DE2809039C3

DE2809039C3 - Kronenrad

Info

Publication number: DE2809039C3
Application number: DE2809039A
Authority: DE
Inventors: Mikiharu Osaka Imazaike
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-02
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1982-01-14
Also published as: DE2809039A1; DE2809039B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kronenrad mit einer federnden Anordnung von Kronenradbereichen, insbesondere als aus Kunststoff gefertigtes Formteil ausgebildet, bei dem eine zentrale Nabe mit einer Radscheibe versehen ist, an der randseitig einzelne Zähne senkrecht zu der Radscheibe abstehen. &o

Bei der Fertigung von Kronenrädern der vorgenannten Art, die für kleinere Präzisionsgetriebe, wie insbesondere Uhrwerke, verwendet werden, müssen für die Teilkreise und die Zahnprofile verhältnismäßig enge Fertigungstoleranzen vorgegeben und eingehalten ^b5 werden, damit bei einer optimalen Drehmomentübertragung zu einem Gegenrad ein sehr weicher Zahneingriff ohne jede Gefahr eines Verklemmens der im Zahneingriff befindlichen Zähne erhalten wird. Jeder Teilungsfehler, jeder Profilfehler und jeder Zentrierungsfehler sind bei solchen Kronenrädern wesentlich kritischer als bei den Stirnrädern, da aus solchen Fehlern an den einzelnen Zähnen ungünstige Obertragungsmomeiite in der Umfangsrichtung bzw. in Richtung der X-Achse eines räumlichen Koordinatensystems wirken, in dessen beiden anderen Achsen, nämlich in der radialen Richtung und in der zu der Drehachse des Rades parallelen Richtung, dabei dann ebenfalls eine entsprechend ungünstige Beeinflussung des zu übertragenden Drehmoments vorliegt Wenn daher die Teilkreise eines Kronenrades und seines Gegenrades nicht genau übereinstimmen, dann besteht die gegenüber den Stirnrädern wesentlich höhere Gefahr einer entsprechend ungenauen Drehmomentübertragung sowie einer störenden Geräuschbildung, was im Extremfall zu einem gegenseitigen Eingraben der im Zahneingriff befindlichen Zähne und damit zu einer Blockierung jeder weiteren Drehung der Zahnräder führen kann.

Für Kronenräder wird im allgemeinen eine Evolventenverzahnung verwirklicht Nur in solchen Fällen, wo die Kronenräder für spezielle Präzisionsgetriebe verwendet werden, sind spezifische Eingriffswinkel vorgesehen, die in der Regel bei 20° liegen. Sofern die Kronenräder unter Verwendung von Gießformen aus Kunststoff hergestellt werden, müssen dafür die Gießformen mit einer entsprechenden Präzision gefertigt werden, um die insbesondere bei kleineren Rädern entsprechend kritischeren Fertigungstoleranzen eng einhalten zu können. Auch muß dabei die Schrumpfung, der fast alle Kunststoffe bei der Aushärtung unterliegen, beherrscht werden, was nur selten über eine entsprechende Ausbildung der Gießform gelingt. Die Kronenräder werden daher in der Regel mit einem größeren Eingriffswinkel von beispielsweise 16,5° oder 18° gegossen, so daß der gewünschte Eingriffswinkel von 20° mit entsprechender Sicherheit erhalten werden kann, wenn die Kronenräder nach der abgeschlossenen Aushärtung des Kunststoffes spanabhebend bearbeitet werden. Bei einer Herstellung im Spritzguß sind diese Fertigungsnachteile anders gelagert, wobei bis heute noch keine befriedigende Lösung vorliegt, um mit einer entsprechend billigen Herstellungsvariante diese gewünscht hohen Fertigungstoleranzen zu erhalten.

Aus dem DE-GM 19 67 006 ist es für ein Kronenrad der eingangs genannten Art bekannt, zur Verhinderung eines Ausbrechens der Zähne bei einer Überlastung der Drehmomentübersetzung die Radscheibe zur Ermöglichung einer axialen Ausweichbewegung in Richtung der Z-Achse federnd auszubilden oder zur Ermöglichung derselben axialen Ausweichbewegung das gesamte Kronenrad entsprechend federnd abzustützen, so daß es durch die Abstützfeder in den Zahneingriff mit dem Gegenrad entsprechend vorgespannt wird. Weiterhin ist aus der US-PS 27 64 034 bekannt, zur Vermeidung jedes Spiels im Zahneingriff bevorzugt eines Stirn- oder Kegelrades mit seinem Gegenrad die einzelnen Zähne am jeweiligen Zahnkopf und im besonderen an den Zahnflanken um einen kleinen Winkel bezüglich der Drehachse des Rades windschief auszurichten und am jeweiligen Zahnfuß auf etwa die halbe axiale Länge zu hinterschneiden, so daß der Zahnkopf der einzelnen Zähne etwa doppelt so breit ist wie der zugehörige Zahnfuß. Der verschleißmindernde Zahneingriff mit einem normal ausgebildeten Gegenrad ergibt sich dabei folglich auf Grund eines gegenüber dem Zahnfuß flexibleren Verhaltens des Zahnkopfes der einzelnen

Zähne in Richtung der X-Achse, was sich dabei allerdings nur bei der Übertragung höherer Drehmomente entsprechend vorteilhaft auswirkt, da die durch die Hinterschneidung der Zähne geschaffenen unterschiedlichen Eingriffsverhältnisse am Zahnfuß und am s Zahnkopf bei jeder niedrigen Drehmomentübersetzung eher verschließfördernd wirken und dann im übrigen eine stärkere Geräuschbildung verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Präzisionsgetriebe geeignete Ausbildung eines Kronenrades der eingangs genannten Art bereitzustellen, die mit einem kleinen Fertigungsaufwand unter Einhaltung hoher Fertigungstoleranzen billig hergestellt werden kann, damit für den Zahneingriff mit einem Gegenrad eine optimale Geräuscharmut ohne jede Gefahr eines Verklemmens der im Zahneingriff befindlichen Zähne und damit eine entsprechend genauere Drehmomentübertragung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder einzelne Zahn an seinem Zahnfuß über einen Steg mit der Radscheibe verbunden ist, der sich aus einem radial zu der Nabe ausgerichteten, an die Radscheibe anschließenden Abschnitt und einem an dessen radial äußeres Ende anschließenden, senkrecht zu der Radscheibe ausgerichteten Abschnitt zusammensetzt, wobei wenigstens der senkrechte Abschnitt eine gegenüber der in der Umfangsrichtung des Rades gemessenen Zahnfußbreite kleinere Stegbreite aufweist

Bevorzugt wird die kleinere Stegbreite des senkrechten Abschnittes auch für den radialen Abschnitt eingehalten, so daß jeder Verbindungssteg eines Zahnes mit der Radscheibe eine durchgehend gleiche Stegbreite hat, die kleiner als die Zahnfußbreite ist

Mit einer solchen Ausbildung eines Kronenrades wird erreicht, daß die einzelnen Zähne eine von der Radscheibe weitgehend losgelöste Flexibilität erhalten, die in allen drei Achsen des räumlichen Koordinatensystems wirksam ist. Wenn das mit einem solchen Kronenrad kämmende Gegenrad oder das Kronenrad selbst Fertigungsfehler aufweisen sollte, dann werden diese Fertigungsfehler in Folge der mithin in der Umfangsrichtung, in der radialen Richtung und in der zu der Drehachse des Rades parallelen Richtung wirksamen Flexibilität der einzelnen Zähne des Kronenrades völlig ausgeglichen, so daß es im Zahneingriff zu keiner Geräuschbildung und auch zu keinem Verklemmen der Zähne kommt. Das zu übertragende Drehmoment bleibt optimal unverändert, und es wird damit auch ein optimal weicher Zahneiiigriff sichergestellt, da jede auf Grund von Fertigungsfehlern vorhandene vergrößerte Kontaktfläche zwischen den beim Zahneingriff in Berührung stehenden Zahnflanken durch den vertikalen Abschnitt der elastischen Verbindungsstege hinsichtlich der damit sonst in der Umfangsrichtung erzwungenen ungünstigen Drehmomentübertragung ausgeglichen wird. Gleichzeitig werden durch den radialen Abschnitt der Verbindungsstege alle in der zu der Drehachse parallelen Richtung ungünstigen Eingriffsverhältnisse ausgeglichen, wobei es möglich ist, diesen Ausgleich über eine angepaßte Flexibilität der einzelnen Zähne durch eine entsprechende Bemessung der Breite und der Dicke der Verbindungsstege im Verhältnis zu der Dicke der Radscheibe zu beeinflussen. Eine weitere Einflußgröße auf das flexible Verhalten der einzelnen Zähne stellt auch die Ausbildung des Überganges der Verbindungsstege einerseits zu der Radscheibe und andererseits zu dem Zahnfuß dar, wobei insoweit entweder ein abgesetzter, winkliger Übergang oder ein kontinuierlicher, gekrümmter Übergang zu Auswahl steht Weil wegen des flexiblen Verhaltens der Zähne nunmehr auch größere Fertigungstoleranzen für den Zahneingriff mit einem Gegenrad vorgegeben werden können, ist jetzt auch eine Fertigung im Spritzguß möglich und keine Notwendigkeit mehr gegeben, für die Bereitstellung eng tolerierter Gieß- und Werkzeugformen, so daß diese Kronenräder jetzt auch mit einem entsprechenden Kostenvorteil für Präzisionsgetriebe, wie Uhrwerke, eingesetzt werden können.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen erfaßt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. IA eine Perspektivansicht eines Teils eines Kronenrades gemäß bisheriger Ausführungsform,

F i g. 1B eine Schnittansicht des Kronenrades gemäß Fig. IA,

Fig.2A und 2B eine Perspektivansicht eines Teils eines Kronenrades gemäß einer Ausführungsform sowie eine entsprechende Schnittansicht

F i g. 3A und 3B eine der F i g. 2B entsprechende Schnittansicht und eine Perspektivansicht eines Kronenrades gemäß einer abgewandelten Ausführungsform und

Fig.4 bis 7 Ansichten von weiteren alternativen Ausführungsformen eines Kronenrades.

Die bis jetzt bekannten Kronenräder haben gemäß den Fig. IA und IB eine zylindrische Nabe 1, die im Zentrum einer Radscheibe 2 ausgebildet ist. An der Radscheibe 2 stehen randseitig einzelne Zähne 3 senkrecht zu der Radscheibe ab, mit der sie am jeweiligen Zahnfuß starr verbunden sind.

Bei einem Kronenrad nach der Ausführungsform sind die einzelnen Zähne 15 am jeweiligen Zahnfuß über einen Steg 13, 14 mit der Radscheibe 12 verbunden, F i g. 2. Jeder Verbindungssteg setzt sich dabei aus einem radial zu der Nabe 11 ausgerichteten, an die Radscheibe 12 anschließenden Abschnitt 13 und einem an dessen radial äußeres Ende anschließenden, senkrecht zu der Radscheibe 12 ausgerichteten Abschnitt 14 zusammen, wobei wenigstens der senkrechte Abschnitt 14 eine gegenüber der in der Umfangsrichtung X des Rades gemessenen Zahnfußbreite kleinere Stegbreite aufweist. Bei der Ausführungsform des Kronenrades gemäß den F i g. 2A und 2B ist diese gegenüber dem Zahnfuß kleinere Breite für die Gesamtheit des jeweiligen Verbindungssteges eingehalten, der folglich in der Umfangsrichtung A"des Rades nach beiden Seiten um ein gleiches Maß durch den Zahnfuß des zugeordneten Zahnes überragt wird. Die Übergänge 16 zwischen dem senkrechten Abschnitt 14 jedes Verbindungssteges und dem Zahnfuß sind bei dieser Ausführungsform winklig ausgebildet, jedoch kann auch ein kontinuierlicher Breitenübergang 16' verwirklicht sein, wie es für die Ausführungsform gemäß F i g. 5 gezeigt ist. Durch die Verbindungsstege 13, 14 erhalten die einzelnen Zähne 15 eine nach allen für den Zahneingriff mit einem Gegenrad wesentlichen Richtungen eine optimale Flexibilität, nämlich außer der durch die Gesamtheit des jeweiligen Verbindungssteges mitgetragenen Flexibilität in der Umfangsrichtung X des Rades eine durch den senkrechten Abschnitt 14 jedes Verbindungssteges mitgetragene Flexibilität in der radialen Richtung Y und eine durch den radialen Abschnitt 13 jedes Verbindungssteges mitgetragene Flexibilität in der senkrechten Richtung Z.

In den F i g. 3A und 3B ist gezeigt, daß die Verbindungsstege auch eine kleinere Dicke t? haben können als die mit U angegebene Dicke der Radscheibe 12. Damit ist unter Vermeidung einer Materialschwächung der Radscheibe 12 eine noch größere Flexibilität für die einzelnen Zähne 15 erreichbar. Die in Richtung der Drehachse gemessene Dicke fi der Radscheibe 12 kann ohne Rücksicht auf eine für die einzelnen Zähne 15 erwünschte optimale Flexibilität auf einen Wert gebracht werden, der eine maximale Starrheit der Radscheibe sicherstellt. Das wechselseitige Verhältnis dieser Starrheit der Radscheibe 12 und der über die Verbindungsstege erreichten Flexibilität der einzelnen Zähne 15 in den drei Richtungen X, V und Z kann noch weiter dadurch günstig beeinflußt werden, daß anstelle eines winkligen Oberganges für den Anschluß des radialen Anschlusses 13 an die Radscheibe 12 ein kontinuierlicher Dickenübergang 17 vorgesehen wird, wie es in F i g. 6 dargestellt ist.

Bei der alternativen Ausführungsform gemäß F i g. 4 überragen die einzelnen Zähne 15 an ihrem Zahnfuß den senkrechten Abschnitt 14 ihres Verbindungssteges mit der Radscheibe 12 in der Umfangsrichtung X nur nach der einen Seite. Die Mittellinien der Zähne und die Mittellinie ihrer Verbindungsstege liegen mithin bei dieser Ausführungsform in zwei verschiedenen Radialebenen, während sie bei den übrigen Ausführungsfor- men in einer gemeinsamen Radialebene liegen. Damit wird die in der Umfangsrichtung X wirksame Flexibilität der Zähne 15 auf eine bevorzugte Drehrichtung des Kronenrades beschränkt, während sie bei den übrigen Ausführungsformen eine gleich große Aufteilung in den

ίο beiden möglichen Drehrichtungen erfährt

Gemäß der in F i g. 7 gezeigten weiteren Ausführungsform kann auch noch vorgesehen sein, den radialen Abschnitt 13 der Verbindungsstege breiter auszubilden als deren senkrechten Abschnitt 14, so daß zwischen benachbarten radialen Abschnitten 13 engere Überbrüekungsspalte 18 und 18' gebildet werden als zwischen den senkrechten Abschnitten benachbarter Verbindungsstege. Diese Ausführungsform wird hauptsächlich dann verwendet, wenn für die Umfangsrichtung X eine größere Flexibilität verlangt wird als für die senkrechte Richtung Z und weiterhin auch dann, wenn für das gesamte Kronenrad eine größere mechanische Festigkeit zur Verfügung stehen soll.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kronenrad mit einer federnden Anordnung von Kxonenradbereichen, insbesondere als aus Kunststoff gefertigtes Formteil ausgebildet, bei dem eine zentrale Nabe mit einer Radscheibe versehen ist, an der randseitig einzelne Zähne senkrecht zu der Radscheibe abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Zahn (15) an seinem ι ο Zahnfuß über einen Steg (13,14) mit der Radscheibe

(12) verbunden ist, der sich aus einem radial zu der Nabe (11) ausgerichteten, an die Radscheibe anschließenden Abschnitt (13) und einem an dessen radial äußeres Ende anschließenden, senkrecht zu der Radscheibe (12) ausgerichteten Abschnitt (14) zusammengesetzt, wobei wenigstens der senkrechte Abschnitt (14) eine gegenüber der in der Umfangsrichtung (X) des Rades gemessenen Zahnfußbreite kleinere Stegbreite aufweist

2. Kronenrad nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der beiden Abschnitte (13, 14) jedes Steges und die Mittellinie des jeweiligen Zahnes (15) in einer gemeinsamen Radialebene liegen.

3. Kronenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der beiden Abschnitte (13, 14) jedes Steges und die Mittellinie des jeweiligen Zahnes (15) in zwei verschiedenen Radialebenen liegen.

4. Kronenrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahn (15) an seinem Zahnfuß den senkrechten Abschnitt (14) des zugeordneten Steges in der Umfangsrichtung (X) des Rades im wesentlichen nur nach der einen Seite überragt.

5. Kronenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege eine gegenüber der Radscheibe (12) kleinere Dicke (i₂) aufweisen.

6. Kronenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abschnitt

(13) der Stege eine gegenüber der Zahnfußbreite größere Breite in der Umfangsrichtung (X) des Rades hat.

7. Kronenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (13,14) einen kontinuierlichen Breitenübergang (16') zum jeweiligen Zahnfuß des zugeordneten Zahnes (15) und/ oder einen kontinuierlichen Dickenübergang (17) zu der Radscheibe (12) aufweisen.