DE3426281A1

DE3426281A1 - Stossdaempfendes schneckenradgetriebe

Info

Publication number: DE3426281A1
Application number: DE19843426281
Authority: DE
Inventors: Harry H. Southfield Mich. Oyafuso
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1983-07-18
Filing date: 1984-07-17
Publication date: 1985-02-07
Also published as: DE3426281C2; US4541296A; JPS6037440A

Description

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Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing- B. Jochein

6000 Frankfurt / Main Staufenstraße

Anm.: Ford-Werke_AGL Ottöplatz 2 5ooo Köln 21

Bezeichnung: Stoßdämpfendes Schneckenradgetriebe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schneckenradgetriebe mit einer Antriebsschnecke und einem Schneckenrad.

Bei einfachen Schneckenradgetrieben, insbesondere solchen mit Schneckenrädern aus Kunststoff, ist die Erzeugende, die auch den axialen Verlauf des Zahnkopfes bestimmt, eine Gerade mit auf ihrer gesamten Längen gleichbleibenden Abstand zur Achse des.Schneckenrades. Ein solches Zahnrad hat die Form eines wölbungsfreien Zylinders mit Zähnen, die sich von vertikalen Seiten aus erstrecken. Die Eingriffsfläche 41 zwischen einer Schnecke 4o und einem Schneckenrad 42 unter geringen Belastungen ist in der den Stand der Technik wiedergebenden Fig» 1 durch gestrichelte Schraffur angedautet.

Wenn eine wesentlich höhere Belastung auf die Schnecke 4o und das Schneckenrad 42 ausgeübt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wird die dort rait 41A bezeichnete Eingriffsfläche verkleinert. Eine solche verkleinerte Eingriffsfläche 41A kann zu einem Abstreifen oder einer anderen Beschädigung des Getriebezugs führen. Es ist deshalb erwünscht, die von großen Belastungen hervorgerufene Trennung zwischen Schnecke und Schneckenrad zu vermindern oder ganz auszuschließen.

Insbesondere können diese Probleme bei einem Scheibenwischersystem in einem Kraftfahrzeug auftreten«, Der Getriebezug muß so beschaffen sein, daß er den Stoßbelastungen, die beim plötzlichen Stillstand des Scheibenwischermotors und der Ankerträgheit unter ungünstigen Arbeitsbedingungen widersteht, wie sie auftreten, wenn Wischerblätter an der Windschutzscheibe festgefroren sind, oder unter schweren Schneebelastungen, wenn der Wischwinkel des Wischerblatts begrenzt ist. Unter solchen Bedingungen sind die Zähne des Schneckenrades hohen Belastungen unterworfen und können ihren Dienst versagen.

Es sind auch Schneckenradgetriebe mit Zähnen des Schneckenrades bekannt, die an beiden Enden hochgewölbt sind und der Kontur der Schnecke folgen. Derartige Globuidzahnräder sind jedoch "schwierig herzustellen. Wenn ein solches Zahnrad aus Kunststoff gespritzt oder gegossen wird, muß das Werkzeug aus mindestens zwei Teilen bestehen, um das darin hergestellte Zahnrad dem Werkzeug entnehmen zu können. Schneckenräder mit hoher Qualität sind wegen der Möglichkeit einer Fehlanpassung zwischen den Werkzeugteilen nur schwer zu erhalten. Ferner haben solche Schneckenräder in der Regel nur steife Grundkörper, die kein Biegen gestatten. Wenn keine Biegemöglichkeit besteht, wird die gesamte Antriebsbelastung der Schnecke auf denjenigen Zahn des Schneckenrades übertragen, der sich gerade im Eingriff mit der Schnecke befindet und kann zum Bruch des Zahns führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein stoßunempfindliches Schneckengetriebe zu schaffen, das sich einfach und billig unter Verwendung auch von Kunststoff für das Schneckenrad herstellen läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erzeugende für die Zähne des Schneckenrades einen ersten, zur Radachse parallelen geraden Außenabschnitt aufweist, der einen größeren Radialabstand zur Radachse aufweist als ein zweiter,, zur Radachse paralleler gerader Außenabschnitt, daß zwischen den beiden geraden Abschnitten der Erzeugenden ein gekrümmter Abschnitt angeordnet ist, dessen Radialabstand zur Radachse mit. zunehmendem Abstand vom ersten geraden Abschnitt zunimmt, derart, daß ein der Antriebsschnecke benachbarter BereicRTder Erzeugenden" auf einer Seite des Außenumfangs der Antriebs— schnecke vorsteht, und daß das Schneckenrad federnde Stützmittel für seine Zähne zur Ermöglichung einer Federung des Schneckenrades und einer Vergrößerung des Eingriffs zwischen dessen Zähnen und der Antriebsschnecke aufweist, um der Neigung der Zähne unter Last zu begegnen, außer Eingriff mit der Antriebsschnecke zu gelangen.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schneckenradgetriebes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt zur Schnecke bzw. Axial

schnitt zum Schneckenrad ein Schneckenradgetriebe nach dem Stand der Technik mit achsparalleler gerader Erzeugenden unter normaler Belastung,

Fig. 2 eine ähnliche Schnittdarstellung wie in

Fig. 1 unter erhöhter Belastung mit vermindertem Zahneingriff,

Fig. 3 eine ähnliche Schnittdarstellung wie in

den Figuren 1 und 2 durch ein Schneckenradgetriebe, bei welchem die Erzeugende des Schneckenrades in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 4 die gleiche Darstellung wie in Fig. 3, je

doch in größerem Maßstab, unter erhöhter Belastung zur Veranschaulichung der dabei auftretenden Eingriffsfläche zwischen dem dargestellten Zahn des Schneckenrades und der Schnecke,

Figu 5 eine Stirnansicht eines Teils des Schnecken

rades mit der im Eingriff damit befindlichen Schnecke,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5,

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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines

gemäß der Erfindung ausgebildeten Schneckenrades unter Einzeichnung der Tangential-, Trenn- und Normalkräfte am Schneckenrad und

Fig. 8 einen Ausschnitt einer Radialansicht

auf den Umfang des Schneckenrades zur Veranschaulichung des Schrägstellungswinkels der Zähne und der Richtungen, mit denen die Tangentiallast und die Antriebslast daran angreift.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 besteht das gezeigte Schneckenradgetriebe Io aus einer Antriebsschnecke 12 und einem Schneckenrad 14. Die Zähne 16 des Schneckenrades 14 folgen einer Erzeugenden 18 mit kurvenförmigem Verlauf (Fig. 4). Die Erzeugende 18 besteht aus zwei geraden, achsparallelen Endabschnitten 2o und 22. Zwischen den geraden Endabschnitten 2o und 22 befindet sich ein bogenförmiger Teil 24 mit einem veränderlichen Radius um einen Punkt, der gegenüber der Achse der Antriebs schnecke 12 versetzt ist. Das Schneckenrad 14 hat. somit längs der geraden Erzeugenden 2o und 22 jeweils konstante Durchmesser. Der Durchmesser des geraden Abschnitts 2o ist größer als der Durchmesser des geraden Abschnittes 22. Der Durchmesser des bogenförmigen Abschnitts 24 nimmt mit zunehmendem Abstand von dem geraden Abschnitt 22 zum geraden Abschnitt 2o hin zu.

Durch Anordnung des bogenförmigen Abschnitts 24 dergestalt, daß er wenigstens zum Teil um die Antriebsschnecke 12 herum verläuft, wird die Eingriffsfläche 11 zwischen den Zähnen des Schneckenrades 14 und der Antriebsschnecke 12 gegenüber derjenigen vergrößert, die bei einer Erzeugenden in Form einer Geraden zur Verfügung stehen würde. Jeder Zahn 16 hat Flanken 26, die sich von dem Zahnkopf 28 (Fig. 5) zum Zahnfuß hin

erstrecken. Die Größe und Form des ZahnquerSchnitts ist für jeden Ort der Erzeugenden konstant. Jedoch sind die längs der Erzeugenden 18 aufeinanderfolgenden Zahnabschnitte im bogenförmigen Abschnitt 24 der Erzeugenden radial gegeneinander versetzt.

Die Zahntiefe der Antriebsschnecke 12 und die Zahntiefe des Schneckenrades 14 sind vorzugsweise im wesentlichen gleich groß, so daß eine große Eingriffsfläche 11 erhalten werden kann (Fig. 3).

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, verbleibt auch, wenn sich die Antriebsschnecke 12 gegenüber dem Schneckenrad 14 um einen Abstand D verlagert, eine Zahneingriffsfläche 11A. Insbesondere vergrößert eine Verwerfung der Zähne in einer Axialebene um etwa 1°bis 1,5°, wie dies in Fig. 4 strichpunktiert eingezeichnet ist, die Eingriffsfläche im Vergleich zu einem nicht verworfenen Schneckenrad um die gestrichelt schraffierte Fläche 11B. Obgleich ein solches Verwerfen des Schneckenrades auch zu einem Verlust eines Teils 11C der Eingriffsfläche führt, übersteigt der Gewinn den Verlust um einen Restgewinn in der Eingriffsfläche im Vergleich zu einem nicht aus der Richtung abgelenkten Schneckenrad. Mit Vorteil befindet sich die Achse der Antriebsschnecke 12 nahe dem radial innersten Ende des gewölbten Abschnitts 24 der Erzeugenden 18, so daß der gewölbte Abschnitt 24 längs der Antriebsschnecke 12 anwächst.

Das Schneckenrad 14 hat Speichen 3o, die federnd nachgeben können. Ein bevorzugtes Material für das Schneckenrad 14 ist unarmiertes Acetalharz, welches die erforderlichen physikalischen Eigenschaften besitzt, den Betriebsanforderungen des Antriebssystems unter allen Belastungen standzuhalten. Die Biegeelastizität der Speichen 3o gestattet dem Schneckenrad 14, in der Drehebene und der Axialebene auszuweichen (Fig.7). Das Ausweichen des Schneckenrades 14 in der Axialebene hebt zum Teil den Zahneingriff zwischen der Antriebsschnecke 12

und dem Schneckenrad 14, verursacht durch die Zahntrennkräfte unter extremen Belastungen, auf. Das Federn der Speichen 3o verhindert jedoch, daß die gesamte Antriebsbelastung der Schnecke 12 nur von demjenigen Zahn 16 aufgenommen wird, der sich gerade im Eingriff mit der Antriebsschnecke 12 befindet.

Eine charakteristische Eingriffsfläche für ein unbelastetes

2 Getriebe gemäß Fig. 1 hat die Größe von 78,7 mm und für ein

2 belastetes Getriebe wie in Fig. 2 die Größe von 5o,3 mm , was eine Abnahme der Eingriffsfläche um 36 % bedeutet. Eine charakteristische Eingriffsfläche für ein unbelastetes Getriebe

2 der erfindungsgemäßen Art nach Fig. 3 beträgt 9 4,8 mm und die Eingriffsfläche für ein belastetes Getriebe gemäß der Dar-

2
stellung in Fig. 3 beträgt 63,2 ram , was einer Abnahme um 33 % entspricht. Dieser Vergleich zwischen dem Stand der Technik (Fig. 1 und 2) und der Ausführungsform des Schneckenradgetriebes nach der Erfindung (Fig. 3 und 4), ergibt eine um 3 % geringere Verminderung der Eingriffsfläche bei der erfindungsgemäßen Ausbildung und setzt Schneckenräder desselben Durchmessers und Schnecken derselben Größe und Form voraus.

Gemäß der Darstellung in den Figuren 7 und 8 wird eine Tangentialkraft W. parallel zur Achse des Schneckenrades 14 auf einen Zahn 16 ausgeübt, der gegenüber der Schneckenradachse abgewinkelt ist. Eine Drehkraft W ist parallel zur Drehebene gerichtet. Eine Trennkraft W wird radial auf das Schneckenrad 14 ausgeübt und ist gleich der Kraft der Trennung. Die Resultierende dieser drei Kräfte ist die Kraft W. Fig. 7 zeigt die Axialebene, welche durch die Achse des Schneckenrades verläuft, und die Drehebene, die parallel zur Ebene des Schneckenrades gerichtet ist. Wenn eine für einen Scheibenwischermotor charakteristische Kraft auf das Schneckenrad 14 ausgeübt wird, wird das Schneckenrad 14 um einen Winkel von etwa 3,5 ° in der Drehebene und von etwa 1 ° in der Axialebene in Bezug auf die Achse des Schneckenrades 14 gekippt. Die 3,5 ° - Auslenkung in der Drehebene kommt durch Biegen der Speichen 3o zustande. Die resultierende Verwerfung des

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Schneckenrades 14 liegt in einer Ebene normal zur Längserstreckung der Zähne 16 (Fig. 8).

Wie in Fig. 5 gezeigt, verjüngen sich die Speichen 3o generell mit zunehmendem Radialabstand von der Achse des Schneckenrades 14. Zwischen benachbarten Speichen 3o ist jeweils ein Anschlag 45 zur Begrenzung der Speichenbiegung angeordnet. Jeder Anschlag 45 hat einen Kopfteil 46 und einen Schenkelteil 47, die radial zueinander angeordnet sind. Der Kopfteil 46 hat eine größere Umfangserstreckung als der Schenkelteil 47. Ein Biegen der Speichen 3o hat zur Folge, daß jede Speiche 3o in Eingriff mit einem Kopfteil 46 gelangt, wodurch ein weiteres Biegen begrenzt wird. Ein charakteristischer Abstand zwischen dem Kopfteil 46 und einer benachbarten Speiche 3o beträgt o,76 mm. Die dem Biegemoment entgegengerichtete Kraft ist nichtlinear und nimmt beträchtlich zu, wenn die Speichen 3o in Anlage gegen die Kopfteile 46 gelangen, so daß ein Materialbruch an den radial äußeren Enden der Speichen 3o vermieden wird.

Charakteristische Abmessungen für ein Schneckenradgetriebe 1o sind:

Krümmungsradius des bogenförmigen Abschnitts 24

Länge des Abschnitts 2o Länge des Abschnitts 22 Z ahnkop f1änge

Zahnflankenlänge Abmessung der Speichen 3o

o,	21o	mm
O,	15	mm
O,	175	mm
O,	335	mm
O,	425	mm
14,17 lang	mm
2,54 -4,1 breit	mm
11,37 dick	mm

Abwandlungen im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung sind möglich, beispielsweise kann die Länge des bogenförmigen Abschnitts und der geraden Abschnitte der Erzeugenden anders bemessen werden.

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Claims

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Patentansprüche

Schneckenradgetriebe mit einer Antriebsschnecke und einem Schneckenrad, dadurch gek en nzeichnet , daß die Erzeugende (18) für die Zähne (16) des Schneckenrades (14) einen ersten, zur Radachse parallelen geraden Außenabschnitt (2o) aufweist, der einen größeren Radialabstand zur Radachse aufweist als ein zweiter, zur Radachse paralleler gerader Außenabschnitt (22) , daß zwischen den beiden geraden Abschnitten (2o, 22) der Erzeugenden (18) ein gekrümmter Abschnitt (24) angeordnet ist, dessen Radialabstand zur Radachse mit zunehmendem Abstand vom ersten geraden Abschnitt (2o) zunimmt, derart, daß ein der Antriebsschnecke (12) benachbarter Bereich der Erzeugenden (18) auf einer Seite des Außenumfangs der Antriebsschnecke (12) vorsteht, und daß das Schneckenrad (14) federnde Stützmittel (3o) für seine Zähne (16) zur Ermöglichung einer Federung des Schneckenrades (14) .und einer Vergrößerung des Eingriffs zwischen dessen Zähnen (16) und der Antriebsschnecke (12) aufweist, um der Neigung der Zähne (16) unter Last zu begegnen, außer Eingriff mit der Antriebsschnecke (12) zu gelangen.
2. Schneckenradgetriebe nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die federnden Stützmittel aus am Umfang verteilten, hauptsächlich radial gerichteten federnden Speichen (3o) bestehen, die sich unter Last biegen und dadurch das Ansprechen des Getriebes auf Belastungen verbessern, und daß die Speichen (3o) derart ausgebildet sind, daß sie Biegekomponenten in einer Drehebene parallel zur Ebene des Schneckenrads (14) und in einer die Achse des Schneckenrads (14) enthaltenden Axialebene aufweist.
3« Schneckenradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Speichen Anschläge (45) zur Begrenzung der Speichenbiegung angeordnet sind.
4„ Schneckenradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Speichen (3ο) radial nach auswärts im Querschnitt verjüngen und daß die Anschläge (45) aus sich zwischen den Speichen radial erstreckendenden Schenkelteilen (47) und sich in Umfangsrichtung über diese hinaus erstreckenden Kopfteilen (46) bestehen, welch letztere mit den Speichen (3o) bei der Biegung über ein bestimmtes Ausmaß hinaus in Anlage gelangen.
5. Schneckenradgetriebe nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet j daß sich die Anschläge (45) vom Radkranz aus radial nach einwärts erstrecken und mit den Kopfteilen (46) im Abstand zur Radnabe enden.
6. Schneckenradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (14) aus unarmiertem Acetalharz besteht.
7. Schneckenradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (24) der Erzeugenden (18) im wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet ist und ohne Knick an dem zweiten geraden Abschnitt (22) anschließt und daß die Achse der Antriebsschnecke (1o) wenigstens angenähert im gleichen Axialabstand zu den Enden der Erzeugenden (18) liegt wie der Anschluß des gekrümmten Abschnitts (24) an den zweiten geraden Abschnitt (22) der Erzeugenden (18).