckenrad 1 mit mehreren Zähnen 2 an
seinem Außenumfang
zum Kämmen
mit einer Schnecke jeder der Zähne 2 von
im Wesentlichen zentralen Abschnitten 2a zu beiden Endabschnitten 2b, 2c hin
in Richtung der Zahnbreite ballig ausgebildet, um kontaktfreie Abschnitte,
die nicht mit der Schnecke in Kontakt stehen, in den im Wesentlichen
zentralen Abschnitten 2a und beiden Endabschnitten 2b, 2c in
Richtung der Zahnbreite auszubilden. Ein Schmiermittel ist in die kontaktfreien
Abschnitte, die nicht mit der Schnecke in Kontakt stehen und die
in und nahe bei dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt 2a in
Richtung der Zahnbreite ausgebildet sind, gefüllt, um den Reibungswiderstand
während
des Kämmens
zu verringern.