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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Zahnrad eines Zahnradgetriebes, insbesondere
für elektrische Handwerkzeugmaschinen,
mit einer Verzahnung und mit einem aus einem elastischen Material
bestehenden Dämpfungselement,
das in einer Ausnehmung des Zahnrades angeordnet ist.
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Bei
Zahnradgetrieben von elektrischen Handwerkzeugmaschinen kommen aus
Fertigungskostengründen
meist durch Sinterung hergestellte Zahnräder zum Einsatz. Das insbesondere
aus gesinterten Zahnrädern
zusammengestellte Zahnradgetriebe hat fertigungsbedingt große Toleranzen,
insbesondere Teilungsfehler, Profilabweichungen und Rundlauffehler,
die ein unvermeidliches Zahnspiel ergeben, welches erhebliche Laufgeräusche verursacht
und Vibrationen erzeugt. Die beim Einschalten der Handwerkzeugmaschinen
wirkende Anlaufkräfte sowie
die im Betrieb auftretenden Lastspitzen verursachen infolge des
Zahnspiels hohe mechanische Belastungen an der Verzahnung. Alles
in allem wirkt sich das Zahnspiel negativ auf die Lebensdauer der Zahnradgetriebe
aus. Zur Kompensierung des Zahnspiels sind deshalb im Antriebsstrang
des Getriebes angeordnete Dämpfungselemente
aus elastischem Material bekannt, so in der
DE 102 59 519 A1 beschrieben.
Es sind aber auch direkt am Zahnrad angeordnete Dämpfungselemente
bekannt, welche die Kontur der Verzahnung bereichsweise überragen.
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In
der
GB 2 224 805 A wird
eine in einer Randausnehmung des Stirnrades eingepasste Zahnscheibe
mit elastischer Einlage vorgeschlagen. Das Umfangsprofil der Zahnscheibe
entspricht dem Profil des Zahnrades, wobei die Zahnscheibe jedoch
die Außenkontur
der Verzahnung des Stirnrades überragt.
Die im Betrieb des Zahnradgetriebes auf das Zahnrad wirkenden Kraftkomponenten
können
mechanische Spannungen in der Zahnscheibe erzeugen, die ein Ablösen der
Zahnscheibe vom Zahnrad zur Folge haben können. Diesem Nachteil versucht die
aus der
EP 0 641 957 bekannte
Lösung
dadurch entgegen zu wirken, dass ein Teilabschnitt des Zahnrades
durch einen Zahnring aus nachgiebigem Material mit teilweise überhöhtem Zahnprofil
gebildet ist, der auf einen Ansatz des Zahnrades angeordnet ist und
durch nach innen vorspringende Leisten, die in die Verzahnung des
Ansatzes eingreifen, in seiner Lage gesichert ist. Die Gefahr des
Ablösen
des Zahnringes wird weiterhin dadurch gemindert, dass der Zahnring
auf der zahnradabgewandten Seite einen Ringflansch aufweist, der
an einem weiteren Zahnrad anliegt, das fest auf dem Ansatz des ersten
Zahnrades sitzt. Die Realisierung der Ablösesicherung des elastischen
Dämpfungselementes
ist hierbei jedoch mit großem
technischem Aufwand verbunden.
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Außerdem führen die
nach dem bekannten Stand der Technik ausschließlich am Rand des Zahnrades
platzierten Dämpfungselemente
zu einer ungünstigen
Kräfte-
und Spannungsverteilung im Zahnradgetriebe, die eine unerwünschte vorzeitige
Abnutzung des Zahnradgetriebes hervorrufen kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt darin, mit geringem Aufwand die Wirksamkeit
und Betriebssicherheit des Dämpfungselementes
an einem Zahnrad zu verbessern, um die Lebensdauer des Zahnradgetriebes
zu erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass das Zahnrad eine die Verzahnung durchdringende Ausnehmung aufweist.
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Während bei
Ausnehmungen nach dem Stand der Technik das Dämpfungselement lediglich an
der Verzahnung anliegt, ist bei einer erfindungsgemäßen, die
Verzahnung durchdringenden Ausnehmung das Dämpfungselement zumindest teilweise von
der Verzahnung eingefasst. Damit erhält das in der Ausnehmung platzierte
Dämpfungselement
allein durch die zumindest teilweise Umschließung der Verzahnung, die aus
hartem Material gebildet ist, eine seitliche Stützung quer zur Richtung der
Druckkraft, die das Gegenzahnrades auf das Zahnrades und respektive
auf das Dämpfungselement
ausübt.
Die Gefahr der seitlichen Ablösung
des Dämpfungselementes
wird hierdurch wesentlich mindert, womit das Dämpfungselement langlebiger
und wirksamer seine vorteilhaften Dämpfungsfunktionen am Zahnrad
erfüllen
kann.
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Mit
den in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
werden vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen erfindungsgemäßen Zahnrades
ermöglicht.
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Davon
ausgehend, dass Verzahnung eine Kontur aufweist, durchdringt gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
die Ausnehmung diese Kontur derart, dass eine von der Kontur umschlossene Öffnung gebildet
ist. Damit ergibt sich, allseitig umsäumt von den unnachgiebigen
Ränder
der Öffnung,
die durch Kontur der Verzahnung aus hartem Material gebildet sind,
ein besonders sicherer Halt für
das Dämpfungselement,
während
sich die Zähne
des Gegenzahnrades an der Kontur der Verzahnung abwälzen. Eine
seitliche Ablösungsgefahr
des Dämpfungselementes
vom Zahnrad quer zur Richtung der Druckkraft des Gegenzahnrades
ist hierbei grundsätzlich
nicht zu besorgen.
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Des
Weiteren ist dadurch das Dämpfungselement
zentraler in die Verzahnung des Zahnrades integriert, wodurch ungleichmäßige Belastungen
des Zahnradgetriebes durch den Überstand
des Dämpfungselement
in der Randlage des Zahnrades vermieden werden, was die Lebensdauer
des Zahnradgetriebes weiter verbessert.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Ausnehmung von der Zahnkrone überdeckt ist. Damit durchdringt
die Ausnehmung die Verzahnung so, dass eine Schwächung des Zahnrades im Bereich
der Zähne,
insbesondere des Zahnkopfes vermieden wird, was einen vorzeitigen
Zahnbruch verhindert. Außerdem
wird die Stabilität
des in der Ausnehmung eingebetteten Dämpfungselementes erhöht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
weist das Dämpfungselement
ein Profil auf, das bündig
mit der Kontur der Verzahnung abschließt. Das Dämpfungselement entfaltet durch
die Einbettung in der Verzahnung auch ohne Überstand des Dämpfungselementes über dem
Zahnprofil, bereits Dämpfungseigenschaften,
da hiermit der Verzahnung eine Elastizität in sich vermittelt wird,
die Profilabweichungen und Rundlauffehler der ineinander greifenden
Zahnräder
kompensieren kann.
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Außerdem ist
einem im dauerhaften Betrieb des Zahnradgetriebes zu erwartenden
Abrieb des über
dem Zahnprofil überstehenden
Dämpfungselementes
oder gar einem Abscheren des Profilüberstandes, insbesondere im
Bereich der Zahnkrone, vorgebeugt.
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Natürlich ergeben
auch die Dämpfungselemente,
die ein über
die Kontur der Verzahnung überstehendes
Profil aufweisen, eine wirksame Dämpfung des Zahnradgetriebes,
weil auch das überstehende
Profil des erfindungsgemäß eingefassten Dämpfungselementes
eine Stützung
erhält.
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Eine
gute Dämpfung
erfolgt besonders dadurch, wenn das Profil des Dämpfungselementes oberhalb eines
Verzahnungsgrundes abschließt.
Der Verzahnungsgrund, der beispielsweise beim Stirnrad dem Grundkreisdurchmesser
entspricht, ist das Höhenniveau
der Verzahnung, bis zu dem beim Kämmen des Zahnradpaares die
Verzahnung des Gegenzahnrades in die Verzahnung des Zahnrades eintaucht.
Gerade in diesem Bereich werden also hauptsächlich die zu dämpfenden
Kräfte
der sich gegeneinander wälzenden
Zahnräder übertragen. Überragt das
Profil des Dämpfungselementes
diesen Verzahnungsgrund, berührt
das Dämpfungselement
die Zähne
des Gegenzahnrades und dämpft
so wirkungsvoll das Abwälzen
des Gegenzahnrades am Zahnrad.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Ausnehmung als Ringnut mit sich wiederholenden Öffnungen
in der Kontur der Zahnlücke
und der benachbarten Zahnflanken gebildet, wobei in der Ausnehmung
ein ringförmiges
Dämpfungselement
angeordnet ist. Die Ausbildung dieser Ringnut mit dem zugehörigen ringförmigen Dämpfungselement
ist einfach herzustellen und erzielt eine stabile, ablösungssichere
Positionierung des Dämpfungselementes
mit wirkungsvollen Dämpfungseigenschaften.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Ausnehmung als Bohrung mit einer Öffnung in der Kontur der Zahnlücke und/oder
der Zahnflanke gebildet ist, wobei in der Ausnehmung ein stiftförmiges Dämpfungselement
angeordnet ist. Hierbei durchdringt die Ausnehmung die Verzahnung
nicht als durchgehenden Nut, sondern nur partiell, so dass eine
Schwächung
des Zahnrades insbesondere bei kleinen Zahnrädern vermieden wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Das
erfindungsgemäße Zahnrad
wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert, die
ergänzend in
den zugehörigen Zeichnungen
schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Tellerrad eines Kegelradgetriebes mit einer Ringnut
und einem ringförmigen
Dämpfungselement,
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2 eine
Schnittdarstellung des Tellerrades entlang der Schnittlinie A-A
aus 1
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3 eine
vergrößerte, perspektivische
Ansicht der Verzahnung nach dem Detail X aus 1,
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4 eine
weitere Schnittdarstellung des Tellerrades entlang der Schnittlinie
A-A aus 1 mit einer Lagevariante der
Ringnut und des ringförmigen Dämpfungselementes,
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5 eine
vergrößerte, perspektivische
Detailansicht der Verzahnung mit Zahnnuten und zahnförmigen Dämpfungselementen
und
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6 eine
vergrößerter Querschnitt
der Verzahnung im Detail mit Bohrungen und stiftförmigen Dämpfungselementen.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Das
nach einem speziellen Ausführungsbeispiel
in 1 bis 6 dargestellte Tellerrad ist
Bestandteil eines Kegelradgetriebes, welches in elektrischen Handwerkzeugmaschinen
vorzugsweise Anwendung findet. Unabhängig von dieser im Ausführungsbeispiel
gewählten
Ausführungsform
des Zahnradgetriebes ist die Erfindung auch an anderen Zahnradgetrieben,
wie zum Beispiel an einem Stirnradgetriebe oder an einem Schneckengetriebe
anwendbar.
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1 zeigt
das Tellerrad 1 des Kegelradgetriebes in einer Draufsicht.
Das dem Zahnradpaar des Kegelradgetriebes zugehörige Kegelrad, als Antriebsritzel
für das
Tellerrad 1, sowie die zugehörigen Zahnradwellen sind der
Einfachheit halber nicht dargestellt. Das Tellerrad 1 aus
beispielsweise gesintertem Material verfügt an seinem Tellerrand über eine Verzahnung 2 aus
einer abwechselnden Aneinanderreihung von Zähnen 3 und Zahnlücken 4,
die gleichmäßig voneinander
beabstandetet sind. Die Verzahnung 2 wird durch eine Ausnehmung 5 in
Form einer integrierten Ringnut 5.1 durchdrungen. Die Ringnut 5.1 lässt sich
mit einem einzigen Bearbeitungsgang in das Tellerrad 1 einarbeiten.
In dieser Ringnut 5.1 ist ein als Dämpfungsring 6.1 ausgebildetes
elastisches Dämpfungselement 6,
aus beispielsweise Hartgummi, eingebettet, das u. a. durch Verklebung in
der Ringnut 5.1 fixierbar ist. Die Lage der Ringnut 5.1 und
des Dämpfungsringes 6.1 in
der Verzahnung 2 ist gut in 2 ersichtlich.
Die Ringnut 5.1 erzeugt in der Kontur 8 der Verzahnung 2 sich
wiederholende Öffnungen 9,
aus denen das Profil 10 des Dämpfungsringes 6.1,
herausragt, so wie es gut in 3 dargestellt
ist. Die Öffnungen 9 werden
jeweils von der Kontur 8 einer Zahnlücke 4 und den Konturen 8 der
zur Zahnlücke 4 benachbarten
Zahnflanken 11 umsäumt,
wobei das Profil 10 des Dämpfungsringes 6.1 die
Kontur 8 der Zahnlücke 4 und
der Zahnflanken 11 überragt.
Das Profil 10 des überstehenden Dämpfungsringes 6.1 schließt dabei
oberhalb des Verzahnungsgrundes 12 (als gestrichelte Linie
in 2 dargestellt) des Tellerrades 1 ab,
so dass beim Kämmen
des nicht dargestellten Kegelrades mit dem Tellerrad 1 eine
Berührung
des Dämpfungsringes 6.1 mit
den Zahnkronen dieses Kegelrades und damit eine Dämpfung des
Kegelradgetriebes erfolgt. Andererseits ist die Ringnut 5.1 nur
so tief in die Verzahnung 2 eingearbeitet, dass eine für die Stabilität des Zahnrades 1 ausreichende Überdeckung
der Ringnut 5.1 durch die Zahnkronen 13 des Tellerrades 1 gegeben
ist. Der Dämpfungsring 6.1 ist
infolge seiner Einfassung in der Öffnung 9 der Verzahnung 2 vor
einer radialen Verschiebung oder Ablösung vorn Tellerrad 1 gesichert.
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2 zeigt
des Weiteren an der Unterseite des Tellerrades 1 einen
Haltering 14, der den Dämpfungsring 6.1 im
Betrieb des Kegelradgetriebes zusätzlich axial zum Tellerrad 1 in
der Ringnut 5.1 fixiert, und somit die Stabilität des Dämpfungsringes 6.1 im
Tellerrad 1 gegen die einwirkende Druckkraft des Kegelrades
erhöht.
Der Haltering 14 kann z.B. mittels Verschraubung, Verstemmung,
Verklebung mit dem Tellerrad 1 verbunden sein.
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Zur
Anpassung an verschiedene Dämpfungsanforderungen
kann die Breite und Höhe
sowie der Durchmesser der Ringnut 5.1 bei entsprechend angepasster
Abmessungen des Dämpfungsringes 6.1 in
Breite, Höhe
und Durchmesser beliebig gewählt
werden. 4 zeigt beispielhaft eine am äußeren Durchmesser
des Tellerrades 1 angeordnete Ringnut 5.2 mit
einem Dämpfungsring 6.2 von
entsprechend größerem Durchmesser.
Auch hier ist, vornehmlich zur Stützung des Dämpfungsringes 6.2 in
der Ringnut 5.2, diese nur so tief in die Verzahnung 2 eingearbeitet,
dass eine Überdeckung
der Ringnut 5.2 und des Dämpfungsringes 6.2 durch
die Zahnkronen 13 des Tellerrades 1 erfolgt.
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In 5 sind
sich wiederholende Ausnehmungen 5 in Form von Zahnnuten 5.3 in
den Zähnen 3 der
Verzahnung 2 ersichtlich. Die Zahnnuten 5.3 lassen
sich einzeln wie auch einheitlich in einem Bearbeitungsgang herstellen.
In den Zahnnuten 5.3 sind beispielhaft verschiedene zahnförmigen Dämpfungselementen 6.3, 6.4, 6.5 angeordnet.
Das Dämpfungselement 6.3 weist
ein noppenförmiges
Profil 10 auf, das über
der Kontur 8 der Zahnflanke 11 übersteht.
Das Dämpfungselement 6.4 hat
ein Profil 10, das vollkommen bündig mit der Kontur 8 der
Zahnflanke 11 und der Zahnkrone 13 abschließt. Das
Profil 10 des Dämpfungselementes 6.5 steht
vollflächig über der
Kontur 8 der beidseitigen Zahnflanken 11 des Zahnes 3 über.
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6 zeigt
in einem auszugsweisen Querschnitt der Verzahnung 2 sich
wiederholende Ausnehmungen 5 als Bohrungen 5.4 mit
jeweils einer Öffnung 9 in
der Kontur 8 einer Zahnlücke 4 und einer Zahnflanke 11.
In der Bohrung 5.4 ist jeweils ein stiftförmiges Dämpfungselement 6.6 angeordnet,
das mit seinem Profil 10 über der Kontur 8 der
Zahnlücke 4 und
der Zahnflanke 11 übersteht.
Diese Ausführung der
Ausnehmungen 5 reduziert bei ebenfalls guten Dämpfungserfolgen
die Querschnittsschwächung des
Tellerrades 1 auf ein Minimum, und eignet sich daher besonders
gut für
kleine Tellerräder 1 mit
geringer Materialkonzentration.
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Die
Ausnehmungen 5 in der Verzahnung 2 können entsprechend
des speziellen Einsatzfalls und der Dämpfungserfordernisse auch in
verschiedener Anzahl und Kombination vorgesehen werden. Selbstverständlich ist
auch in jedem der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele der Härtegrad
des elastischen Materials des Dämpfungselementes 6 zur
Anpassung an die jeweiligen Dämpfungsanforderungen
variierbar.
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Über die
gezeigten Ausführungsbeispiele
hinaus sind entsprechend der speziellen Dämpfungsanforderungen weitere
Geometrieformen der die Verzahnung 2 durchdringenden Ausnehmung 5 und
des zugehörigen
Dämpfungselementes 6 möglich, welche
ebenfalls die vorbeschriebenen Vorteile erzielen.