DE1950374A1

DE1950374A1 - Kunststoffzahnrad mit Metallseele

Info

Publication number: DE1950374A1
Application number: DE19691950374
Authority: DE
Inventors: Carlson John Howard
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1968-10-11
Filing date: 1969-10-06
Publication date: 1970-04-16
Also published as: GB1242972A; NL6915409A; DE1950374B2; CH497269A; FR2020374A1; US3546959A

Description

Priorität: 11. Oktober 1968 -V.St.v.A.

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad aus gegossenem Thermoplast mit einer Metallseele in Form eines steifen Ringes. Insbesondere ist die Erfindung auf Zahnräder und Zahnkränze aus Kunststoff abgerichtet, die selbst bei großen Schwankungen in den sie anfallenden Drehmomenten und Umgebungstemperaturen ohne Störungen, wie z.B. Zahnschlupf, zu arbeiten vermögen und die eine für Zahnräder dieser Art überdurchschnittliche Lebensdauer haben.

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Aus Metall und Kunststoffen zusammengesetzte Räder und Zahnräder sind bereits bekannt. Dabei handelt es sich in der Regel um verhältnismäßig billige Räder, an die in Bezug; auf Belastungsfähigkeit und Formbeständigkeit nur geringe Anforderungen gestellt werden. Bei jenen bekannten Rädern besteht gewöhnlich der Kern, bzw. die Nabe aus netall; mitunter sind jene Räder auch mit Metallbändern oder -drähten verstärkt.

■ V/o bezüglich Drehmomentsbelastungen und Formbeständigkeit unter starken Temperaturschwankungen große Unterschiede zu erwarten sind, sind dagegen stets nur Zahnräder aus zum Teil hochwertigen Metallen nicht aber aus Kunststoff verwendet worden. Aber auch solche Zahnräder unterliegen bei Temperaturschwankungen DimensionsVeränderungen. Außerdem sind derlei Räder verhältnismäßig teuer.

Um in Spannungswellen- oder Wechseldeformationsgetrieben den' Leistungsschwund zwischen dem Spannungswellen- oder Wechseldeformationserzeuger so gering wie möglich zu halten, muß das • starre Zahnrad während des Betriebes unter jeglichen Bedingungen seine kreisrunde Form bewahren, wie es auch bei anderen Zahnradgetrieben der Fall ist, deren Zahnräder nicht radialen Belastungen ausgesetzt sind. Da der Zugelastizit?itsmodul eines Stabilisierringes bis zu einem hunderfachen des Kunststoffes betragen kann, erhöht sich bei Verwendung eines Stabilisierringes die Starrheit eines KunststoffZahnrades merklich. Aus diesem Grunde ist in Spannungswellen- und Wechsel-

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deformationsgetrieben das Antriebselemente gewöhnlich Spannungswellen- oder Wechseldeforrnationserzeuger genannt, aus Stahl oder einem anderen Eisenmetall gefertigt. Dieses Antriebselement dient dazu, ein Wechseldeformationsrad radial aus zubiegen und an den Ausbiegestellen mit der Verzahnung eines starren Zahnkranzes in Eingriff zu bringen. Un zu gewährleisten, daß selbst bei radikalen Temperaturschwankungen der Eingriff, der Zähne des Viechs eldeformationsrades mit je- nen des starren Rades unverändert bleibt ₃ besteht das Rad aus Kunststoff und ist in geeigneter Weise mit einem Stabilisierring aus einem Iletall versehen, dessen Dehnungskoeffizient gleich dem des Antriebselementes ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sowohl bei seiner Herstellung als auch beim Gebrauch gute Dimensionsstabilität gewährleistendes aus Kunststoff und Metall zusammengesetztes Zahnrad,, insbesondere für den Gebrauch im Zusammenhang mit Spannungswellen- oder Wechseldeformationsgetrieben zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine . Umfangsflache des Ringes in gleichmäßig dichtem Abstand von den Füßen der Zahnradzähne abliegt. Um ein solches Zahnrad herzustellen, wird erfindungsgemäß so verfahren., daß in eine Gußformaushöhlung nahe und in gleichmäßigem Abstand zu den Füßen dor zu bildenden Zahnradzähne ein vorerwSrmter steifer Tetallring von gleichmäßigem Querschnitt

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eingelegt wird, daß geschmolzener Kunststoff unter Druck in die Form eingegeben wird, um den Ring einzuschließen und schließlich, nachdem der Kunststoff bei einer vom Temperaturschwund des Ringes abhängigen Rate ausgehärtet ist, das zusammengesetzte Zahnrad der Form entnommen wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht in axialer Richtung, zum Teil in gebrochener Darstellung eines erfindungsgemäßen Zahnkranzes;

Fig. 2 einen Aufriß des Zahnrades nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie IV^IV in Fig. 2; >

Fig. 5 die rückwärtige Ansicht eines erfindungsgemäß verstärkten Spahnungswellen- oder Wechseldeformationsgetriebegehäuses;

Fig. 6 eine Vorderansicht des in Fig. 5 gezeigten Gehäuses; Fig. 7 einen axialen Schnitt entlang Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 einen Teil des in Fig. 7 gezeigten Gehäuses in vergrößertem Maßstab; und

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Pig. 9 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zahnkranzes. >

Das in Pig. 1 und 2 dargestellte Zahnrad IO hat einen Durchmesser von etwa 10 cm. Dieses Zahnrad IO ist als Drehmomentrealctionselement für ein an voneinander abliegenden Stellen radial ausgebogenes Spannrad (nicht dargestellt) eines Spannungswellen- oder Wechseldeformationsgetriebes vorgesehen und besteht aus Kunststoff. So ein Getriebe kann beispielsweise als Antrieb für eine Richtantenne Verwendung finden. Das Zahnrad 10 ist ein mit einer großen Zahl von Präzisionszähnen 12 versehenes Innenrad (Fig. 2), das zum Drehen der Antenne dient. Um dem Zahnkranz 10 eine gute Dimensionsstabilität zu verleihen, so.daß er bei Drehmomentsbelastungen oder Temperaturschwankungen formbeständig bleibt, ist der Ring 10 mit einer Metallseele in Form eines Ringes 11 versehen* der in der hier dargestellten Ausführungsform von rechteckigem Querschnitt ist. Vorzugsweise besteht der Ring aus gesintertem Metall. Die innere ümfangsflache 18 liegt in geringem aber einheitlichem Abstand von den Füßen der Zähne 12 des Kranzes 10. ■ '

Es handelt sich bei dem Zahnrad 10 um ein z.B."aus Azetal ge-•gossenes Rad, das auf folgende Art hergestellt wird: Vor dem. _: Guß wird der auf eine geeignete Temperatur vorgewärmte Ring l4' in eine Gußform gelegt, die mit Riehtzapfen versehen ist, welehe

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den Ring l4 bezüglich der zu bildenden Zähne 12 genau ausrichten. Die Temperatur des Ringes 14 ist vorzugsweise so bemessen, daß die Aushärtrate des Kunststoffes nach dem Gießen verzögert wird, und zwar so, daß das erhärtete Gußstück mögliehst.frei von inneren Spannungen ist. Die Richtzapfen liegen radial und axial gegen den Ring 14 an, um ihn in einer genauen Lage zu halten. Dabei liegt der Ring I^ so in der Formausnehmung, daß der Kunststoff 16. sich schnell z.B. unter Druck einführen läßt und den Ring 14 außer an kleinen Stellen 15, 17 und 19, an denen die Richtzapfen angelegen haben, völlig umschließt. , ^;

Fig. 5 bis 8 lasseruein tassenförmiges Gehäuse 20 qiries Spannungswellen- oder Wechseldeformationsgetriebes aus thermoplastischem Kunststoff erkennen. Dieses Gehäuse 20 ist an einem Ende mit einer innerem Umfangsverzahnung 24 versehen, die von einem im Gehäuse 20 eingebetteten, Stahlring 22 koaxial umgeben 1st. Wie auch in der im Zusammen&kng mit Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsform füllt der Ring im Vergleich zu dem ihn umgebenden Kunststoff ein verhältnismäßig großes Volumen aus. Damit erteilt er den Präzisionszähnert 24 die erforderliche Dimensionsstabilitafcr

Beim Gießen des Gehäuses 20 wird der Ring 22 in der Form radial von drei (nicht gezeigt) Backen und in axialer Lage von drei · Zapfen ausgerichtet. An den Anliegestellen 26 und 28 der, Backen Und Zapfen liegt der Ring 22 nach vollendetem Guß frei.

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Um zu verhindern, daß beim Erhärten des Kunststoffes Hohlräume zwischen dem inneren Umfang des Ringes 22 und dem Kunststoff entstehen, ist der Ring 22 mit einer Verzinkung in Form von schwalbenschwanzförmigen Ringnuten 30 (Fig. 8) oder Axialnuten 32 (Fig. 9) versehen·, die eigen festen Halt des Kunststoffes am Ring 22 gewährleisten.

Die sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß dem Zahnrad nicht nur eine im Vergleich zu herkömmlichen Zahnrädern längere Lebensdauer verliehen wird und selbst bei extremen Temperaturschwankungen und Unterschieden in der Drehmomentsbelastung seine Dimensions Stabilität nicht verliert. DarUberhinaus sind erfindungsgemäße Zahnräder billiger als vergleichbare Metallräder.

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Claims

PATE NT AN S PR Ü G H E

l.)y Zahnrad aus gegossenem Thermoplast mit einer Metallseele in Form eines steifen Ringes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umfangsfläche (18; 30; 32) des Ringes (14; 22) in gleichmäßig dichtem Abstand von den Füßen der Zahnradzähne (12; 24) abliegt.
2.) Zahnrad gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (30; 32) des Ringes (22) mit Ausnehmung zum Verankern des Kunststoffes mit dem Ring (32) versehen ist.
3.) Zahnrad gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen schwalbenschwanzförmige Nuten (30; 32) sind.
4.) Zahnrad gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus Azetal und daß der Ring (14; 22) aus gesintertem Metall besteht.
5.) Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (14) einen rechteckigen Querschnitt hat.
6.) Verfahren zum Herstellen eines dimensionsfesten Zahnrades in einer Gußform, in der eine Umfangsverzahnung für das Zahnrad vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Form ein vorgewärmter steifer Metallring von gleichmäßigem Querschnitt so eingelegt wird, daß eine seiner Umfangsfläehen in gleichmäßig dichtem Abstand von den Füßen der Zähne liegt,

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daß ein geschmolzenes Thermoplast so in die Form eingebracht wird, daß er den Ring umschließt, und daß das Thermoplast bei einer vom Abkühlen des Ringes abhängigen Geschwindigkeit ausgehärtet wird, ehe das Zahnrad der Form entnommen wird.
7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoplast unter Druck in die Form eingefüllt wird.

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