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Zahnrad aus elastischem Material Die Erfindung bezieht sich auf ein
Zahnrad aus elastischem Material für nachgiebigen Eingriff für Synchronmotoren,
insbesondere bei elektrischen Uhren.
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Es ist bereits bekannt, Getrieberäder aus elastischem, nichtmetallischem
Material herzustellen; ferner ist es bekannt, Zahnräder aus synthetischem Gummi,
beispielsweise Butadien-Copolymere bzw. Chloropren-Polymerisate, durch Gießen herzustellen.
Dabei erhalten solche Zahnräder vorzugsweise eine metallische Nabe mit metallischen
Versteifungsringen. Derartige Zahnräder sind entwickelt worden, um einen ruhigeren
und geräuschärmeren Lauf des Zahnrades zu gewährleisten.
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Es ist ferner bei Zahnradgetrieben bereits bekannt, das eine Zahnrad
vollkommen aus elastisch nachgiebigem Material anzufertigen und mit einem zur Befestigung
des Getrieberades dienenden, sich axial anschließenden Schaftteil einteilig zu verbinden.
Bei dieser bekannten Anordnung ist das Ritzel zwar mit einer Hohlwelle verbunden,
diese beiden Teile bestehen aber nicht aus einem gummielastischen Material, sondern
aus einem harten Kunststoff, wie z. B. Polyamid. Derartige Polyamidzahnräder würden
bei einer Anwendung in. Synchronmotoren einen so unregelmäßigen Lauf ergeben, daß
die gleichen Geräusche wie bei Metallzahnrädern auftreten würden. Ferner ließe sich
ein derartiges Zahnrad nicht in der Weise verformen, wie es bei gummielastischen
Zahnrädern der Fall ist.
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Bei der Anwendung von Zahnrädern für Synchronmotoren, insbesondere
bei elektrischen Uhren, treten besondere Probleme auf, die mit Einrichtungen der
bekannten Art nicht einwandfrei oder zufriedenstellend gelöst werden können. Synchronmotoren
heben ein Feld, das zwei Sätze von Erregerpolen mit entgegengesetzten Augenblickspolaritäten,
die sich in Phase mit dem zugeführten Wechselstrom ändern und von denen aufeinanderfolgende
Pole des einen Satzes mit aufeinanderfolgenden Polen des anderen Satzes" bei kreisförmiger
Anordnung aller Pole um eine Läuferachse abwechseln, und einen Läufer mit Permanentmagneten
aufweist, dessen Polflächen mit den Erregerpolen zum Antrieb des Läufers synchron
mit dem Strom zusammenarbeiten. Das mechanische Getriebe solcher Motoren geht von
dem Läufer aus und enthält nicht nur ein mit dem Läufer drehbares Ritzel, sondern
nahezu in allen Fällen auch ein Untersetzungsgetriebe, das mit dem Motor zu einer
Einheit zusammengebaut ist und für das das Läuferritzel ; einen Teil einer ersten
Stufe von üblicherweise mehreren Untersetzungsstufen bildet. Derartige Motoren arbeiten
in mancher Hinsicht völlig zufriedenstellend. Das Geräusch, das diese Motoren erzeugen,
ist jedoch in jedem Fall unerwünscht, insbesondere, wenn es sich um elektrische
Uhren handelt. Ein wesentlicher Teil dieses Geräusches rührt vom Getriebeteil des
Motors her, meist von dem Läuferritzel und dem damit im Eingriff stehenden Getrieberad.
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Die Ursache dieses störenden Geräusches ergibt sich aus einem ungleichförmigen
Eingriff zwischen Läuferritzel und Gegenzahnrad während des Laufens auf Grund bestimmter
Faktoren, die für Motoren dieser Art typisch sind. So tritt eine ungleichmäßige
Abnutzung des Lagers dadurch auf, daß die Läuferwelle den Läufer und das Ritzel
auf einer Seite des Lagers trägt und auch die gesamte Motorlast antreibt, wodurch
ein ungleichförmiger Eingriff der Zähne des Ritzels und des Gegenzahnrades erhalten
wird. Ferner ergibt sich auf Grund der konstanten Änderung der Magnetkräfte zwischen
den Läuferpolflächen und den Erregerpolen sowie auf Grund der verschiedenen Festigkeit
und Stärke der einzelnen Läuferpolflächen und auch auf Grund der unvermeidlichen
Toleranzen in der Ausbildung der Läuferpolflächen und Erregerpole eine Vibrationserscheinung,
die zu einem Aufeinanderschlagen der Zähne des Läuferritzels und des Gegenrades
führt. Hinzu kommen unvermeidbare und fast konstante Veränderungen in der Spannung
des Stromes, die eine zusätzliche Beschleunigung und Verzögerung des Läufers bedingen.
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Mit diesen Schwierigkeiten hängt auch das Problem der einfachen Rotorbefestigung
zusammen. Der Rotor muß nämlich mit der Rotorwelle so fest und sicher
verbunden
sein, daß eine ausreichend kräftige Antriebsverbindung erhalten wird und daß das
spröde Rotormaterial nicht Kräften ausgesetzt wird, die zu einem Bruch führen könnten.
Bisher wurden hierfür Messingbuchsen verwendet, und es war nicht möglich, Ausbrechungen
im Rotormaterial im Betrieb und bei der Befestigung zu vermeiden, ganz abgesehen
davon, daß die bisherige Art der Rotorbefestigung recht kompliziert war.
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
einen einstöckig mit dem Zahnrad ausgebildeten Schaft in der Nähe des Getriebeteiles
des Zahnrades mit einem sich gegen den Läufer abstützenden Bund zu versehen und
dem Schaft eine solche Länge zu geben, daß ein von dem Bund abgewandtes Schaftende
kragenförmig über das andere Ende des Läufers vorsteht und diesen dadurch festhält.
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Mit einer derartigen Läuferbefestigung erübrigt es sich, eine Auskleidung,
vorzugsweise eine Metallbuchse, auf der Läuferwelle vorzusehen, wie sie bei bekannten
Anordnungen erforderlich ist und wie sie die eingangs erwähnten Schwierigkeiten
bringen kann. An Stelle einer derartigen, Ausbrechungen häufig verursachenden Buchse
tritt nunmehr nach der Erfindung ein weiches und sehr nachgiebiges, gununielastisches
Element, das keinerlei Beschädigungen hervorrufen kann. Dadurch, daß der Schaft
des Zahnrades eine sich gegen den Läufer abstützende Schulter sowie am entgegengesetzten
Ende einen Kragen aufweist, so daß der Läufer von dem Zahnrad umfaßt wird, ergibt
sich. ein besonders einfaches Einsetzen des Zahnrades in den Läufer und auf die
Welle sowie im eingebauten Zustand eine besonders zweckmäßige und gute elastische
Befestigung auf der Welle.
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Dadurch, daß das Kitzel einteilig mit dem den Rotor aufnehmenden Schaft
ausgebildet wird, ist der Rotor sowohl starr auf seiner Welle befestigt als auch
antriebsmäßig mit dem Kitzel verbunden, das Ritze] ist jedoch durch seine Befestigung
auf der Welle in seiner nachgiebigen, in radialer und Umfangsrichtung erfolgenden
Einwirkung auf Belastungskräfte vom fehlerhaften Lauf des Rotors völlig unbeeinflußt,
da es außerhalb oder in axialer Richtung zu der radial zusammengepreßten Fläche
der Rotorbefestigung auf der Welle versetzt ist. Während das Kitzel das Rotordrehmoment
sicher auf die Belastung auf Grund des axialen Zusammenpressens seines Rotorbefestigungsschaftes
überträgt, ist das Kitzel vollständig frei in seiner Nachgiebigkeit gegenüber Antriebskräften,
denen es nicht nachgeben kann, wenn die eigene Nachgiebigkeit allein durch die Befestigung
auf der Rotorwelle für den alleinigen Antrieb bedingt ist. Der Schaftteil des aus
gurimielastischem Material bestehenden Kitzels dient damit einer doppelten Funktion,
nämlich, den spröden Rotor zuverlässig ohne Gefahr von Ausbrechungen auf der Welle
zu befestigen und auch eine sichere Antriebsverbindung zwischen dem Rotor und dem
Kitzel vorzusehen, wobei das Kitzel im Betrieb auftretenden Kräften so nachgeben
kann, als ob es nicht auf der Rotorwelle befestigt wäre.
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Das Maß der radialen Zusammenpressung des Kitzelschaftes zur Befestigung
des Rotors auf der Welle, wie dies für den Fall einer Massenproduktion geeignet
ist, bedingt auch die hohe Nachgiebigkeit, die das Kitzelelement notwendigerweise
für diesen Zweck haben muß. So ist es selbstverständlich, daß nur eine ziemlich
hohe Nachgiebigkeit des Kitzelelementes das Aufbringen des Schaftteiles auf die
kleine Rotorwelle und in die Mittelaussparung in einem Permanentmagnetrotor ermöglicht,
nämlich durch axiales Aufstreifen über die Welle und durch die Rotoraussparung,
wobei dieser Schaftteil in radialer Richtung genügend weit zusammengedrückt werden
kann, daß er sich mit dem Rotor und der Welle mit einer Kraft verbindet, die einerseits
sicher unterhalb des möglichen Ausbrechwerts am Rotor ist, und andererseits genügend
groß für eine sichere Rotorbefestigung auf der Welle ist. Um dies zu erreichen,
muß die anfängliche Nachgiebigkeit des Kitzelschaftes so hoch sein, daß bei einem
Aufbringen auf die Welle und in den Rotor noch eine ausreichend große radiale Nachgiebigkeit
trotz des radialen Zusammenpressens vorhanden ist.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der einzigen Zeichnung,
die einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung darstellt, erläutert.
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Das elastische Kitzel 46 b ist auf der Läuferwelle 34 b befestigt.
Beim Getriebe 42 b ist der Läufer 14 b auf der Läuferwelle 34 b unter Zwischenschaltung
eines Schaftes 56b des elastischen Kitzels 46 b befestigt. Dadurch können beim Läufer
14 b die üblichen metallischen Buchsen für seine Befestigung auf der Läuferwelle
entfallen, wobei an Stelle einer metallischen Buchse der elastische Schaft 56 b
des Kitzels 46 b tritt. Der Kitzelschaft 56 b weist am einen Ende einen Bund 80
auf, der auf der oberen Seite des Läufers 14 b ruht und von dem der Getriebeteil
58 b des Kitzels ausgeht. Der Kitzelschaft 56 b besitzt eine mittlere
Ausnehmung 82 für die Aufnahme der Läuferwelle 34 b, und sein äußerer Umfang 84
ist so bemessen, daß er von der mittleren Öffnung 86 im Läufer 14 b aufgenommen
werden kann. Die Anordnung der Zwischenteile 34 b, 56 b und 14 bist derart, daß
der Kitzelschaft 56 b fest zwischen der Läuferwelle 34 b und der Läuferöffnung
86 zusammengepreßt ist. Zu diesem Zweck kann der Außendurchmesser des Kitzelschaftes
56 b so gewählt sein, daß er zuerst mit einem leichten Preßsitz von der Läuferöffnung
86 aufgenommen wird. Andererseits kann der Durchmesser der Mittelausnehmung 82 im
Kitzel schäft 56 b anfänglich kleiner als der Durchmesser der Läuferwelle 34 b sein,
so daß bei einem Rufpressen des Kitzelschaftes 56 b auf die Läuferwelle 34 b diese
den elastischen Kitzelschaft ausdehnt, der infolgedessen elastisch gegen die Läuferwelle
zusammengedrückt und ebenfalls gegen die Läuferöffnung 86 zur festen Lagerung des
Läufers 14 b und Kitzels 46 b auf diese Welle gedrückt wird. Eine Ausdehnung des
freien Schaftendes 90 über den Läufer 14 b beim Aufdrücken des Kitzelschaftes mit
dem Läufer auf die Läuferwelle ist in keiner Weise nachteilig. Das verlängerte Schaftende
90 trägt vielmehr dazu bei, den Läufer 14 b am Bund 80 auf dem Kitzel 46 b festzuhalten,
so daß der Läufer eine festere Lagerung erhält, und auf der Läuferwelle 34 b zu
verriegeln. Die Zähne 60 b des Kitzels kämmen mit den Zähnen 62 b des Gegenzahnrades
48 b.
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Die Ausführung des Läuferritzels in der Weise, daß sich der Getriebeteil
elastisch in axialer Richtung ausbiegen kann, macht darüber hinaus einen Eingriff
mit dem Gegenzahnrad ohne Spiel zwischen ihren Zähnen und ohne Hinzufügung einer
Belastung des Motors möglich. Solch ein Eingriff ohne Spiel zwischen den Zähnen
des Läuferritzels und Gegenzahnrades
ist insofern vorteilhaft,
als die Ritzelzähne einer kleinen nachgiebigen Verformung von den Zähnen des Gegenrades
her beim übertragen des Antriebsdrehmomentes unterworfen sind, wodurch die Ritzelzähne
sogar noch ein höheres Drehmoment ohne ein Außereingriffkommen sicher auf das Gegenrad
übertragen können.