DE4214878C2 - Getriebeanordnung mit einer Achse aus einem harten Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung mit einer Achse aus einem harten Werkstoff und einem um die Achse rotierbar gelagerten Zahnrad aus Metall.

Eine solche Getriebeanordnung ist aus der schweizerischen Patentschrift CH-67 60 27 bekannt. Dort wird in einem Redu­ ziergetriebe für Mikromotoren eine Trägerachse aus Hart­ metall eingesetzt. Um die Trägerachse sind Ritzel und/oder Zahnräder drehbar gelagert. Zur Erhöhung der Lebensdauer ist für die Lagerung der Zahnräder auf der Achse eine Schmier­ mittelzuführung vorgesehen. Bevorzugt sind hierfür Nuten in die Achsenoberfläche oder Lagerflächen des Zahnrades einge­ lassen, die im Einsatz mit Schmiermitteln gefüllt sind und die Lagerstelle dauerhaft schmieren. Das Einarbeiten der Nuten in die Hartmetallachsen zur Erreichung einer ange­ messenen Lebensdauer ist verhältnismäßig kostenaufwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ge­ triebeanordnung mit einer Achse aus einem harten Material und darauf rotierbar angeordneten Zahnrädern zu entwickeln, die eine günstige Fertigung der Getriebeanordnung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Achse aus einem keramischen Werkstoff besteht.

Aus der WO 86/00 677 ist zwar bekannt, daß man Zahnräder mit Nabe und Zahnkranz aus hochfestem Stahl drehfest auf Wellen aufsetzen kann, deren Zahnradsitzfläche aus Stahl von einem keramischen Stützkörper getragen wird; hier findet allerdings keine Relativbewegung zwischen den Zahnrädern und der Welle statt. Zwar ist auch ferner bekannt, Wellen aus keramischen Werkstoffen herzustellen, die dann in der Regel aber auch in Keramiklagern abgestützt sind. Die Verwendung von metallenen Lagern, wie z. B. aus Stahl, ist nicht üblich, da Keramik für ihre abrasive Wirkung bekannt ist und sich daher mit Stahl- oder Bronzelagern nicht verträgt. Es wurde festgestellt, daß die Anordnung eines drehenden Zahnrades aus Metall auf einer stehenden Achse aus Keramik zu hohen Lebensdauerwerten führt, die deutlich höher sind, als z. B. bei der Paarung Stahl/Stahl.

Als besonders günstig für eine hohe Lebensdauer haben sich die Oberflächen-Rauheitskenngrößen Ra (Mittenrauhwert) 0,1 µm, vorzugsweise etwa 0,04 µm, und Rt (Rauhtiefe) 0,8 µm, vorzugsweise etwa 0,4 µm herausgestellt. Bei einer so gefertigten Achse erscheint die Oberfläche spiegelblank. Der Mittenrauhheitswert Ra gibt den Gesamteindruck der Oberfläche wieder, und die Angabe von Rt verhindert, daß Ausreißer eine bestimmte Größe überschreiten.

In einem ersten Ausführungsbeispiel soll das Zahnrad aus Stahl hergestellt werden. Es erscheint auf den ersten Blick ungewöhnlich, daß das rotierende Zahnrad weicher ausgeführt wird als die feststehende Achse aus Keramik. In der Praxis ist es üblich, rotierende Wellen aus hartem Werkstoff mit feststehenden Lagern aus einem weichen Werkstoff einzusetzen. Ausgiebige Dauerversuche haben aber gezeigt, daß gerade, wenn das Zahnrad aus Stahl und die Achse aus Keramik gefertigt werden, eine hohe Lebensdauer erreicht werden kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad aus einem Metallpulver, insbesondere auf Stahlbasis, gesintert worden. Besonders die Ausbildung eines Zahnrades läßt sich bei hohen Stückzahlen durch das Sinterverfahren kostengünstiger und einfacher verwirklichen.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Verwendung von Zirkoniumoxid als keramischer Werkstoff für die Achse. Dieser keramische Werkstoff hat sich für biegebeanspruchte Bauteile in der Praxis bewährt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt die einzige Figur eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung mit einem Drehteil in geschnittener Darstellung.

Die Getriebeanordnung besteht aus einer feststehenden Achse 1 und einem umlaufenden Zahnrad 2.

Die Achse 1 ist aus einem keramischen Werkstoff hergestellt. Die Oberfläche 3 der Achse 1 ist so gefertigt worden, daß die Oberflächen-Rauhheitskennwerte 4 die Größenordnung von Ra = 0,1 µm und Rt = 0,8 µm nicht überschreiten. Bevorzugt finden die Oberflächen- Rauheitskennwerte 4, Ra = ca. 0,04 µm und Rt = ca. 0,4 µm, Anwendung. Das Zahnrad 2 ist aus Stahl hergestellt und mit einer Spielpassung auf die Achse 1 geschoben. Durch die Spielpassung ist das Zahnrad 2 um die Achse 1 rotierbar gelagert. Die Momentenübertragung erfolgt über die Zähne 5 am Zahnrad 2 und wird nur in geringem Maße auf die Achse 1 übertragen. Die Belastungen der Achse 1 werden gering gehalten.

Die Werkstoffpaarung von Keramik und Stahl bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung verursacht eine hohe Lebensdauer. Zudem ist der Reibungskoeffizient so gering, daß selbst das weichere Zahnrad 2 bei langer Betriebsdauer kaum abgenutzt wird.

Claims (5)

1. Getriebeanordnung mit einer Achse aus einem harten Werkstoff und einem um die Achse (1) rotierbar gelagerten Zahnrad (2) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (1) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (1) mit den Oberflächen- Rauheitskenngrößen (4) Ra (Mittenrauhwert) 0,1 µm, vorzugsweise etwa 0,04 µm, und Rt (Rauhtiefe) 0,8 µm, vorzugsweise etwa 0,4 µm, hergestellt ist.

3. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (2) aus Stahl hergestellt ist.

4. Getriebeanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (2) aus einem Metallpulver, insbesondere auf Stahlbasis, gesintert ist.

5. Getriebeanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse aus Zirkoniumoxid besteht.