DE1775345B1

DE1775345B1 - Planrad mit evolventenverzahnung

Info

Publication number: DE1775345B1
Application number: DE19681775345
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Prof Dr-Ing Roth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-07-31
Filing date: 1968-07-31
Publication date: 1971-03-04
Also published as: SE350583B; FR2014092A1; NL6911695A; CH493766A; US3552226A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Evolventenzahn- Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Zahnrad kann

rad mit mindestens an einer Stirnfläche eines Rad- auch mit einem üblichen Stirnrad beliebiger Zähnezylinders seitlich angeordneten Zähnen, die über die zahl gepaart werden, welches unter Verwendung des Zahnbreite in ihrer Stärke in Richtung auf die gleichen Bezugsprofils hergestellt ist. Dabei stehen die Ansatzstelle keilförmig zunehmen. Bekannte Plan- 5 Verzahnungsachsen senkrecht zueinander, so daß die räder mit seitlich am Radzylinder angeordneten Paarung funktionsmäßig einem Kegeltrieb entspricht. Zähnen mit Evolventenverzahnung und mit in Rieh- Diesem gegenüber besteht aber der Vorteil, daß ein tung auf die Ansatzstelle am Radzylinder keilförmig und dasselbe Planrad mit Stirnrädern beliebiger zunehmenden Zähnen mit Kreisbogenverzahnung Zähnezahlen in Eingriff gebracht werden kann, da sind aus Metall hergestellt (USA.-Patentschrift io das erzeugende Werkzeugprofil ein Zahnstangen-3 184 988 und USA.-Patentschrift 2 750 850). profil ist. So lassen sich sehr einfach beliebige Über-

Die Erfindung bezweckt in erster Linie die Schaf- Setzungsverhältnisse erzielen. Zusätzlich ist die fung einer für die Herstellung aus Kunststoff mit erfindungsgemäße Räderpaarung nicht so toleranz-Vorteil anwendbaren Radform. Es reicht nicht aus, empfindlich wie ein herkömmliches Kegelgetriebe,
die Kunststoffe den bekannten metallischen Werk- 15 Das einzelne Planrad nach der vorliegenden stoffen anzugleichen und dann mit den bisherigen Erfindung hat noch weitere Vorteile. Bei entspre-Erfahrungen mittelbar als Zahnradwerkstoff zu ver- chender Wahl des Eingriffswinkels entsteht trotz wenden, sondern es muß umgekehrt die Geometrie beliebiger Abmessungen des Bezugsprofils kein Unterder Verzahnung den besonderen Eigenschaften des schnitt. Damit wird die kleinste technisch brauchbare Kunststoffes angepaßt werden. Nachteile des Kunst- 20 Zähnezahl nur durch die Forderung begrenzt, den stoffes, die zur Ermöglichung der Ausnutzung seiner Uberdeckungsgrad nicht kleiner als 1 werden zu Vorteile in Kauf genommen werden müssen, sind die lassen.

große Elastizität und relativ große Volumenänderung Ein entscheidender Vorteil ist ferner die axiale

von 1 bis 2% durch Wasseraufnahme und Erwär- Einstellbarkeit des Flankenspiels in eingebautem mung. Herkömmliche Getriebe aus Kunststoff müssen 25 Zustand. Sie kann auch zum Ausgleich aller Vermit sehr großem Verdrehflankenspiel versehen wer- zahnungstoleranzen genutzt werden. Bei herkömmliden, damit die radialen Dehnungen nicht zum Klem- chen Getrieben, bestehend aus zwei Radkörpern mit men führen. Dieses Verdrehflankenspiel ist meist festem Achsabstand, ist dagegen eine nachträgliche nicht erwünscht, weil beispielsweise bei Drehrich- Änderung des Flankenspiels nicht möglich,
tungsumkehr eine große Umkehrspanne vorhanden 3° Ferner zeigt die erfindungsgemäße Verzahnung ist oder die Verzahnung bei ungleichmäßiger BeIa- hinsichtlich der Festigkeit vorteilhafte Eigenschaften, stung zum Schwingen-neigt. Wegen der seitlichen Befestigung der Zähne ist die

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planrad mit Zahnfußbeanspruchung über dem ganzen Eingriff Evolventenverzahnung aus Kunststoff herzustellen ungefähr konstant, denn bezüglich des kritischen und beim Kämmen die schädlichen Folgen der 35 Querschnitts ändert sich der Hebelarm der Biegung zwangläufig auftretenden Volumenänderungen zu nicht. Dadurch bleiben auch die Zahndeformationen vermeiden. unter Last unabhängig von der momentanen Berühr-

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein stelle. Beide Eigenschaften wirken sich bei Kunst-Evolventenzahnrad der eingangs geschilderten Art stoffrädern in ganz besonderem Maße günstig aus. gelöst, das aus Kunststoff besteht und bei dem die 40 Vorteilhaft ist auch die wirtschaftliche Herstellbar-Zahnstärke der zugehörigen Bezugsprofilstange nicht keit eines erfindungsgemäßen Zahnrades im Spritznur in Richtung der Wälzzylinderachse, sondern auch gießverfahren, da sich die Verzahnung als Außen- wie senkrecht zu dieser zunimmt. Innenverzahnung sehr gut ausformen läßt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Zahnradaus- Um auch bei eventuellem Verziehen des Radkör-

bildung ergibt sich aus dem technischen Erfolg bei 45 pers unter extremen Betriebsbedingungen einen der Lösung des zugrunde liegenden Problems. Diese unkorrekten Eingriff zu vermeiden, kann die erfin-Lösung wurde durch die bekannten Zahnräder weder dungsgemäße Verzahnung auch mit radial gesehen angestrebt noch erreicht. Werden zwei erfindungsge- balligen Zähnen versehen werden,
maß ausgestaltete Zahnräder miteinander gepaart, so Bei einer aus erfindungsgemäß ausgestalteten

kämmen die Planscheiben an ihren Stirnflächen und 50 Zahnrädern bestehenden Zahnradpaarung kann das laufen seitlich versetzt gegeneinander. Dadurch sind kleinere Rad eine Außenverzahnung und das größere sie bei radialer Dehnung, wie sie bei Kunststoffzahn- eine Innenverzahnung aufweisen. Die Plan-Innenverrädern auftritt, nicht behindert, weil ein Aufsetzen zahnung ist dabei ein Negativ der mit gleichen Vereines Zahnes im Grund des gegenüberliegenden zahnungsdaten erzeugten Plan-Außenverzahnung. Zahnes nicht möglich ist. Ein Klemmen ist bei den 55 Die Zahnformen der Innenverzahnung entstehen beierfindungsgemäßen Planrädern praktisch ausge- spielsweise dadurch, daß ein Plan-Außenzahnkranz schlossen, weil die radialen Dehnungen nur kaum ausgegossen wird und die erhabenen Zähne Zahnmerkliche Zahnstärkenzunahmen in Umfangsrichtung lücken, die Zahnlücken jedoch Zähne werden,
zur Folge haben. Ein weiterer Vorteil ergibt sich Bei einer aus erfindungsgemäßen Zahnrädern mit

daraus, daß das Zahnspiel trotz des festen Achs- 6° zueinander parallel verlaufenden Achsen bestehenden abstandes im Gehäuse reguliert werden kann, weil Zahnradpaarung kann ein Radzylinder an beiden hierzu nur eine axiale, aber keine radiale Verstellung Stirnseiten Zahnkränze aufweisen und das Gegenrad notwendig ist. Die Linienberührung zwischen den aus zwei miteinander verbundenen und mit Abstand Zahnflanken bleibt immer erhalten. Da die Gefahr voneinander angeordneten Radkörpern bestehen, die des Klemmens durch Aufsetzen eines Zahnes im 65 an den einander zugekehrten Stirnseiten mit Zahn-Grund des anderen nicht vorhanden ist, ist die erfin- kränzen versehen sind. Auf diese Weise kann der dungsgemäße Verzahnung auch für sehr kleine Axialschub aufgehoben und auch der Überdeckungs-Module geeignet. grad erhöht werden.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zahnradpaarung mit erfindungsgemäß gestalteten Zahnrädern in Stirnansicht (Fig. 1 a) und im Schnitt (Fig. Ib),

Fig. 2 den Fig. la und 1 b entsprechende Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels,

F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Zahnrades im Eingriff mit der seine Zahnflankenform bestimmenden Bezugsprofilstange,

F i g. 4 eine für die Bestimmung eines erfindungsgemäßen Zahnrades verwendete Bezugsprofilstange im Stirnschnitt (Fig. 4a) und im Sekantenschnitt (Fig. 4b),

F i g. 5 einen Teil-Seitenriß eines erfindungsgemäßen Zahnrades,

Fig. 6 einen Teil-Seitenriß eines erfindungsgemäßen Zahnrades mit balliger Zahnausbildung,

Fig. 7 und 8 verschiedene mögliche Formen der Bezugsprofilstange, welche mit einem erfindungsgemäßen Zahnrad kämmen kann, wobei jeweils die obere Darstellung die Profilform im Stirnschnitt, die untere die Profilform der Zahnstange im Sekantenschnitt zeigt.

Die Fig. 1 zeigt zwei erfindungsgemäß ausgebildete, also planverzahnte Räder 1 und 2, deren Drehachsen parallel laufen, wobei die zugehörigen Teilkreismänteli/oi, d_o2 Zylindermäntel sind. Die Teilung der Zähne JXentlang einer Sekante, die den Teilkreismantel berührt, ist gleich. Statt des zweiten Planrades 2 könnte auch ein Stirnrad im Eingriff mit dem Rad 1 sein. Be^ einer solchen Paarung würden die Achsen senkrecht aufeinanderstellen.

Die F i g. 2 stellt zwei ähnliche Planräder 4, 5 wie die F i g. 1 dar, mit dem Unterschied, daß die Achse des Rades 5 das Rad 4 durchdringt, wobei das Rad 4 eine Plan-Innenverzahnung aufweisen muß. Wie die Fig. 2b zeigt, sind die Zähne 6 dieser Innenverzahnung negativ zu den Zähnen einer erfindungsgemäßen Außenverzahnung gestaltet.

Die F i g. 3 zeigt, wie die Bezugsprofilstange 7, die sich beim Abwälzen in beiden Wälzrichtungen standig in formschlüssiger Berührung mit den im Eingriff befindlichen Flanken befindet, die Gestaltung der Zähne 3 bestimmt. Aus der Zeichnung ist die konstante Teilung t_n der Bezugsprofilstange 7 und damit auch der Zähne 3 des Rades 1 deutlich erkennbar. Da die Bezugsprofilstange sich im Sekantenschnitt (vgl. die schraffierte Fläche 8) parallel zur Wälzzylinderachse, also in Richtung B, verjüngt, verbreitern sich die Zähne von ihrem freien Ende bis zur Ansatzstelle am Radzylinder 1.

In Fig. 5 ist das Zahnradi mit dem seitlichen angesetzten Zahn 3 nochmals in größerer Darstellung gezeigt. Die Fig. 6 zeigt einen entsprechenden Schnitt eines Rades 10 mit balligen Zähnen 11.

Die F i g. 7 und 8 zeigen weitere mögliche Formen der Bezugsprofilstange, welche mit einem erfindungsgemäßen Planrad kämmen kann. Die obere Schnittkontur der F i g. 7 und 8 entspricht der Profilform im Stirnschnitt, die untere jeweils der Profilform der Zahnstange im Sekantenschnitt. Der nicht schraffierte Teil der oberen Schnittkontur entspricht dabei gleichzeitig dem Zahnstangenbezugsprofil des Gegenrades in der geschnittenen Stirnebene. Dieses Bezugsprofil erzeugt beim Abwälzen durch die entstehende Hüllschnittkontur stets die richtige evolventenförmige Ranke der Zähne des Plangegenrades.

Die Zahnstangenzähne können in nicht dargestellter Weise im Sekantenschnitt auch eine Trapezform annehmen, bei der beide schrägen Seiten nach derselben Richtung geneigt sind, die eine stärker, die andere weniger stark, ähnlich wie bei den Zähnen eines Sägeblattes. Eine entsprechende Profilform ergibt sich dann auch für die Radzähne.

Die Verzahnung ermöglicht es auch, sehr kleine Zahnräder mit Zähnen sehr kleinen Moduls, so wie sie in der Uhrentechnik gebräuchlich sind, auch bei Kunststoffen zu verwenden. Die Gefahr, daß die Zahnräder außer Eingriff kommen oder klemmen, wie sie bei üblichen Verzahnungen gegeben ist, kann durch leichten federnden axialen Andruck vermieden werden. Derartige Getriebe können sogar die Vorteile von Reib- und Zahnradgetrieben in sich vereinigen. Wenn das Antriebsmoment zu groß wird, kann die Verzahnung durchrutschen, während sie bei normalem Antriebsmoment formschlüssig arbeitet und daher kein Schlupf eintreten kann. Durch die Ausbildung der Zähne, beispielsweise gemäß der Fig. 7 und 8, ist es auch möglich, in einer Drehrichtung Schlupf zu erhalten, während das in der anderen Drehrichtung vermieden wird. Auf diese Weise wird eine freilaufähnliche Wirkung erzielt.

Claims

Patentansprüche:

1. Evolventenzahnrad mit mindestens an einer Stirnfläche eines Radzylinders seitlich angeordneten Zähnen, die über die Zahnbreite in ihrer Stärkung in Richtung auf die Ansatzstelle keilförmig zunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (1,2) aus Kunststoff besteht und die Zahnstärke der zugehörigen Bezugsprofilstange (7) nicht nur in Richtung der Wälzzylinderachse, sondern auch senkrecht zu dieser zunimmt.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit in radialer Richtung ballig ausgestalteten Zähnen (11) versehen ist.

3. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Bezugsprofilstange (F i g. 7 und 8) im Stirn- und/oder Sekantenschnitt trapezförmig gestaltet sind.

4. Zahnradpaarung, bestehend aus zwei Zahnrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit zueinander parallelen Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinere Rad (5) eine Außenverzahnung und das größere (4) eine Innenverzahnung (6) aufweist.

5. Zahnradpaarung, bestehend aus zwei Zahnrädern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radzylinder an beiden Stirnseiten Zähne aufweist und das Gegenrad aus zwei miteinander verbundenen und in Abstand voneinander angeordneten Radkörpern besteht, die an den zueinander zugekehrten Stirnseiten mit Zähnen versehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen