DE4315355A1 - Antriebsrad oder Antriebsradgrundscheibe mit Antriebsradzahnsegmenten für den Antrieb von Gleisketten oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsrad oder eine Antriebs­ radgrundscheibe mit Antriebsradsegmenten für den Antrieb von Gleisketten, Förderketten und ähnlichen Antriebssystemen als Zusatz zu P 42 41 774.0.

Es ist üblich, solche Antriebsradgrundscheiben oder auch komplette Antriebsräder mit einer unterschiedlichen Anzahl von Antriebszähnen aus Stahl oder Guß für den Antrieb von Gleisketten, vorzugsweise kettengetriebener Fahrzeuge der Bau-, Land- und Forstwirtschaft sowie Spezialmaschinen im Straßenbau und anderen Industriezweigen, Förderketten und ähnlichen Antriebssystemen zu benutzen. Dazu werden bisher Antriebsradsegmente auf eine Antriebsradgrund­ scheibe, z. B. eine Flanschscheibe, einen Anschraubkranz oder einen Anschweißring, die mit der Getriebe- oder Antriebswelle in Verbindung gebracht wird, aufgeschraubt. Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen komplette Antriebsradkränze oder komplette Antriebsräder eingesetzt werden, bei denen die Antriebsradgrundscheibe und die Antriebszähne aus einem Stück bestehen.

Bisher ist es üblich, solche Antriebsradsegmente oder auch komplette Antriebsräder aus Stahl, vorzugsweise Vergütungsstahl oder Guß vorzugsweise Sphäroguß zu fertigen. Im praktischen Einsatz der Antriebsräder entsteht ein erheblicher Verschleiß (Verschleißbetrag) insbesondere im Eingriffsbereich der Kettenbuchse an der Zahnung des Antriebsrades oder Antriebsradsegmentes.

Ausgehend von dem eingangs bezeichneten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrund, ein Antriebsrad oder Antriebsradsegemt der beschriebenen Art zu schaffen, welches gering verschleißanfällig ist bzw. einem geringen Verschleißbetrag unterliegt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das gesamte Antriebsradsegment oder die Zähne des Segmentes oder Teile der Zähne des Segmentes aus Hartmetall, Faserverbundwerkstoffen, Keramik-Keramik- Verbundwerkstoffen und/oder Ingenieurkeramiken bzw. Hoch­ leistungskeramiken, vorzugsweise aus verschleißbeständigen Eisenbasis-Sinterwerkstoffen mit besonders vorzugsweise verschleißinduzierender Schutzschicht und einem Ausgangspulver aus Ferrochrom und Eisen als Matrixmaterialien und Borcarbid als Hartstoffphase bzw. aus Zirkonoxiden oder auf der Basis nichtoxidischer Keramik, wie z. B. Si₃N₄ (Siliziumnitrid), mit weniger als 15 Gewichtsprozent Sinteradditiv besteht, das Rißwachstum im Werkstoff während der gesamten Betriebsdauer im unterkritischen Bereich liegt, die Bruch­ zähigkeit K_Ic einen Wert von vorzugsweise 5 MPa√ nicht unterschreitet und die Festigkeit und Zähigkeit durch Verwendung und Dosierung geeigneter Additive auf einen definierten Wert eingestellt wird, wobei besonders die Homogenität des Werkstoffes gesichert ist und die Streuung der Werkstoffkennwerte, insbesondere der Festigkeit durch den Weibull-Modul m von größer als 10, vorzugsweise größer 20, festgelegt ist.

Diese Werkstoffe sind auch bei Gleisketten oder dergleichen gemäß Hauptanmeldung bevorzugt.

Die grundsätzliche Lösung besteht darin, daß durch den Einsatz entsprechender, verschleißmindernd wirkender Werkstoffe die Funktionsfähigkeit des anderen Systems im Sinne der Aufgabenstellung verbessert ist.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Ansprüche 2 bis 9 bezeichnet. Die konstruktive Auslegung ist zumindest partiell den Festigkeitsanforderungen (Festigkeit, Zähigkeit, Homogenität) der angegebenen Werkstoffe angepaßt. Es ist auch der Materialeinsatz der genannten bevorzugten Werkstoffe in oder an Stahl- bzw. Gußgrund­ körpern möglich, wobei in diesen Fällen ebenfalls spezielle Ausbildungen zum Einbringen des Einsatz­ materials angewendet werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein Antriebs­ radsegment bzw. Antriebsrad mit geringerer Verschleiß­ intensität geschaffen.

Die Erfindung ist bei bisher üblichen konstruktiven Ausführungen anwendbar. Bei der Ausbildung von Antriebs­ radsegmenten ist aber bevorzugt eine Segmentgröße von 1 bis 3 Zähnen vorgesehen, da dies den werkstoffspezifischen Gegebenheiten besser gerecht wird. Im Stand der Technik sind bisher Segmentgrößen von 3 bis 5 Zähnen und in Sonderfällen sogar von bis zu 14 Zähnen und mehr üblich.

Infolge der Materialauswahl wird auch die Anschraub­ verbindungsmöglichkeit zahlenmäßig erhöht sowie die konstruktive Auslegung der Verbindungsausführung sowohl im Zahnsegment selbst als auch im Gegenstück (Antriebs­ radgrundscheibe) den konkreten Festigkeitsbedingungen des erfindungsgemäßen Werkstoffes angepaßt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von teilschematisierten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Ein Antriebsradsegment mit Antriebsradgrund­ scheibe in Ansicht und im Querschnitt;

Fig. 2 eine Variante in einer teilweisen Querschnitts­ ansicht;

Fig. 3 eine Variante in Ansicht;

Fig. 4 eine weitere Variante in Ansicht;

Fig. 5 bis 15 Einzelheiten in unterschiedlicher Darstellung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, die an sich der bisher üblichen Ausbildung entspricht, sind die Antriebs­ radsegmente 1 auf einer Antriebsradgrundscheibe 2, die mit der Getriebe- bzw. Antriebswelle in Verbindung gebracht wird (bei 3) aufgeschraubt. Es ist auch möglich komplette Antriebsradkränze 1 auf einer Antriebsrad­ grundscheibe 2 aufzubringen und an dieser mittels Schrauben zu befestigen. Ein solcher Antriebsradkranz ist in Fig. 3 gezeigt. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die gesamten Antriebsräder einstückig ausgebildet sind, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Bei sämtlichen Ausführungsformen ist die erfindungsgemäße Materialauswahl und Ausbildung vorteilhaft. Um die einzelnen Bestandteile des Antriebes besonders auf die erfindungsgemäß bevorzugten Materialien konstruktiv abzustellen sind konstruktive Änderungen bevorzugt und zur Verbesserung der Brauchbarkeit sinnvoll. Hierzu ist beispielsweise in Fig. 5 ein Antriebsradsegment 1 gezeigt, welches entgegen den im Stand der Technik üblichen Ausführungsformen nur einen einzigen Zahn aufweist. An diesem einen Zahnsegment befinden sich zwei Bohrungen 4 zur Befestigung des Segmentes an einer Antriebsradgrundscheibe 2.

Das Antriebsradsegment 1 kann auch, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, 2 Zähne oder auch 3 Zähne aufweisen, wobei jeden Zahn zwei Befestigungslochungen 4 zugeordnet sind, die relativ zum Segment radial innen liegen.

In Fig. 7 ist beispielsweise ein Antriebsradsegment 1 mit einem mittigen Verbindungszapfen 17 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine bevorzugte, gegenüber herkömmlichen Antriebsradsegmenten modifizierte Gestalt der Verbindungsausführung vorgesehen, nämlich in Form eines mittigen Verbindungszapfens 17 am jeweiligen Antriebsradsegment 1. Hierdurch wird eine Erhöhung der Festigkeit erreicht. Vorzugsweise sind Ausrundungen 5 in einem vorzugsweisen Radius von 3 bis 8 mm bei den Übergängen von Zahn zu Verbindungszapfen 17 aus werk­ stoffspezifischen Gründen vorteilhaft. Auch ist bevorzugt, die umgekehrte geometrische Form am Verbindungselement der Antriebsradgrundscheibe 2 zu realisieren. Um den werkstoffspezifischen Anforderungen gerecht zu werden, sind zudem an den Zahnsegmenten 1 Zahnverstärkungen 6 vorzusehen, wie dies aus Fig. 8 beispielsweise ersichtlich ist. Auch eine besondere konstruktive Auslegung des Verbindungselementes an der Antriebs­ radgrundscheibe 2 (z. B. Flanschscheibe, Anschraubkranz oder Anschweißring) ist vorzusehen. Zur Festigkeit des Antriebsradsegmentes 1 aus den erfindungsgemäßen Materialien trägt eine konstruktive Besonderheit der Antriebsradgrundscheibe 2 Rechnung, indem dort Verstärkungen 7 eingebracht sind, die die Festigkeit des Antriebssegmentes 1 gewährleisten und stützen. Bei weiteren Ausführungsformen, beispielsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 9a und b ist eine weitere Besonderheit vorgesehen. Um Stoßbelastungen zu dämpfen ist direkt in der Verbindung zwischen dem Antriebs­ radsegment 1 und der Antriebsradgrundscheibe 2 eine duktile Zwischenschicht 8 eingebracht, die direkt auf das Antriebsradsegment 1 bzw. die Antriebsradgrundscheibe 2 aufgebracht ist und aus den erfindungsgemäßen Werkstoffen mit modifizierter Zusammensetzung besteht, aber auch aus anderen duktilen Werkstoffen bestehen kann. Die duktile Zwischenschicht kann auch als Zwischenscheibe, d. h. nicht direkt auf das Antriebssegment oder Antriebs­ radgrundscheibe aufgetragen, bestehen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist der eigentliche Zahn des Zahnsegmentes 1 verbreitert, so daß der Zahn praktisch eine Breite auffaßt, die 2 Zähnen der bisher üblichen Bauart und Ausführungsform entspricht. Diese Ausbildung ist aufgrund der erfindungsgemäßen Werkstoff­ auswahl bevorzugt und nützlich.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Materials in die Zähne der Zahnsegmente 1 kann auch in anderer Weise erfolgen. Dies ist anhand der folgen Figuren näher erläutert. Es ist dort der Zahn aus einem Stahl- bzw. Gußgrundkörper des Antriebsradsegmentes 1 gebildet. Bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 11 ist ein Zahnmuldeneinsatz vorgesehen. Dabei ist in die Zahnmulde des Antriebskanzes bzw. des Antriebssegmentes 1 eine Schale 9 aus den erfindungs­ gemäß bevorzugten Werkstoffen vorgesehen, vorzugsweise durch Eingießen, Löten, Einkleben oder ähnliche Verfahren eingesetzt und fixiert. Gegebenenfalls kann zwischen der Schale 9 und dem Grundkörper der Zahnmulde eine duktile Zwischenschicht 10 ausgebildet sein. Die Schale 9 kann bis an die Stirnflächen des Zahnes reichen oder auch vorher enden. Sie kann auch seitlich von Metall umgeben sein.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 ist der Zahn­ muldeneinsatz mehrteilig ausgebildet. Grundlage ist ein ähnliches oder gleiches Herstellungsprinzip wie bei dem einteiligen Keramikeinsatz gemäß Fig. 11. Es sind jedoch mehrteilige Materialeinsätze 11 in der Zahnmulde, vorzugsweise in Form von Streifen, die quer zum Antriebs­ radzahn angeordnet sind und mit oder ohne duktile Zwischenschicht 12 ausgebildet sind, vorgesehen. Durch diese Ausbildungsvariante wird die Ausbildung von sehr kompakten Körpern aus den genannten erfindungsgemäßen Werkstoffen vermieden und damit deren Bruchgefahr gesenkt, da die Streifen mehr oder weniger unabhängig voneinander belastet werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 13 ist die Zahnmulde mit den genannten und bevorzugten Werkstoffen beschichtet, vorzugsweise durch termische Spitzen. Hierfür ist in der Zahnmulde ein Bett ausgeformt, daß die Schicht aufnimmt. Die Schicht 13 kann aus mehreren Teilschichten bestehen, deren Duktilität nach radial innen zunimmt, um der Bruchgefahr bei hohen Belastungen entgegenzuwirken.

Eine weitere Variante ist in den Fig. 14 a und 14 b gezeigt. Dabei besteht das Antriebsradsegment aus Stahl, Guß oder auch aus den erfindungsgemäß bevorzugten Werkstoffen. Es wird in der Weise hergestellt, daß eine Art Zahnstumpf 14 ausgeformt wird und über diesen eine Kappe 15 aus den erfindungsgemäß bevorzugten Werkstoffen gesetzt wird. Aus Festigkeitsgründen kann die Zahnlücke des Antriebsrades bezüglich des Antriebsradsegmentes nicht mit den genannten Werkstoffen ausgefüllt werden. Die Verbindung zwischen Zahnkappe 15 und Zahnstumpf 14 erfolgt durch Angießen, Einkleben, Löten oder ähnliche Verfahren. Die Teilung 16 der Zahnkappe 15 liegt in der Zahnspitze (Fig. 14a) oder vorzugsweise im Zahngrund (14b), da in diesem Falle zusätzlich zu den Zahnflanken auch die Zahnstirnflächen sehr verschleißbeständig sind.

Eine weitere Variante ist in Fig. 15 a bis c gezeigt. Dort ist eine spezielle Ausformung der Elemente vorgesehen, die das Angießen der Zahnkappen oder dergleichen aus den genannten Werkstoffen an das Antriebs­ radsegment bzw. die Antriebsräder verbessert und erleichtert. Die Querschnittsgeometrie im Anschlußbereich ist etwa schwalbenschwanzartig ausgebildet. Bei der Fertigung werden diese Formelemente entweder an das aus den genannten Werkstoffen bestehende Zahnteil angeformt und beim Gießen des Antriebsradsegmentes bzw. des Antriebsrades vom Gießgut umschlossen (Fig. 15b) oder es wird das Negativ des Formteiles in das aus den genannten Werkstoffen bestehende Zahnteil eingearbeitet und vom Gießgut ausgefüllt (Fig. 15a). Letzteres hat den Vorteil, daß die geometrisch speziell geformte Verbindung durch das umgreifende verschleißfeste Teil aus den genannten Werkstoffen gegen seitlich auftretendem Verschleiß geschützt wird. In Fig. 15c sind die Schnitt­ stellen A und B bezüglich der Schnittdarstellungen Fig. 15a und 15b gezeigt.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (9)

1. Antriebsrad oder Antriebsradgrundscheibe mit Antriebs­ radsegmenten für den Antrieb von Gleisketten, Förderketten und ähnlichen Antriebssystemen, als Zusatz zu P 42 41 774.0, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Antriebsradsegment oder die Zähne des Segmentes oder Teile der Zähne des Segmentes aus Hartmetall, Faserverbundwerkstoffen, Keramik-Keramik- Verbundwerkstoffen und/oder Ingenieurkeramiken bzw. Hochleistungskeramiken, vorzugsweise aus verschleiß­ beständigen Eisenbasis-Sinterwerkstoffen mit besonders vorzugsweise verschleißinduzierender Schutzschicht und einem Ausgangspulver aus Ferrochrom und Eisen als Matrixmaterialien und Borcarbid als Hartstoffphase bzw. aus Zirkonoxiden oder auf der Basis nichtoxidischer Keramik, wie z. B. Si₃N₄ (Siliziumnitrid), mit weniger als 15 Gewichtsprozent Sinteradditiv besteht, das Rißwachstum im Werkstoff während der gesamten Betriebsdauer im unterkritischen Bereich liegt, die Bruchzähigkeit K_Ic einen Wert von vorzugsweise 5 MPa√ nicht unterschreitet und die Festigkeit und Zähigkeit durch Verwendung und Dosierung geeigneter Additive auf einen definierten Wert eingestellt wird, wobei besonders die Homogenität des Werkstoffes gesichert ist und die Streuung der Werkstoffkennwerte, insbesondere der Festigkeit, durch den Weibull-Modul m von größer als 10, vorzugsweise größer 20, festgelegt ist.

2. Antriebsradsegment nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Segment maximal 1 bis 3 Zähne auf­ weist, die Verbindungsbohrungen des Segmentes in ihrer Anzahl so modifiziert werden, daß ein hinreichende Festigkeit der Verbindung zwischen Antriebsradgrund­ scheibe und Antriebsradsegment entsprechend der speziellen Werkstoffeigenschaft der Werkstoffe gemäß Anspruch 1 erreicht wird und die Verbindungszapfen am Antriebsradsegment so ausgebildet sind, daß eine Verbindung (z. B. Verschraubung) mit der Antriebsrad­ grundscheibe unter Berücksichtigung der speziellen Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe nach Anspruch 1 möglich wird und daß vorzugsweise der Übergang vom Verbindungszapfen zum Antriebsradsegmentgrundkörper verstärkt ausgebildet ist und vorzugsweise in Über­ gangsradien vom Antriebsradsegmentkörper zum Verbindungszapfen von R = 5 mm bis 10 mm ausgeführt wird.

3. Antriebsradsegment nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment weniger als drei Zähne aufweist.

4. Antriebsradsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe nach Anspruch 1 so in bzw. an einen Grundkörper aus Stahl, vorzugsweise Vergütungsstahl, Guß, vorzugsweise Sphäroguß oder aus Werkstoffen nach Anspruch 1 gefügt werden, daß durch spezielle Verfahren (z. B. Kleben, Löten, Gießen u.ä.) die Zähne des Antriebsradsegmentes ganz oder teilweise aus Werkstoffen gemäß Anspruch 1 ausgebildet sind.

5. Antriebsradsegment nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, vollständig oder teilweise bestehend aus Werkstoffen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnform so ausgebildet ist, daß ein Zahn den Bereich von 2 Zähnen bei herkömmlichen Ausführungsformen umfaßt.

6. Antriebsradsegment gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ elemente zwischen Antriebsradsegmentgrundkörper bzw. Antriebsradgrundscheibe und Zahn durch spezielle geometrische Formen, vorzugsweise einer schwalben­ schwanzartigen Geometrie, ausgeführt sind, auf deren Grundlage ein formschlüssiges Verbinden beider Elemente durch Angießen möglich wird.

7. Antriebsradsegment gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schnitt­ stellen von Antriebsradsegment und Antriebsradgrund­ scheibe sowie Antriebsradsegmentgrundkörper und Zähnen bzw. Zahneinsätzen duktile Zwischenschichten eingebracht sind, die zum einen charakterisiert sind durch ein direktes Aufbringen der duktilen Schicht aus modifizierten Werkstoffen gemäß Anspruch 1 bzw. anderen geeigneten Werkstoffen auf die Antriebsrad­ grundscheibe, das Antriebsradsegment, den Antriebsrad­ segmentgrundkörper und/oder die Zähne bzw. Zahnteile bzw. daß die duktile Schicht als separates Teil zwischen den Verbindungselementen eingebracht ist.

8. Antriebsradgrundscheibe aus Stahl, vorzugsweise Vergütungsstahl, Guß, vorzugsweise Sphäroguß, sowie Werkstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Antriebsradgrundscheibe konstruktiv derart ausgeführt ist, vorzugsweise durch Verstärkungen im Verbindungsbereich zum Antriebsradsegment, daß, unter Berücksichtigung der Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe nach Anspruch 1, eine hinreichende Festigkeit und Stabilität der Gesamtverbindung "Antriebsradgrundscheibe-Antriebsradsegment" ge­ währleistet ist.

9. Antriebsrad aus Stahl, vorzugsweise Vergütungsstahl, Guß, vorzugsweise Sphäroguß, sowie Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß adäquate konstruktive Modifizierung zu bisher üblichen Aus­ führungsformen realisiert sind, die, unter Berück­ sichtigung der speziellen Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe nach Anspruch 1, sowie möglichen Werkstoffkombinationen nach Anspruch 4 eine hinreichende Stabilität und Festigkeit des An­ triebsrades gewährleistet und konstruktive Modifizierungen gemäß den Ansprüchen 2 bis 7 realisiert sind.