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Die Erfindung betrifft ein Verzahnungsteil und ein Verfahren zum Herstellen eines Verzahnungsteils.
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Aus der
WO/2008/138729 sind Verbundteile als Teile bekannt, die aus zwei Teilkörpern zusammengesetzt sind und stoffschlüssig verbunden sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verzahnungsteil weiterzubilden, wobei das Verzahnungsteil möglichst kostensparend herstellbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verzahnungsteil nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verzahnungsteil sind, dass es einen Radkörper umfasst, der von einem Radkranz umgeben ist, wobei der Radkörper in einem ersten axialen Bereich einen unrund ausgebildeten Abschnitt umfasst, mit dem ein entsprechend geformter Abschnitt des Radkranzes verbunden ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass große Drehmomente vom Radkranz zum Radkörper durchleitbar sind. In Umfangsrichtung ist mittels der unrunden Ausführung eine leistungsfähige Verbindung erreicht. Ein unrundes Profil liegt dann vor, wenn der Radialabstand des Radkörpers in dem Abschnitt keine konstante Funktion des Winkels ist sondern eine nicht-konstante Funktion des Winkels. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine periodische Funktion, deren Periodenlänge einer Umdrehung oder einem ganzzahligen Bruchteil einer Umdrehung entspricht, also 360°/2 = 180°, 360°/3 = 120°, 360°/4 = 90° oder 360°/n, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als 4 ist.
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Mittels des unrunden Profils ist ein besonders dünnwandiger Radkranz mit dem Radkörper verbindbar und trotzdem das volle von den Zähnen der Verzahnung des Radkranzes übertragbare Drehmoment übertragbar.
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Bei Auswählen einer Funktion, die stetig, stetig differenzierbar oder sogar glatt verläuft als Funktion des Winkels, ist ein Ausbrechen von Teilbereichen vermieden und somit eine besonders hohe Drehmomentübertragungssicherheit erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der unrunde Abschnitt als Polygon ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass Herstellverfahren einsetzbar sind, bei denen die entsprechende Fertigungsmaschine kontinuierliche Bewegungen aller aktiven Maschinenachsen ausführt, insbesondere ohne Bewegungsrichtungsumkehr. Also sind Hin- und Herbewegungen vermieden und die damit notwendigen Beschleunigungen. Somit ist eine schnelle, einfache und preisgünstige Fertigung des Polygonalen Profils erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Radkranz auf den Radkörper aufgesteckt, insbesondere aufgepresst. Von Vorteil ist dabei, dass ein Verbinden, also Herstellen eines Verbundkörpers, sehr einfach und kostengünstig ausführbar ist. Das Aufpresskraft ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfidnung sogar bewirkbar durch die oder unter zusätzlicher Nutzung der Eigengewichtskraft des Radkranzes oder des Radkörpers, wobei vor dem Verbinden dieser auf das zu verbindende Teil aufgelegt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Radkranz aus einer Bronze gefertigt und der Radkörper aus einem Stahl oder Stahlguss. Von Vorteil ist dabei, dass der Radkranz dünnwandig ausführbar ist und somit kostspieliges Material, wie Bronze, einsparbar ist. Der Radkörper bewirkt außerdem eine hohe Stabilität bei geringen Kosten. Dünnwandig bedeutet mehr als ein halbes Modul der Verzahnung des Radkranzes. Die Wandstärke beträgt also zwischen einem halben und dem Zehnfachen des Moduls der Verzahnung, insbesondere zwischen einem halben und dem Vierfachen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Verzahnungsteil ein Schneckenrad. Von Vorteil ist dabei, dass für die Verzahnung ein weiches kostengünstiges Material verwendbar ist und trotzdem kostengünstiger stabilitätsbewirkender Stahl verwendbar ist als Nabe zur Verbindung mit einer das Verzahnungsteil antreibenden oder vom Verzahnungsteil angetriebenen Welle.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur axialen Sicherung am Radkörper ein Absatz, insbesondere ein ringförmiger Radialvorsprung, ausgebildet, insbesondere an welchem der Radkranz mit einer seiner Stirnseiten anliegt. Von Vorteil ist dabei, dass eine axiale Sicherung in kostengünstiger Weise erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als weitere axiale Sicherung ein Sicherungsring (60), ein Sprengring oder dergleichen in einer in Umfangsrichtung umlaufenden ringförmigen Nut des Radkörpers und/oder des Radkranzes vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine axiale Sicherung in kostengünstiger Weise erreichbar ist, wobei axiale Toleranzen bis zu einem kritischen Maß kompensierbar sind, indem die Nut und der Ring entsprechend dimensioniert werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als weitere axiale Sicherung ein nach radial innen sich erstreckender ringförmiger Vorsprung, insbesondere Innerer Absatz, am Radkranz vorgesehen, insbesondere welcher in eine ringförmige Nut des Radkörpers eingreift, insbesondere eingeklipst ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine axiale Sicherung in kostengünstiger Weise am Radkranz ausbildbar ist, die einstückig ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das unrunde Profil eine Hypotrochoide, eine Epitrochoide oder ein davon abgeleitetes Polygonprofil ist. Von Vorteil ist dabei, dass besonders hohe Drehmomente übertragbar sind.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Herstellen eines Verzahnungsteils sind, dass vor Aufstecken des Radkranzes auf den Radkörper diese beiden Teile einen Temperaturunterschied aufweisen, insbesondere von mehr als 40 Kelvin, insbesondere von mehr als 100 Kelvin.
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Von Vorteil ist dabei, dass nach Ausgleich der Temperaturen ein besonders fest verbundenes Teil herstellbar ist. Außerdem wird Spanbildung beim Verbinden vermieden oder zumindest vermindert.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist als erstes Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Verzahnungsteil in Schrägansicht gezeigt, wobei Radkranz 1 und Radkörper 3 kraftschlüssig verbunden sind.
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Inder 2 ist eine zugehörige Draufsicht gezeigt.
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In der 3 ist ein zugehöriger Querschnitt gezeigt.
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In der 4 ist als zweites Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Verzahnungsteil in Schrägansicht gezeigt, wobei Radkranz 1 und Radkörper 3 formschlüssig verbunden sind, wobei ein Sicherungsring 60 verwendet ist zur axialen Sicherung.
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In der 5 ist eine zugehörige Draufsicht gezeigt.
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In der 6 ist ein zugehöriger Querschnitt gezeigt.
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In der 7 ist als zweites Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Verzahnungsteil in Schrägansicht gezeigt, wobei Radkranz 1 und Radkörper 3 formschlüssig verbunden sind, wobei Stiftschrauben im Verbindungsbereich vorgesehen sind.
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In der 8 ist eine zugehörige Draufsicht gezeigt.
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In der 9 ist ein zugehöriger Querschnitt gezeigt.
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In der 10 ist als zweites Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Verzahnungsteil in Schrägansicht gezeigt, wobei Radkranz 1 und Radkörper 3 formschlüssig verbunden sind, wobei ein nach innen gerichteter Absatz 120 als axiale Sicherung wirkt.
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In der 11 ist eine zugehörige Draufsicht gezeigt.
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In der 12 ist ein zugehöriger Querschnitt gezeigt.
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In den 1 bis 3 ist ein Radkranz 1 gezeigt, der auf einen unrunden Abschnitt eines Radkörpers aufgesetzt ist. Dabei ist beispielhaft ein Schneckenrad gebildet, welches in einem Schneckenradgetriebe vorsehbar ist.
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Der Radkörper wiederum weist eine Passfedernut an seiner Innenseite auf und ist somit formschlüssig verbindbar mit einer Welle. Er ist außerdem aus einem kostengünstigen stabilen Material fertigbar, wie Stahl oder dergleichen.
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Der Radkranz ist beispielsweise aus Bronze herstellbar und weist nur eine kleine radiale Wandstärke auf. Somit ist das kostspielige Material des Radkranzes einsparbar und ein großer Radkörper 3 aus kostengünstigem Material einsetzbar, insbesondere wobei das Material des Radkörpers kostengünstiger ist als das Material des Radkranzes.
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Der Radkranz ist aus einem weicheren Material fertigbar im Vergleich zum Material des Radkörpers. Somit ist vorzugsweise ein Schneckenrad herstellbar.
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Das über ein mit dem Radkranz im Eingriff stehende Verzahnungsteil übertragene Drehmoment wird vom Radkranz zum Radkörper übertragen. Dabei wird eine zumindest in Umfangsrichtung wirksame formschlüssige Verbindung verwendet. Diese ist mittels einer unrunden Ausformung realisiert. Hierbei weist der Radkörper 3 einen Abschnitt auf, der sich über einen axialen Bereich erstreckt. In Umfangsrichtung ist der Radialabstand zur Achse des Radkörpers nicht konstant. Der Abschnitt ist also unrund.
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Vorzugsweise wird für den Abschnitt eine polygonales Profil gewählt, da diese besonders einfache und effektiv herstellbar ist. Bei Polygonprofilen, die einer Hypotrochoide oder Epitrochoide entsprechen oder davon abgeleitet sind, ist eine sehr schnelle Fertigung erreichbar.
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Der Radkranz 1 weist an seiner Innenseite ebenfalls ein dem unrunden Profil des Abschnitts des Radkörpers 3 entsprechende Ausformung auf. Somit ist der Radkranz in axialer Richtung auf den Radkörper 3 aufschiebbar und/oder aufpressbar und bildet somit einen Verbundkörper.
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In Weiterbildung ist auch ein derartiges Profil des Abschnitts und der Innenseite wählbar, dass nur bei vor dem Aufschieben oder Aufpressen hergestellten unterschiedlichen Temperaturen des Radkranzes 1 und des Radkörpers 3 ein spanfreies Aufpressen ermöglicht ist. Hierzu wird der Temperaturunterschied derart groß gewählt, dass der Radkranz thermisch bedingt derart vergrößert ist, dass ein Aufschieben oder Aufpressen ohne besonders hohen Kraftaufwand erreichbar ist.
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Vorzugsweise ist ein Aufschieben sogar schön durch das Eigengewicht des Radkranzes erreichbar. Hierbei wird der erwärmte Radkranz auf den Radkörper aufgelegt, wobei die Achsrichtung in Gravitationsrichtung zeigt.
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Nach dem Verbinden und nach dem Annähern der Temperaturen des Radkranzes und des Radkörpers ist somit eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt, die ohne zerstörende Wirkung auf den Radkranz praktisch unlösbar ist.
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Am Radkörper ist in einem axialen Bereich, der vorzugsweise unterschiedlich ist von demjenigen axialen Bereich, welcher den unrunden Abschnitt umfasst, ein axialer Anschlag für den Radkranz gebildet, indem ein Absatz 2 als ringförmiger nach radial außen weisender Radialvorsprung ausgeformt ist. Der Anschlag ist insbesondere beim Zusammenfügen des Radkranzes 1 und des Radkörpers 3 wirksam.
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Der Radkörper ist als Hohlteil ausgeführt, welches an seiner Innenseite eine axial verlaufende Passfedernut zur formschlüssigen Passfeder-Verbindung mit einer einsteckbaren Welle.
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Statt eines Schneckenrades ist die Erfindung aber auch auf andere Verzahnungsteile anwendbar, insbesondere Zahnräder.
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In den 4 bis 6 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, welches im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 zusätzlich einen Sicherungsring 60 aufweist, der axial vor demjenigen axialen Bereich, welcher den unrunden Abschnitt umfasst, angeordnet ist. Der vorgenannte Anschlag, welcher durch den Absatz 2 gebildet ist, der als ringförmiger nach radial außen weisender Radialvorsprung ausgeformt ist, ist axial hinter demjenigen axialen Bereich, welcher den unrunden Abschnitt umfasst, angeordnet.
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Somit ist eine wirksame axiale Sicherung des Radkranzes 1 auf dem Radkörper 3 erreicht.
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In den 7 bis 9 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, welches im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 zusätzlich Stiftschrauben 80 aufweist, die im Verbindungsbereich zwischen Radkörper 3 und Radkranz 1 in axialer Richtung eingeschraubt sind. Somit ist hierdurch eine formschlüssige Verbindung in axialer Richtung erreicht. Die Stiftschrauben 80 würden bei Versagen der unrunden formschlüssigen Verbindung sogar in Umfangsrichtung Drehmoment übertragbar machen.
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In den 10 bis 12 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Radkranz 1 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 zusätzlich einen nach radial innen gerichteten Absatz 120 aufweist, der axial hinter dem Abschnitt angeordnet ist, in welchem der unrunde Verbindungsbereich angeordnet ist. Somit ist eine axiale Sicherung durch einen nach außen gerichteten radialen Vorsprung am Radkörper und einen nach radial innen gerichteten radialen Vorsprung am Radkranz hergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radkranz
- 2
- Absatz, ringförmiger Radialvorsprung
- 3
- Radkörper
- 60
- Sicherungsring
- 80
- Stiftschrauben
- 120
- Absatz, nach radial innen gerichtet
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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