DE4041567A1 - Schneckengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneckengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Schneckengetriebe ist beispielsweise in der DE-PS 21 17 520 beschrieben. Auch in der Zeitschrift "Das Industrieblatt" ist im Heft vom Dezember 1954 auf den Seiten 510 und 511 ein gattungsgemäßes Schneckengetriebe beschrieben. Obgleich in beiden Fällen die Zahnprofile verschieden sind, ist ihnen gemeinsam, daß der Wälzpunkt außerhalb der Schneckenzahnhöhe liegt. Infolgedessen reicht die Kontaktzone des Schneckenzahnes, an der im Zuge der Schraubbewegung eine Berührung mit dem jeweiligen Schneckenradzahn erfolgt, unmittelbar bis zum Kopfkreis als der äußersten Begrenzungsfläche des Schneckenzahnes.

Der Übergang von der Kontaktzone der Arbeitsflanke zur äußeren Begrenzungsfläche hat die Form einer wendelförmigen scharfen Kante, wobei sich im Zusammenhang mit der Erfindung gezeigt hat, daß diese scharfe Eingriffskante einen starken Ver­ schleiß der Schneckenradzähne verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Schneckengetriebe mit ver­ besserten Laufeigenschaften und länger vorhaltender Genauigkeit des eingestellten Spieles zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Effekt der erfindungsgemäßen Wälzpunktanordnung ist der, daß die Kontakt­ zone des Schneckenzahnes nicht bis zum Kopfkreis reicht. Somit verbleibt ein darüber hinaus radial weiterführender Bereich der Arbeitsflanke, der nicht mit den Schneckenradzähnen in Berührung kommt. Dieser vorgelagerte Bereich entspricht daher in der Wirkung einer sanften Verrundung der bisherigen scharfen Eingriffs­ kante, auch wenn die gesamte Arbeitsflanke als kontinuierliche Fläche mit dem für die Schnecke üblichen Verfahren hergestellt wird. Wenn der Übergang von der Arbeitsflanke zur äußeren Begrenzungsfläche weiterhin scharfkantig ist, hat dies keinen nachteiligen Einfluß, weil diese Kante nicht mehr als Eingriffskante fungiert.

Zufolge des Wegfalls einer scharfen Eingriffskante reduziert sich der Verschleiß und ein einmal eingestelltes Spiel zwischen Schnecke und Schneckenrad bleibt über längere Zeit erhalten. Auch läuft das Getriebe sanfter und ruhiger und ein Schmier­ film zwischen den aufeinander gleitenden Flanken wird weniger beeinträchtigt.

Die Eingriffslinie versteht sich als Normale zur jeweiligen Eingriffsfläche, das heißt, der momentan jeweils berührenden Flächen von Schneckenzahn und Schneckenradzahn. Dabei schneidet die Eingriffslinie diese Eingriffsfläche im Flächenzentrum, was bedeutet, daß die Flächenpressung gleichmäßig verteilt wird. Mit der erfindungs­ gemäßen Wälzpunktanordnung wird diese Symmetrie beibehalten. Würde man hingegen bei konventioneller Wälzpunktlage lediglich die Eingriffskante verrunden, so würde dies die Eingriffsfläche einseitig bezüglich der Eingriffslinie reduzieren.

Wenn gemäß der im Anspruch 5 bezeichneten Weiterbildung der Erfindung gleich­ wohl eine zur Kopfaußenseite reichende Abrundung vorgesehen wird, so liegt diese außerhalb der Eingriffsfläche, stört also deren Symmetrie zur Eingriffslinie nicht. Eine solche Abrundung ist für die Ausbildung eines Schmierfilms förderlich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt im Bereich des Eingriffs von Schnecke und Schneckenrad,

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des in Fig. 1 mit 2 bezeichneten Kreis­ bereichs, wobei die Schraubdrehung der Schnecke fortgesetzt wurde,

Fig. 3 eine gegenüber der Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform.

Der allgemeine mechanische Aufbau eines Schneckengetriebes ist an sich bekannt (z. B. DE-PS 21 17 520 oder JP-54-1 44 543) und braucht daher nicht besonders dar­ gestellt zu werden. Wesentlichste Bestandteile sind ein Schneckenrad 10, von dem in Fig. 1 nur ein Sektor mit vier Schneckenradzähnen 11, 12, 13 und 14 gezeichnet ist, sowie eine Schnecke 15, die in bekannter Weise aus zwei Teilschnecken 16 und 17 besteht. Die Teilschnecken 16, 17 (von denen auch nur Abschnitte gezeichnet sind) sind miteinander um eine gemeinsame Achse 18 drehbar, deren räumliche Lage in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Ihre einander zugewandten Stirnflächen 19, 20 befinden sich in einem kleinen Abstand beidseits einer dazwischen etwa mittig liegenden Stirnebene 21, die die nicht im Bereich der Fig. 1 befindliche Schnecken­ radachse schneidet.

Die Teilschnecke 16 hat an ihrem Umfang einen wendelförmigen Schneckenzahn 22, der in die Lücken zwischen den Schneckenradzähnen 11, 12 und 13 ragt. Die Teil­ schnecke 17 hat einen eben solchen, dazu die Fortsetzung bildenden Schneckenzahn 23, der in die Lücken zwischen den Schneckenradzähnen 12, 13 und 14 ragt.

Das Zahnprofil des Schneckenzahnes 22 ist als schiefes Trapez gestaltet, mit einer achsparallelen Kopfseite 24, einer nach rechts radial einwärts reichenden geraden Arbeitsflanke 25 und einer nach links radial einwärts reichenden geraden Rücken­ flanke 26. Den Winkel, den die Arbeitsflanke 25 zur Stirnebene 21 einschließt, nennt man Eingriffswinkel, der im Ausführungsbeispiel 10° beträgt. Den Winkel zwischen der Stirnebene 21 und der Rückenflanke 26 nennt man Rückenwinkel, der hier 20° beträgt, so daß die Rückenflanke 26 mit der Arbeitsflanke 25 einen Profil­ winkel von 30° einschließt. Die an sich bekannte und nach den Grundsätzen für "Verzahnung" hergestellte Form der Schneckenradzähne bewirkt, daß die (wendel­ förmig sich erstreckende) Arbeitsflanke 25 den Schneckenradzahn 11 an dem Berührungspunkt 27 berührt und den Schneckenradzahn 12 an dem Berührungspunkt 28. Diese beiden idealisiert als Punkte betrachteten Stellen liegen auf der sogenannten Eingriffslinie 29, die senkrecht zur Arbeitsflanke 25 steht (gesehen im Achsschnitt nach Fig. 1). Praktisch erfolgt die Berührung flächenhaft an den die Berührungs­ punkte 27, 28 umgebenden Eingriffsflächen. Die Eingriffslinie 29 versteht sich daher als Normale zu den Eingriffsflächen.

Das Zahnprofil des Schneckenzahnes 23 ist dazu spiegelsymmetrisch, mit einer von einer achsparallelen Kopfseite 30 nach links reichenden geraden Arbeitsflanke 31 und einer nach rechts reichenden geraden Rückenflanke 32. Die Berührung zwischen der Arbeitsflanke 31 und den Schneckenradzähnen 13, 14 erfolgt an einer Eingriffs­ linie 33.

Die Arbeitsflanke 25 drückt in der Ansicht von Fig. 1 auf die linken Flanken der Schneckenradzähne, während die Arbeitsflanke 31 auf die rechten Flanken drückt. Indem die beiden Teilschnecken 16, 17 relativ zueinander verdreht oder verschoben werden, kann man das Getriebespiel völlig aufheben oder ein definiertes Spiel ein­ stellen, wobei dann die Eingriffslinien 29, 33 die Kraftübertragungsrichtung alternativ je nach Drehrichtung zeigen.

Die Eingriffslinien 29, 33 kreuzen einander im sogenannten Wälzpunkt 34, der auch auf der Stirnebene 21 liegt. Dieser Wälzpunkt 34 liegt um einen Verschiebungs­ abstand 35 radial weiter einwärts als der Kopfkreis 36, an dem die Kopfseiten 24 und 30 liegen. Dieser Verschiebungsabstand 35 kann etwa 10 bis 60% im allgemeinen bis 20%, des Abstandes 37 betragen, der zwischen dem Kopfkreis 36 und dem sogenannten Mittenkreis 38 (bei halber Höhe des Schneckenzahnprofiles) besteht.

Die Lage des Wälzpunktes 34 wird somit im wesentlichen durch die Höhe der Schneckenzähne 22, 23 und die Größe der Eingriffswinkel ihrer Arbeitsflanken 25, 31 bestimmt. Wenn das Zahnprofil gerade Flanken aufweist, wie gezeichnet, sind auch die Eingriffslinien 29, 33 Gerade, so daß die Verhältnisse einfach überschaubar sind. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Zahnprofile vorgesehen werden können, so etwa, indem die Schnecke als Hohlflankenschnecke ausgebildet wird (z. B. wie bei der einteiligen Schnecke gemäß DE-PS 16 25 123). In diesem Fall ist die Eingriffs­ linie gekrümmt. Entscheidend ist in diesem Fall, daß das Profil so gestaltet wird, daß der Wälzpunkt 34 innerhalb der Schneckenzahnhöhe liegt.

Durch den Wälzpunkt 34 und parallel zur Achse 18 verläuft die sogenannte Wälz­ gerade 39. Der Berührungspunkt 28 zwischen der Arbeitsflanke 25 und dem Schnecken­ radzahn 12 liegt in der gezeichneten Stellung noch erheblich radial einwärts von der Wälzgeraden 39. Aber es ist leicht einzusehen, daß bei fortschreitender Schraub­ drehung der Schnecke 15 dieser Berührungspunkt, da er längs der Eingriffslinie 29 wandert, auf keinen Fall radial außerhalb der Wälzgeraden 39 liegen kann. Infolge­ dessen liegt der über die Wälzgerade 39 hinausragende Bereich der Arbeitsflanke 25 außerhalb der möglichen Positionen eines Berührungspunktes.

Die Fig. 2 zeigt eine Detailvergrößerung des in Fig. 1 eingekreisten Bereichs des Schneckenradzahnes, wobei angenommen sei, daß die Schraubdrehung der Schnecke gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Zustand so weit fortgeschritten ist, daß der Berührungspunkt 28 die größtmögliche Annäherung an die Wälzgerade 39 erreicht hat. Der Berührungspunkt 28 kann nämlich die Wälzgerade 39 nicht völlig erreichen, denn dies könnte nur im Wälzpunkt 34 der Fall sein, der aber außerhalb der räumlichen Ausdehnung des Schneckenzahnes 22 liegt.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, entspricht der von der Wälzgeraden 39 radial auswärts reichende Teil 40 der Arbeitsflanke 25 in der Wirkung einer sanften Verrundung gegenüber dem standardmäßig profilierten Schneckenradzahn 12. Die scharfe Kante 41 am Übergang von der Arbeitsflanke 25 zur Kopfseite 24 berührt selbst in dieser Extremposition nicht die Flanke des Schneckenradzahnes 12.

Da die Berührung nicht punktförmig, sondern zufolge der Elastizität von Schnecken­ zahn 22 und Schneckenradzahn 12 flächenhaft stattfindet, erstreckt sich die Ein­ griffsfläche vom Berührungspunkt 28 aus je nach den Materialeigenschaften und dem vom Schneckengetriebe zu übertragenden Drehmoment mehr oder weniger weit bis zur Wälzgeraden 39 und eventuell auch etwas darüber hinaus. Mit der vorhin angegebenen Größe des Verschiebungsabstandes 35 ist sichergestellt, daß die Ein­ griffsfläche nicht bis zur Kante 41 reicht.

Weil der Teil 40 nichts mehr zur Kraftübertragung beiträgt, kann man hier, wie in Fig. 3 angedeutet, auch eine Rundung 42 ausbilden, wobei deren Radius 43 etwa 50 bis 70% des Verschiebungsabstandes 35 nicht überschreiten sollte. Dies stellt nämlich sicher, daß eine genügend große Eingriffsfläche vorhanden ist, auch wenn sich die berührenden Flanken im Lauf der Zeit etwas abnutzen. Die Abrundung 42 fördert vorwiegend die Ausbildung eines Schmierfilmes zwischen den Eingriffsflächen.

Das Profil der Schneckenzähne 22, 23 ist, wie bei geteilten Schnecken üblich, so ausgebildet, daß die Rückenflanken 26, 32 einen Abstand zu den Flanken der Schneckenradzähne einhalten, um eine Nachstellung zum Spielausgleich zu ermöglichen.

Claims (8)

1. Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad und einer damit in Eingriff stehenden Schnecke, mit folgenden Merkmalen:

• a) die Schnecke (15) besteht aus zwei an einer die Schneckenradachse schneidenden mittleren Stirnebene (21) geteilten Teilschnecken (16, 17), die zwecks Spielausgleich gegeneinander einstellbar sind,
• b) der Schneckenzahn (22, 23) jeder Teilschnecke (16, 17) hat eine Arbeits­ flanke (25, 31), die bereichsweise in Richtung einer Eingriffslinie (29, 33) auf zumindest einen Schneckenradzahn (11, 12, 13, 14) drückt, wobei sich die Eingriffslinien (29, 33) beider Teilschnecken (16, 17) in der Stirn­ ebene (21) in einem Wälzpunkt (34) kreuzen,
• c) der Schneckenzahn (22, 23) jeder Teilschnecke (16, 17) hat eine zur Arbeitsflanke (25, 31) gegenüberliegenden Rückenflanke (26, 32) die zu dem jeweils an der Arbeitsflanke anliegenden Schneckenradzahn einen Abstand aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Profil von Schneckenzahn (22, 23) und Schneckenradzahn (11, 12, 13, 14) mit derartiger positiver Profilverschiebung ausgebildet ist, daß der Wälzpunkt (34) zwischen dem Mittenkreis (38) und dem Kopfkreis (36) der Schnecke (15) liegt.

2. Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälz­ punkt (34) im Verschiebungsabstand (35) von bis zu 60% des Abstandes (37) zwischen Mittenkreis (38) und Kopfkreis (36) vom Kopfkreis entfernt ist.

3. Schneckengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälz­ punkt (34) im Verschiebungsabstand (35) von etwa 10 bis 20% des Abstandes (37) zwischen Mittenkreis (38) und Kopfkreis (36) vom Kopfkreis entfernt ist.

4. Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücken­ winkel jedes Schneckenzahnes (22, 23) größer ist als sein Eingriffswinkel.

5. Schneckengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücken­ winkel jedes Schneckenzahnes (22, 23) ein Mehrfaches so groß ist, wie der Eingriffswinkel 6. Schneckengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücken­ winkel etwa doppelt so groß ist, wie der Eingriffswinkel.

7. Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ flanke (25, 31) jedes Schneckenzahnes (22, 23) radial auswärts von der Wälz­ geraden (39) eine zur Kopfaußenseite (24) reichende Abrundung (42) aufweist.

8. Schneckengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (43) der Abrundung (42) etwa 50 bis 70% des Verschiebungsabstandes (35) mißt.