DE2348575B1 - Feinverzahntes Zahntriebpaar mit einem staendig in einer Richtung drehenden und einem von diesem getriebenen Verzahnungsglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein feinverzahntes Zahntriebpaar mit einem ständig in einer Richtung drehenden und einem von diesem getriebenen Verzahnungsglied, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Es werden schon lange Kunststoffe verschiedenster Art als Zahnradwerkstoffe eingesetzt. So dienen z.B. Phenolharz getränkte Gewebe oder aber Polyamide und elastische Polyurethankunststoffe zur Herstellung von Zahnrädern, die wegen ihrer elastischen Eigenschaften eine starke Verminderung der Geräuschbildung und auch eine Schonung der gesamten Konstruktion bedingen.

Zahnräder dieser Art haben jedoch leider den Nachteil, daß sie nur geringe Kräfte übertragen können, wodurch ihre Anwendung stark begrenzt ist.

Untersuchungen zur Tragfähigkeit thermoplastischer Kunststoffzahnräder haben gemäß »Konstruktion« 20. Jahrgang (1968) Heft 10, Seiten 385 bis 390 ergeben, daß besonders bei Kunststoffzahnrädern den Verformungen große Bedeutung zukommt; sie vergrößern den Überdeckungsgrad, so daß die Belastung des Einzelzahnes wirksam vermindert wird. Trotzdem wurden zur Übertragung hoher Drehmomente bei feinverzahnten Zahntriebpaaren aus Kunststoff mit den üblichen Verzahnungen wie Evolventenverzahnung, Novikov-Verzahnung, usw. Zahnbrüche festgestellt.
. Weiterhin weist der Gegenstand der deutschen Auslegeschrift 1 907 332 eine leicht herstellbare Evolventenverzahnung auf, bei der die Zahnflanken außerhalb des konventionellen Bereichs liegen. Diese bekannte Verzahnung hat die Eigenschaft, daß die ganze Zahnflanke zwar als aktive Zahnflanke verwendbar ist, aber es findet keine vollflächige Berührung der Zahnflanken statt. Dieses läßt eben die geometrische Form der evolventen Zähne einfach nicht zu. Außerdem sind derartige Evolventenverzahnungen auch nicht für Feinstverzahnungen mit Zahnhöhen unter 0,35 mm geeignet, da die evolventen Zähne hierbei keine optimalen Belastungsverteilungen und keine Überdeckungsgrade von 3 bis 4 ermöglichen.

Auch ist durch die DT-AS 1 225 459 eine Schrägoder Bogenverzahnung für Zahnradpaare bekannt, bei der der Überdeckungsgrad größer als 1, aber nicht größer als 2 ist. Diese Anordnung beruht außerdem insbesondere auf der Erkenntnis, daß zwischen den Zahnflanken keine Gleitbewegung auftritt. Der Zahneingriff soll hierbei nur auf den Wälzpunkt beschränkt sein.

Schließlich zeigt die CH-PS 209 712 ein Zahnradgetriebe, bei dem die Zahnflanken der zusammenarbeitenden Räder aus verschieden widerstandsfähigem Werkstoff bestehen. Es handelt sich hierbei auch um eine Evolventenverzahnung, die ebenfalls keine vollflächige Berührung der Zahnflanken der Zahnradpaare ermöglicht. Durch Profilverschiebung wird hierbei lediglich erreicht, daß die Zahnflanken des einen Rades zum größeren Teil als Zahnfuß und die Zahnflanken des anderen Rades zum größeren Teil als Zahnkopf arbeiten. Derartige Evolventenverzahnungen sind für Feinstverzahnungen mit Zahnhöhen um 0,35 mm weniger geeignet, zumal diese u. a. auch sehr schwierig herzustellen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein feinverzahntes Zahntriebpaar aus Kunststoff mit einem hochbelastbaren, elastischen Verzahnungsprofil zu schaffen, das eine lange Lebensdauer gewährleistet. Hierbei sollen die Biegebeanspruchungen an den Zähnen möglichst ausgeschaltet werden. Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Gegenüber einer Evolventenverzahnung mit zwei konvexen Flanken und der Kreisbogenverzahnung mit einer konkav-konvexen Flanken-Schrägverzahnung besteht die Gefahr von Zahnbrüchen bei höheren Belastungen nicht mehr, da die erfindungsgemäße Feinverzahnung mit ihrer konstruktionsbedingten vollflächigen Berührung zu gleichmäßig verteilten und dabei geringen Schub- und Biegebeanspruchungen führt. Die Hauptbelastungsstellen befinden sich hierbei im Zahngrund. Ein großes Materialvolumen nimmt nämlich die Verformungsarbeit an ungefährdeter Stelle auf. Hierdurch können bei kleinsten Zahnhöhen auch große Kräfte übertragen werden.

Durch die vorteilhafte Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird die Verzahnung beim Ein- und Auslaufen gegen ein eventuelles Durchrutschen gehindert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Belastungsrichtung der zu übertragenden Kraft P,

F i g. 2 Verzahnungen von Antriebswalze und Antriebskurve ohne Belastung,

F i g. 3 wie F i g. 2, jedoch unter Belastung und

F i g. 4 die Spannungsverteilung über mehrere Zähne bei der Kraftübertragung.

. In der F i g. 2 sind zwei Feinverzahnungen 5 und 7 einer Antriebswelle und eines Nockengliedes dargestellt, wobei keine Belastung übertragen wird. Die Feinverzahnung 5 besteht aus einem vollelastischen Kunststoff, z. B. aus einem Polyamid, der zu der Gruppe der thermoplastischen Kunststoffe gehört. Diese Feinverzahnung 5 wirkt mit einer ebenfalls feinverzahnten Verzahnung 7 aus einem weniger elastischen Kunststoff, z. B. einem Azetalharz, zusammen. Die F i g. 2 zeigt, daß die Zahnteilung der weniger elastischen Verzahnung 7 — des Antriebsnockens — kleiner ist als die der voIleJastischen Verzahnung 5 der Antriebswelle. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise bei höheren Belastungen vermieden, daß der dem im Eingriff befindlichen und deformierten ersten Zahn folgende zweite Zahn des Nockengliedes 9 nicht auf einen Zahn der Antriebswelle 1 trifft. Bei dem Kuppelvorgang können also keine Zahnschäden auftreten.

In der F i g. 3 ist das Zahntriebpaar gemäß F i g. 2 unter Belastung dargestellt, wobei die Kopf flanke 17 des Zahnes des Nockengliedes gegenüber der Fußflanke 19 des Zahnes der Verzahnung 5 der Antriebswelle um etwa 5° steiler geneigt ist. Hierdurch wird ein geringes Verpressen zum tiefsten Punkt der Fußflanke 19 der Verzahnung 5 der Antriebswelle hin bewirkt. Durch diese Ausbildung wird ein zu frühes Hochrutschen des Gegenzahnes an der Fußflanke 19 entlang und damit eine erhöhte Zahnbiegebeanspruchung an der Maximalbelastungsstelle verhindert. Die maximale Belastung tritt beim Durchlaufen der geometrischen Verbindungslinie der beiden Krümmungsmittelpunkte Mi - Ml gemäß F i g. 2 auf.

In der F i g. 1 ist die Belastungsrichtung der zu übertragenden Kraft »F« dargestellt. Bei der gestrichelten Ausführung mit « = 90° wird die Kopfflanke 21 nicht mehr auf Biegung beansprucht, weil dann nur die Fußflanke 23 die Belastung aufnimmt. Hierdurch wird die Verformungsarbeit von einem großen Volumen an ungefährdeter Stelle übernommen. Außerdem können hierbei bei kleinsten Zahnhöhen hohe Kräfte übertragen werden.
Die kurze radiale Fußflanke 22 der Verzahnung 7 des Nockengliedes und die kurze radiale Kopfflanke 21 der Verzahnung 5 der Antriebswelle decken sich beim Durchlaufen der Verbindungslinie der Krümmungsmittelpunkte MX - M2. Hierdurch wird ein Durchrutschen beim Auslaufen verhindert.

Die günstige Spannungsverteilung des Zahntriebpaares ist in der F i g. 4 dargestellt. Diese F i g. 4 zeigt das Verzahnungsprofil der Antriebswelle in ausgezogener Darstellung ohne und in der gestrichelten Darstellung unter Belastung. Die strichpunktierten Linien geben die Schub- und die strichdoppelpunktierten Linien die Druck-Zug-Spannungen an. Außerdem zeigen die feingestrichelten Linien die Verschieberichtungen der belasteten Zähne an. Diese Darstellungen zeigen, daß die Belastungsspitzen im Zahngrund liegen und sich daher nicht schädlich auf die Lebensdauer auswirken können. Das Zahntriebpaar 5, 7 kann übrigens sowohl für inverse Kurventriebe als auch für Zahnradpaare verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Feinverzahntes Zahntriebpaar mit einem ständig in einer Richtung drehenden und einem von diesem getriebenen Verzahnungsglied, wobei die Verzahnung eines Verzahnungsgliedes aus einem vollelastischen Werkstoff und des anderen Verzahnungsgliedes aus einem Werkstoff mit einem höheren Elastizitätsmodul besteht und wobei die Zahnflanken des einen Verzahnungsgliedes zum größeren Teil als Zahnfuß und die Zahnflanken des anderen Verzahnungsgliedes zum größeren Teil als Zahnkopf arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnteilungen der Verzahnung (7) des weniger elastischen Verzahnungsgliedes kleiner als die (5) des vollelastischen Verzahnungsgliedes ist, daß die Kopfflanke (17) der Zähne des weniger elastischen Verzahnungsgliedes gegenüber der Fußflanke (19) der Zähne des vollelastischen Verzahnungsgliedes um etwa 5° steiler geneigt ist, und daß die Umrißformen der Zähne der Verzahnungsglieder derart ausgebildet sind, daß beim Durchlaufen der geometrischen Verbindungslinie zwischen den Krümmungsmittelpunkten (Ml - M2) der beiden kraftübertragenden Verzahnungsglieder eine vollflächige Berührung der Zahnkopfflanke (17) der Verzahnung (7) des weniger elastischen Verzahnungsgliedes mit der Zahnfußflanke (19) der Verzahnung des vollelastischen Verzahnungsgliedes stattfindet und die Belastungsrichtung der kraftübertragenden Zähne des Verzahnungspaares senkrecht auf der Fußflanke (19, 23) der Verzahnung (5) des vollelastischen Verzahnungsgliedes steht.

2. Zahntriebpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Verzahnungen (5, 7) der beiden Verzahnungsglieder kurze radiale Zahnflanken (22) aufweisen, die sich beim Durchlaufen der Verbindungslinie der Krümmungsmittelpunkte (Ml - M2) decken.