DE3831627A1 - Verfestigung von zahnraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfestigung der Zähne von außen- und innenverzahnten Zahnrädern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Zähne der Zahnräder mit Außen- und Innenver­ zahnung werden bei der Festigkeitsberechnung auf Biegung nach dem allgemein bekannten Modell einer einseitig im Radkörper eingespannten Platte, berech­ net. Dies ist auch bedingt durch die Zahnherstel­ lungsweise, die eine Fertigung aus dem vollen Rad­ körper oder Welle durch Längsbewegungen des Werk­ zeuges in Zahnrichtung vorsieht, wobei ein freier Durchgang oder Auslauf dieser Werkzeuge vorausge­ setzt wird. Zwar gibt es auch Zahnräder, vor allem Ritzelwellen mit kleinen Zähnezahlen, die aus dem Vollen gefräst und eventuell geschliffen werden deren übergroße Zahnlänge auf den Auslauf der Ver­ zahnwerkzeuge zurückzuführen ist, die eine zwei- oder dreiseitige Einspannung der Zähne bewirken. Da aber die Einspannstellen weit entfernt von der Angriffstelle der Zahnkräfte liegen, haben sie einen sehr geringen Einfluß auf die Biegefestigkeit der Zähne und werden deshalb in der Festigkeitsberech­ nung nicht berücksichtigt. (Fundstellen: 1. Fach­ buch Niemann G. "Maschinenelemente" Band 2 "Ge­ triebe" Seite 84 Springer Verlag 1965; 2. Fach­ buch "MAAG-Taschenbuch" Berechnung und Herstel­ lung von Verzahnungen in Theorie und Praxis Seite 117 Zürich 1985; Zeitschrift "Antriebstechnik" Jahrgang 1984 Heft Nr. 3 Seite 53).

Durch diese kragarmartige Ausbildung des Zahnes und dadurch bedingt die Annahme einer einseitigen Ein­ spannung des Berechnungsmodells entstehen große Spannungen im Zahnfuß und Durchbiegungen des Zahn­ kopfes, die auf den Gleichlauf der im Eingriff be­ findlichen Räder, deren dynamische Zusatzkräfte und den Schallpegel einen großen Einfluß haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch in unmittelbarer Nähe der Zahnkrafteinleitung ange­ brachte ein- oder beiderseitige, zusätzliche Ab­ stützungen der Zähne, eine Änderung des Berechnungs­ modells und dadurch eine Verfestigung der Zähne zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zähne der Zahnräder mit Hilfe der allgemein üblichen Herstellungsverfahren, inbegriffen Wärme­ behandlung und Vermessung, fertiggestellt werden. Die Zahnradrohlinge weisen jedoch an einem oder beiderseitigen Zahnausläufen sowie bei größeren Zahnlängen, in bestimmten Abständen des Zahnradum­ fanges, entsprechende eingeschnittene Ansätze oder Rillen. Die Rillen können einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. In diese An­ sätze oder Rillen werden separat angefertigte, dünn­ wandige, ein- oder mehrteilige Abstützringe einge­ paßt. Ihr Außen- und Innendurchmesser sollte am besten mit dem Kopf- und Fußkreisdurchmesser des Zahnrades übereinstimmen, wobei besonders bei außen­ liegenden Abstützringen Abweichungen von diesen vorgeschlagenen Maßen möglich sind. Alle Abstütz­ ringe müssen eine hohe Umfangfestigkeit aufweisen, damit sie die Reaktionskräfte sicher ableiten können. Sie werden nach dem Einpassen in die vorher eingeschnittenen Rillen oder Ansätze mit den an­ grenzenden Zahnquerschnitten durch Kleben, Löten oder Schweißen fest verbunden. Bei dem letztge­ nannten Verfahren, um mögliche Struktur- und Geo­ metrieabweichungen der aus Stahl gefertigten Zähne so klein wie nur möglich zu halten, sollte auf Elektronenstrahl- oder Laserschweißung übergegangen werden. Um beim Kleben den benötigten Anpreßdruck der zu verbindenden Teile zu erreichen, sollte man bei den auf der Zahnlänge eingebrachten Abstütz­ ringen auf im Querschnitt trapezförmige Rillen und Ringe übergehen.

Dieses Verfestigungsverfahren kann sowohl auf außen- als auch innenverzahnte Zahnräder angewandt werden.

Auf diese Weise erhält man ein Zahnrad mit verkürzten Zahnlängen und Zähnen, die bei ihrer Festigkeitsbe­ rechnung als einseitig im Radkörper eingespannte und zusätzlich ein- oder beiderseitig abgestützte Platten betrachtet werden können. Dadurch wird eine beträchtliche Steigerung der Zahneigenfestigkeit erreicht. Sie wird noch zusätzlich durch Verteilung der Zahnaußenbelastung auf mehrere Nachbarzähne ver­ größert. Dadurch erreich man, bei unveränderter Zahnbelastung, eine Verringerung der Zahnkopfdurch­ biegung, was sich positiv auf den Gleichlauf, die dynamischen Zusatzkräfte, den Schallpegel sowie auf den Schmierfilmabbau an den Zahnausläufen, auswirkt. Diese positiven Aspekte der Verfestigung ermöglichen auch eine breitere Anwendung solcher Zahnradwerk­ stoffe, die durch ihre Sprödigkeit oder zu große Elastizität eine begrenzte Verwendung fanden, z. B. Grauguß, Kunststoffe.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 Außenverzahntes, verfestigtes Stirnzahnrad.

Fig. 2 Innenverzahntes, verfestigtes Zahnrad.

Fig. 3 Einstufiges Umlaufgetriebe mit einem ver­ festigten Planetenradsatelliten.

Fig. 4 Planetenradsatellit mit rechteckiger Innen­ rille für anzuschweißenden Abstützring.

Fig. 5 Planetenradsatellit mit trapezförmiger Innen­ rille für anzuklebenden Abstützring.

Im Ausführungsbeispiel das in Fig. 1 gezeigt wird und ein Zahnradritzel im Querschnitt und in Verzahnung mit einem außenverzahnten Gegenrad darstellt, be­ deuten: (1) verfestigte Zahnradritzelwelle, (2) Ge­ genzahnrad, (3) Zähne des Ritzels, (4) einteilige Abstützringe, (5) zweiteilige Abstützringe, (6) ein­ geschnittene Rillen im Gegenrad.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist aus Fig. 2 er­ sichtlich und zeigt ein verfestigtes, innenverzahn­ tes Holrad. Darin bedeutet: (1) verfestigtes Holrad, (2) Gegenzahnrad, (3) Zähne des Holrades, (4) ein­ teiliger Abstützring, (5) mehrteilige Abstützringe, (6) eingeschnittene Rillen im Gegenrad.

Noch ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt und betrifft die Verfesti­ gung eines Planetenradsatelliten, der bekanntlich durch wechselseitige Belastung der Zähne maßgebend für die Dimensionierung des gesamten Getriebes ist. Es bedeuten dort: (1) Getriebegehäuse, (2) Sonnen­ radritzel, (3) verfestigter Zahnradsatellit, (4) ein­ teilige Abstützringe, (5) mehrteilige Abstützringe, (6) eingeschnittene Rillen in Gegenrädern, (7) ge­ teiltes Holrad, (8) Abtriebswelle.

In Fig. 4 wird ein Planetenradsatellit vor dem Ein­ schweißen des Innenabstützringes dargestellt. Darin bedeutet: (3′) das zu verfestigendes Zahnrad, (9) An­ sätze für außenliegende, einteilige Abstützringe, (10) eingeschnittene Rille für anzuschweißenden, mehrteiligen Innenabstützring.

In Fig. 5 wird ein Planetenradsatellit vor dem Ein­ kleben des Innenabstützringes dargestellt. Es be­ deutet dort: (3′) das zu verfestigendes Zahnrad, (9) Ansätze für außenliegende, einteilige Abstütz­ ringe, (11) eingeschnittene Rille für anzuklebenden, mehrteiligen Innenabstützring.

Claims (4)

1. Die Zähne einer außen- oder innenverzahnten und mit bekannten Fertigungsmethoden maßgerecht her­ gestellten Verzahnung können eine Verfestigung erfahren, die dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder bei­ derseitigen Zahnauslauf und bei größeren Zahn­ längen auch in bestimmten Zahnlängenabständen am Radumfang Rillen (10) oder (11) und Ansätze (9) eingeschnitten werden, in die entsprechende, dünnwandige Abstützringe (4), (5) eingepaßt und mit den anliegenden Zahnquerschnitten durch Kleben, Löten oder Schweißen fest miteinander verbunden werden.

2. Die Verfestigung der Zähne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in bestimmten Zahnlängenabständen eingepaßten Abstützringe (5) mehrteilig ausgeführt worden sind.

3. Die Verfestigung der Zähne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Abstütz­ ringe (4) und (5) etwa gleich der Höhe der ver­ festigten Zähne ist.

4. Die Verfestigung der Zähne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Kleben zu verbindenden mehrteiligen Abstützringe (5) am besten einen trapezförmigen Querschnitt aufwei­ sen und in entsprechende eingeschnittene Rillen (11) unter einen gewissen Anpreßdruck eingeklebt werden.