DE1980468U

DE1980468U - Radkoerper aus thermoplastischem kunststoff.

Info

Publication number: DE1980468U
Application number: DE1967B0073893
Authority: DE
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1967-12-16
Filing date: 1967-12-16
Publication date: 1968-03-07
Also published as: GB1240505A; FR1594470A

Description

039*16.1267

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

Unser Zeichen: G.M. 645 Ms/GP ludwigshafen/Rhein, 15.12.1967

Radkörper aus thermoplastischem Kunststoff

Die Erfindung betrifft einen Radkörper, insbesondere Zahnrad, Kettenrad oder Zahnriemenrad aus thermoplastischem Kunststoff mit einer oder mehreren mit Öffnungen versehenen, symmetrisch im Kunststoff eingebetteten metallischen Verstärkungsscheiben.

Die günstigen Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe, wie beispielsweise ihre hohe Festigkeit, mechanische Verschleißfestigkeit, ihr geringes spezifisches Gewicht , ihre hohe Geräuschdämpfung, Korrosionsfestigkeit und wirtschaftliche Yerarbeitbarkeit haben dazu geführt, daß sich die Kunststoffe immer mehr zu Konstruktionswerkstoffen der Technik entwickelt haben. Bei der Verwendung thermoplastischer Kunststoffe im Maschinenbau tritt aber ihre im Vergleich zu den sonst verwendeten Metallen und Metallegierungen um ein Vielfaches höhere Wärmedehnung wegen der oftmals stark schwankenden Betriebstemperaturen besonders stark in Erscheinung. Diese Werkstoffeigenschaft kann sich besonders störend bemerkbar machen, wenn es auf hohe Maßhaltigkeit der Maschinenelemente während des Betriebs ankommt, wie das beispielsweise bei Zahnradge-

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trieben der Pall ist, die mit Rücksicht auf' die G-eräuschentwicklung mit sehr kleinem Spiel betrieben werden. Die für manche Anwendung unerwünschte große Wärmedehnung der Kunststoffe kann bei fertigteilen durch die Verbindung mit Metallteilen herabgesetzt werden. Bekannt sind beispielsweise Stirnzahnräder, bei d.eren Herstellung eine gegossene, spanabhebend bearbeitete oder gestanzte Metallsoheibe in ein Spritzgußwerkzeug eingelegt und mit einem Kunststoffzahnkranz umspritzt wird. Ebenfalls bekannt sind Gebläseräder, deren Metallnabe mit einer Kunststoffbeschaufelung umspritzt ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Verbundkonstruktionen ist jedoch, daß die für die Herstellung eines hochwertigen Maschinenteils erforderlichen Spritz- und Verarbeitungsbedingungen nur mit oftmals unvertretbar hohem wirtschaftlichem Aufwand zu erreichen sind. Beispielsweise ist bei einem Stirnzahnrad, bestehend aus einer Metallscheibe mit angespritzter Kunststoffverzahnung, ein Zentralanguß unwirtschaftlich; ein Anspritzen an mehreren Stellen des Zahnkranzes kann ungleichmäßig verteilte und unterschiedlich hohe Spannungen im Kunststoff-Zahnkranz zur Folge haben.

Es ist ferner bekannt, ein mit einer Eabenaussparung versehenes Zahnrad aus Preßmasse herzustellen, wobei -in die Preßmasse eine mit Öffnungen zum Hindurchtreten der Preß masse versehene Metallscheibe mittig eingelegt ist. Die Verbindung zwischen Radscheibe und Habe wird durch Reibschluß vorgenommen,

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indem die Radscheibe auf die Nabe aufgezogen und zwischen dem flanschartigen Ende der labe und einer ebenfalls auf die Habe aufgezogenen Gegenscheibe eingespannt wird. Nachteilig ist hierbei, daß die Metallscheibe im Kunststoff schwimmend, also ohne Verbindung zur Nabe, angeordnet ist, dadurch keine großen Wechseldrehmomente übertragen werden können und die Wärmedehnung des Kunststoffes nur zum Teil von der Metallscheibe aufgenommen werden kann.

Bei umfangreichen Versuchen mit Nockenwellen-Antriebsstirnrädern in Ver-/wurde außerdem festgestellt, daß die Zahnradgeräusche, wie sie bei Metallzahnrädern, Metallscheiben mit Kunststoffzahnkranz und Hartgewebe-Zahnrädern auftreten, eine Eolge von Schwingungen sind. Die Übertragungselemente eines Nockenwellenantriebs haben Wechselmomente zu übertragen, denen Drehschwingungen, verursacht durch den ungleichförmigen Lauf der Kurbelwelle, überlagert werden, so daß die maximalen Umfangskräfte innerhalb einer Umdrehung stets auf dieselben Zähne einwirken und das Schwingungssystem Kurbelwelle - Nockenwellenantrieb - Nockenwelle in Resonanz gerät. Außer der G-eräuschentwicklung treten infolge der Schwingungsbeanspruchung häufig Zahnfußbrüche oder ein zu hoher mechanischer Verschleiß der Zahnräder auf.

Es entstand daher die Aufgabe, einen Radkörper, beispielsweise zur Verwendung als Zahnrad, Kettenrad oder Zahnriemenrad zu entwickeln, der bei ausreichender Festigkeit ein hohes

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Dämpfungsvermögen zum Abbau der Drehmomentspitzen aufweist, verschleißfest ist, eine ausreichend geringe Wärmedehnung aufweist und wirtschaftlich günstig herstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht einen Radkörper aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einer mit Öffnungen versehenen, symmetrisch im Kunststoff eingebetteten metallischen Verstärkungsscheibe vor, bei dem die Verstärkungsscheibe mit einer aus metallischem Werkstoff bestehenden Nabe verbunden ist, die in ihrer gesamten Länge am äußeren Umfang mit einer Kunststoffumhüllung versehen ist.

Die Verstärkungsscheibe, die sich in radialer Richtung bis in die Zahnwurzeln des Zahnkranzes erstrecken kann, wird vorteilhafterweise durch Lötung , Schweißung oder Eingießen mit der Nabe verbunden. Die Verstärkungsscheibe kann radial in Richtung auf den Zahnkranz verjüngt ausgeführt sein und/oder am äußeren Umfang mit einer ununterbrochenen, die Scheibendicke überragenden Wulst versehen sein. Die Planken der Verstärküngsscheibe können mit aus der Flankenebene herausragenden Laschen versehen sein, mit deren Hilfe sich die Verstärkungsscheibe während des Gieß- oder Spritzvorganges gegen die lOrmwand oder bei Verwendung einer weiteren Scheibe gegen diese abstützt.

Der erfindungsgemäße Radkörper ist in der Zeichnung am Beispiel eines StirnZahnrades dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

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Es zeigen;

Pig. 1 das Stirnzahnrad mit einer Verstärkungsscheibe im Schnitt,

Pig. 2 die Hauptansicht des StLrnzahnrades, Pig. 3 eine weitere mögliche Ausführungsform des Rades im Schnitt.

Der erfindungsgemäße Radkörper besteht gemäß Pig. 1 im wesentlichen aus einer metallischen labe 1, einer metallischen Verstärkungsscheibe 2 und einer Kunststoffumhüllung 3, die die Habe 1 am äußeren Umfang und die Verstärkungsscheibe 2 umschließt und am äußeren umfang des Radkörpers entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck ausgebildet, beispielsweise mit der Stirnverzahnung 4 versehen ist, die metallische Verstärkungsscheibe 2 ist mit Durchtrittsöffnungen 5 für den Kunststoff versehen und durch Lötung oder Schweißung mit der Habe T bzw. einem Ringwulst 8 der Habe 1 verbunden.

Die Konstruktion und die Anordnung der metallischen Verstärkungsscheibe, der Nabe und des Zahnkranzes müssen so aufeinander abgestimmt werden, daß von der Verstärkungsscheibe einerseits die Schrumpfspannungen der Kunststoffumhüllung nach der Herstellung während der Abkühlung des Kunststoffes und andererseits beim späteren Einsatz des Rades bei wechselnden Temperaturen ein Teil der Wärmedehnung der Kunststoffumhüllung ohne Verwerfungen des Radkörpers aufgefangen werden können. Entsprechend dieser Forderung ist darauf zu achten, daß die Verstärkungsscheibe möglichst symmetrisch im Kunststoff

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eingebettet ist, so daß keine einseitig überwiegenden Schrumpfspannungen zum Verzug des Rades führen können. Die Verstärkungsscheibe 2 ist mit einer Vielzahl von vorzugsweise gleich großen Durchtrittsöffnungen 5 versehen (Pig. 2), die in einer regelmäßigen Anordnung über die Fläche der Verstärkungsscheibe 2 verteilt sind, so daß sich Druckunterschiede in der Kunststoffmasse beidseitig der Verstärkungsscheibe durch diese hindurch, z.B. während des Spritzvorganges, ausgleichen können. Um die einwandfrei symmetrische Lage der Verstärkungsscheibe in der Form während der Herstellung zu gewährleisten, kann die Verstärkungsscheibe 2 gemäß Fig. 3 mit aus der Flankenebene herausragenden Laschen. 6 versehen sein, die die Funktion von Kernstützen übernehmen und die Verstärkungsscheibe 2 gegen die Formwand abstützen. Um eventuelle Lunkerbildung speziell in der Nähe des äußeren Umfangs der Verstärkungsscheibe zu vermeiden, kann die Verstärkungsscheibe 2 radial in Richtung auf den Zahnkranz 4 verjüngt ausgeführt sein oder am äußeren Umfang mit einer ununterbrochenen, die Scheibendicke überragenden Wulst 7 versehen sein, die eine strömungstechnisch günstige Führung der Kunststoffschmelze beim Füllvorgang bewirkt. Die Dicke und die äußere Form der Verstärkungsscheibe, die Art der Perforation und die Art der Verankerung der Verstärkungsscheibe mit der Nabe müssen ebenfalls jeweils entsprechend dem gewünschten Verwendungszweck aufeinander abgestimmt werden. Auch die Wahl des Kunststoffes muß von den für einen bestimmten Verwendungszweck geforderten Eigenschaften des Maschinenteils abhängig gemacht

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werden. Für die Herstellung von Zahn-, Ketten- und Zahnriemenrädern bieten sich bisher aus der Gruppe der Kunststoffe besonders die Polyamide an.

Die mit der erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion erzielbaren Vorteile gegenüber herkömmlichen Konstruktionen beruhen insbesondere darauf, daß ausreichende Steifigkeit und Festigkeit mit einem hohen Dämpfungsvermögen gepaart ist, wodurch die speziell bei Nockenwellen-Antriebsrädern auftretenden Drehmomentspitzen abgebaut werden, die bei herkömmlichen Stirnradkonstruktionen oft hohe Geräusche, starken Verschleiß und Zahnbruch verursachen können. Die vorgeschlagene Metall - Kunststoff - Verbundkonstruktion kann im Gieß- oder Spritzgußverfahren hergestellt werden und ergibt bei geeigneter Werkstoffwahl ein äußerst verschleißfestes Maschinenelement mit geräuscharmem Lauf.

Claims

RA. 715 039*16.12.67 - 8 - G.M. 645 Schutzansprüche

1. Radkörper, insbesondere Zahnrad, Kettenrad oder Zahnriemenraä, aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einer mit Öffnungen versehenen, symmetrisch im Kunststoff eingebetteten metallischen Verstärkungsscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsscheibe (2) mit einer aus metallischem Werkstoff bestehenden Nabe (1) verbunden ist, die in ihrer gesamten. Länge am äußeren Umfang mit einer Kunststoffumhüllung (3) versehen ist.

2. Radkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Habe (1) und Verstärkungsscheibe (2) durch Lotung, Schweißung oder Vergießen miteinander verbunden sind.

3. Radkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verstärkungsscheibe (2) in radialer Richtung bis in die Zahnwurzeln des Zahnkranzes (4) erstreckt.

4. Radkörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsscheibe (2) radial in Richtung auf den Zahnkranz (4) verjüngt ausgeführt ist.

5· Radkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsscheibe (2) am äußeren Umfang mit einer ununterbrochenen, die Scheibendicke überragenden Wulst (7) versehen ist.

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β. Radkörper nach, den Ansprüchen 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hanken der Verstärkungsscheibe (2) mit aus der Flankenebene herausragenden Laschen (6) zur Abstützung der Verstärkungsscheibe gegen die Pormwand während der Herstellung versehen sind.

Badische Anilin- & Soda-Iabrik AG

Zeichn.