WO2013017187A1 - Zahnradwellenanordnung - Google Patents

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WO2013017187A1 PCT/EP2012/002732 EP2012002732W WO2013017187A1 WO 2013017187 A1 WO2013017187 A1 WO 2013017187A1 EP 2012002732 W EP2012002732 W EP 2012002732W WO 2013017187 A1 WO2013017187 A1 WO 2013017187A1
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Brian Kane
Gerhard Roesch
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Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16H2055/065—Moulded gears, e.g. inserts therefor

Definitions

  • the invention relates to a gear shaft assembly having a shaft which is made of a solid material of greater strength and which has a cylindrical surface on which an outer gear of a plastic, the cylindrical outer surface of the shaft
  • Such gear shaft assemblies are particularly in hydraulic
  • External gear machines used in which two gears take over the promotion of a fluid.
  • a shaft with an externally toothed gear also have hydraulic internal gear machines, in which the external gear meshes with an internally toothed ring gear.
  • the object of the invention is to provide a gear shaft assembly of the type mentioned, in which the above-mentioned disadvantages are avoided and which is inexpensive to produce at the intended torque loads suitable strength.
  • This object is achieved in that the shaft has an axial bore, lead from the one or more openings in the region of the outer gear to the cylindrical surface of the shaft, wherein the plastic is injected through the axial bore and the apertures to the region of the outer gear this training ,
  • the massive formation of the wave in particular from a metal provides for their
  • the gear shaft arrangement according to the invention has a significantly reduced weight.
  • Angular distances are arranged to each other.
  • the axial bore leads from an axial end of the shaft to the openings, so that there is a direct deflection of the injected plastic into the axial bore in the openings.
  • the openings can lead to the longitudinal axis of the shaft inclined to the cylindrical surface of the shaft.
  • the openings can open outward in the region of the outer gear surrounding the shaft on the cylindrical outer surface of the shaft, so that the injected plastic with few deflections and thus quickly reaches the area of the outer gear and forms it.
  • the apertures open outwards in the center of the toothed wheel, so that, in conjunction with an orifice perpendicular to the shaft axis, the same conditions exist for the flow of the plastic to the two end faces of the toothed wheel.
  • the aperture or the plurality of apertures are preferably arranged with respect to their orifice in the circumferential direction of the shaft with respect to the external gear such that converging plastic streams meet in the region of a tooth of the external gear to be formed. For example, if only one breakthrough exists, its mouth is opposite a tooth. The flowing during the injection molding of the breakthrough in opposite directions two plastic streams then meet in the opposite tooth to each other, so that a large-scale weld line is formed in the plastic, which does not affect the strength too much.
  • For a fixed positive connection can be formed on the cylindrical lateral surface of the shaft axially axially extending partially or completely over the shaft enclosing portion of the external gear, radially encircling groove.
  • the shaft has a surface profiling, in particular a knurling, on its cylindrical jacket surface in the region of the external gearwheel.
  • the higher strength material of the shaft can improve the strength properties of metal
  • gear shaft assembly in particular of steel.
  • gear shaft assembly is part of an external gear machine or a
  • Fig. 1 is a side view of a first embodiment of a
  • FIG. 3 is an end view of the gear shaft assembly of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a perspective view of the gear shaft assembly of FIG. 1,
  • Fig. 5 is a side view of a second embodiment of a
  • FIG. 6 is a longitudinal section of the gear shaft assembly of FIG. 5,
  • FIG. 8 perspective view with a partial section of the
  • Gearwheel shaft arrangement according to Fig. 5.
  • a shaft 1, 1 'of a solid material made of steel
  • an external gear 2, 2' made of a plastic
  • the cylindrical surface 3, 3 'of the shaft 1, 1' encapsulated enclosing.
  • a bore 4, 4 ' is coaxially formed in the shaft 1, 1', which extends from one end of the shaft 1, 1 'forth into the region of the external gear 2, 2'.
  • the bore 4 extends to the center below the range of the external gear 2. From there lead radially three openings 5 in the form of holes to the cylindrical surface 3 and open outward there.
  • Breakthroughs 5 have equal angular distances of 120 degrees from each other.
  • the all three openings open outwards in a region of the shaft over which a tooth of the toothed wheel is located after injection molding. This is possible in the present case because the number of teeth is a multiple of three, namely twelve. Between two teeth, on which two adjacent openings 5 open, there are three teeth. In the middle of these three teeth coming from the adjacent breakthroughs plastic flows together, so that forms a large-scale weld line in the tooth. For other numbers of teeth of the external gear, it may be appropriate to choose a different number of apertures, possibly to make the angular distances between the breakthroughs unequal and to make the breakthroughs or individual breakthroughs in the area of a tooth gap.
  • the toothed wheel has ten teeth
  • the shaft 1 is enclosed by a mold, not shown, at the designated location. Then, heated plastic is injected into the axial bore 4, which flows through this bore 4 and the three apertures 5 to the cavity formed by the mold and fills them in the form of the external gear 2. After cooling the plastic and releasing the mold, the shaft 1 is fixedly connected to the external gear 2 arranged thereon. For a particularly stable connection, the shaft is knurled in the area of the toothed wheel.
  • the bore 4 ' extends into a region immediately adjacent to the external gear 2. From there, at a distance of 180 degrees, two radial apertures 5 'lead to a radially encircling annular groove 6, which is formed in the radially encircling lateral surface 3' of the shaft 1 '.
  • the annular groove 6 extends almost completely under the area of the shaft 1 'enclosed by the external gear 2'.
  • the shaft V is enclosed by a molding tool (not shown) at the point provided for this purpose, the annular groove 6 being surrounded by the mold and forming an annular gap.
  • heated plastic is injected into the axial bore 4 'which flows through this bore 4', the radial openings 5 'and the annular gap formed by the annular groove 6 to the cavity formed by the mold and this in the form of the external gear 2' fills , After cooling of the plastic and release of the mold, the shaft 1 'is fixedly provided with the external gear 2' arranged thereon.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradwellenanordnung mit einer Welle, die massiv aus einem höherfesten Material besteht und die eine zylindrische Mantelfläche aufweist, auf der ein Außenzahnrad aus einem Kunststoff die zylindrische Mantelfläche der Welle umschließend aufgespritzt ist. Die Welle weist eine axiale Bohrung auf, von der im Bereich des Außenzahnrads ein oder mehrere Durchbrüche zur zylindrischen Mantelfläche der Welle führen, wobei der Kunststoff durch die axiale Bohrung und die Durchbrüche zum Bereich des Außenzahnrades dieses ausbildend gespritzt ist.

Description

Zahnradwellenanordnung
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradwellenanordnung mit einer Welle, die massiv aus einem höherfesten Material besteht und die eine zylindrische Mantelfläche aufweist, auf der ein Außenzahnrad aus einem Kunststoff die zylindrische Mantelfläche der Welle
umschließend aufgespritzt ist. Derartige Zahnradwellenanordnungen werden insbesondere bei hydraulischen
Außenzahnradmaschinen (Außenzahnradpumpen oder Außenzahnradmotoren) verwandt, bei denen zwei Zahnräder die Förderung eines Fluids übernehmen. Eine Welle mit einem außen verzahnten Zahnrad weisen auch hydraulischen Innenzahnradmaschinen auf, bei denen das Außenzahnrad mit einem innen verzahnten Hohlrad kämmt.
Es ist auch bekannt, die Zahnradwellenanordnungen einstückig aus Kunststoff herzustellen.
Bei höheren Drehmomentbelastungen kann es bei Zahnradwellenanordnungen ganz aus Kunststoff Probleme hinsichtlich der Festigkeit geben.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Zahnradwellenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die oben genannten Nachteile vermieden sind und die bei für die vorgesehenen Drehmomentbelastungen geeigneter Festigkeit kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Welle eine axiale Bohrung aufweist, von der im Bereich des Außenzahnrads ein oder mehrere Durchbrüche zur zylindrischen Mantelfläche der Welle führen, wobei der Kunststoff durch die axiale Bohrung und die Durchbrüche zum Bereich des Außenzahnrades dieses ausbildend gespritzt ist. Die massive Ausbildung der Welle insbesondere aus einem Metall sorgt für deren
erforderliche Festigkeit, während durch das Anspritzen des Außenzahnrades durch die axiale, insbesondere koaxiale Bohrung der Welle und die nach außen führenden
Durchbrüche, die nach dem Spritzgießen mit Kunststoff gefüllt sind, eine belastbare Verbindung zwischen Welle und Außenzahnrad besteht. Durch das Anspritzen von innen werden Anspritzpunkte an der axialen und radialen Außenkontur des Zahnrads vermieden, so dass man eine glatte Oberfläche erhält. Gegenüber rein metallischen Zahnradwellenanordnungen weist die erfindungsgemäße Zahnradwellenanordnung ein deutlich reduziertes Gewicht auf.
Sind mehrere Durchbrüche vorhanden, so ist es günstig, wenn diese in gleichen
Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Vorzugsweise führt die axiale Bohrung von einem axialen Ende der Welle bis zu den Durchbrüchen, so dass dort unmittelbar eine Umlenkung des in die axiale Bohrung eingespritzten Kunststoffs in die Durchbrüche erfolgt. Die Durchbrüche können zur Längsachse der Welle geneigt zur zylindrischen Mantelfläche der Welle führen.
Einfach herstellbar ist es, wenn die Durchbrüche radial, also senkrecht zur Achse der Welle zur zylindrischen Mantelfläche der Welle führen.
Die Durchbrüche können in dem die Welle umschließenden Bereich des Außenzahnrades an der zylindrischen Mantelfläche der Welle nach außen münden, so dass der eingespritzte Kunststoff mit wenigen Umlenkungen und damit schnell in den Bereich des Außenzahnrades gelangt und dieses ausformt. Insbesondere münden die Durchbrüche mittig des Zahnrades nach außen, so dass in Verbindung mit einer Ausmündung senkrecht zur Wellenachse gleiche Verhältnisse für den Fluss des Kunststoffs zu den beiden Stirnseiten des Zahnrads hin bestehen.
Es ist auch möglich, dass die Durchbrüche unmittelbar neben dem die Welle
umschließenden Bereich des Außenzahnrades an der zylindrischen Mantelfläche der Welle nach außen münden und an der zylindrischen Mantelfläche ein oder mehrere von der Mündung der Durchbrüche zu dem die Welle umschließenden Bereich des Außenzahnrades führende Nuten ausgebildet sind, wobei der Kunststoff durch die axiale Bohrung, die Durchbrüche und die Nuten zum Bereich des Außenzahnrades dieses ausbildend gespritzt ist.
Zu einer gleichmäßig über den Umfang der Welle verteilten Zufuhr des Kunststoffs zum Bereich des Außenzahnrades führt es dabei, wenn an der zylindrischen Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut ausgebildet ist, die die Mündung der Durchbrüche axial mit dem die Welle umschließenden Bereich des Außenzahnrades verbindet.
Der Durchbruch oder die mehreren Durchbrüche sind im Hinblick auf ihre Ausmündung in Umfangsrichtung der Welle bevorzugt derart bezüglich des Außenzahnrads angeordnet, dass zusammenlaufende Kunststoffströme im Bereich eines zu bildenden Zahnes des Außenzahnrads aufeinandertreffen. Ist zum Beispiel nur ein Durchbruch vorhanden, so liegt dessen Ausmündung einem Zahn gegenüber. Die während des Spritzgießvorganges vom Durchbruch in entgegengesetzte Richtungen wegfließenden zwei Kunststoffströme treffen dann in dem gegenüberliegenden Zahn aufeinander, so dass eine großflächige Bindenaht im Kunststoff entsteht, die die Festigkeit nicht zu sehr beeinträchtigt.
Sind mehrere Durchbrüche vorhanden, so sollte sich, in Umfangsrichtung gesehen, mittig zwischen zwei aufeinander folgenden Ausmündungen ein Zahn des Zahnrads befinden. Die zwei Kunststoffströme aus den benachbarten Ausmündungen treffen dann im Bereich dieses Zahnes aufeinander, so dass sich wiederum großflächige Bindenähte bilden.
Zu einer festen formschlüssigen Verbindung kann an der zylindrischen Mantelfläche der Welle eine sich axial ganz oder teilweise über den die Welle umschließenden Bereich des Außenzahnrades erstreckende, radial umlaufende Nut ausgebildet sein.
Zu den gleichen Vorteilen führt es, wenn die Welle an ihrer zylindrischen Mantelfläche im Bereich des Außenzahnrads eine Oberflächenprofilierung, insbesondere eine Rändelung besitzt.
Das höherfeste Material der Welle kann die Festigkeitseigenschaften von Metall
insbesondere von Stahl besitzen. Eine besonders bevorzugte Anwendung der Zahnradwellenanordnung besteht darin, dass die Zahnradwellenanordnung ein Teil einer Außenzahnradmaschine oder einer
Innenzahnradmaschine ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Zahnradwellenanordnung,
Fig. 2 einen Längsschnitt der Zahnradwellenanordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Stirnansicht der Zahnradwellenanordnung nach Fig. 1 ,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Zahnradwellenanordnung nach Fig. 1 ,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
Zahnradwellenanordnung,
Fig. 6 einen Längsschnitt der Zahnradwellenanordnung nach Fig. 5,
Fig. 7 eine Stirnansicht der Zahnradwellenanordnung nach Fig. 5,
Fig. 8 perspektivische Ansicht mit einem Teilschnitt der der
Zahnradwellenanordnung nach Fig. 5. Bei den Ausführungsbeispielen ist auf einer Welle 1 , 1 ' aus einem Vollmaterial aus Stahl ein Außenzahnrad 2, 2' aus einem Kunststoff die zylindrische Mantelfläche 3, 3' der Welle 1 , 1' umschließend aufgespritzt.
Dazu ist koaxial in der Welle 1 , 1' eine Bohrung 4, 4' ausgebildet, die von einem Ende der Welle 1, 1' her bis in den Bereich des Außenzahnrads 2, 2' reicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 reicht die Bohrung 4 bis mittig unter den Bereich des Außenzahnrades 2. Von dort führen radial drei Durchbrüche 5 in Form von Bohrungen bis zur zylindrischen Mantelfläche 3 und münden dort nach außen. Die
Durchbrüche 5 haben gleiche Winkelabstände von 120 Grad voneinander. Insbesondere münden die alle drei Durchbrüche in einem Bereich der Welle nach außen, über dem sich nach dem Spritzgießen ein Zahn des Zahnrads befindet. Das ist vorliegend möglich, weil die die Zähnezahl ein Vielfaches von drei, nämlich zwölf ist. Zwischen zwei Zähnen, an denen zwei benachbarte Durchbrüche 5 ausmünden, befinden sich jeweils drei Zähne. Im mittleren dieser drei Zähne laufen die von den benachbarten Durchbrüchen her kommenden Kunststoffströme zusammen, so dass sich in dem Zahn eine großflächige Bindenaht bildet. Bei anderen Zähnezahlen des Außenzahnrads kann es angebracht sein, eine andere Anzahl von Durchbrüchen zu wählen, die Winkelabstände zwischen den Durchbrüche gegebenenfalls ungleich zu machen und die Durchbrüche oder einzelne Durchbrüche im Bereich einer Zahnlücke ausmünden zu lassen. Hat das Zahnrad zum Beispiel zehn Zähne, so könnte man zwei Durchbrüche vorsehen, die jeweils im Bereich eines Zahnes ausmünden, wobei sich zwischen diesen beiden Zähnen in der einen Richtung 3 Zähne und in der anderen Richtung 5 Zähne befinden. Oder man könnte die beiden Durchbrüche einander genau gegenüberliegend im Bereich zweier Zahnlücken ausmünden. Es würden sich jeweils Bindenähte zwischen den Kunststoffströmen im Bereich eines Zahnes bilden.
Zur Erzeugung des Außenzahnrades 2 ist an der dafür vorgesehenen Stelle die Welle 1 von einem nicht dargestellten Formwerkzeug umschlossen. Dann wird erhitzter Kunststoff in die axiale Bohrung 4 eingespritzt, der durch diese Bohrung 4 und die drei Durchbrüche 5 zu der von dem Formwerkzeug gebildeten Kavität fließt und diese in der Form des Außenzahnrades 2 ausfüllt. Nach Erkalten des Kunststoffs und Lösen des Formwerkzeugs ist die Welle 1 fest mit dem darauf angeordneten Außenzahnrad 2 verbunden. Für eine besonders stabile Verbindung ist die Welle im Bereich des Zahnrads mit einer Rändelung versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel Fig. 5 bis 8 reicht die Bohrung 4' bis in einen unmittelbar an das Außenzahnrad 2 angrenzenden Bereich. Von dort führen im Abstand von 180 Grad zwei radiale Durchbrüche 5' bis zu einer radial umlaufenden Ringnut 6, die in der radial umlaufenden Mantelfläche 3' der Welle 1' ausgebildet ist.
Axial erstreckt sich die Ringnut 6 fast vollständig unter den von dem Außenzahnrad 2' umschlossenen Bereich der Welle 1'. Zur Erzeugung des Außenzahnrades 2' ist an der dafür vorgesehenen Stelle die Welle V von einem nicht dargestellten Formwerkzeug umschlossen, wobei von dem Formwerkzeug auch die Ringnut 6 einen Ringspalt bildend umschlossen ist. Dann wird erhitzter Kunststoff in die axiale Bohrung 4' eingespritzt, der durch diese Bohrung 4', die radialen Durchbrüche 5' und den von der Ringnut 6 gebildeten Ringspalt zu der von dem Formwerkzeug gebildeten Kavität fließt und diese in der Form des Außenzahnrades 2' ausfüllt. Nach Erkalten des Kunststoffs und Lösen des Formwerkzeugs ist die Welle 1 ' fest mit dem darauf angeordneten Außenzahnrad 2' versehen.

Claims

Zahnradwellenanordnung mit einer Welle, die massiv aus einem höherfesten Material besteht und die eine zylindrische Mantelfläche aufweist, auf der ein Außenzahnrad aus einem Kunststoff die zylindrische Mantelfläche der Welle umschließend aufgespritzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1 , 1') eine axiale Bohrung (4, 4') aufweist, von der im Bereich des Außenzahnrads (2, 2') ein oder mehrere zur zylindrischen Mantelfläche (3, 3') der Welle (1 , 1') führende Durchbrüche (5, 5') führen, wobei der Kunststoff durch die axiale Bohrung (4, 4') und die Durchbrüche (5, 5') zum Bereich des Außenzahnrades (2, 2') dieses ausbildend gespritzt ist.
Zahnradwellenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bohrung (4, 4') von einem axialen Ende der Welle (1 , 1 ') bis zu dem Durchbruch oder den mehreren Durchbrüchen (5, 5') führt.
Zahnradwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch oder die mehreren Durchbrüche (5, 5') radial zur zylindrischen
Mantelfläche (3, 3') der Welle (1 , 1') führen.
Zahnradwellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch oder die mehreren Durchbrüche (5) in dem die Welle (1) umschließenden Bereich des Außenzahnrades (2) an der zylindrischen Mantelfläche (3) der Welle (1) nach außen münden.
Zahnradwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch oder die mehreren Durchbrüche (5') unmittelbar neben dem die Welle (1') umschließenden Bereich des Außenzahnrades (2') an der zylindrischen Mantelfläche (3') der Welle (V) nach außen münden und an der zylindrischen Mantelfläche (3') ein oder mehrere von der Mündung der Durchbrüche (5') zu dem die Welle (1') umschließenden Bereich des Außenzahnrades (2') führende Nuten ausgebildet sind, wobei der Kunststoff durch die axiale Bohrung (4'), die Durchbrüche (5') und die Nuten zum Bereich des Außenzahnrades (2') dieses ausbildend gespritzt ist. Zahnradwellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der zylindrischen Mantelfläche (3') eine radial umlaufende Ringnut (6) ausgebildet ist, die die Mündung des Durchbruchs oder der mehreren Durchbrüche (5') axial mit dem die Welle (V) umschließenden Bereich des Außenzahnrades (2') verbindet.
Zahnradwellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch oder die mehreren Durchbrüche (5, 5') in Umfangsrichtung der Welle (1 , 1 ') derart bezüglich des Außenzahnrads (2, 2') angeordnet sind, dass zusammenlaufende Kunststoffströme im Bereich eines zu bildenden Zahnes des Außenzahnrads aufeinandertreffen.
Zahnradwellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der zylindrischen Mantelfläche der Welle eine sich axial ganz oder teilweise über den die Welle umschließenden Bereich des Außenzahnrades erstreckende, umlaufende Nut ausgebildet ist.
Zahnradwellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle an ihrer zylindrischen Mantelfläche im Bereich des Außenzahnrads eine Oberflächenprofilierung, insbesondere eine Rändelung besitzt.
Zahnradwellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das höherfeste Material der Welle (1 , 1 ') die Festigkeitseigenschaften von Metall besitzt. 11. Zahnradwellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zahnradwellenanordnung ein Teil einer hydraulischen Außenzahnradmaschine oder einer hydraulischen Innenzahnradmaschine ist.
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