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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung
und spezieller ein Zahnrad, das auf mindestens einem festen Trägerzapfen
drehbar getragen wird, wobei eine Nabe des Zahnrads keinen nominalen Zwischenraum
zwischen ihrer inneren Oberfläche, die
die Bohrung in der Nabe begrenzt, die den festen Trägerzapfen
aufnimmt, und dem Umfang des maximalen effektiven Durchmessers des
festen Trägerzapfens
aufweist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Das US-Patent No. 5,799,548 an Brooks
et al. offenbart zwei im Wesentlichen parallele Metallträgerplatten,
die Kunststoffzahnräder
dazwischen drehbar getragen aufweisen. Jedes der Kunststoffzahnräder wird
durch seine Nabe auf zwei festen Kunststoffträgerzapfen drehbar getragen,
wobei sich jeder von einer von den zwei Trägerplatten erstreckt.
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Ein nominaler Spielraum ist zwischen
der äußeren Oberfläche von
jedem der zwei festen Trägerzapfen
und der inneren Oberfläche
der Zahnradnabe vorgesehen. Wenn der nominale Spielraum zwischen
der äußeren Oberfläche von
jedem der zwei festen Trägerzapfen
und der inneren Oberfläche der
Zahnradnabe zunimmt, wird das Kunststoffzahnrad erhöhter Schwingung
oder Schwankung ausgesetzt (ungenaue oder taumelnde Drehung). Wenn das
Kunststoffzahnrad das treibende Zahnrad eines Getriebezugs ist,
der mit einem getriebenen Zahnrad einer fotoleitenden Trommel eines
Laserdruckers verbunden ist, um die Trommel zu drehen, erzeugt diese
Schwingung oder Schwankung Schwingungen in der Trommel, so dass
die Druckqualität
des Laserdruckers beeinträchtigt
wird.
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Wenn der nominale Spielraum zwischen
der äußeren Oberfläche von
jedem der zwei festen Trägerzapfen
und der inneren Oberfläche
der Zahnradnabe in Richtung auf Null verringert wird, um die Schwingung
oder Schwankung zu verringern und die Druckqualität zu verbessern,
kann ein Binden der Zahnradnabe auf jedem der zwei festen Trägerzapfen
auftreten. Dies ist der Fall, weil die Toleranzen der Zahnradnabe
und jedes der zwei festen Trägerzapfen
den nominalen Spielraum überschreiten
können.
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Dieses Binden der Zahnradnabe auf
einem oder beiden der zwei festen Trägerzapfen würde das Drehmoment erhöhen, das
erfordert ist, um die Zahnradnabe auf den zwei festen Trägerzapfen
zu drehen. Zusätzlich
dazu, dass eine Erhöhung
des Drehmoments bei einer Abnahme im nominalen Spielraum zwischen
der inneren Oberfläche
der Zahnradnabe und dem Umfang der festen Trägerzapfen erforderlich ist,
bewirkt ein Binden einen übermäßigen Abtrag
der Zahnradnabe und der zwei festen Trägerzapfen. Ein Binden könnte auch
ein Festfressen hervorrufen. Deshalb ist eine Verringerung des nominalen
Spielraums zwischen der inneren Oberfläche der Zahnradnabe und der äußeren Oberfläche von
jedem der zwei festen Trägerzapfen,
indem man z. B. den Durchmesser von jedem der zwei festen Trägerzapfen
erhöht,
keine Lösung,
um ein Schaukeln oder eine Schwingung des Kunststoffzahnrads zu
verringern, um eine Druckqualität
eines Laserdruckers zu verbessern, dessen fotoleitende Trommel durch
einen Getriebezug angetrieben wird.
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Die Getriebeanordnung der vorliegenden
Erfindung löst
das vorhergehende Problem einer Verringerung von Schwankung oder
Schwingung des Kunststoffzahnrads, ohne dass ein Binden der Zahnradnabe
auf den festen Trägerzapfen
vorhanden ist, auf denen die Nabe drehbar getragen wird. Die Getriebeanordnung
der vorliegenden Erfindung vermeidet einen signifikanten Anstieg
im Drehmoment oder einen signifikanten übermäßigen Abtrag.
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Dies wird in einem ersten Aspekt
der Erfindung durch Bereitstellen einer Getriebeanordnung nach Anspruch
1 erreicht.
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Gemäß einem anderen Aspekt liefert
die Erfindung eine Getriebeträgeranordnung
nach Anspruch 8.
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Drei Höcker erzeugen einen effektiven Durchmesser
von jedem der festen Trägerzapfen, der
geringfügig
kleiner ist als oder gleich oder geringfügig größer ist als der Durchmesser
der Bohrung der Zahnradnabe.
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Es versteht sich, dass der nominale
Spielraum so konstruiert ist, dass er zwischen dem Umfang von jedem
der festen Trägerzapfen
und der inneren Oberfläche
der Zahnradnabe Null ist. Wegen der Toleranzen bei der Herstellung
des Kunststoffzahnrads und von jedem der festen Trägerzapfen kann
jedoch der effektive Spielraum dazu führen, dass die Höcker die
innere Oberfläche
der Zahnradnabe in Eingriff nehmen oder geringfügig davon beabstandet sind.
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Der Eingriff von jedem der drei Höcker mit der
inneren Oberfläche
der Zahnradnabe bewirkt eine Verformung des Kunststoffs zwischen
den Höckern.
Diese Verformung bewirkt ein Vorspringen der inneren Oberfläche der
Zahnradnabe in Räume
zwischen den Höckern.
Diese Vorsprünge
können
auftreten, weil der Durchmesser der bogenförmigen Teile von jedem der
festen Trägerzapfen
zwischen den Höckern
ausreichend kleiner ist als der Durchmesser der inneren Oberfläche der
Zahnradnabe.
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Ein Ziel dieser Erfindung besteht
darin, eine Zahnradschwankung oder -Schwingung bei einem Kunststoffzahnrad
zu verringern.
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Ein anderes Ziel dieser Erfindung
besteht darin, Zahnradschwankungen oder -Schwingungen bei einem
Kunststoffzahnrad zu verringern, das als ein treibendes Zahnrad
eines Getriebezugs wirkt.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung
besteht darin, Zahnradschwankungen oder -Schwingungen in einem Kunststoffzahnrad
zu verringern, das als ein treibendes Zahnrad eines Getriebezugs
wirkt, der in einem Drucker verwendet wird, der durch einen Personalrechner
gesteuert wird.
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Andere Ziele dieser Erfindung sind
aus der folgenden Beschreibung, Ansprüchen und Zeichnungen leicht
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die angefügten Zeichnungen veranschaulichen
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung.
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1 ist
eine Endaufrissansicht, teilweise im Schnitt, von einem von zwei
festen Trägerzapfen
und einer Nabe eines Kunststoffzahnrads, das auf der einen festen
Trägernabe
drehbar getragen wird, wobei der eine feste Trägerzapfen drei Höcker aufweist,
um mit einer inneren Oberfläche
der Zahnradnabe in Eingriff zu treten, um eine Verformung der Zahnradnabe hervorzurufen,
wobei die Verformung zwecks Klarheit übertrieben ist, und aufgenommen
entlang der Linie 1-1 von 2.
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2 ist
eine Schnittansicht, teilweise im Aufriss, von den zwei festen Trägerzapfen
und dem Kunststoffzahnrad der 1 und 5, wobei das Kunststoffzahnrad
auf den zwei festen Trägerzapfen
drehbar getragen wird, die auf zwei Metallträgerplatten montiert sind, und
aufgenommen entlang der Linie 2-2 von 1.
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3 ist
eine Endaufrissansicht, teilweise im Schnitt, die die frühere Beziehung
zwischen dem einen festen Trägerzapfen
von 1 und der Nabe des
Kunststoffzahnrads darstellt, mit einem Spielraum dazwischen und
aufgenommen entlang der Linie 1-1 von 2.
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4 ist
eine Perspektivansicht eines Getriebezugs, der auf einer von den
zwei Metallträgerplatten
von 2 getragen wird,
wobei das treibende Zahnrad des Getriebezugs eine fotoempfindliche Trommel
eines Laserdruckers treibt.
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5 ist
eine Endaufrissansicht, teilweise im Schnitt, von dem anderen von
den zwei festen Trägerzapfen
und der Nabe des Kunststoffzahnrads, das auf dem anderen festen
Trägerzap fen
drehbar getragen wird, wobei der andere feste Trägerzapfen drei Höcker aufweist,
um mit einer inneren Oberfläche
der Zahnradnabe in Eingriff zu treten, um eine Verformung der Zahnradnabe
hervorzurufen, wobei die Verformung zwecks Klarheit übertrieben
ist, und aufgenommen entlang der Linie 5-5 von 2.
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6 ist
eine Schnittansicht, teilweise im Aufriss, des Kunststoffzahnrads,
das auf einem einzigen festen Trägerzapfen
getragen wird.
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7 ist
eine Endaufrissansicht, teilweise im Schnitt, des einzigen festen
Trägerzapfens
und der Nabe des Kunststoffzahnrads, das auf dem einzigen festen
Trägerzapfen
drehbar getragen wird, wobei der einzige feste Trägerzapfen
drei Höcker
aufweist, um mit einer inneren Oberfläche der Zahnradnabe in Eingriff
zu treten, um eine Verformung der Zahnradnabe hervorzurufen, wobei
die Verformung zwecks Klarheit übertrieben
ist, und aufgenommen entlang der Linie 7-7 von 6.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die Zeichnungen und
insbesondere 1 ist dort
ein erster fester Trägerzapfen 10 dargestellt,
der vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt ist und an eine
Metallträgerplatte 11 angeformt
ist, auf die Weise, die spezieller im vorgenannten Brooks et al.-Patent
dargestellt und beschrieben ist. Der feste Trägerzapfen 10 umfasst eine
Basis 12, die an die Metallträgerplatte 11 angeformt
ist und daran durch Anker 13 verankert ist.
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Der feste Trägerzapfen 10 weist
mindestens drei Höcker 14 auf,
die sich von seiner äußeren Oberfläche 15 erstrecken.
Die Höcker 14 sind
vorzugsweise in Winkelrichtung gleich voneinander beabstandet.
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Jeder von den Höckern 14 tritt mit
einer inneren Oberfläche 16 einer
Nabe 17 eines Kunststoffzahnrads 18 in Eingriff
(siehe 2), das Zähne 19 um
mindestens einem Teil seines Umfangs aufweist. Folglich ist eine
Bohrung 20, die sich durch die Zahnradnabe 17 erstreckt,
durch die innere Oberfläche 16 der
Zahnradnabe 17 begrenzt.
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Es versteht sich, dass es für die drei
Höcker 14 nicht
notwendig ist, um in Winkelrichtung gleich voneinander beabstandet
zu sein. Das einzige Erfordernis ist, dass ein Eingriff der drei
Höcker 14 mit
der inneren Oberfläche 16 des
Kunststoffzahnrads 18 ein Dreieck bildet, wobei der Drehmittelpunkt
des Kunststoffzahnrads 18 darin liegt.
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Wie in 1 dargestellt,
erzeugen die Höcker 14 eine
Verformung der Zahnradnabe 17 zwischen den benachbarten
Höckern 14.
Es versteht sich, dass die Verformung der Zahnradnabe 17 zwecks
Klarheit übertrieben
ist.
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Dementsprechend erstrecken sich Teile 21 der
Zahnradnabe 17 in Teile von drei Räumen 22 zwischen der äußeren Oberfläche 15 des
festen Trägerzapfens 10 und
der inneren Oberfläche 16 der Zahnradnabe 17.
Die äußere Oberfläche 15 des
festen Trägerzapfen 10 ist
mit einem verhältnismäßig großen Spielraum
von der inneren Oberfläche 16 der Zahnradnabe 17 gebildet,
um die drei Räume 22 bereitzustellen.
Jeder von den drei Räumen 22 erstreckt sich
zwischen den benachbarten Höckern 14.
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Wie in 2 dargestellt,
ist ein zweiter fester Trägerzapfen 23 in
dem Ende der Bohrung 20 der Zahnradnabe 17 angeordnet,
das dem Ende entgegengesetzt ist, das den ersten festen Trägerzapfen 10 aufnimmt.
Der zweite feste Trägerzapfen 23 ist
auf einer zweiten Metallträgerplatte 24 auf
eine Weise montiert, die in dem vorgenannten Brooks et al.-Patent
dargestellt und beschrieben worden ist.
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Wie in 5 dargestellt,
weist der zweite feste Trägerzapfen 23 die
Höcker 14 in
derselben Position auf, wie in 1 für den ersten
festen Trägerzapfen 10 dargestellt.
Jeder von den Höckern 14 erstreckt
sich für
die Länge
von jedem des ersten festen Trägerzapfens 10 und
des zweiten festen Trägerzapfens 23 (siehe 2).
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Es versteht sich, dass die Getriebewechselwirkungskraft
des Kunststoffzahnrads 18 auf jedem von dem ersten festen
Trägerzapfen 10 und
dem zweiten festen Trägerzapfen 23 die
Winkelposition der Höcker 14 darauf
bestimmt. D. h. die Höcker 14 auf
dem zweiten festen Trägerzapfen 23 würden nicht
notwendigerweise in derselben Position sein wie die Höcker 14 auf
dem ersten festen Trägerzapfen 10.
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Die zwei festen Trägerzapfen 10 und 23 können auf
den Trägerplatten 11 und 24 versetzt
sein, wie in dem vorgenannten Brooks et al.-Patent dargestellt und
beschrieben, wenn gewünscht.
Jedoch ist ein Versetzen der zwei festen Trägerzapfen 10 und 23 für einen
zufriedenstellenden Betrieb in der vorliegenden Erfindung nicht
notwendig.
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3 veranschaulicht
einen festen Trägerzapfen 25,
in dem es einen nominalen Spielraum zwischen der inneren Oberfläche 16 der
Zahnradnabe 17 und dem Umfang des festen Trägerzapfens 25 auf
die Weise gibt, die in dem vorgenannten Brooks et al.-Patent dargestellt
und beschrieben worden ist. Wenn es ein Versetzen gibt, ist der
feste Trägerzapfen 25 mit
einem Spielraum angeordnet, der sich von der 6 Uhr-Position zur
12 Uhr-Position verringert, wie in 3 dargestellt.
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Das Kunststoffzahnrad 18 (siehe 4) ist Teil eines Getriebezugs 26,
der Kunststoffverbundzahnräder 27 und 28 umfasst.
Das Verbundzahnrad 27 umfasst ein erstes Zahnrad 30,
das durch eine Metallwelle 31 eines Motors 32 angetrieben
wird, der durch die Trägerplatte 11 getragen
wird.
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Das Verbundzahnrad 27 umfasst
ein zweites Zahnrad 33, das das Verbundzahnrad 28 durch
Eingriff mit einem ersten Zahnrad 34 des Verbundzahnrads 28 treibt.
Das Verbundzahnrad 28 weist ein zweites Zahnrad 35 auf,
das mit dem Kunststoffzahnrad 18 im Eingriff steht, um
es zu drehen. Das Kunststoffzahnrad 18, das das treibende
Zahnrad des Getriebezugs 26 ist, treibt ein Kunststoffzahnrad 36,
das mit einer fotoleitenden Trommel 37 eines Laserdruckers
verbunden ist.
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Es ist nur notwendig, dass das Kunststoffzahnrad 18 die
Getriebeanordnung der vorliegenden Erfindung verwendet, um die durch
die fotoleitende Trommel 37 erzeugte Druckqualität zu verbessern. Dies
ist deshalb der Fall, weil die Getriebeanordnung des Verbundzahnrads 27 oder 28 keinen
ausreichenden Effekt auf die Druckqualität aufweisen würde, die durch
die fotoleitende Trommel 37 des Laserdruckers erzeugt wird.
Jedoch versteht es sich, dass die Getriebeanordnung bei mehr als
einem Zahnrad eines Getriebezugs verwendet werden könnte, wenn
notwendig.
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Einer der Höcker 14 (siehe 1) auf dem ersten festen
Trägerzapfen 10 ist
mit einer ersten Getriebewechselwirkungskraft ausgerichtet, die
durch einen Pfeil 38 gekennzeichnet ist, die durch die
Zahnräder 35 (siehe 4) und 36 erzeugt
wird, die mit dem Kunststoffzahnrad 18 kämmen. In 1 ist dies der Höcker 14 auf
dem ersten festen Trägerzapfen 10 an
der 12 Uhr-Position.
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Die Zahnräder 35 (siehe 4) und 36 erzeugen
eine zweite Getriebewechselwirkungskraft, die durch einen Pfeil 39 (siehe 5) auf dem Höcker 14 auf
dem zweiten festen Trägerzapfen 23 an der
4 Uhr-Position gekennzeichnet ist. Deshalb weist jeder von dem ersten
festen Trägerzapfen 10 (siehe 2) und dem zweiten festen
Trägerzapfen 23 eine unterschiedliche
darauf wirkende Getriebewechselwirkungskraft auf.
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Während
die zwei festen Trägerzapfen 10 und 23 so
dargestellt worden sind, dass sie die Zahnradnabe 17 tragen,
versteht es sich, dass nur ein fester Trägerzapfen 40 (siehe 6) verwendet werden kann,
wenn gewünscht.
Der feste Trägerzapfen 40 würde von
einer Metallträgerplatte 41 auf
dieselbe Weise getragen werden, wie die festen Trägerzapfen 10 (siehe 2) und 23 durch
die Metallträgerplatten 11 bzw. 24 getragen
werden.
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Wie in 7 dargestellt,
ist einer der Höcker 14 auf
dem festen Trägerzapfen 40 mit
einer Getriebewechselwirkungskraft ausgerichtet, die durch einen
Pfeil 42 gekennzeichnet ist, die durch die Zahnräder 35 (siehe 4) und 36 erzeugt
wird, die mit dem Kunststoffzahnrad 18 kämmen. In 7 ist dies der Höcker 14 an
der 2 Uhr-Position.
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Während
das Kunststoffzahnrad 18 (siehe 4) als das treibende Zahnrad des Getriebezugs 26 dargestellt
worden ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung verwendet
werden kann, wobei das Kunststoffzahnrad 18 das einzige
Zahnrad zwischen der Welle 31 des Motors 32 und
dem Zahnrad 36 ist. Jedes von den Zahnrädern des Getriebezugs 26 ist
vorzugsweise ein Acetalharz, das unter der Schutzmarke DELRIN im
Handel vertrieben wird.
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Weiter ist es nicht notwendig, dass
die festen Trägerzapfen 10 (siehe 2), 23 und 40 (siehe 6) aus Kunststoff gebildet
sind, der vorzugsweise der Kunststoff ist, der in dem vorgenannten Brooks
et al.-Patent beschrieben ist und von LNP Engineering Plastics,
Inc., Exton, PA. unter dem Handelsnamen Lubricomp RFL 4536 im Handel
vertrieben wird. Folglich können
die festen Trägerzapfen 10 (siehe 2), 23 und 40 (siehe 6) aus Stahl, wenn gewünscht, gebildet
sein, aber dies würde
kostspieliger sein.
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Während
einer der Höcker 14 (siehe 1) auf jedem des ersten
festen Trägerzapfens 10,
des zweiten festen Trägerzapfens 23 (siehe 5) und des festen Trägerzapfens 40 (siehe 7) so dargestellt worden
ist, dass er mit der Getriebewechselwirkungskraft ausgerichtet ist,
die durch die Pfeile 38 (siehe 1), 39 (siehe 5) bzw. 42 (siehe 7) gekennzeichnet ist, versteht
es sich, dass der Höcker 14 um ein
Maximum von 20° nach
beiden Seiten der Getriebewechselwirkungskraft, die durch die Pfeile 38 (siehe 1), 39 (siehe 5) bzw. 42 (siehe 7) gekennzeichnet ist, verschoben
sein und doch noch eine gewisse Verringerung von Zahnradschwingung
oder -schwankung erzielen könnte.
Deshalb, wie in den Ansprüchen
verwendet, umfasst "im Wesentlichen ausgerichtet" jegliche Ausrichtung
bis zum Maximum von 20° auf
jeder Seite der Getriebewechselwirkungskraft.
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Es versteht sich, dass die Getriebewechselwirkungskräfte auf
einen der Höcker 14 auf
den zwei festen Trägerzapfen 10 (siehe 2) und 23 nicht unter
demselben Winkel zur Wechselwirkungsgetriebekraft ausgerichtet sein
müssen.
Folglich könnte
einer der Höcker 14 auf
einem der zwei festen Trägerzapfen 10 (siehe 2) und 23 mit der
Getriebewechselwirkungskraft ausgerichtet sein, und einer der Höcker 14 auf
dem anderen der zwei festen Trägerzapfen 10 (siehe 2) und 23 könnte nach einer
von beiden Seiten der Getriebewechselwirkungskraft bis zu dem Maximum
von 20° verschoben sein.
Desgleichen könnte
der Betrag einer Verschiebung für
die zwei festen Trägerzapfen 10 und 23 unterschiedlich
sein.
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Jedoch ist die zufriedenstellendste
und effektivste Position der Höcker 14 auf
dem ersten festen Trägerzapfen 10 in 1 dargestellt, bei der einer der
drei Höcker 14 mit
der Getriebewechselwirkungskraft ausgerichtet ist, die durch den
Pfeil 38 gekennzeichnet ist. Desgleichen ist die zufriedenstellendste und
effektivste Position der Höcker 14 auf
dem zweiten festen Trägerzapfen 23 (siehe 5) mit einem der Höcker 14 wie
in 5 dargestellt ausgerichtet. Ähnlich ist
die zufriedenstellendste und effektivste Position der Höcker 14 auf
dem festen Trägerzapfen 40 (siehe 7) mit einem der Höcker 14 wie
in 7 dargestellt ausgerichtet.
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Wenn gewünscht, können mehr als drei von den
Höckern 14 (siehe 1) verwendet werden. Jedoch
würde dies
nicht so zufriedenstellend sein wie die Verwendung der drei Höcker 14.
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Diese erhöhte Anzahl von Höckern 14 von größer als
drei würde
auch die Bindungsbeanspruchung zwischen der Zahnradnabe 17 und
den Höckern 14 erhöhen, so
dass die Bindungsbeanspruchung unnötig erhöht wird.
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Ein Vorteil dieser Erfindung besteht
darin, dass die Druckqualität
eines Druckers, insbesondere eines Laserdruckers, verbessert wird.
Ein anderer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Schwingung
oder Schwankung eines Zahnrads verringert wird.