DE3109153C2

DE3109153C2 - Zahnrad

Info

Publication number: DE3109153C2
Application number: DE3109153A
Authority: DE
Inventors: Mikiharu Osaka Imazaike
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-22
Filing date: 1981-03-11
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3109153A1; US4437356A

Abstract

Ein hauptsächlich zur Verwendung in Uhren und akustischen Vorrichtungen und ähnlichen Präzisionsapparaten vorgesehenes Zahnrad wird aus elastischem Material hergestellt und umfaßt Zähne, die abwechselnd in zwei nebeneinanderliegenden Reihen angeordnet sind, die axial zum Zahnrad beabstandet sind. Jeder der Zähne besitzt einen Schenkel, der sich vom Hauptkörper des Zahnrades erstreckt, und einen Eingreifabschnitt, der mit dem äußeren Ende des Schenkels einstückig ausgebildet ist und mit einem weiteren Zahnrad, das mit diesem Zahnrad kämmen soll, in Eingriff treten kann. Die Schenkel jeweils zwei nebeneinanderliegender Zähne in jeder der vorderen und hinteren Reihen sind voneinander umfangsmäßig um eine vorgegebene Entfernung beabstandet, damit die Zähne elastisch deformierbar zur Dämpfung sind, wodurch Geräusche beim Kämmen des Zahnrades mit einem weiteren Zahnrad verhindert werden. Selbst wenn das Zahnrad einen kleinen Aufbau besitzt, können die Schenkel der Zähne sowohl in der vorderen als auch in der hinteren Reihe um einen großen Abstand voneinander beabstandet werden, so daß das Zahnrad leicht beispielsweise durch Spritzguß hergestellt werden kann.

Description

a) das Zahnrad mit seinem Zahnradkörper (I₁11), allen Schenkeln (26, 3b; i2b, 136; und Zähnen (2, 3; 12, 13) einstückig aus begrenzt elastisch biegeverformbarem Kunstharz ausgebildet ist und

b) der zwischen den Schenkeln (2b, 3b; 126, 136; benachbarter Zähne (2, 3; 12, 13) der gleichen Zahnreihe liegende Zwischenraum (4,5; 14,15) jeWik eine relativ zu den ihn einschließenden Schenkeln (26,36,126,136; größere Umfangserstreckung besitzt, so daß der gesamte Schenkel (26, 126 bzw. 36, 136; jedes Zahnes (2, 12 bzw. 3,13) von den Schenkeln (36.136 bzw. 26, 126; der benachbarten Zähne (3,13 bzw. 2,12) der anderen Zahnreihe jeweils um ein Spiel (6) in Umfangsrichtung beabstandet ist.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (126,136; aller Zähne (12, 13) jeweils unter einem Winkel θ gegen die Radialrichtung zu einer Umfang.irichtung geneigt sind (Fig. 7 bis 10).

3. Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (2,12) der einen Zahnreihe in einem axialen Abstand (8) von den Zähnen (3, 13) der anderen Zahnreihe angeordnet sind (F ig. 6).

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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad mit zwei axial nebeneinanderliegenden Zahnreihen von in Umfangsrichtung auf Lücke zueinander angeordneten, begrenzt nachgiebigen Zähnen, die jeweils auf einem sich vom Zahnradkörper auswärts erstreckenden Schenkel angeordnet sind.

Bei dem aus der DE-PS 2 63 958 bekannten Zahnrad dieser Art, das aus einer Mehrzahl einzelner Zahnringe zusammengesetzt ist, stehen die einzelnen Zähne schräg auf der Ebene der nur jeweils leicht in Umfangsrichtung gegeneinander verschobenen Zahnringe. Die Umfangserstreckung der Zwischenräume zwischen benachbarten, auf Schenkeln sitzenden Zähnen eines Zahnringes ist kleiner als die der sie einschließenden Schenkel. Die Zähne dieses Zahnrades weichen einem Zahndruck daher im wesentlichen seitlich und nicht in Umfangsrichtung aus; das Zahnrad ist nur unter Aufwand herzustellen, da die Zahnringe einzeln gefertigt, in der benötigten, bo jeweils in Umfangsrichtung leicht gegeneinander verschobenen Stellung angeordnet, zum Zahnrad verbunden und gegebenenfalls nachbearbeitet werden müssen.

Aus der DE-OS 20 42 354 ist ein Zahnrad mit in einer Reihe angeordneten, radial oder schräg geschlitzten es Zähnen bekannt, bei welchem jeder Zahn selbst, unter Verengung des Schlitzes, in Umfangsrichtung verformbar ist. Wegen des nur geringen Ausweichvermögens und der hohen verbleibenden Steifheit der Zähne kann es bei diesem Zahnrad zu störenden Deformations- und Laufgeräuschen sowie zu unpräzisem Kämmen kommen.

Es ist weiter an sich bekannt, ein Zahnrad mit zwei Verzahnungen aus biegeverformbarem Kunstharz herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Zahnrad der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei geräuscharmen, eingriffsicherem Kämmen auch mit kleinen Abmessungen unaufwendig zu fertigen ist

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Zahnrad der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Merkmale auf.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 definiert

Das Zahnrad ist zum Beispiel durch Spritzgußtechnik leicht herstellbar. Es ist unter extrem geringer elastischer Vibration biegeverformbar und daher mit höherer Präzision und stark verringerter Geräuschentwicklung für Uhren und ähnliche Vorrichtungen verwendbar.

Auch ein beim Kämmen mit einem anderen Zahnrad elastisch beträchtlich biegeverformter Zahn ist immer noch außer Berührung mit dem nächsten Zahn.

Wenn die Scheune! und die Zwischenräume zwischen den Schenkeln in Umfangsrichtung mit einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Radialrichtung des Zahnrades geneigt sind, sind die Zähne nicht nur in einer Richtung elastisch deformierbar, sondern beim Eingriff mit einem anderen Zahnrad wirkt der Trägheitsrotation des Zahnrades eine Kraft entgegen, wenn sich der betroffene Zahn von seiner elastischen Deformation wieder zurückstellt Hierdurch wird die Vibration sehr schnell abgeschwächt was eine Änderung der Abstände (Teilung) verhindert.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zahnrades anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 perspektivisch ein teilweise weggebrochenes Zahnrad;

Fig.2 einen Teilschnitt entlang der Linie H-Il in Fig.1;

F i g. 3 einen Teil des Außenumfanges des Zahnrades;

Fig.4 einen Teil des Zahnrades beim Kämmen mit einem weiteren Zahnrad;

Fig.5 perspektivisch ein teilweise weggebrochenes abgewandeltes Zahnrad mit gegenüber den F i g. 1 bis 4 anders angeordneten Zähnen;

F i g. 6 einen Teil des Zahnrades nach F i g. 5 in Aufsicht auf die Zähne;

F i g. 7 in perspektivischer Teilansicht eine weitere Ausführungsform des Zahnrades;

F i g. 8 eine seitliche Teilansicht des Zahnrades nach Fig. 7;

Fig.9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in F ig. 8;

Fig. 10 einen Teil des Zahnrades in Fig. 7 beim Kämmen mit einem weiteren Zahnrad;

F i g. 11 graphisch die Bewegung eines Zahnes des Zahnrades nach Fi g. 7 in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen Rotationswinkel und Zeit bei intermittierender Rotation;

Fig. 12 schematisch die entsprechende Bewegung der Zähne;

Fig. 13 graphisch die Bewegung eines Zahnes eines Zahnrades mit radial verlaufenden Zwischenräumen in Abhängigkeit vom Verhältnis der Fig. 11 und

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F ί g. 14 entsprechend F i g. 12 die Bewegung des Zahnes eines Zahnrades gemäß F i g. 13.

F i g. 1 bis 3 zeigen ein Zahnrad A mit einem Zahnradkörper 1 und einer Mehrzahl von mit diesem einstückigen Zähnen 2,3, die in zwei axial nebeneinanderliegenden Zahnreihen in Umfangsrichtung auf Lücke zueinander angeordnet sind. Wenn man das Zahnrad A nur in axialer Richtung sieht, sind die Zähne 2,3 mit konstantem Abstand umfcngsmäßig um das Zahnrad angsordnet, wie es auch bei Üblichen Zahnrädern der Fall ist; dreidimensional betrachtet sind die Zähne 2, 3 jedoch umfangsKiäßig in zwei axial voneinander getrennten Zahnreihen angeordnet, wobei die Zähne einer Zahnreihe in der gleichen, zur Achse des Zahnrades senkrechten Ebene stehen. Jeder der Zähne 2, 3 umfeßt einen Schenkel 26 bzw. 36, der sich vom Zahnradkörper 1 auswärts erstreckt, sowie einen mit dem Außenende des Schenkels 26 bzw. 36 einstückigen Eingreifabschriitt 2a', 3a'zum kämmenden Eingriff mit einem anderen Zahnrad. Die Zähne 2,3 einschließlich der Eingreif abschnitte

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Zahnreihen so, daß die Schenkel 26 bzw. 36 in for vorderen bzw. hinteren Zahnreihe in einem vorgegebenen Umfangsabstand voneinander angeordnet sind. Die so gebildeten Zwischenräume 4 bzw. 5 zwischen den Schenkeln 26 bzw. 36 machen die Zähne 2 bzw. 3 begrenzt elastisch biegeverformbar. Die Zwischenräume 4 bzw. 5 zwischen den Schenkeln 26 bzw. 36 der Zähne 2 bzw. 3 sind radial am Zahnradkörper 1 ausgebildet

Die Eingreifabschnitte 2a' bzw. 3a' entsprechen den Zähnen eines üblichen Zahnrades und besitzen Stirnseiten 2a bzw. 3a an umfangsmäßig gegenüberliegenden Seiten. Bei dieser Ausführungsform weisen die Zähne 2 bzw. 3 einschließlich der Eingreifabschnitte 2a bzw. 3a und der Schenkel 26 bzw. 36 jeweils die Hälfte der Dicke des Zahnradkörpers 1 auf. Die Zwischenräume 4 bzw. 5 weisen eine größere Umfangserstreckung als die sie einschließenden Schenkel 26 bzw. 36 auf, wodurch der gesamte Schenkel 26 bzw. 36 jedes Zahnes 2 bzw. 3 von den Schenkeln 36 bzw. 26 der benachbarten Zähne der anderen Zahnreihe jeweils um ein Spiel 6 in Umfangsrichtung beabstandet ist.

Das Zahnrad A ist aus Uhrethanharz gefertigt, kann jedoch auch aus anderen Harzen mit geeignet hohem Abriebwiderstand und mechanischer Festigkeit hergestellt werden. Auch weiche Metalle wie Aluminium bzw. Kupfer sind verwendbar. Das Zahnrad ist — zum Beispiel durch Spritzguß — als cinstückiges Bauteil ausgebildet. Dieses Zahnrad ist leicht herzustellen, da die separaten Formteile leicht ar, den die vordere bzw. die hintere Reihe bildenden Abschnitten zusammenzufügen sind.

F i g. 4 zeigt das im Betrieb in ein anderes Zahnrad B eingreifende Zahnrad A. Wenn ein herkömmliches Stirnzahnrad als Zahnrad B verwendet wird, greifen die Zähne des Zahnrades B zwischen die vorderen bzw. h<nteren Zähne 2, 3 des Zahnrades A, falls nicht der Zahn des Zahnrades B eine derartige Dicke aufweist, daß er gleichzeitig die Zähne 2 und 3 berührt. Falls gewünscht, kann das Zahnrad B ebenso wie das Zahnrad A ausgebildet werden, wobei die Zähne des einen Zahnrades mit den entsprechenden Zähnen des anderen Zahnrades in den vorderen bzw. hinteren Zahnreihen in Eingriff treten.

Während des Betriebes ermöglichen die Zwischenräume 4 bzw. 5 den Zähnen 2 bzw. 3 die erforderliche elastische Biegeverformung, Dies federt die Stirnseiten 2a bzw. 3a beim Eingriff ab, so daß das Auftreten eines Auftreffgeräusches vermieden wird. Wenn sich zudem die Kraft am Berührungspunkt 7 aufgrund fehlerhaften Zahnabstands oder ähnlichem verändert, verformt sich der betroffene Zahn, wie die gestrichelten Linien in F i g. 4 zeigen, unter Biegung, um ein abruptes Ändern der Belastung des Zahnes zu verhindern.

Im Bereich des Spiels 6 sind die Zähne 2 bzw. 3 elastisch deformierbar, ohne einander zu berühren. Selbst wenn die Zähne 2 bzw. 3 darüber hinaus elastisch biege verformt werden, kommen die Zähne 2 bzw. 3 lediglich an den Stirnseiten in Gleitberührung miteinander, stoßen jedoch nicht aufeinander, so daß nur ein geringer Reibungswiderstand an den gleitenden Flächen auftritt Die F i g. 5 und 6 zeigen ein abgewandeltes Zahnrad A, bei dem die Zähne 2 der vorderen Zahnreihe in einem axialen Abstand 8 von den Zähnen 3 der hinteren Zahnreihe angeordnet sind. In diesem Fall liegt Spiel jeweils zwischen den Schenkeln 26 der vorderen Zahnreihe und den Schenkeln 3b der hinteren Zahnreihe. Diese Anord nung macht die Zähne 2 bzw. 3 jederzei- -jmfangsmäßig in großem Maße innerhalb der Zwischenräume 4 bzw. 5 biegeverformbar, wobei sie nicht miteinander in Berührung kommen. Auch bei der ersten Ausführungsform sind die Zähne 2 bzw. 3 im wesentlichen innerhalb der Zwischenräume 4 bzw. 5 elastisch biegeverformbar und selbst innerhalb des Bereiches, in dem die Zähne 2 bzw. 3 außer Berührung miteinander bleiben, reicht die zugelassene elastische Verformung der Zähne zur Geräuschvermeidung.

Die Fig.7 bis 10 zeigen eine weitere Ausführungsform. Ein Zahnrad Λ'weist, ähnlich der ersten Ausführungsform, einen Zahnradkörper 11 und eine Mehrzahl von sich von dessen Außenumfang einstückig mit ihm erstreckenden Zähnen 12 bzw. 13 auf. Die Zähne 12 bzw. 13 sind in zwei axial nebeneinanderliegenden Zahnreihen in Umfangsrichtung auf Lücke zueinander angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform besitzen die Zähne 12 bzw. 13 einen Schenkel 126 bzw. 136, der sich vom Zahnradkörper 11 auswärts erstreckt, und ei nen mit dem äußeren Ende des Schenkels 126 bzw. 136 einstü-:kigen Eingreifabschnitt 12a'bzw. 13a'zum Eingriff mit einem anderen Zahnrad. Es sind auch Zwischenräume 14 bzw. 15 zwischen den Schenkeln 126 bzw. 136 anstatt zwischen den Eingreifabschnitten 12a' und 13a', die herkömmlichen Zähnen entsprechen, vorhanden. Die Schenkel 126 bzw. 136 sowie die Zwischenräume 14 bzw. 15 sind jeweils unter einem Winkel θ gegen die Radialrichtung zu einer Umfangsrichtung hin geneigt und bilden Eingreifabschnitte 12a'bzw. 13a'soso wie ebenfalls geneigte Zwischenräume 14 bzw. 15 zwischen den entsprechenden Schenkeln 126 bzw. 136 der vorderen bzw. hinteren Zahnreihe.

Durch üis Neigungsrichtung der Schenkel 126 bzw. 136 sowie der Zwischenräume 14 bzw. 15 steigt der

w Neigungswinkel θ unicr der elastischen Biegiverformung an, wenn die Stirnseiten 12a bzw. 13a der Eingreifabschnitte 12a'bzw. 13a'der durch ein anderes mit dem Zahnrad A' kämmendes Zahnrad erzeugten Drehkraftbelastung unterworfen werden. Wenn beispielsweise das Zahnrad Λ'als angetriebenes Zahnrad verwendet wird und dabei der durch den Pfeil in F i g. 8 angedeuteten Drehkraft unterworfen ist, neigen sich dit Schenkel 126 bzw. 136 in Drehrichtung; die Neigungsrichtung der Schenkel 126 bzw. 136 ist umgekehrt, wenn das Zahnrad /t'als Treibrad verwendet wird. Dieses Erfordernis hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Neigungsrichtung und Drehrichtung des Zahnrades kann durch geeignete Befestigung des Zahnrades an Ort und Stelle erfüllt wer-

den. Der Neigungswinkel fliegt vorzugsweise bei etwa 30 Grad bezüglich der Radialrichtung, ist aber nicht darauf begrenzt

Die geneigten Schenkel \2b bzw. i3b und die Zwischenräume 14 bzw. 15 können so ausgebildet sein, daß der Schenkel 12£> jedes Zahnes 12 in der vorderen Zahnreihe von den benachbarten Schenkeln 13ύ der Zähne 13 der hinteren Zahnreihe um ein Spiel 16 beabstandet ist; die vordere kann von der hinteren Zahnreihe auch axial beabstandet sein.

Das Zahnrad A'dieser Ausführungsform besteht aus dem gleichen Material wie das Zahnrad A der ersten Ausführungsform.

Fig. 10 zeigt das Zahnrad A' in Eingriff mit einem weiteren Zahnrad B'. Wie bei der ersten Ausführungsform kann das Zahnrad B' ein übliches Stirnzahnrad oder aber wie das Zahnrad A 'ausgebildet sein.

Während der intermittierenden Rotation in Pfeilrichtung, z. B. beim Einsatz in Uhren, wird der Zahn 12 bzw. 13, wie die gestrichelte Linie andeutet, unter der BeIastung der Stirnseite 12a bzw. 13a elastisch biegevcrformt. Dabei steigt der Neigungswinkel ödes Schenkels 126 bzw. 13i>, so daß ausreichende Elastizität gewährleistet ist. Ähnlich wie bei dem Zahnrad A der ersten Ausführungsform verhindert die Federwirkung das Auftre- ten eines Auftreffgeräusches und außerdem das Eingreifgeräusch, das durch einen Fehler oder die Beanspruchung des Zahnrads auftreten würde. Wenn das Zahnrad A' anhält, vibriert der Zahn 12 bzw. 13 aufgrund seiner Elastizität; da zu diesem Zeitpunkt eine Kraft in Richtung der Erstreckung des Zahnes gegen die Rotationsrichtung des Zahnrades Λ'auf den geneigten Schenkel \2b bzw. 136 wirkt, klinkt die Vibration sehr schnell ab.

F i g. 11 und 13 zeigen die Beziehung zwischen Rotationswinkel und Zeit für das Zahnrad A' bzw. ein zu V>rgieichszwecken verwendetes Zahnrad mit zwischen den Schenkeln radial verlaufenden Zwischenräumen.

In jeder dieser Darstellungen stellt eine durchgezogene Linie 20 die Primärbewegung des Zahnrades dar, das während der Zeiträume P — t\ und t₃ — U intermittierend rotiert und während der Zeiträume fi — I₁ und 13 — U stillsteht Wegen der durch die geneigten bzw. radial verlaufenden Zwischenräume ermöglichten elastischen Biegeverformung der Zähne rotiert das Zahn- rad während der Zeiträume fo — t, und f2 — /3 verzögen gegenüber der Primärbewegung (Kurve 21). An den Haltepunkten /1 und fj erfolgt aufgrund der Trägheit und der Elastizität eine Vibration des Zahnes.

Beim Anhalten vibriert das Zahnrad mit radial verlaufenden Zwischenräumen in der normalen Halteposition elastisch verhältnismäßig stark, wie die gestrichelte Wellenlinie 23 in Fig. 13 andeutet. Fig. 14 zeigt schematisch diese Bewegung des Zahnrades. Nachdem das vom Antriebsrad ß'angetriebene Zahnrad Cdie norma-Ie Hallestellung erreicht hat (Fig. 14{a)). dreht es sich beim Anhalten des Antriebsrades B' in Drehrichtung unter elastischer Biegeverformung des Zahnes (Fig. 14{b)) weiter, wobei eine erhebliche negative Rückstellkraft entsteht Nachfolgend dreht diese Rück-Stellkraft das angetriebene Zahnrad C in Gegenrichtung, was dieses erheblich über die normale Haltestellung (Fig. 14{c)) zurückstellt und eine positive Rückstellkraft bewirkt Diese wiederholte Bewegung bildet eine Vibration, die den Abstand (Teilung) der Zähne verändert und zu Ungenauigkeiten oder entsprechenden Eingreifgeräuschen führt

F i g. 12 zeigt demgegenüber die Bewegung des Zahn

rades A' der F i g. 7 bis 10. Obwohl das Zahnrad A' eine genügende Elastizität besitzt, wirkt eine Kraft auf den Schenkel 120 bzw. \3b gegen die Trägheitsrotation des Zahnrades A', wenn das Antreibrad B' zum Stillstand kommt (Fig. 12(a)),die eine Weiterdrehung des Zahnrades A'und eine entsprechende elastische Biegeverformung des Zahnes verhindert. Die Verdrehung unter der resultierenden Kraft ist klein (Fig. 12(b)). Während der Stillstandszeiträume it — /2 und t₃ — U in F i g. 11 ist die Vibration des Zahnrades A'gering, wie die gestrichelte Linie 22 zeigt, und klingt sehr schnell ab.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnrad mit zwei axial nebeneinanderliegenden Zahnreihen von in Umfangsrichtung auf Lücke zueinander angeordneten begrenzt nachgiebigen Zähnen (2, 3; 12, 13), die jeweils auf einem sich vom Zahnradkörper auswärts erstreckenden Schenkel (26.36; 126,136;angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß