DE102009037624A1 - Spielausgleichendes Messzahnrad - Google Patents

Abstract

Ziel dieser Erfindung ist es, kostengünstige spielfreie Zahnradgetriebe zu bauen. Die bisherige Bauweise nach dem Stand der Technik ist aufwändig, da zwei Teilzahnräder auf einer Achse übereinandergelegt werden, die mit Federn verbunden sind. Die Lösung liegt in einer speziellen Zahnform des neu entwickelten Zahnrades Z1' (siehe Zeichnung unten). Die Zähne von Z1' sind breiter und geschlitzt. Die Zahnhälse sind länger. Dieses Zahnrad Z1' greift z.B. in ein herkömmliches Zahnrad Z2 ein. Durch die höhere Breite B' der Zähne ist gewährleistet, dass die Flanken der Zähne der ineinandergreifenden Zahnräder immer aneinander anliegen. Durch die Schlitzung der Zähne in Verbindung mit der Elastizität des verwendeten Kunststoffmaterials von Z1' ist gewährleistet, dass sich die Zähne beim Ineinandergreifen von Z1' mit Z2 ineinander schieben können, ohne zu verklemmen (Schlitzbreite geht von S' nach S'1 beim Eingreifen). Auf diese Weise wird das Spiel ausgeglichen (d.h. keine Hysterese bei Vor- und Zurückbewegung). Anwendungsgebiet: Vorwiegend Getriebe, die Messzwecken dienen, da aufgrund der Schlitzung der Zähne von Z1' die maximale Kraftübertragung von Z2 auf Z1' nicht so groß sein darf wie bei einem herkömmlichen Zahnrad. Eine spezielle Anwendung ist das Erfassen von Drehwinkeln großer, sich drehender Anlagenteile (z.B. Gondeln von Windkraftanlagen oder Kranausleger), die einen Innen- oder Außenzahnkranz haben. In diesen Zahnkranz greift das neue Zahnrad Z1' ein. An Z1' ...

Description

• Oben genannte Erfindung fällt in den Bereich der mechanischen Getriebe und stellt eine Neuerung im Getriebebau dar. Sie stellt eine Möglichkeit für die Herstellung spielfreier Getriebe vor. Es lassen sich auf deutlich einfachere und kostengünstigere Weise spielfreie Getriebe herstellen. Die Erfindung soll in der Messtechnik eingesetzt werden. Daher der Begriff Messzahnrad.
• Stand der Technik:
• Ein Zahnrad, das eine spielfreie Übertragung von Drehbewegungen (vor und zurück) innerhalb eines Getriebes gewährleisten soll, besteht nach derzeitigem Stand der Technik aus zwei identischen Zahnrädern, die übereinandergelegt werden. Diese zwei Zahnräder werden auf einer Achse gelagert und sind gegeneinander verdrehbar aber nicht seitlich verschiebbar.
• Diese zwei Zahnräder sind des Weiteren mit einer Feder verbunden, die die Zahnräder in einer bestimmten Position zueinander hält. Aufgrund der Feder ist diese Position jedoch flexibel. Diese Feder kann unterschiedliche Ausführungen haben (Blattfeder, Spiralfeder etc.)
• Diese Position ist dergestalt, dass die beiden Zahnräder nicht deckungsgleich übereinander liegen, sondern geringfügig gegeneinander verdreht sind. Diese Verdrehung ist in der Regel kleiner als eine Zahnbreite.
• Diese Zahnradausführung heiße Z1. Durch den Eingriff von Z1 in das nächste Zahnrad (genannt Z2), das normale Bauform aufweist, werden die beiden Zahnräder von Z1 so weit verdreht, bis die beiden Zahnräder spielfrei in das Zahnrad Z2 eingreifen. Die Feder hält die Zähne unter Spannung. Bei Vor- und Rückbewegungen des Getriebes folgt der Übergang Z1–Z2 spielfrei, da keine Lücke zwischen den Zähnen des Zahnradübergangs Z1–Z2 existiert. Diese wird durch die auseinanderstrebenden Zähne von Z1 stets geschlossen. Spielfrei heißt, es gibt keine Vor- oder Rückbewegung von Z1 oder Z2, die nicht sofort auf das jeweils andere Zahnrad übertragen wird. Das ist bei einer normalen Zahnräderausführung von Z1 und Z2 fertigungstechnisch der Fall, da immer eine kleine Lücke zwischen den Zahnflanken existiert (”Leerlauf”).
• Nachteil der oben beschriebenen Ausführung von Z1 ist, dass diese kostenaufwendig ist, da mehrere Teile gefertigt und zusammengesetzt werden müssen.
• Die Ausführung in dieser Bauweise ist, verursacht durch z. B. Verschmutzungen, auch anfällig für Funktionsausfälle, d. h. das Getriebespiel wird nicht mehr ausgeglichen. Die beweglichen Zahnräder von Z1 können verkleben und sich nicht mehr gegeneinander verschieben.
• Der im Schutzanspruch 1 bis 3 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungstechnisch deutlich kostengünstigere Ausführung zu schaffen, die aber die Merkmale einer spielfreien Zahnradübertragung weiterhin erfüllt. Durch den einfacheren Aufbau ist auch bei Verschmutzung der Spielausgleich gegeben, da keine Teile verklemmen können. Verschmutzungen werden aus dem Schlitz herausgedrückt.
• Diese Aufgabe mit den oben genannten Problemen wird mit den im Schutzanspruch 1 bis 3 aufgeführten Merkmalen gelöst.
• Das neue Zahnrad Z1' (das die Funktion von Z1 übernehmen soll) besteht aus einem einzigen Zahnrad, dessen Zähne eine bestimmte Form aufweisen. Der Zahnkopf ist breiter als bei der normalen Evolventenverzahnung. Die einzelnen Zähne sind in der Mitte geschlitzt. Und der Zahnfuß ist länger. Für ein fehlerfreies Abwälzen ist die Zahnform des Zahnrades Z1 an die Zahnform von Z2 angepasst.
• Befindet sich dieses Messzahnrad nun im Eingriff mit dem normalen Zahnrad Z2, wird der geschlitzte, etwas breitere Zahnkopf von Z1' auf die der Zahnlücke von Z2 entsprechenden Breite zusammengedrückt. Die Zahnkopfsegmente von Z1' sind so ausgelegt, dass sie wie Blattfedern wirken. Auf diese Weise wird die erforderliche mechanische Spannung, die das Spiel, also die oben beschriebene Lücke, zwischen den Zahnflanken beseitigen soll, erzielt.
• Das Material, aus dem das Zahnrad Z1' besteht, muß entsprechende elastische Eigenschaften besitzen. Ein speziell ausgesuchter, formstabiler Kunststoff gewährleistet, dass die Zahnflanken des geschlitzten Zahnes bei Dauerbelastung einerseits bei ständiger Bewegung nicht brechen (hohe Elastizität). Andererseits bei lange stehendem Zahnrad und zusammengedrückten Zähnen kehren die Zahnflanken nach Entlastung (Weiterdrehen) wieder in ihre Ausgangsposition zurück (d. h. keine plastische Verformung/Ermüdung).
• Es kommen z. B. hochwertige Kunststoffe zum Einsatz. Anstelle eines Zahnrades Z2 kann auch ein Innenzahnkranz oder eine Zahnstange vorhanden sein.
• Da Z1' nicht aus mehreren zu fertigenden Teilen besteht, die zusammengesetzt und justiert werden müssen, sondern aus einem einzigen Teil, ist der Aufbau deutlich einfacher und die Fertigungskosten sind geringer.
• Das Bild zeigt die Erfindung Z1' im Eingriff in ein zweites normales Zahnrad Z2. Ein sogenanntes Evolventenzahnrad stellt ein solches normales Zahnrad Z2 dar.
• Zu sehen in der Zeichnung ist die Erfindung, das Zahnrad Z1', das in ein normales Zahnrad Z2 eingreift. Diese Anordnung weist kein Spiel auf. Die relevanten Größen (B', F', S', S'1), die sich von dem normalen Evolventenzahnrad (B, F) unterscheiden, sind dargestellt.
• Normales Zahnrad Z2:

B

Zahnbreite

F

Fußkreisdurchmesser

• Neues Zahnrad Z1':

B'

Zahnbreite

F'

Fußkreisdurchmesser

S'

Schlitzbreite eines nichteingreifenden Zahns

S'1

Schlitzbreite eines eingreifenden Zahns

• Es gilt:
  B' > B
  F' < F
  S'1 < S'

Claims (3)

1. Spielausgleichendes Messzahnrad dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahn in der Mitte geschlitzt ist, so dass er eine Federwirkung in Richtung der Zahnbreite entfaltet (Bild: S').
2. Spielausgleichendes Messzahnrad dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zahnköpfe des Zahnrades breiter sind, als bei der normalen Evolventenverzahnung (Bild: B' > B). Die Flankenform der Zähne entspricht der Form der Evolventenverzahnung.
3. Spielausgleichendes Messzahnrad dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnfuß der einzelnen Zähne länger ist als bei der normalen Evolventenverzahnung. D. h. der Fußkreisdurchmesser ist kleiner als bei einem normalen Evolventenzahnrad (Bild: F' < F). Hierdurch wird die Federkraft des Zahnes für den Spielausgleich eingestellt.