DE3204530C2 - Schneckengetriebe - Google Patents

Abstract

Die Schnecke (3) ist biegsam und besteht aus einer Wendel, deren einzelne Windungen dadurch miteinander verzahnt sind, daß an das strangförmige Gebilde, aus dem die Wendel gewickelt ist, Erhöhungen und Vertiefungen angeformt sind. Die Schnecke (3) hat an der Innenseite ihrer Krümmung, gemessen auf halber Höhe der Schneckengänge, einen Radius (r ↓S), der größer ist als der Außenradius (r ↓R) des Schneckenrades (2), gemessen auf halber Höhe der Schneckenradzähne. Im Vergleich mit einem Schneckengetriebe, bei dem die Krümmung der Schnecke genau an die Krümmung des Schneckenrades angepaßt ist, wird der Vorteil gewonnen, daß die Wechselbeanspruchungen im Material der Wendel vermindert sind. Dennoch sind gleichzeitig mehrere Schneckengänge mit dem Schneckenrad in Eingriff, so daß der Vorteil einer Verminderung der spezifischen Belastung der Schneckengänge im Vergleich mit einer starren geraden Schnecke erhalten bleibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneckengetriebe mit einer flexiblen bogenförmig gekrümmten Schnecke und einem an der Innenseite des Schneckenbogens angeordneten Schneckenrad, in das mehrere Schneckengänge eingreifen, bei dem die Schnecke aus einer Wendel besteht, die durch Wickeln eines strangförmigen Gebildes hergestellt ist, das zwei Reihen aus Vorsprüngen und Vertiefungen aufweist, wobei im aufgewickelten Zustand des strangförmigen Gebildes die Vorsprünge der einen Reihe in die Vertiefungen der anderen Reihe zur Verhinderung einer gegenseitigen Verdrehung benachbarter Windungen eingreifen.

Ein Schneckengetriebe dieser Art ist z. B. bekannt aus der FR-PS 23 03 997. Der besondere Vorteil eines solchen Schneckengetriebes besteht darin, daß die Schnecke billig hergestellt werden kann und daß die Schnecke unter Ausnutzung ihrer Flexibilität an den Umfang des Schneckenrades angepaßt ist, so daß mehrere Schneckengänge gleichzeitig mit dem Schneckenrad in Eingriff sind. Dadurch wird die spezifische Belastung der einzelnen Schneckengänge gering gehalten, wodurch eine hohe Lebensdauer des Getriebes erzielt wird. Die einzelnen Schneckengänge werden durch das formschlüssige Ineinandergreifen der Erhöhungen und Vertiefungen an gegenseitigen Verdrehungen gehindert, so daß sich die Schnecke weder verengen noch aufweiten kann.

Bei dem bekannten Schneckengetriebe ist die Schnecke genau an das Schneckenrad angepaßt, ri. h. das Schneekenrad wird über einen Teil seines Umfanges von der Schnecke so umschlungen, daß mehrere Schneckengänge voll mit dem Schneckenrad in Eingriff

to sind Infolge der relativ starken Krümmung der Schnecke entstehen bei laufendem Getriebe starke Wechselbeanspruchungen, die für die Lebensdauer der Schnecke nachteilig sind.

Bekannt ist ferner ein Schneckengetriebe mit einer starren Schnecke, die so ausgebildet ist, daß mehrere Schneckengänge gleichzeitig in das Schneckenrad eingreifen (US-PS 20 15 069). Der Krümmungsradius der Schnecke ist ein wenig größer als der Krümmungsradius des Schneckenrades. Hierdurch soll einmal erreicht werden, daß gleiche Schnecken für Schneckenräder mit verschiedenen Zähnezahlen verwendet werden können und zum anderen, daß Fertigungstoleranzen bei der Herstellung überbrückt werden können, so daß eine paarweise Herstellung von Schnecken und Schneckenrädern nicht nötig ist, sondern diese Elemente je für sich serienmäßig gefertigt werden können. Mit der Unterschiedlichkeit von Schneckenkrümmung und Schnekkenradkrümmung wird also nicht angestrebt, die Lebensdauer des Getriebes zu verbessern. Berechnung und Herstellung einer ausgekehlten Schnecke gemäß der US-PS sind außerordentlich schwierig und langwierig, da sich das Profil der Schneckengänge fortlaufend ändert und in der Nähe des dicken Endes der Schnecke auch Hinterschneidungen nötig sind. Die Gleitgeschwindigkeiten zwischen Schnecke und Schneckenrad sind längs der Schnecke verschieden. An der dicksten Stelle der Schnecke ist die Gleitgeschwindigkeit etwa doppelt so groß wie an ihrer dünnsten Stelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneckengetriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter Erhaltung der Vorteile einer billigen Herstellung und eines großen möglichen Drehmomentes bei gegebenen Abmessungen die Lebensdauer vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Krümmungsradius der Schnecke (Schnekkeninnenkrümmung), gemessen auf halber Höhe der Schneckengänge an der Innenseite des Schneckenbogens, größer ist als der Radius des Schneckenrades (Schneckenradkrümmung), gemessen auf halber Höhe der Schneckenradzähne, so daß die Eingriffstiefe der Schneckengänge in das Schneckenrad mit Entfernung von der Mitte des Eingriffsbereichs abnimmt

Bei einem so ausgebildeten Schneckengetriebe sind ebenfalls mehrere Gänge des Schneckenrades gleichzeitig im Eingriff mit dem Schneckenrad. Die Eingriffstiefe der Schneckengänge in das Schneckenrad nimmt mit Entfernung von der Mitte des Eingriffsbereiches ab. Trotzdem wirken mehrere Gänge der Schnecke gleichzeitig auf Zähne des Schneckenrades ein, so daß der Vorteil einer Verminderung der spezifischen Belastung der Schneckengänge erhalten bleibt Die relativ schwache Krümmung der Schnecke bringt den Vorteil, daß die Wechselbeanspruchungen im Material der Wendel, aus der die Schnecke gewickelt ist, relativ klein sind, so daß eine hohe Lebensdauer der Schnecke erreicht wird. Die Unterschiedlichkeit von Schneckenkrümmung und Schneckenradkrümmung kompliziert

die Fertigung nicht, da die Schnecke Ober ihre gesamte Länge ein gleichbleibendes Profil hat Auch sind die Gleitgeschwindigkeiten zwischen Schnecke und Schneckenrad über die gesamte Länge der Schnecke gleich groß.

Vorteilhafte Verhältnisse zwischen der Schneckeninr.enkrümmung und der Schneckenradkrümmung sind im Anspruch 2 angegebea Vorteilhafte Verhältnisse für die Profilierung der Schneckengänge sind im Ansprucn 3 angegebea Die absoluten Größen richten sich nach dem Einsatzfall des Getriebes. Geeignete Proportionen für das Profil der Schneckengänge sind im Anspruch 4 angegeben. Relativ breite Schneckengänge wird man bei höheren Drehmomenten bevorzugen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einec Schneckengetriebes,

F i g. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in F i f. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein strangförmiges Gebilde zur Herstellung einer Schnecke,

F i g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen vergrößerten diametralen Schnitt durch eine gerade Schnecke,

F i g. 6 eine vergrößerte Darstellung eines Bereiches, in dem zwei benachbarte Schneckenwindungen ineinandergreifen, und

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines Schnekkenrades und eines Teiles einer darin eingreifenden Schnecke.

Die Hauptteile des dargestellten Schneckengetriebe sind ein Gehäuse 1, ein Schneckenrad 2 und eine in das Schneckenrad eingreifende Schnecke 3.

Das Gehäuse 1 ist aus drei Platten 4, 5, 6 zusammengesetzt, die mittels nicht gezeigter Mittel, z. B. mittels Schrauben oder Nieten, miteinander verbunden sind. In den äußeren Platten 4, 6 ist eine Welle 7 gelagert, die einen Vierkant 7a ausweist, der in ein Vierkantloch des Schneckenrades 2 eingreift (F i g. 2).

Die Schnecke 3 ist durch Aufwickeln eines strangförmigen Gebildes 8 (Fig.3) hergestellt. Das strangförmige Gebilde hat den aus Fig.4 ersichtlichen, etwa T-förmigen Querschnitt Dieser Querschnitt hat einen T-Stamm 9 und T-Arme 10 und 11. Die T-Arme 10, 11 sind Schnitte durch Randflansche des T-förmige:i Gebildes. Diese Randflansche sind nach Art von Zahnstangen ausgebildet Die Zähne auf der einen Seite sind mit 12 und die Zähne suf der anderen Seite mit 13 bezeichnet Die Zahnlücken sind auf der erstgenannten Seite mit 14 und die Zahnlücken auf der anderen Seite mit 15 bezeichnet

Die Abmessungen für ein Getriebe, das eine mäßige Leistung übertragen soll (z. B. das Getriebe eines Fensterhebers eines Kraftfahrzeuges), können wie folgt sein: Höhe h des T-Stammes ca. 1,5 mm, Breite b des T-Stammes ca. 1 mm, Dicke s der Randflansche 10, 11 ca. 0,5 mm und Gesamtbreite a des Profiles ca. 2,2 mm. Die Zahnlücken 14, 15 können bis an die Seitenwände 9a, 9b des T-Stammes herangeführt sein.

Die Schnecke wird durch Aufwickeln des Gebildes 8 auf einen Dorn hergestellt, wobei die Zähne und Zahnlücken miteinander in Eingriff gebracht werden.

Im montierten Zustand des Getriebes liegt die Schnecke gemäß den Fig. 1 und 2 im Gehäuse 1. Zur Aufrechterhaltung einer gebogenen Form der Schnecke ist in der mittleren Platte 5 ein gekrümmter Schlitz 16 angeordnet. Parallel zu diesem Schlitz verlaufen in den Platten 4 und 6 gekrümmte Rillen 17 und 18. In axialer Richtung ist die Schnecke auf folgende Art und Weise fixiert: An ihrem in F i g. 1 links liegenden Ende ist die Schnecke mit einer Hülse 19 armiert, die in einer Erweiterung 20 des Gehäuses 1 gelagert ist Am anderen Ende (in F i g. 1 rechts befindlich) ist die Schnecke fest mit einem Lagerungsteil 21 verbunden, der in einer Ausnehmung 22 des Gehäuses 1 aufgenommen ist Am Lagerungsteil 21 befindet sich ein Bund 21a, der ein Fenster 23 durchgreift Durch diesen Eingriff wird ein Axiallager gebildet

Die Antriebswelle des Getriebes wird bei 21 b angeschlossen. Das Abtriebsende des Getriebes ist der Teil Tb des Lagerzapfens 7.

F i g. 6 zeigt eine Alternative mit anderer Zahnform, nämlich mit Zähnen, die gewölbte Flanken haben. Diese Zähne sind mit 12' und 13' bezeichnet Möglich sind auch weitere Zahnformen, insbesondere auch unsymmetrische Zähne, wie sie in der DE-AS 28 45 903 beschrieben sind.

Die bis jetzt beschriebene Ausbildung des Getriebes ist an sich bekannt. Neu ist die spezielle Krümmung der Schnecke 3, zu der folgendes ausgeführt wird:

Die Krümmung des Schneckenrades 2 ist mit tr bezeichnet und bezieht sich auf den Durchmesser auf halber Zahnhöhe. Die Krümmung der Schnecke ist mit rs bezeichnet und bezieht sich auf die Krümmung an der Innenseite des Schneckenbogens, und zwar wiederum gemessen auf halber Höhe der Schneckengänge. Diese Krümmungen und ihr Zusammenhang untereinander werden nachfolgend anhand von F i g. 7 erläutert

Das Schneckenrad 2 ist in F i g. 7 symbolisch durch drei Kreise dargestellt, nämlich einen inneren strichpunktierten Kreis 24, einen mittleren strichpunktierten Kreis 25 und einen äußeren gestrichelten Kreis 26. Der innere Kreis 24 ist der Durchmesser des Schneckenrades am Grund der Schneckenradzähne 34. Der Kreis 26 ist der Durchmesser des Schneckenrades am Kopf der Schneckenradzähne. Der Kreis 25 ist der Teilkre's der Verzahnung und befindet sich etwa auf halber Höhe der Schneckenradzähne.

Die Schnecke 3 ist wiederum durch Kreise symbolisiert. Der strichpunktierte Kreis 27 ist die Mittellinie der Schnecke. Die Kreise 28 und 28' verlaufen längs des Schneckeninnendurchmessers, d. h. längs des Durchmessers, auf dem die Flächen 10a und 11a (siehe F i g. 4) liegen. Die äußeren gestrichelten Kreise 29 liegen auf dem Durchmesser, auf dem sich der Scheitel 9c (vergleiche F i g. 4) der Schneckengänge 33 befinden. Die strichpunktierten Linien 30 und 30' liegen etwa auf halber Höhe der Schneckengänge.

Der Durchmesser r« des Schneckenrades 2 reicht vom Mittelpunkt M\ des Schneckenrades bis zum strichpunktierten Kreis 25, während der Krümmungsradius rs von einem Punkt M₂ bis zu der strichpunktierten Linie 30 reicht Die Mittelpunkte M\ und M₂ haben einen relativ großen Abstand voneinander. Bei den gezeichneten Verhältnissen ist der Krümmungsradius rs fast doppelt so groß wie der Krümmungsradius /·«. Am Punkt P\ berühren sich die strichpunktierten Kreise 25 und 30. An dieser Stelle ist ein Schneckengang 33 in vollem Eingriff mit einer Zahnlücke zwischen zwei Zähnen 34 des Schneckenrades 2. In den Punkten P₂ und Pi schneidet der gestrichelte Kreis 29 der Schnecke 3 den gestrichelten Kreis 26 des Schneckenrades 2.

Die vom Mittelpunkt M\ ausgehenden strichpunktierten Linien 31 und 32, die zu den Punkten P₂ und Pi führen, definieren einen Sektor E, den man als Eingriffsbereich bezeichnen kann. Die Eingriffstiefe der Schnecken-

gänge in die Zahnlücken des Schneckenrades nimmt mit der Entfernung vom Punkt Pi ab. Jedoch wirken auch die nur teilweise eingreifenden Schneckengänge antreibend auf das Schneckenrad. Unter Berücksichtigung des Teilungsabstandes t zwischen benachbarten Schneckengängen wird man den Eingriffsbereich E so groß wählen, daß in diesem Eingriffsbereich etwa 16 Schneckengänge liegen. Von einer solchen Anzahl von Schneckengängen sind etwa 9 Schneckengänge in so tiefem Eingriff mit den Zahnlücken des Schneckenrades, daß eine Antriebswirkung auf das Schneckenrad 2 von diesen Schneckengängen ausgeübt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schneckengetriebe mit einer flexiblen bogenförmig gekrümmten Schnecke und einem an der Innenseite des Schneckenbogens angeordneten Schneckenrad, in das mehrere Schneckengänge eingreifen, bei dem die Schnecke aus einer Wendel besteht, die durch Wickeln eines strangförmigen Gebildes hergestellt ist, das zwei Reihen aus Vorsprüngen und Vertiefungen aufweist, *obei im aufgewickelten Zustand des strangförmigen Gebildes die Vorsprünge der einen Reihe in die Vertiefungen der anderen Reihe zur Verhinderung einer gegenseitigen Verdrehung benachbarter Windungen eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (rs) der Schnecke (3) (Schnekkeninnenkrümmung), gemessen auf halber Höhe der Schneckengänge (33) an der Innenseite des Schneckenbogens, größer ist als der Radius (n) des Schneckenrades (2) (Schneckenradkrümmung), gemessen auf halber Höhe der Schneckenradzähne (34), so daß die Eingriffstiefe der Schneckengänge (33) in das Schneckenrad (2) mit Entfernung von der Mitte des Eingriffsbereichs f£? abnimmt

2. Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckeninnenkrümmung (rs) das 1,5 fache bis 2,5 fache der Schneckenradkrümmung (r/0 beträgt, vorzugsweise das ca. 2 fache.

3. Schneckengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Höhe (h) der Schnekkengänge (33) und dem Teilungsabstand (t) zwischen benachbarten Schneckengängen (33) im Bereich von 1 :1 bis 1 :1,5 liegt, vorzugsweise ca 1,07 beträgt

4. Schneckengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (h : b) zwischen Höhe (ti) und Breite (b) der Schneckengänge im Bereich von 1,25 :1 bis 2,5 :1 liegt, vorzugsweise ca. 1,5 :1 beträgt