DE2714020A1

DE2714020A1 - Zahnrad aus kunststoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2714020A1
Application number: DE19772714020
Authority: DE
Inventors: Werner Beiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1978-10-12
Also published as: DE7709970U1; CH628769B; CH628769GA3; DE2714020C2

Description

Zahnrad aus Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Zahnrad aus Kunststoff zur Ubertragung kleiner Drehmomente, insbesondere für Quarzuhren, das einstückig aus einem äußeren Zahnkranz, aus einem inneren Ritzel bzw. einer Buchse und aus den Zahnkranz und das Ritzel verbindenden elastisch federnden Armen besteht.
Bei zahlreichen Anwendungen von Zahnradgetrieben ist ein möglichst geräuschloser Lauf der Zahnräder wünschenswert oder notwendig. Beispielsweise wird bei Quarzuhren, insbesonderen bei deren Verwendung als Wecker, ein nahezu geräuschloser Lauf gefordert. Dies kann mit Gleichstrom-oder Synchronmotoren erreicht werden, was jedoch einen relativ großen Aufwand bedeutet. Werden dagegen die billigeren Schrittmotoren verwendet, so entstehen im allgemeinen beträchtliche Geräusche in dem Räderwerk.
Es ist bereits bekannt, zur Verringerung dieser Geräusche lose Scheiben als Dämpfungsringe auf den Rotor des Schrittmotors aufzusetzen. Weiter ist es bekannt, die Zähne des mit dem Rotor verbundenen Antriebszahnrades und des in dieses eingreifenden Rades sehr stark zu ölen. Beide Maßnahmen führen zwar zu einer Verminderung der entstehenden Geräusche. Die zusätzlichen Dämpfungsringe machen das Werk aber aufwendiger, während die Ölung nicht alterungstabil ist, so daß nach einer gewissen Laufzeit das störende Geräusch erneut auftritt.
In der DT-AS 24 19 189 ist ein Zahnrad beschrieben, bei welchem eine Geräuschdämpfung dadurch erreicht wird, daß zwischen den einzelnen Zähnen des Zahnrades radiale Schlitze vorgesehen sind. Die aus einem hartelastischen Kunststoff bestehenden Zähne sind aufgrund dieser Schlitze in sich in gewissem Maße elastisch federnd, so daß sie den geräuscherzeugenden Stößen bei der schrittweisen Bewegung des Antriebsmotors nachgeben können. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß nur eine beschränkte federnde Nachgiebigkeit der Zähne erreicht werden kann und insbesondere daß diese Ausbildung der Zähne sehr leicht zu Teilungsfedern führt und die Formgebung der Zähne Beschränkungen unterworfen ist.
Schließlich ist in dieser DT-AS 24 19 189 auch ein Zahnrad der eingangs genannten Art beschrieben. Bei diesem Zahnrad ist der äußere Zahnkranz über drei radial verlaufende elastisch federnde Arme mit der zentralen Buchse verbunden. Diese elastisch federnden Arme ermöglichen ein geringfügiges elastischen Nachgeben des äußeren Zahnkranzes in Umfangsrichtung, um die Stöße bei der schrittweisen Bewegung des Antriebsmotors aufzufangen.
Dieses bekannte Zahnrad kann jedoch keine ausreichende Geräuschdämpfung bewirken, da bei der, üblicherweise für Zahnräder verwendeten hartelastischen Kunststoffen aus fertigungstechnischen Gründen eine Stärke der federnden Arme von o,2 bis 0,3 mm nicht unterschritten werden kann. Die Verwendung anderer, weicherer Kunststoffe, die zu einer besseren Geräuschdämpfung führen würde, ist nicht möglich, da diese Kunststoffe die Gleiteigenschaften des Zahnrades verschlechtern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß in fertigungstechnisch einfacher Weise ein Zahnrad hergestellt werden kann, dessen Federeigenschaften zwischen innerem Ritzel und äußerem Zahnkranz unabhängig von dem verwendeten Kunststoffmaterial entsprechend den Forderungen nach Drehmomentübertragung und Geräuschdämpfung ausgewählt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Zahnrad der eingangs genannten Art mindestens zwei Arme im wesentlichen spiralförmig vom Ritzel zum Zahnkranz verlaufen und etwa in der Mitte Ihrer Länge eine Verdickung aufweisen.
Zweckmäßigerweise weisen dabei die Arme an ihren Ansatzpunkten an dem Ritzel und dem Zahnkranz verdickte Anspritzpunkte auf.
Aufgrund ihrer sprialförmigen Ausbildung besitzen die elastisch federnden Arme eine wesentlich größere Länge, als dies bei dem bekannten Zahnrad der Fall war. Diese große Länge führt zu einer wesentlich weicheren Federkraft zwischen innerem Ritzel und äußerem Zahnkranz.
Es können somit die beim Antrieb durch einen Schrittmotor erzeugten Stöße vollständig abgefangen werden, so daß eine optimale Geräuschdämpfung erhalten wird.
Die gegenüber den bekannten Zahnrädern beträchtliche Verlängerung der federnden Arme wird dadurch möglich, daß die Arme in ihrer Mitte eine Verdickung aufweisen.
Bei der Herstellung des Zahnrades wird das Kunststoffmaterial von den beiden Ansatzpunkten der Arme an dem äußeren Zahnkranz bzw. dem inneren Ritzel eingespritzt, und wird somit von beiden Seiten gleichzeitig in die dünnen Federarme gepreßt. Im Bereich der Verdickung ist dabei eine Entlüftung für die Spritzgußform vorgesehen, so daß das plastifizierte Kunststoffmaterial auch bei sehr dünner Ausbildung der Federarme unbehindert von beiden Seiten bis zu dieser Verdickung eindringen kann.
Die Verdickung bewirkt dabei ausserdem, daß das von beiden Seiten einfließende Kunststoffmaterial im Bereich der Verdickung ohne Lufteinschlüsse vollständig zusammenfließen kann, so daß auch an der Vereinigungsstelle keine Bruchgefahr besteht.
Schließlich ermöglicht die Verdickung ein einfaches Auswerfen des fertigen Spritzgußteils aus der Gießform, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der dünnen Feder arme besteht. Die Auswerfer können nämlich nicht nur an dem Zahnkranz und dem inneren Ritzel angreifen, sondern es kann jeweils auch ein Punktauswerfer an der Verdickung der Federarme angreifen, so daß die Federarme auch bei großer Länge und geringer Stärke zuverlässig und problemlos aus dem Gießwerkzeug ausgestoßen werden können.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht es somit, eine beliebige Anzahl von Federarmen vorzusehen und die Länge und Stärke der Federarme frei zu wählen.
Außerdem wird erfindungsgemäß durch das Herstellungsverfahren keine Einschränkung bei der Auswahl der für das Zahnrad verwendeten Kunststoffe auferlegt. Die Materialauswahl kann daher ausschließlich im Hinblick auf die für das Zahnrad günstigen Eigenschaften, wie z.B. Gleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit, getroffen werden.
Insbesondere können die üblichen hartelastischen Thermoplaste verwendet werden, wie z.B. Polyacetal , Polyoxymethylen oder Polyamid.
Die Zahl, die Länge und die Stärke der Federarme unterliegen keiner Einschränkung durch das Herstellungsverfahren.
Diese Größen können unter Berücksichtigung des verwendeten Kunststoffmaterials so gewählt werden, daß sich die optimalen Federeigenschaften in Bezug auf das zu übertragende Drehmoment und die gewünschte Geräuschdämpfung ergeben.
Da bei dem erfindungsgemäßen Zahnrad die gesamte Geräuschdämpfung durch die elastisch federnden Arme erzielt werden kann, muß die Geräuschdämpfung bei der Formgebung der Zähne nicht berücksichtigt werden. Insbesondere können die Zähne exakt und spielfrei ineinandergreifend ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise werden die spiralförmig verlaufenden Arme kreisbogenförmig ausgebildet. Die kreisbogenförmige Gestalt eignet sich besonders, weil die erforderlichen Spritzwerkzeuge in einfacher Weise durch Funkenerosion mit leicht herstellbaren kreisbogenförmigen Elektroden erzeugt wercen können.
Zweckmäßigerweise weisen die Arme die Form eines Halbkreises auf, dessen Radius dem Mittelwert zwischen Innenradius des Zahnkranzes und Aussenradius des Ritzels entspricht. Die Arme sind dann jeweils an diametral gegenüberliegenden Punkten an dem Ritzel und dem Zahnkranz angespritzt und verlaufen exzentrisch zu dem Zahnrad.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Zahnrad nicht nur für das Räderwerk von Quarzuhren verwendet werden, sondern eignet sich für alle Anwendungsfälle, bei welchen kleine Drehmomente mit geringen Drehzahlen übertragen werden und ein niedriger Geräuschpegel erforderlich ist. Als weiteres Anwendungsbeispiel sei etwa der Antrieb von Filmkameras genannt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 - eine Draufsicht auf ein Zahnrad gem. der Erfindung und Fig. 2 - das Zahnrad der Fig. 1 in Axialschnitt.
Das in der Zeichnung dargestellte Zahnrad besteht aus einem Ritzel 1o, welches auf einer nicht dargestellten Achse sitzt.
Selbstverständlich kann anstelle des Ritzels 1o auch eine Buchse vorgesehen sein, mit welcher das Zahnrad drehfest auf einer Welle sitzt.
Das Ritzel 10 ist von einem konzentrischen Zahnkranz 12 umgeben, der in beliebiger Weise geformte Zähne 14 mit beliebiger Teilung aufweist.
Das Ritzel 1o ist mit dem Zahnkranz 12 vorzugsweise durch zwei oder drei, in dem dargestellten Beispiel durch drei Arme 16 verbunden. Die Arme 16 haben beispielsweise eine Stärke von o,15 mm. Die Arme 16 haben die Form eines Halbkreisbogens, dessen Radius dem Mittelwert zwischen dem Innenradius des Zahnkranzes 12 und dem Aussenradius des Ritzels 1o entspricht. Die Arme 16 sind in gleichen Winkelabständen angeordnet und jeweils an diametral gegenüberliegenden Punkten an dem Ritzel und dem Zahnkranz angespritzt.
Die Punkte 18, an denen die Arme 16 an dem Ritzel 1o ansetzen, und die Punkte 20, an denen die Arme 16 an dem Zahnkranz 12 ansetzen, sind verdickt und entsprechen den Einspritzkanälen der Spritzgußform. Weitere verdickte Einspritzpunkte 22 sind erforderlichenfalls über den Umfang des Zahnkranzes verteilt vorgesehen.
In der Mitte der Arme 16 ist eine Verdickung 24 vorgesehen.
Im folgenden soll das Herstellungsverfahren für das Zahnrad der Figuren 1 und 2 erläutert werden.
Das Zahnrad wird einstückig im Kunststoffspritzgußverfahren hergestellt. Die den dünnen Armen 16 entsprechenden Vertiefungen des Spritzgußwerkzeuges werden mit Hilfe einer kreisbogenförmigen Elektrode durch Funken-erosion hergestellt.
Die Angußkanäle der Spritzgußform befinden sich an den Ansatzpunkten 18 und 20 der Arme 16 sowie an den Punkten 22 des Zahnkranzes 12. Im Bereich der Verdickungen 24 sind Entlüftungskanäle in der Spritzgußform vorgesehen.
Das plastifizierte Kunststoffmaterial wird an den Angußpunkten 18, 20 und 22 in die Form eingespritzt. Zunächst werden dabei das Ritzel 1o und der Zahnkranz 12 gefüllt. Sobald diese Formteile gefüllt sind, wird das Kunststoffmaterial unter hohem Druck gleichzeitig von beiden Seiten von den Punkten 18 und 20 in die dünnen Federarme 16 gepreßt. Durch die Entlüftungskanäle im Bereich der Verdickungen 24 kann die Luft aus den Federarmen 16 entweichen. Das Kunststoffmaterial kann daher unbehindert und ohne Lufteinschlüsse von beiden Seiten bis zu dem Verdickungen 24 fließen, wo es zusammenfließt und sich vollständig vereinigt.
Das Ausstoßen des fertigen Spritzgußteils aus dem Werkzeug erfolgt durch Ringauswerfer, die an dem Ritzel 10 und an dem Zahnkranz 12 angreifen, sowie durch Punktauswerfer, die an den Verdickungen 24 angreifen.
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Claims

PATENTANSPRUCHE Zahnrad aus Kunststoff zur übertragung kleiner Drehmomente, insbesondere für Quarzuhren, das einstückig aus einem äußeren Zahnkranz, aus einem inneren Ritzel bzw. einer Buchse und aus den Zahnkranz und das Ritzel verbindenden elastisch federnden Armen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Arme (16) in wesentlichen spiralförmig vom Ritzel (lo) zum Zahnkranz (12) verlaufen und etwa in der Mitte ihrer Länge eine Verdickung (24) aufweisen.
2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) an ihren Ansatz»unkten an dem Ritzel(10) und dem Zahnkranz (12) verdickte Anspritzpunkte (18 bzw.

20) aufweisen.
3. Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) kreisbogenförmig ausgebildet sind.
4. Zahnrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) die Form eines Halbkreises aufweisen, dessen Radius dem Mittelwert zwischen Innenradius des Zahnkranzes (12) und Aussenradius des Ritzels (1o) entspricht.
5. Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem für die Zahnradherstellung üblichen Thermoplasten besteht, insbesondere Polyacetal oder Polyamid.
6. Zahnrad nach einem der vorherg(henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die srme (16) eine Stärke von weniger als o,2 mm aufweistn.
7. Verfahren zu Herstellung eines Zahnrades gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche im Spritzgußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial jeweils an den Ansatzpunkten der Arme an dem Zahnkranz und dem Ritzel eingespritzt wird, daß die Spritzgußform im Bereich der Verdickungen in der Mitte der Arme entlüftet wird und daß das fertige Gußteil an dem Zahnkranz, an dem Ritzel und an den Verdickungen der Arme angreifend ausgeworfen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ritzel und dem Zahnkranz Ringauswerfer und an den Verdickungen der Arme Punktauswerfer angreifen.