DE3426281C2

DE3426281C2 -

Info

Publication number: DE3426281C2
Application number: DE3426281A
Authority: DE
Inventors: Harry H. Southfield Mich. Us Oyafuso
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1983-07-18
Filing date: 1984-07-17
Publication date: 1988-10-06
Also published as: DE3426281A1; US4541296A; JPS6037440A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneckenradgetriebe mit einer Antriebsschnecke und einem Schneckenrad, das aus einer Nabe, einem Zähne aufweisenden Radkranz sowie einem beide miteinander verbindenden Träger besteht, wobei die Zähne eine Erzeugende aufweisen, die aus einem zur Radachse pa rallelen geraden Abschnitt und einem sich ohne Knick an die sen anschließenden, gleichsinnig zum Umfang der Schnecke gekrümmten Abschnitt besteht.

Ein solches Schneckenradgetriebe ist aus der US-PS 28 12 668 bekannt.

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 Länge gleichbleibenden Ab stand zur Achse des Schneckenrades. Ein solches Zahnrad hat die Form eines wölbungsfreien Zylinders mit Zähnen, die sich von vertikalen Seiten aus erstrecken. Die Eingriffs fläche 41 zwischen einer Schnecke 40 und einem Schneckenrad 42 unter geringen Belastungen ist in der den Stand der Tech nik wiedergebenden Fig. 1 durch gestrichelte Schraffur ange deutet.

Wenn eine wesentlich höhere Belastung auf die Schnecke 40 und das Schneckenrad 42 ausgeübt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wird die dort mit 41 A bezeichnete Eingriffs fläche durch Verminderung der Eingriffstiefe um das Maß D verkleinert. Eine solche verkleinerte Eingriffsfläche 41 A kann gegebenenfalls zu einem Abstreifen oder einer anderen Beschädi gung des Getriebes führen.

Das bekannte Schneckenradgetriebe der eingangs genannten Art schafft in dieser Hinsicht bereits eine Verbesserung durch Vergrößerung des Eingriffs zwischen Antriebsschnecke und Schneckenrad auf einen Umfangswinkel von im wesentli chen 135°. Das dabei zur Anwendung gelangende Schneckenrad läßt sich zwar auch in einer einfachen Form aus Kunststoff spritzen; es ist jedoch infolge seiner scheibenartigen Ver bindung zwischen Nabe und Radkranz äußerst steif, so daß eine selbsttätige Anpassung des Zahneingriffs unter Last kaum möglich ist und die Gefahr des Abstreifens der Schnec ke von den Zähnen des Schneckenrades nach wie vor besteht.

Es ist deshalb erwünscht, eine mögliche von großen Belastungen her vorgerufene Trennung zwischen Schnecke und Schneckenrad zu vermindern oder ganz auszuschließen. Dieses Problem kann insbesondere bei einem Scheibenwischersystem in einem Kraftfahrzeug auftreten. Das Schneckenge triebe muß dort so beschaffen sein, daß es den Stoßbelastun gen beim plötzlichen Stillstand des Scheibenwischermotors sowie der Ankerträgheit unter ungünstigen Arbeitsbedingun gen widersteht, wie sie auftreten können, wenn die Wischerblätter an der Windschutzscheibe festgefroren sind oder unter schwe ren Schneebelastungen stehen, bei denen der Wischwinkel des Wischerblatts begrenzt ist. Unter solchen Bedingungen sind die Zähne des Schneckenrades hohen Belastungen unter worfen und können ihren Dienst versagen.

Es sind auch Schneckenradgetriebe mit Zähnen des Schnecken rades bekannt, die nach beiden axialen Enden hin hochge wölbt sind und der Kontur der Schnecke folgen. Derartige Globoidzahnräder 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 in der Regel erforderlichen zusätzlichen Teilung zwischen den Werkzeug teilen nur schwer zu erhalten. Ferner haben solche Schnec kenräder im allgemeinen auch nur steife Grundkörper, die keine Biegungen gestatten. Wenn keine Biegemöglichkeit beim Schneckenrad besteht, muß die gesamte Antriebsbelastung auch bei Biegung der Schnecke von den im Eingriff befindlichen Zähnen auf das Schneckenrad übertragen werden. Dies kann zum Bruch der Zähne führen.

Zur Vermeidung derart extremer Zahnbelastungen bei dennoch gleichzeitiger Ermöglichung einer elastischen Selbstein stellung der Zähne ist es schließlich auch bereits bekannt (GB-PS 12 50 372), die Zahnlücken radial nach einwärts über den Teilkreis hinaus zu verlängern und an jeweils einer Zahnflanke anschlagartige Vorsprünge vorzusehen, die mit kurzen Abständen vor der entgegengesetz ten Flanke des nächsten Zahnes enden. Eine besondere Ausge staltung dieser Maßnahme sieht darüber hinaus vor, das Schneckenrad axial zu teilen und an den beiden Hälften je weils auf entgegengesetzten Zahnflanken solche Vorsprünge anzubringen, die sich unter axialer Abschrägung in die Lücken der anderen Radhälfte erstrecken und dort mit dem entge gengesetzt gerichteten und gleichfalls abgeschrägten Vor sprung der anderen Radhälfte einen zur Achsrichtung geneig ten dünnen Spalt bilden. Hierdurch vermögen die Zähne, selbsteinstellend zu kippen und sich zu verdrehen, wobei die gegenseitige Abstützung über die Vorsprünge jedoch eine Überlastung und damit Bruchgefahr verhindert. Die Herstel lung solcher Schneckenräder ist jedoch aufwendig und kommt demzufolge in der Regel für Scheibenwischerantrie be auch bei Verwendung von Kunststoff kaum in Betracht.

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

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Träger, auf dem Umfang verteilt, in radialer Richtung ver laufende federnde Speichen aufweist, die sich lastabhängig so biegen, daß sich der Radkranz relativ zur Nabe in Achs richtung des Schneckenrades unter Vergrößerung des Zahnein griffs verlagert.

Ein solches Schneckenrad kann in einer ein fachen Spritzform aus Kunststoff gespritzt werden und ermöglicht infolge der elastischen Verbindung zwischen Nabe und Radkranz eine Selbsteinstellung der Zähne zu der Schnec ke, die zugleich auch Stöße elastisch und ohne die Gefahr von Überbeanspruchungen aufzufangen vermag.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schnecken radgetriebes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt zur Schnecke bzw. Axial schnitt zum Schneckenrad ein Schneckenrad getriebe 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 ver mindertem Zahneingriff,

Fig. 3 eine ähnliche Schnittdarstellung wie in den Fig. 1 und 2 durch ein Schnecken radgetriebe, wobei die Erzeugende der Erfindung an einem Schneckenrad 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,

Fig. 5 eine Stirnansicht eines Teils des Schnecken rades mit der im Eingriff damit befind lichen Schnecke,

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

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Schneckenrades unter Einzeichnung der Tangential-, Trenn- und Normalkräfte und

Fig. 8 einen Ausschnitt einer Radialansicht auf den Umfang des Schneckenrades zur Veranschaulichung des Schrägstel lungswinkels der Zähne und der Richtungen, mit denen die Tangential last und die Antriebslast daran an greift.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 besteht das gezeigte Schnecken radgetriebe 10 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 End abschnitten 20 und 22. Zwischen den geraden Endabschnitten 20 und 22 befindet sich ein bogenförmiger Teil 24 mit einem ver änderlichen Radius um einen Punkt, der gegenüber der Achse der Antriebsschnecke 12 versetzt ist. Das Schneckenrad 14 hat somit längs der geraden Erzeugenden 20 und 22 jeweils konstante Durchmesser. Der Durchmesser des geraden Abschnitts 20 ist größer als der Durchmesser des geraden Abschnittes 22. Der Durchmesser des bogenförmigen Abschnitts 24 nimmt mit zunehmen dem Abstand von dem geraden Abschnitt 22 zum geraden Abschnitt 20 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 der jenigen 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 Zahnfluß 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 bogen förmigen Abschnitt 24 der Erzeugenden radial gegeneinander ver setzt.

Die Zahntiefe der Antriebsschnecke 12 und die Zahntiefe des Schneckenrades 14 sind vorzugsweise im wesentlichen gleich groß (Fig. 3).

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, verbleibt auch, wenn sich die An triebsschnecke 12 gegenüber dem Schneckenrad 14 um einen Ab stand D verlagert, eine Zahneingriffsfläche 11 A. Insbesondere vergrößert eine Verwerfung der Zähne in einer Axialebene um etwa 1° bis 1,5°, wie dies in Fig. 4 strichpunktiert einge zeichnet ist, die Eingriffsfläche im Vergleich zu einem nicht verworfenen Schneckenrad um die gestrichelt schraffierte Fläche 11 B. Obgleich ein solches Verwerfen des Schneckenrades auch zu einem Verlust eines Teils 11 C 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 30, die federnd nachgeben können. Ein bevorzugtes Material für das Schneckenrad 14 ist unarmiertes Acetalharz, welches die erforderlichen physikali schen Eigenschaften besitzt, den Betriebsanforderungen des Antriebssystems unter allen Belastungen standzuhalten. Die Biegeelastizität der Speichen 30 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 und bewirkt an anderer Stelle einen zusätzlichen Zahneingriff.

Eine charakteristische Eingriffsfläche für ein unbelastetes herkömmliches Getriebe gemäß Fig. 1 hat die Größe von 78,7 mm² und für ein belastetes Getriebe wie in Fig. 2 die Größe von 50,3 mm², was eine Abnahme der Eingriffsfläche um 36% bedeutet. Eine charakteristische Eingriffsfläche für ein unbelastetes Getriebe der erfindungsgemäßen Art nach Fig. 3 beträgt 94,8 mm² und die Eingriffsfläche für ein belastetes Getriebe gemäß der Dar stellung in Fig. 3 beträgt 63,2 mm², 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 Aus bildung und setzt Schneckenräder desselben Durchmessers und Schnecken derselben Größe und Form voraus.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 7 und 8 wird eine Tangentialkraft W _t parallel zur Achse des Schneckenrades 14 auf einen Zahn 16 ausgeübt, der gegenüber der Schneckenrad achse abgewinkelt ist. Eine Drehkraft W _x ist parallel zur Drehebene gerichtet. Eine Trennkraft W _n 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 Schnecken rades verläuft, und die Drehebene, die parallel zur Ebene des Schneckenrades gerichtet ist. Wenn eine für einen Scheiben wischermotor 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 30 zustande. Die resultierende Verwerfung des Schneckenrades 14 liegt in einer Ebene normal zur Längser streckung der Zähne 16 (Fig. 8).

Wie in Fig. 5 gezeigt, verjüngen sich die Speichen 30 generell mit zunehmendem Radialabstand von der Achse des Schneckenrades 14. Zwischen benachbarten Speichen 30 ist jeweils ein Anschlag 45 zur Begrenzung der Speichenbiegung angeordnet. Jeder An schlag 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 30 hat zur Folge, daß jede Speiche 30 in Eingriff mit einem Kopfteil 46 gelangt, wodurch ein weiteres Biegen be grenzt wird. Ein charakteristischer Abstand zwischen dem Kopf teil 46 und einer benachbarten Speiche 30 beträgt 0,76 mm. Die dem Biegemoment entgegengerichtete Kraft ist nichtlinear und nimmt beträchtlich zu, wenn die Speichen 30 in Anlage gegen die Kopfteile 46 gelangen, so daß ein Materialbruch an den radial äußeren Enden der Speichen 30 vermieden wird.

Claims

1. Schneckenradgetriebe mit einer Antriebsschnecke (12) und einem Schneckenrad (14), das aus einer Nabe, einem Zähne (16) aufweisenden Radkranz sowie einem beide mit einander verbindenden Träger besteht, wobei die Zähne (16) eine Erzeugende aufweisen, die aus einem zur Rad achse parallelen geraden Abschnitt (22) und einem sich ohne Knick an diesen anschließenden, gleichsinnig zum Umfang der Schnecke (12) gekrümmten Abschnitt (24) be steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, auf dem Umfang verteilt, in radialer Richtung verlaufende federnde Speichen (30) aufweist, die sich lastabhängig so biegen, daß sich der Radkranz relativ zur Nabe in Achsrichtung des Schneckenrades (14) unter Vergrößerung des Zahneingriffs verlagert.

2. Schneckenradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spei chen (30) Anschläge (45) zur Begrenzung der Speichenbie gung angeordnet sind.

3. Schneckenradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Speichen (30) radial nach auswärts im Querschnitt verjüngen und daß die Anschläge (45) aus sich zwischen den Speichen (30) radial erstreckenden Schenkeln (47) mit an den En den angeordneten Kopfteilen (46) bestehen, die ab einer Grenzbelastung an den Speichen (30) anliegen.

4. Schneckenradgetriebe nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (14) aus unarmiertem Acetalharz besteht.