DE19748964A1

DE19748964A1 - gear

Info

Publication number: DE19748964A1
Application number: DE1997148964
Authority: DE
Inventors: Thomas Scheiwiller; Federico Innerebner
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-05-12
Also published as: WO1999024739A1; AU9732798A

Abstract

The invention concerns a gearwheel for gear assemblies used in particular in control or transmission in cylinder mills. More particularly, it concerns gearwheels of gear assemblies used in conditions of very high stresses and wherein at least one gear wheel is made of a polymer material. The invention is characterised in that the tooth profiles (2, 2') are adapted, in their shape and surface structure, to the specific stresses, so as to maintain, in rolling contact, an important face clearance for a substantially unmodified overlap.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für eine Zahnradpaarung, wie sie insbesondere bei Getrieben und Übertrieben von Walzenstühlen Anwendung findet. Sie ist insbeson dere gerichtet auf Zahnräder von Zahnradpaarungen, deren Zahnräder aus polyme ren Werkstoffen bestehen, zumindest jedoch ein Zahnrad einer Zahnradpaarung und die für höchste Belastungen einsetzbar sind.The invention relates to a gear for a gear pair, as in particular Drives and exaggerations of roller mills are used. It is in particular dere aimed at gears of gear pairs, the gears of polyme ren materials, but at least one gear of a gear pair and which can be used for the highest loads.

Zahnräder in Getrieben oder Übertrieben einzusetzen, ist z. B. aus dem Maschinen- und Fahrzeugbau hinlänglich bekannt. Üblicherweise bestehen Zahnräder aus diver sen, metallischen Werkstoffen.To use gears in gears or exaggerations is z. B. from the machine and vehicle construction are well known. Gears usually consist of diver metallic materials.

Grundsätzlich sind auch Zahnräder und Zahnradpaarungen aus Polymerwerkstoffen als bekannt anzusehen. Sie werden jedoch nur für geringe Beanspruchungen ange boten und eingesetzt, wie z. B. für Uhren und ähnlichen Vorrichtungen mit ver gleichsweise geringen Momentbelastungen. In den DE-A-31 35 259 und DE-A-31 51 447 sind auch Verbundkonstruktionen von Zahnrädern aus polymeren und metallischen Werkstoffen beschrieben. Gemäß der erstgenannten Schrift wird ein stabförmiges Teil in einer Spritzgußform mit Kunststoff umgossen und nach der an deren Schrift besteht der Radkörper aus zwei miteinander lösbar verbundenen Tei len aus Metallblech, zwischen denen der Zahnkranz aus einem Polymer mittels hohler Stifte, die durch den Zahnkranz hindurchgehen, befestigt ist.Basically, gears and gear pairs are made of polymer materials to be regarded as known. However, they are only used for low loads messengers and deployed such. B. for watches and similar devices with ver equally low moment loads. In DE-A-31 35 259 and DE-A-31 51 447 are also composite constructions of gears made of polymers and metallic materials. According to the former script, a Rod-shaped part in an injection mold with plastic and then whose writing the wheel body consists of two detachably connected parts len from sheet metal, between which the toothed ring made of a polymer hollow pins that pass through the ring gear is attached.

Des weiteren wurde auch versucht, Zahnräder für höhere Momentbelastungen aus Thermoplasten (z. B. Polyamide) oder modifizierter Keramik herzustellen. Diese sind jedoch nur aufwendig herstellbar (Keramik) und/oder genügen hohen Anforderungen ebenfalls nicht.Furthermore, attempts have also been made to make gears for higher moment loads Manufacture thermoplastics (e.g. polyamides) or modified ceramics. These are however, can only be produced with great effort (ceramics) and / or meet high requirements not either.

Anforderungen wie Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Leistung bzw. allgemein mechanisch-tribologischer Natur können von z. B. Polyamiden bedingt erfüllt werden. Requirements such as wear resistance, strength and performance or general mechanical-tribological nature of z. B. polyamides are met conditionally.

Grundsätzlich ist es auch bekannt, das von metallischen Werkstoffen her bekannte Tempern/Anlassen bei Polyamiden u. a. anzuwenden, um deren Werkstoffeigen schaften zu verbessern (Spannungsabbau).Basically, it is also known that known from metallic materials Annealing / tempering with polyamides u. a. to apply to their material to improve (stress relief).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Polymerwerkstoffe für Zahnräder soweit zu verbessern, daß sie zur Übertragung hoher Leistungen bei großer Lebensdauer geeignet sind.The invention is based on the object, polymer materials for gears so far improve that they can transmit high power with long life are suitable.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Zahnräder aus PA (POM) in geeigneter Wei se einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden. Dies kann ein Tempern sein oder eine Verbesserung des spezifischen tribologischen Systems Zahnflanke/Zahnflanke bzw. eine Anpassung der Zahnflankengeometrie an die spezifischen Einsatzfälle. Damit soll z. B. ein ölfreier Übertrieb bei Maschinen der Lebensmittelindustrie (z. B. Walzenstühle zur Getreidevermahlung) erreicht werden.The object is achieved in that gear wheels made of PA (POM) in a suitable white further processing. This can be annealing or an improvement of the specific tribological system tooth flank / tooth flank or an adaptation of the tooth flank geometry to the specific applications. So that z. B. an oil-free overdrive in machines in the food industry (e.g. Roller mills for grinding grain) can be reached.

D. h. beim Tempern eine neuartige Anwendung durch die doch überraschende Er kenntnis, daß sich Kristallinitätsgrad und Molekulargewicht, z. B. von LAURAMID® (Polyamid) offensichtlich soweit verändern lassen, daß entgegen aller Annahmen der Fachwelt, die geforderten Eigenschaften erreicht werden und ein ölfreier Über trieb ermöglicht wird. Die erforderlichen bzw. erreichten Parameter berühren das Werkstofflimit, wobei beim Tempern die erreichbare Festigkeitsverbesserung nicht primär ist. Die Ursachen der erreichten Betriebsverbesserungen sind mehrschichtig. Es können Erhöhungen des E-Moduls zugrundeliegen, die zwar eine Erhöhung der Flächenpressung erkennen lassen aber auch eine Verringerung der deformations abhängigen Temperaturerhöhung durch günstigere viskose Eigenschaften nach dem Tempern.That is, in tempering a new application due to the surprising Er knows that the degree of crystallinity and molecular weight, e.g. B. from LAURAMID® (Polyamide) obviously have to be changed so far that contrary to all assumptions the professional world, the required properties are achieved and an oil-free over drive is made possible. The required or achieved parameters affect this Material limit, whereby the achievable strength improvement does not occur during tempering is primary. The causes of the operational improvements achieved are multi-layered. There may be underlying increases in the modulus of elasticity, which is an increase in Surface pressure can also be seen as a reduction in deformation dependent temperature increase through more favorable viscous properties after the Annealing.

Grundsätzlich ist es möglich, derartige Zahnradpaarungen konkurrenzfähig zu Me tallzahnrädern oder Zahnriemen u. dgl. Einzusetzen.Basically, it is possible to match such gear pairs to Me tall gears or timing belts u. The like. To be used.

Das tribologische Verhalten (Verschleiß und Gleitreibung) beim Abwälzen von Zahnrädern aus Polymeren wird bestimmt durch:
The tribological behavior (wear and sliding friction) when rolling gears made of polymers is determined by:

- the condition of the materials, such as tempering, hardness, length of the molecular chains, Crystallinity and a.
- the mechanical properties of the materials (modulus of elasticity, heat treatment, Moisture absorption)
- The chemical properties of the contact surfaces, such as adhesion or adhesive possible coatings
- the surface structure (roughness, shape, percentage of load)
- the geometry of the tooth flanks
- the operating point (sliding speed, surface pressure, temperature, humidity te)
- if necessary, specific lubricant properties.

Durch die Formgebung werden Stöße reduziert, was zu einem ruhigen Lauf führt und den Verschleiß vermindert.The design reduces shocks, which leads to a smooth run and reduces wear.

Durch die Anwendung dessen im Zahnfußbereich erhöht sich die festigkeitsbe dingte Lebensdauer.By using it in the tooth root area, the strength increases real life.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeich nung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Zahneingriff bei mittlerem Achs abstand. Durch an sich bekannte Berechnungs- und Fertigungsverfahren wird die Oberfläche von Zahnflanken 2 eines Zahnrades 1 aus PA hinsichtlich Verschleiß- und Reibungsverhalten optimiert. Im weiteren kann dies auch für eine Stahl/Polymerpaarung 1, 4 erfolgen, wobei sich die Struktur der Stahloberfläche der Zahnflanke 2' beim Eingriff mit dem Polymerzahn 3 zeitlich kaum ändert. Die Poly meroberfläche paßt sich der Stahloberfläche an.The invention is described in more detail in an exemplary embodiment with reference to a drawing voltage. The drawing shows a tooth mesh with a medium axis distance. The surface of tooth flanks 2 of a gear wheel 1 made of PA is optimized with regard to wear and friction behavior by known calculation and manufacturing methods. Furthermore, this can also be done for a steel / polymer pairing 1 , 4 , the structure of the steel surface of the tooth flank 2 'barely changing over time when it engages with the polymer tooth 3 . The poly mer surface adapts to the steel surface.

Mit einer solchen, optimierten Flankengeometrie läßt sich einerseits die Betriebsfe stigkeit erhöhen und andererseits der Abwälzvorgang der Zahnflanken 2, 2' verbes sern, insbesondere in Anwendungen mit variablem Achsabstand. Dies führt zu ei nem ruhigeren Lauf und verringert den Verschleiß.With such an optimized flank geometry, on the one hand the operating strength can be increased and on the other hand the rolling process of the tooth flanks 2 , 2 'improves, especially in applications with a variable center distance. This leads to a smoother run and reduces wear.

Bei Walzenstühlen ist die genannte Abstandsvarianz der Achsen durch Spaltver stellung und Durchmesserverringerung infolge Überschleifens der Walzen möglich. Derartige Walzenstühle werden nahezu im Dauerbetrieb betrieben und sollen war tungsarm sein und eine hohe Lebensdauer ermöglichen.In the case of roller mills, the distance variance of the axes is due to the gap ver position and diameter reduction possible due to grinding of the rollers. Such roller mills are operated almost continuously and should be be low-maintenance and enable a long service life.

Der Erfindungsgedanke ist nicht naheliegend, obwohl oder gerade weil Polymer zahnradpaarungen an sich bereits Handelsware sind. Umfangreiche Untersuchun gen haben jedoch gezeigt, daß gerade solche Handelsware nicht geeignet ist, hohe Anforderungen zu erfüllen.The idea of the invention is not obvious, although or precisely because of polymer gear pairs are already a commodity. Extensive investigation gene have shown, however, that such merchandise is not suitable, high Requirements.

Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß es erforderlich ist, die Kontur der Zahnflanken an den Einsatzfall anzupassen, und daß hierfür spezifische Kontu ren abgrenzbar sind.Investigations by the applicant have shown that the contour is required the tooth flanks to adapt to the application, and that this specific Contu are delimitable.

Ebenso hat sich gezeigt, daß es nicht ausreicht, Zahnflanken 2, 2' in üblicher Weise zu bearbeiten, vielmehr ist eine, dem Anwendungsfall angepaßte und optimierte Oberflächenbehandlung unabdingbar, wie durch Glätten oder Beschichten. Notwen dig sind feine Oberflächen der Zahnflanken 2, 2' mit R_a < 0,4 µm mit hohem Tra ganteil.It has also been shown that it is not sufficient to machine tooth flanks 2 , 2 'in the usual way; rather, a surface treatment that is adapted and optimized to the application is indispensable, such as by smoothing or coating. Fine surfaces of the tooth flanks 2 , 2 'with R _a <0.4 µm with a high proportion of tra g are necessary.

Ggf. kann eine solche Zahnradpaarung mit einer Zahnradkühlung, z. B. nach dem Stand der Technik kombiniert werden.Possibly. can such a gear pairing with a gear cooling, z. B. after State of the art can be combined.

Claims

1. Gear for a gear pair, which preferably consists of two gears ( 1 , 4 ), in particular for gearboxes or overdrives of roller mills and the like. Like., With tooth flanks ( 2 , 2 ') of the gears ( 1 , 4 ) are finely machined, characterized in that the geometry of the tooth flanks ( 2 , 2 ') is designed so that a rolling with large backlash with approximately unchanged overdec kung takes place.

2. Gear according to claim 1, characterized in that the tooth flanks ( 2 , 2 ') with respect to the tips of the surface roughness are smoothed and / or be coated in order to achieve a high proportion of load.

3. Gear according to one of claims 1 or 2, characterized in that the surface roughness R _{a of} the tooth flanks ( 2 , 2 ') is less than 0.4 µm.

4. Gear according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gear ( 1 , 4 ) consists of a polymer or a steel.

5. Gear according to one of claims 1 to 4, characterized in that the polymer is a polyamide.