DE3322907C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere für Kettentriebe, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.

Ein Zahnrad ist bekannt, welches eine im Radkörper eingegossene Ringscheibe besitzt, die an ihrem radial äußeren Rand mit einem den Zahnkranzabschnitt stützenden Kragen versehen ist (US-PS 30 76 352). Die Druck- und Biegefestigkeit der Zähne dieses Zahnrades hängt im wesentlich von der Festigkeit des verwendeten Gießwerkstoffes (Kunststoff) ab. Da die Zähne vieler Zahnräder, insbesondere die Zahnräder für Kettentriebe, eine große Zahnhöhe aufweisen und deshalb größeren Biegebeanspruchungen ausgesetzt sind, muß der Zahnradkörper des bekannten Zahnrades aus einem äußerst festen und relativ teuren Kunststoff abgegossen werden. Ein hochfester Gießwerkstoff hat im allgemeinen eine große Härte und ist in seiner Verarbeitung wegen der Gefahr von Versprödungsbrüchen relativ aufwendig. Hinzu kommt, daß ein aus hartem Gießwerkstoff hergestellter Zahnkranzabschnitt im Betrieb des Zahnrades ein lästiges Laufgeräusch verursachen kann.

Bei einem bekannten Zahnrad der genannten Gattung ist eine Ringscheibe aus Metall in einem Gießwerkstoff eingebettet, die an ihrem äußeren Rand abwechselnd nach der einen und der anderen Seite verschränkte Vorsprünge aufweist (DE-AS 11 29 024). Wegen der Schrägstellung der Vorsprünge dieses bekannten Zahnrades werden die aus Gießwerkstoff bestehenden Zähne von den seitenunsymmetrischen Vorsprüngen jedoch ungleichmäßig gestützt. Hinzu kommt, daß der Nabenabschnitt relativ weich und nachgiebig ist, wenn dieser aus einem stoßdämpfenden Gießwerkstoff, z. B. Kunststoff, gefertigt wird. Der Nabenabschnitt des bekannten Zahnrades läßt sich dann auf einem Lagerelement nicht zentrisch und steif genug abstützen.

Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad der angegebenen Gattung zu schaffen, dessen Radkörper trotz hoher Druck- und Biegefestigkeit der Zähne der Stirnverzahnung des Zahnkranzabschnittes aus einem relativ weichen stoßdämpfenden Gießwerkstoff (Kunststoff) gefertigt werden kann und dabei mit seiner Bohrungsfläche unnachgiebig steif auf einem Lagerelement abstützbar ist.

Mit dem Zahnrad der Erfindung wird erreicht, daß die einzelnen Zähne des Zahnkranzabschnittes des Zahnradkörpers durch den zugehörigen radialen Vorsprung sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung versteift sind. Dabei haben die durch die Vorsprünge versteiften Zahnflanken eine hohe Druckfestigkeit selbst dann, wenn der Radkörper mit einem nachgiebigen stoßdämpfenden Kunststoff hergestellt ist. Jeder Zahn des Zahnkranzabschnittes hat eine hohe Biegefestigkeit, so daß das Zahnrad auch schwere Betriebsbedingungen mit hohen Zahnbelastungen aushält.

Der Zahnkranz ist in radialer Richtung steif und konzentrisch auf dem Lagerelement abgestützt, so daß die Zähne des Zahnkranzes am vorgeschriebenen Teilkreisdurchmesser mit der Kette oder mit dem zugehörigen Gegenzahnrad ordentlich in Eingriff stehen, auch wenn der Gießwerkstoff des Radkörpers eine elastische Nachgiebigkeit aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zahnrades sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Ausbildung des Zahnrades nach Anspruch 2 bewirkt, daß die Zahnflanken in der Nähe des Zahnfußes, wo sie ihre größte Belastung erhalten, relativ steif und unnachgiebig vom äußeren Rand der Ringscheibe gestützt sind. Radial nach außen zum Zahnkopf hin sind die Zahnflanken in Abhängigkeit von der Kompressibilität und/oder Biegeelastizität des verwendeteten Gießwerkstoffes in zunehmendem Maße elastisch nachgiebig ausgebildet. Die radial äußeren Enden der Zähne führen somit die einzelnen Kettenglieder ohne Anlaufstöße radial nach innen zum Fußgrund des Kettenrades und richten die Kettenglieder dabei aus.

In den Ansprüchen 3 und 4 sind Ringscheiben mit Kragenabschnitten gekennzeichnet, die im Stanz- und Preßverfahren aus einer Platine aus metallischem Bandwerkstoff wirtschaftlich hergestellt werden können.

Anspruch 5 weist auf die Ausbildung eines von einem relativ steifen äußeren Rand der Ringscheibe unterstützten Zahnkranzabschnittes am Radkörper hin. Der Stegabschnitt des Radkörpers kann dabei durch die schwächende Wirkung der Schlitze der Ringscheibe biegenachgiebig ausgebildet sein.

Mit der zusätzlichen Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist eine Biegenachgiebigkeit des Stegabschnittes und des Nabenabschnittes erreichbar, so daß auch Verformungen des Nabenschnitts des Radkörpers ohne Beeinträchtigung der Formgenauigkeit des Zahnkranzabschnittes zugelassen werden können. Derartige Verformungen des Nabenabschnitts können z. B. beim Festsetzen eines Lagerelementes in der Bohrungsfläche des Nabenabschnittes entstehen.

Die Ausgestaltung des Zahnrades nach Anspruch 7 bewirkt, daß die Flächenpressung zwischen dem Lagerelement und der Bohrungsfläche des bzw. der Kragenabschnitte in axialer Richtung ungefähr gleich groß ist, obwohl die Ringscheibe eine vergrößerte radiale Steifigkeit an ihrem radial inneren Rand im Bereich des Stegabschnittes aufweist. Dadurch wird eine schädliche Verwölbung der Ringscheibe bei ihrem Aufsetzen auf das Lagerelement verhindert.

Das erfindungsgemäße Zahnrad wird in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den zugehörigen zeichnerischen Darstellungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Zahnrad,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht entlang der Linie A-A auf das in Fig. 1 dargestellte Zahnrad,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch ein abgeändertes Zahnrad und

Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie B-B durch das in Fig. 4 dargestellte Zahnrad.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein Zahnrad eines Kettengetriebes (Kettenspannrolle) und mit 2 ein in diesem eingebautes Rillenkugellager bezeichnet. Der stillstehende Innenring 4 des Rillenkugellagers 2 sitzt auf der Mantelfläche eines zylindrischen Gehäuseansatzes 3 (siehe strichpunktierte Darstellung in Fig. 1) .

Das Zahnrad 1 besteht aus einem Radkörper 5, welcher im vorliegenden Fall aus einem stoßdämpfenden elastisch nachgiebigen Kunststoff hergestellt ist. Im Radkörper 5 ist eine versteifende Ringscheibe 6 aus Stahlblech eingegossen. Der Radkörper 5 besitzt einen eine Stirnverzahnung aufweisenden Zahnkranzabschnitt 7, einen Nabenabschnitt 8 und einen diese beiden Abschnitte 7, 8 miteinander verbindenen Stegabschnitt 9. Im Stegabschnitt 9 ist die Ringscheibe 6 angeordnet, die an ihrem radial äußeren Rand 10 bis in die Nähe des Fußgrundes 11 der Zähne 12 der Stirnverzahnung reicht. Der äußere Rand 10 der Ringscheibe 6 ist mit über den Fußgrund 11 radial nach außen vorstehenden Vorsprüngen 13 versehen. Jeder Vorsprung 13 ist in einem einzelnen Zahn 12 der Stirnverzahnung angeordnet und reicht bis etwa zur halben radialen Höhe der Zähne 12. Im vorliegenden Fall haben die Vorsprünge 13 eine radial nach außen konvex gewölbte, den Krümmungsradius 14 aufweisende Kontur.

Im Bereich zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 13 der Ringscheibe 6 hat der äußere Rand 10 eine konkav nach innen gewölbte Kontur mit dem Krümmungsradius 15. Der äußere Rand 10 der Ringscheibe 6 ist an dieser Stelle kreisabschnittförmig konkav gewölbt, so daß dieser der Kontur des gegenüberliegenden Fußgrundes 11, welche den etwas kleineren Krümmungsradius 16 besitzt, eng angepaßt ist.

Ein kreisrundes, axial durchgehendes Loch 17 ist in der Nähe und radial unterhalb jedes einzelnen Vorsprunges 13 in der Ringscheibe 6 eingearbeitet. Die Löcher 17 sind auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser am Umfang der Ringscheibe 6 angeordnet.

An ihrem radial inneren Rand hat die Ringscheibe 6 einen einstückig mit diesem verbundenen Kragenabschnitt 18, welcher als ringförmiger Ansatz ausgebildet und im Nabenabschnitt 8 des Radkörpers 5 angeordnet ist. Dieser Kragenabschnitt 18 verläuft in einer der beiden axialen Richtungen und steht somit gegenüber der Ringscheibe 6 axial vor. Er trägt die zylindrische Bohrungsfläche 19, auf der das äußere Lagerelement 20 des Rillenkugellagers 2 direkt abgestützt ist.

Der Kragenabschnitt 18 besitzt in seiner Bohrung im Anschluß an die Bohrungsfläche 19 eine zylindrisch ausgedrehte, radiale Vertiefung 21. Diese Vertiefung 21 ist mit dem Gießwerkstoff des Radkörpers 5 ausgefüllt, so daß die Bohrungsfläche 19 des Kragenabschnitts 18, in die anschließende Bohrungsfläche des Nabenabschnitts 8 des Radkörpers 5 absatzlos übergeht.

Das Herstellen des Zahnrades 1 erfolgt in einer Gießform (nicht gezeigt), welche das Rillenkugellager 2 mit auf diesem axial aufgeschobener Ringscheibe 6 enthält. Zylindrische Arretierungsstifte (nicht gezeigt) können dabei in die axialen Löcher 17 der Ringscheibe 6 vorübergehend eingreifen und die Ringscheibe 6 in der Gießform in ihrer vorgesehenen Lage festhalten. Beim Fertiggießen des Radkörpers 5 wird der Kunststoff auf einer der beiden Seiten der Ringscheibe 6 durch einen konzentrischen, ringförmigen Angießspalt in die Gießform in an sich bekannter Weise eingeführt. Dabei strömt der Kunststoff über den äußeren Rand 10 der Ringscheibe 6 und durch sämtliche axialen Löcher 17 auf die andere Seite der Ringscheibe 6. Die aufeinanderprallenden Gießströme des Randes und der Löcher 17 der Ringscheibe 6 bilden auf der anderen Seite ein Muster von Bindenähten, das rotationssymmetrisch zur Achse des Zahnrades 1 ausgebildet ist. Die Größe der Löcher 17 und die Größe des radialen Spaltes zwischen dem äußeren Rand 10 der Ringscheibe 6 und der radial gegenüberliegenden Wandung der Gießform sind im vorliegenden Fall so aufeinander abgestimmt, daß sich die Gießströme gleichzeitig sowohl über den äußeren Rand 10 des Umfanges der Ringscheibe 6 als auch durch die axialen Löcher 17 bewegen.

In Fig. 3 und 4 ist ein abgeändertes Zahnrad 22 für Kettentriebe dargestellt, welches ebenfalls aus einem Radkörper 5 aus Gießwerkstoff und einer in diesem eingegossenen Ringscheibe 6 aus metallischem Bandwerkstoff besteht. Die Ringscheibe 6 hat an ihrem äußeren Rand 10 radial nach außen vorstehende Vorsprünge 13, die jeweils in einen Zahn 12 der Stirnverzahnung des Zahnkranzabschnittes 7 eingreifen und vom Gießwerkstoff vollständig eingeschlossen sind. Jeweils ein axial durchgehendes Loch 17 ist in der Nähe und radial unterhalb jedes Vorsprunges 13 in der Ringscheibe 6 eingearbeitet.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Ringscheibe 6 zwei Kragenabschnitte 23, 24, welche jeweils in eine der beiden axialen Richtungen verlaufen und im Nabenabschnitt 8 des Radkörpers 5 eingegossen sind. Der eine Kragenabschnitt 23 ist durch in die eine axiale Richtung (in Fig. 3 nach oben) umgebogene Lappen 25 am inneren Rand der Ringscheibe 6 gebildet, während der andere Kragenabschnitt 24 durch die in die andere Richtung (in Fig. 3 nach unten) umgebogenen Lappen 26 am inneren Rand der Ringscheibe 6 angeformt ist. Die einzelnen Lappen 25, 26 sind am Umfang des inneren Rand der Ringscheibe 6 wechselseitig umgebogen.

In der Ringscheibe 6 sind durchgehende Schlitze 27 eingearbeitet, welche von jedem zweiten Loch 17 am Umfang der Ringscheibe 6 ausgehen und radial nach innen durchgehend verlaufen. Die einzelnen Lappen 25, 26 werden durch diese Schlitze 27 am inneren Rand der Ringscheibe 6 begrenzt.

Die zylindrische Bohrung des Nabenabschnitts 8 des Radkörpers 5 und die radial inneren Begrenzungsflächen 19 der Lappen 25, 26 bilden eine gemeinsame Unterstützungsfläche für ein Lagerelement (nicht gezeigt). Das Zahnrad 22 wird also über die Lappen 25, 26 direkt auf dem Lagerelement abgestützt. Am in der Zeichnung in Fig. 3 unteren Ende des Nabenabschnitts 8 ist eine ringförmige Halteschulter 28 angegossen, welche durch radial nach innen weisende Endabschnitte 29 der Lappen 26 abschnittweise versteift ist.

Das in Fig. 3 und 4 gezeigte Zahnrad 22 kann wie das vorhergehend beschriebene Zahnrad 1 in einer Gießform abgegossen werden. Der Gießwerkstoff wird dabei auf einer der beiden Seiten der Ringscheibe 6 in die Gießform (nicht gezeigt) eingeführt, so daß Gießströme entstehen, welche sich über den äußeren Rand der Ringscheibe 6 und durch sämtliche axialen Löcher 17 hindurch zur anderen Seite der Ringscheibe 6 bewegen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Zahnrad weitgehend abgewandelt werden. So kann auch in den in Fig. 3 dargestellten Kragenabschnitten 23, 24 eine gemeinsame radiale Vertiefung eingearbeitet sein, die sich im Bereich der Verbindung der Ringscheibe mit den Kragenabschnitten 23, 24 befindet und die zu den axialen Enden der beiden Kragenabschnitte hin erweitert ist. Die innere Begrenzungsfläche bzw. Bohrungsfläche 19 der Kragenabschnitte 23, 24 kommt dann erst in einem gewissen axialen Abstand von der im Stegabschnitt des Radkörpers angeordneten Ringscheibe mit dem Lagerelement in direkte Berührung.

Außerdem kann beim in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel auch am in der Zeichnung oberen Ende des Nabenabschnitts 8 eine Halteschulter für das Lagerelement angegossen sein. Das Lagerelement kann dann in den Nabenabschnitt 8 des Radkörpers 5 axial eingeschoben und eingeschnappt werden, wenn der Gießwerkstoff und die Lappen 25, 26 biegeelastisch ausgebildet sind.

Claims (7)

1. Zahnrad, insbesondere für Kettenantriebe, bestehend aus einem Radkörper aus Gießwerkstoff mit einem Nabenabschnitt, einem eine Stirnverzahnung aufweisenden Zahnkranzabschnitt und einem diese beiden Abschnitte miteinander verbindenden Stegabschnitt sowie einer im Stegabschnitt eingegossenen Ringscheibe aus Metall, welche an ihrem äußeren Rand bis in die Nähe des Fußgrundes der Zähne der Stirnverzahnung reicht und an ihrem Umfang axial durchgehende, mit Gießwerkstoff gefüllte Löcher aufweist, wobei die Ringscheibe an ihrem äußeren Rand mit über den Fußgrund der benachbarten Zähne radial nach außen vorstehenden, in jeweils einem einzelnen Zahn angeordneten, vom Gießwerkstoff eingebetteten Vorsprüngen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe und radial unterhalb jedes Vorsprunges (13) des äußeren Randes (10) jeweils ein axiales Loch (17) in der Ringscheibe (6) eingearbeitet ist und daß die Ringscheibe (6) an ihrem inneren Rand einen oder zwei im Nabenabschnitt (8) des Radkörpers (5) angeordnete, axial verlaufende Kragenabschnitte (18) mit das Zahnrad (1, 22) auf einem Lagerelement (20) direkt abstützbaren Bohrungsflächen (19) aufweist.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkörper (5) aus einem elastischen Gießwerkstoff hergestellt und jeder Vorsprung (13) der Ringscheibe (6) etwa bis zur halben radialen Höhe der Zähne (12) der Stirnverzahnung reichend angeordnet ist.

3. Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragenabschnitt durch lediglich einen nach einer axialen Richtung umgebogenen, ringförmigen Ansatz (18) der Ringscheibe (6) gebildet ist.

4. Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Nabenabschnitt (8) des Radkörpers (5) zwei Kragenabschnitte (23, 24) angeordnet sind, wobei beide Kragenabschnitte (23, 24) durch wechselseitig in die eine und in die andere axiale Richtung umgebogene Lappen (25, 26) am Umfang des inneren Randes der Ringscheibe (6) gebildet sind.

5. Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) einen oder mehrere von jeweils einem der axialen Löcher (17) radial nach innen verlaufenden, axial durchgehenden Schlitz (27) aufweist.

6. Zahnrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Schlitze (27) der Ringscheibe (6) radial nach innen durchgehend ausgebildet sind.

7. Zahnrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) an ihrem inneren Rand eine zum axialen Ende des einen oder der beiden Kragenabschnitte (18, 23, 24) hin erweiterte, mit elastisch oder plastisch nachgiebigen Gießwerkstoff des Radkörpers (5) gefüllte, umlaufende, radiale Vertiefung (21) aufweist.