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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Zahnrad aus Harz, das
eine Kraftübertragungsvorrichtung
bildet. Genauer betrifft die Erfindung ein Zahnrad aus Harz, das
in der Lage ist, Spiel zu beseitigen, so dass gleichmäßig und
präzise
Drehung ohne Spiel übertragen
wird.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Allgemein
sind Zahnräder
dazu ausgelegt, Spiel vorzusehen, damit sie sich gleichmäßig drehen können, während sie
mit einem Begleitzahnrad kämmen,
in Hinsicht auf Herstellungstoleranz, Verformung von Zähnen, Kämmabweichung
aufgrund der Durchbiegung einer Welle usw. Da jedoch Spiel durch
einen Spielraum zwischen Zähnen
eines Paars von Zahnrädern
vorgesehen wird, kollidieren miteinander kämmende Zähne dann, wenn Drehung und Stopp
häufig
wiederholt werden oder wenn normale Drehung und umgekehrte Drehung
wiederholt werden, miteinander und erzeugen Geräusche. In Sensoren oder ähnlichem
zum Messen von Drehung, die von Zahnrädern übertragen wird, sind Drehfehler
aufgrund von Spiel direkt Messfehler, so dass Spiel bevorzugt so
klein wie möglich
ist.
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Deshalb
sind bei jedem der Zahnräder,
die in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 2000-220669, 8-233071
und 63-19470 offenbart sind, ein Kranz mit Zähnen und eine Nabe mit einem axialen
Loch mittels meh rerer flexibel verformbarer Rippen miteinander verbunden,
die dazu ausgelegt sind, flexibel verformt zu werden, um das Zahnrad gegen
ein kämmendes
Begleitzahnrad zu pressen und zu bewirken, dass sich die zwei miteinander kämmenden
Zahnräder
fest kontaktieren, um zwischen den Zahnrädern bewirktes Spiel zu beseitigen.
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Nach
solchen Zahnrädern
wird der Kontaktdruck zwischen den Zahnflanken der Zähne des Zahnrades
und dem kämmenden
Begleitrad durch die elastische Kraft der Rippen bewirkt, so dass
die elastische Verformung der Rippen die Zähne in einer solchen Richtung
verschieben kann, dass das Zahnrad von dem Begleitzahnrad ausgerückt wird.
Deshalb wird erwartet, dass eine gleichmäßige Drehübertragung möglich wird,
ohne eine fehlerhafte Drehung aufgrund von der Beseitigung von Spiel
zu bewirken.
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Da
jedoch bei solchen herkömmlichen
Zahnrädern
die den Kranz mit der Nabe verbindenden Rippen elastisch verformt
werden können,
so dass die relative Drehverschiebung zwischen dem Kranz und der
Nabe zugelassen ist, werden die Rippen während der Kraftübertragung
durch Drehmoment flexibel verformt, so dass der Kranz und die Nabe
in Drehrichtungen durch die elastische Verformung des Kranzes verschoben
werden. Wenn eine solche Verschiebung in Drehrichtungen bewirkt
wird, werden Messfehler von Drehverschiebung bewirkt, wenn z.B.
die Drehverschiebung einer Welle, die in das axiale Loch der Nabe
derart eingepasst ist, dass sie damit drehbar ist, von einem Sensor
gemessen wird. Das Dokument US-A-4
149 431 zeigt ein Zahnrad aus Harz mit allen Merkmalen des Oberbegriffs
des unabhängigen Anspruchs
1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Deshalb
liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die oben erwähnten Problem
zu beseitigen und ein Zahnrad aus Harz vorzusehen, das in der Lage
ist, Spiel zu beseitigen und präziser
Drehung zu übertragen
als herkömmliche
Zahnräder.
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Zur
Lösung
der oben erwähnten
und anderen Aufgaben weist nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung ein Zahnrad aus Harz folgendes auf: einen Kranz mit Zähnen an
einem Außenumfang
desselben; einen Wellentragabschnitt, um darin eine Welle aufzunehmen
und zu tragen; und einen im Wesentlichen scheibenförmigen Steg,
der eine innere Fläche
des Kranzes mit einer äußeren Fläche des Wellentragabschnitts
verbindet, wobei der Steg einen dünnen Abschnitt hat, der dünner als
der Kranz und in Richtungen der Stirnflächenbreite gekrümmt ist, wobei
der dünne
Abschnitt elastisch verformbar ist, so dass eine relative Verschiebung
in radialen Richtungen zwischen dem Kranz und Wellentragabschnitt zugelassen
ist.
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Bei
diesem Zahnrad aus Harz ist der Steg mit einem im Wesentlichen zentralen
Abschnitt der inneren Fläche
des Kranzes in Richtungen der Stirnflächenbreite und mit einem im
Wesentlichen zentralen Abschnitt der äußeren Fläche des Wellentragabschnitts
in Richtungen der Stirnflächenbreite
verbunden. Der dünne
Abschnitt kann elastisch verformbar sein, so dass eine Relativverschiebung
in Drehrichtungen zwischen dem Kranz und dem Wellentragabschnitt
verhindert wird. Der dünne
Abschnitt erstreckt sich in Umfangsrichtungen, wobei in Richtungen
der Stirnflächenbreite
gewellt ist. Der dünne
Abschnitt kann eine im Wesentlichen konstante Dicke haben. Der dünne Abschnitt
kann aus einem anderen Material als demjenigen des Kranzes und des
Wellentragabschnitts hergestellt sein. Der Kranz, der Wellentragabschnittt
und der Steg können
derart gebildet sein, dass sie miteinander integriert sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung ist vollständiger aus
der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen
der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung zu verstehen. Die Zeichnungen sollen jedoch keine
Einschränkung
der Erfindung auf eine spezifische Ausführungsform implizieren, sondern
sind nur zur Erläuterung
und zum Verständnis
da.
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In
den Zeichnungen sind:
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1 ein
Längsschnitt
einer bevorzugten Ausführungsform
eines Zahnrades aus Harz nach der vorliegenden Erfindung längs der
Linie I-I von 2;
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2 eine
Vorderansicht des Zahnrades aus Harz in der bevorzugten Ausführungsform;
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3 eine
schematische vergrößerte Ansicht
eines Zahns des Zahnrades aus Harz in der bevorzugten Ausführungsform,
wenn das Zahnrad mit einem Begleitzahnrad kämmt;
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4 eine
Schnittansicht eines ersten modifizierten Beispiels eines Zahnrades
aus Harz nach der vorliegenden Erfindung, die 1 entspricht;
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5 eine
Schnittansicht eines zweiten modifizierten Beispiels eines Zahnrades
aus Harz nach der vorliegenden Erfindung, die 1 entspricht;
und
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6 eine
Schnittansicht eines dritten modifizierten Beispiels eines Zahnrades
aus Harz nach der vorliegenden Erfindung, die 1 entspricht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unter
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen wird nun die bevorzugte Ausführungsform eines Zahnrades
aus Harz nach der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben.
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1 und 2 zeigten
die bevorzugte Ausführungsform
eines Zahnrades 1 aus Harz nach der vorliegenden Erfindung. 1 ist
ein Längsschnitt
des Zahnrades 1 aus Harz längs der Linie I-I von 2;
und 2 ist eine Vorderansicht des Zahnrades 1 aus
Harz.
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In
diesen Figuren ist das Zahnrad 1 aus Harz z.B. aus Polyacetal,
Polyamid, Polyphenylensulfid oder Polybutylenterephthalat durch
Spritzgießen ausgebildet.
Das Zahnrad 1 aus Harz weist einen Kranz 3 mit
Zähnen
an seinem Außenumfang,
eine im Wesentlichen zylindrischen Nabe (einen Wellentragabschnitt) 5 mit
einem axialen Loch 4 an ihrem Zentrum und einen Steg 6 auf,
der den Kranz 3 mit der Nabe 5 in radialen Richtungen
verbindet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Länge der Nabe 5 in
Richtungen ihrer Achse (L1) die gleiche wie die Stirnflächenbreite
des Zahnrades, und beide Enden 5a und 5b der Nabe 5 in
axialen Richtung sind im Wesentlichen an den gleichen Platten wie
denjenigen beider Enden 3a und 3b des Kranzes 3 in
Stirnflächenrichtungen
angeordnet.
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Der
Steg 6 hat einen Verbindungsabschnitt 6a zu dem
Kranz 3 und einen Verbindungsabschnitt 6b zu der
Nabe 5. Die Verbindungsabschnitte 6a und 6b haben
im Wesentlichen die gleiche Dicke wie diejenige des Kranzes 3 und
der Nabe 5 und haben im Wesentlichen eine kreisringförmige Gestalt.
Die Verbindungsabschnitte 6a und 6b des Stegs 6 sind
mittels eines elastisch verformbaren Abschnitts 6C miteinander
verbunden, der dünner
als die Verbindungsabschnitte 6A und 6B ist. D.h.,
ein Teil des Stegs 6 in radialen Richtungen ist der dünne, elastisch
verformbare Abschnitt 6c. Ferner sind die Verbindungsabschnitte 6a und 6b mit
dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt des Kranzes 3 in
Richtungen der Stirnflächenbreite
bzw. mit dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt der Nabe 5 in
axialen Richtungen verbunden.
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Der
elastisch verformbare Abschnitt 6c des Stegs 6 ist
in einer Stirnflächenbreitenrichtung (rechts
in 1) gekrümmt
und dazu ausgelegt, flexibel verformt zu werden, um die relative
Verschiebung des Kranzes 3 und der Nabe 5 in radialen
Richtungen zuzulassen. Das äußere Ende
des elastisch verformbaren Abschnitts 6c in radialen Richtungen ist
mit dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt des äußeren Verbindungsabschnitts 6a in
Richtungen der Stirnflächenbreite
verbunden, und das innere Ende des elastisch verformbaren Abschnitts 6c in
radialen Richtungen ist mit dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt
des inneren Verbindungsabschnitts 6b in Richtungen der
Stirnflächenbreite
verbunden. Wenn also der elastisch verformbare Abschnitt 6c elastisch verformt
wird, presst die elastische Kraft des elastisch verformbaren Abschnitts 6c den
im Wesentlichen zentralen Abschnitt des Kranzes 3 in Richtungen
der Stirnflächenbreite,
so dass Drehmoment oder Winkelmoment in Richtung des Pfeils B in 1 nicht
auf den Kranz 3 wirkt. Als ein Ergebnis können die
Zähne 2 des
Kranzes 3 die Zähne
eines (nicht gezeigten) Begleitrades mit gleichmäßi gen Kontaktdrücken in
Richtungen der Stirnflächenbreite
kontaktieren, so dass vorgespannte Abnutzung aufgrund von unausgeglichenen
Kontaktdrücken
verhindert werden kann.
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3 ist
eine schematische vergrößerte Ansicht
des Zahnrades 1 aus Harz bei dieser bevorzugten Ausführungsform,
wenn das Zahnrad 1 mit einem Begleitrad 101 kämmt. Wie
in 3 gezeigt, ist das Zahnrad 1 aus Harz
bei dieser bevorzugten Ausführungsform
derart angebracht, dass das Zentrum L1a des axialen Lochs 4 (das
Drehzentrum der Nabe 5) exzentrisch bezüglich des Drehzentrums L1b
des Kranzes 3 zu dem Begleitzahnrad 101 angeordnet ist.
In Hinsicht einer Schwankung in der Präzision des Zahnprofils, einer
Schwankung in Abmessungen zwischen den Wellen der kämmenden
Zahnräder 1 und 101 usw.
ist der exzentrische Betrag (die Verschiebung zwischen den Drehzentren)
e derart eingestellt, dass Spiel beseitigt und bewirkt werden kann,
dass die Zahnflanken der kämmenden
Zähne 2 und 102 einander
dicht ohne Spielraum kontaktieren (vg. 3).
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Bei
dem Zahnrad 1 aus Harz dieser bevorzugten Ausführungsform
wird also ein Teil des elastisch verformbaren Abschnitts 6c,
der zwischen der Nabe 5 und dem Begleitrad 101 angeordnet
ist, zur elastischen Verformung komprimiert, um die Nabe durch die
elastische Kraft gegen das Begleitrad 101 zu pressen. Der
kämmende
Zustand des Zahnrades 1 aus Harz mit dem Begleitzahnrad 101 ist
also bei dieser bevorzugten Ausführungsform
aufrechterhalten (vgl. 3).
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Ferner
ist die optimale Dicke des elastisch verformbaren Abschnitts 6c nach
verschiedenen Bedingungen bestimmt, wie Modul, Außenabmessung und
Kontaktdruck zwischen den kämmenden
Zähnen 2 und 102.
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Bei
dem Zahnrad 1 aus Harz dieser bevorzugten Ausführungsform
mit dieser Konstruktion ist der Teil des Stegs 6 der dünne, elastisch
verformbare Abschnitt 6c, der in Richtungen der Stirnflächenbreite
gekrümmt
ist, so dass die elastische Verformung des elastisch verformbaren
Abschnitts 6c die relative Verschiebung der Nabe 5 und
des Kranzes 3 in radialen Richtungen zuläßt. Der
elastisch verformbare Abschnitt 6c hat jedoch eine im Wesentlichen
(kreisringförmige)
Scheibenform mit sehr hoher Steifigkeit in Drehrichtungen, so dass
die relative Verschiebung in Drehrichtungen zwischen der Nabe 5 und
dem Kranz 3 verhindert werden kann.
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Nach
dem Zahnrad 1 aus Harz bei dieser Ausführungsform kann also Drehung übertragen werden,
während
Spiel beseitigt wird, und die Relativverschiebung in Drehrichtungen
zwischen dem Kranz 3 und der Nabe 5 kann verhindert
werden, so dass Drehung gleichmäßig und
präzise übertragen werden
kann.
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Während der
elastisch verformbare Abschnitt 6c bei der oben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsform
derart ausgebildet worden ist, dass er nur einen gekrümmten verformbaren
Abschnitt hat, sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein,
sondern der elastisch verformbare Abschnitt 6c kann mehrere
gekrümmte
verformbare Abschnitt in radialen Richtungen. Beispielsweise können zwei
verformbare Abschnitte sequentiell in radialen Richtungen ausgebildet
sein, wie in 4 gezeigt, oder vier gekrümmte Abschnitte
können
sequentiell in radialen Richtungen ausgebildet sein, wie in 5 gezeigt.
Alternativ kann der elastisch verformbare Abschnitt 6c aus
einem leicht verformbaren Material ausgebildet sein (einem Material
mit einem großen
elastischen Modul), das sich von dem Material des Kranzes 3 und
der Nabe 5 unterscheidet.
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Während der
Teil des Stegs 6 bei der oben beschriebenen bevorzugten
Ausführungsform
der elastisch verformbare Abschnitt 6c gewesen ist, kann der
ganze Steg 6 elastisch verformbar sein. Eine solche Konstruktion
kann wirksam auf ein Zahnrad aus Harz mit einem kleinen Durchmesser
angewandt werden.
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Während das
axiale Loch 4 bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
in der Nabe 5 ausgebildet worden ist, sollte die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt
sein, sondern die Nabe 5 kann einstückig mit einer (nicht gezeigten) Tragwelle
ausgebildet sein.
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Das
Zahnrad aus Harz nach der vorliegenden Erfindung kann weite Verwendung
für Kraftübertragungsvorrichtungen
finden, die gleichmäßig und präzise Drehung übertragen
sollen. Insbesondere wenn das Zahnrad aus Harz nach der vorliegenden Erfindung
für einen
Drehverschiebungsmessabschnitt von präzisen Messvorrichtungen und
-instrumenten verwendet wird, kann die Messgenauigkeit verbessert
werden.