DE19653967A1 - Verfahren zur Herstellung von mit Verzahnungen versehenen Bauteilen sowie mit Verzahnungen versehene Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Verzahnungen versehenen Bauteilen, insbesondere von Zahnstangen oder innen bzw. außen verzahnten Körpern.

In der Zeitschrift "Konstruktion und Elektronik", Nr. 46 vom 14. 11. 1990, sind auf den Seiten 4 und 5 Planetengetriebe aus Kunststoff mit hoher Leistungsdichte beschrieben. Zur Anwendung kommen hierbei Planetengetriebe mit Zahnriemen. Die doppelseitig verzahnten Riemen umschlingen wechselweise je zwei benachbarte Planetenräder und bilden mit diesen eine geschlossene Kette, die die Sonnenräder als selbsttragender Käfig umschlingt. Dieser Kä­ fig läuft bei der Rotation der Planetenräder mit um die Sonnen­ räder um und überträgt die Antriebskräfte von den Sonnenrädern auf die Außenseite der Zahnriemen. Von der Innenverzahnung der Riemen gehen die Kräfte auf die Planetenräder über. Durch diese einfache Konstruktion kommt das Getriebe ohne separaten Plane­ tenträger und ohne Lagerungen für die Planetenräder aus.

Der Zeitschrift "F + H Fördern und Heben 44 (1994), Nr. 4" ist auf den Seiten 316 ff. ein Beitrag über Automatikkrane im Mate­ rialfluß zu entnehmen. Beschrieben wird ein Brückenkran in Zwei­ trägerbauweise, der neben dem konventionellen kraftschlüssigen Laufrad-Schiene-Antrieb auch über einen neu entwickelten form­ schlüssigen Antrieb für die Kranbrücke verfügt. Die mittig zum Kopfträger angeordneten Einheiten bilden für den Formschlußan­ trieb über den Eingriff jeweils eines Zahnriemens in der ortsfe­ sten, entlang der Kranbahn verlegten Zahnstange über die Paarung Zahnriemen-Zahnstange eine lineare Einheit. Mit der Verteilung der Antriebslast auf eine größere Zahl von im Eingriff befindli­ chen Zähne des Zahnriemens wird die geringere Belastung eines einzelnen Zahnes zum entscheidenden Vorteil gegenüber Paarungen Zahnrad-Zahnstange, bei denen jeweils lediglich ein oder zwei Zähne die Übertragung der mechanischen Leistung je Rad übernimmt bzw. übernehmen. Von zentraler Bedeutung für die Funktion des Antriebs bei hohen Antriebsleistungen ist die Ausgestaltung der Zahnform.

Es zählt zum allgemeinen Stand der Technik, daß herkömmliche Zahnstangen bzw. mit Innen- und/oder Außenverzahnung versehene Körper unter hohem Material- und Kostenaufwand vielfach durch mechanische Bearbeitung hergestellt werden müssen.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zur Her­ stellung von mit Verzahnungen versehenen Bauteilen sowie mit Verzahnungen versehene Bauteile zu konzipieren, bei welchem bzw. bei welchen auf eine aufwendige und teure Bearbeitung, insbeson­ dere durch Formfräsen, beispielsweise bei der Einzel- oder Kleinserienfertigung, verzichtet werden kann.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren zur Herstellung von mit Verzahnungen versehenen Bauteilen, insbesondere von Zahnstangen oder innen bzw. außen verzahnten Körpern erreicht, indem minde­ stens ein Zahnriemen bzw. mindestens ein Zahnriemenabschnitt mit in weitem Bereich vorgebbaren Abmessungen in Wirkverbindung mit mindestens einem Trägerelement aus vorgebbarem Material und/oder mit vorgebbarer geometrischer Gestalt gebracht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zum Einsatz gelangen Trägerkörper unterschiedlichster Kontur und aus unterschiedlichstem Material, die in Wirkverbindung mit ei­ nem an sich bekannten, sehr preiswerten Standardelement in Form von beispielsweise als Meterware erhältlichen Zahnriemen ge­ bracht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, verzahnte Verbundkörper, z. B. Zahnstangen, bestehend aus einem Trägerele­ ment und einem Zahnriemen bzw. Zahnriemenabschnitt ohne mechani­ sche Bearbeitung der Zähne herzustellen. Bei Verschleiß des Zahnriemens kann dieser problemlos ausgetauscht werden, so daß das Trägerelement in jedem Fall erhalten bleibt. Desweiteren ist hervorzuheben, daß durch dieses Verbundbauteil die Geräuschent­ wicklung gegenüber herkömmlichen Verzahnungen erheblich abge­ senkt werden kann.

Der Erfindungsgegenstand kann nicht nur bei der Erzeugung von Zahnstangen zum Einsatz gelangen, sondern ist prädestiniert für jeglichen innen und/oder außen verzahnten Körper, wobei die In­ nen- und/oder Außenkontur auch nicht unbedingt zylindrisch bzw. hohlzylindrisch sein muß, sondern dem jeweiligen Getriebetyp an­ gepaßt sein kann.

Der Anwendungsbereich ist äußerst vielfältig, was durch den ein­ gangs zitierten allgemeinen Stand der Technik angesprochen wor­ den ist. Dies stellt jedoch nur einen Teilbereich dar. Der Er­ findungsgegenstand kann somit als Ersatz für herkömmlich erzeug­ te verzahnte Körper dienen, wobei bei Einzelteilen bzw. Kleinse­ rien materialabhängig eine Formfräsung der Zähne entbehrlich wird. Bei der Verwendung von erfindungsgemäß verzahnten Spritz­ gußkörpern ergibt sich als Vorteil, daß insbesondere bei der Großserienfertigung nicht für jede Zähnezahl ein eigenes teures Spritzformwerkzeug bereitgehalten werden muß.

Das Trägerelement kann vorzugsweise aus einem steifen Material (Metall, Kunststoff oder dergl.) bestehen, auf welches der bieg­ same Zahnriemen bzw. der Zahnriemenabschnitt je nach Anwendungs­ fall lösbar bzw. unlösbar aufgebracht wird.

Als unlösbare Verbindung kommt neben dem Aufnieten und dem Auf­ vulkanisieren auch das Aufkleben zur Anwendung.

Als lösbare Befestigung bietet sich die Verschraubung an, wobei sich hier eine Vielzahl von Variationen ergibt, dies insbesonde­ re im Hinblick auf die räumliche Anordnung der Schraube(n) in Relation zum Trägerelement bzw. zum Zahnriemen oder Zahnriemen­ abschnitt.

Die Verbundverzahnung besteht somit aus mindestens einem Trä­ gerelement und mindestens einem damit verbundenen Zahnriemen bzw. mindestens einem Zahnriemenabschnitt, wobei es für prakti­ sche Anwendungsfälle, insbesondere bei höherem Verschleiß unter­ worfenen Bauteilen, zweckmäßig erscheint, den Zahnriemen bzw. den jeweiligen Zahnriemenabschnitt lösbar mit dem Trägerelement in Wirkverbindung zu bringen, zumal sich am Trägerelement in der Regel die geringsten Verschleißerscheinungen einstellen und so­ mit eine höhere Standzeit als beim Zahnriemen bzw. Zahnriemenab­ schnitt gegeben ist. Demzufolge ergibt sich gegenüber herkömmli­ chen auszutauschenden Zahnstangen ein erheblicher wirtschaftli­ cher Vorteil.

Die Verbindungselemente, insbesondere in Form von Schrauben, können hierbei mittel- oder unmittelbar mit dem Trägerelement oder dem Zahnriemen bzw. dem zugehörigen Zahnriemenabschnitt verbunden werden, wobei es sich aus Gründen der Materialdicke anbietet, die jeweilige Schraube mit dem materialmäßig dickeren Riemenzahn in Wirkverbindung zu bringen. Die Verschraubung kann mittels Holzschrauben, Mehrzweckschrauben, Spanplattenschrauben, Blechschrauben, selbstschneidenden Schrauben, Schrauben für Kunststoffe, beispielsweise für Elastomere, Schrauben mit metri­ schem oder zölligem Gewinde, mit oder ohne Mutter, vorgesehen werden. Folgende Alternativen bieten sich hierbei an:

• - Verschraubung vom Riemenzahn aus (eventuell selbstschneidend) direkt in einen Blech-, Metall, Kunststoff- oder Holzkörper als Trägerelement. Hierbei wird der Schraubenkopf (oder Mut­ ter) im Riemenzahn versenkt. Das Trägerelement muß an den Schraubenstellen nicht vorgebohrt bzw. gelocht sein, braucht aber höchstens dem Kerndurchmesser der Schrauben entsprechen.
• - Verschraubung vom Riemenzahn aus indirekt durch eine Bohrung im Trägerelement (eventuell selbstschneidend) in einen untergelegten Blech-, Metall-, Kunststoff- oder Holzriegel. Hierbei wird der Schraubenkopf (oder Mutter) im Riemenzahn versenkt. Das Trägerelement ist an den Schraubstellen vorge­ bohrt bzw. gelocht, und zwar mindestens mit dem Schrauben­ außendurchmesser. Zur Anwendung können Riegel an den Schrau­ benstellen kommen, die nicht vorgebohrt, oder höchstens mit dem Kerndurchmesser der Schraube versehen sind.
• - Verschraubung von der Trägerelementseite her, selbstschnei­ dend durch den Riemengurt in die Zahnköpfe hinein. Hierbei können die Schraubenenden (entsprechend spitze Gewindeanfänge) nicht durch die Zahnköpfe durchtreten. Trägerelement an den Schraubstellen vorgebohrt bzw. gelocht, jedoch mindestens dem Schraubenaußendurchmesser entsprechend. Zahnriemen an den Schraubstellen nicht, oder mit höchstens dem Schraubenkern­ durchmesser vorgebohrt.
• - Wie vorstehend, jedoch mit bei der Montage in die Trägerele­ mentbohrungen eingelegten Kunststoff stopfen (z. B. rohr- oder schlauchförmig) zur Übernahme von zusätzlichen Seitenkräften zwischen dem Schraubenschaft und der Trägerbohrung (Loch­ leibung).

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 bis 5 unterschiedliche Darstellungen bzw. Befestigungsmöglichkeiten eines Zahn­ riemens auf einem geradlinig verlaufen­ den Trägermaterial

Fig. 6 zylindrischer Trägerkörper mit am Außen­ umfang aufgebrachtem Zahnriemen

Fig. 7 hohlzylindrischer Trägerkörper mit am Innenumfang aufgebrachtem Zahnriemen.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten einer lösbaren Verbindung zwischen einem als Meterware ausgebildeten Zahnriemen 1 und einem im wesentlichen geradlinig verlaufenden Trägerelement 2, beispielsweise zur Erzeugung einer geradlinigen Zahnstange. Gleiche Teile werden hierbei mit gleichen Bezugszei­ chen versehen. Dargestellt ist lediglich die Befestigung einer einzelnen Schraube, wobei jedoch abhängig von der Länge des Trä­ gerelementes 2 eine Vielzahl von Schrauben zum Einsatz gelangt.

Entsprechend Fig. 1 wird die lösbare Verbindung zwischen dem Zahnriemen 1 und dem Trägerelement 2 durch eine Schraube 3 rea­ lisiert, die ein selbstschneidendes Gewinde 4 beinhaltet, wobei die Schraube 3 im Bereich eines Riemenzahnes 5 angeordnet ist und der Schraubenkopf 6 unterhalb der Oberfläche 7 des Riemen­ zahnes 5 in versenkter Form in diesen eingebettet ist.

In Fig. 2 kommt ebenfalls eine im Riemenzahn 5 versenkt vorgese­ hene Schraube 3 zum Einsatz, die jedoch durch eine Bohrung 8 im Trägerelement 2 sich hindurch erstreckt und in selbstschneiden­ der Weise mit einem außerhalb des Trägerelementes 2 vorgesehenen Riegel 9 in Wirkverbindung gebracht wird.

In Fig. 3 ist erkennbar, daß eine versenkte Schraube 3 sich durch eine Bohrung 8 im Trägerelement 2 in Richtung des Riemen­ zahnes 5 erstreckt und durch das selbstschneidende Gewinde 4 ei­ nen entsprechenden Halt in dem Riemenzahn 5 findet.

Analog dazu ist Fig 4 zu sehen, wobei jedoch der Schraubenkopf 6 der Schraube 3 in diesem Beispiel nicht versenkt ist, sondern an der Oberfläche 10 des Trägerelementes 2 anliegt. Analog zu den Fig. 2 und 3 ist auch hier eine Bohrung 8 im Trägerele­ ment 2 vorgesehen, wobei sich im Raum zwischen dem Schrauben­ schaft und der Bohrungswandung ein aus Kunststoff bestehender Stopfen 11 erstreckt, der dem Zweck dient, zusätzliche Seiten­ kräfte zwischen dem Schraubenschaft und der Trägerbohrung 8 auf­ nehmen bzw. übertragen zu können.

Fig. 5 ist etwa entsprechend Fig. 2 zu werten, wobei zusätzlich zu dem darin beschriebenen Riegel 9 sich zwischen der Schraube 3 und der Bohrung 8 ein Stopfen 11 befindet. Die Schraube 3 ist zumindest im Bereich des Riegels 9 mit einem selbstschneidenden Gewinde 4 versehen.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Befestigungsform kann natürlich auch andersartig vorgesehen werden. Die Schrauben kön­ nen auch im Bereich zwischen den einzelnen Riemenzähnen angeord­ net werden, wobei Anzahl und Abstand dem jeweiligen Anwendungs­ fall anzupassen sind.

Die Fig. 6 und 7 beschreiben von den Fig. 1 bis 5 abwei­ chende, unlösbare Verbindungen zwischen einem Trägerelement 12 bzw. 13 und einem Zahnriemenabschnitt 14 bzw. 15.

Entsprechend Fig. 6 ist das Trägerelement 12 zylindrisch ausge­ bildet, auf welchem der Zahnriemenabschnitt 14 aufvulkanisiert ist.

Fig. 7 zeigt ein hohlzylindrisches Trägerelement 13, an dessen innerem Umfang 16 der Zahnriemenabschnitt 15 angeklebt ist.

Alternative Befestigungsmöglichkeiten sind hier natürlich eben­ falls denkbar, wobei auch einzelne oder mehrere der in den Fig. 1 bis 5 aufgezeichneten Befestigungsmöglichkeiten des Zahn­ riemens/Zahnriemenabschnittes auf die Fig. 6 und 7 anwendbar sind.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von mit Verzahnungen versehenen Bauteilen, insbesondere von Zahnstangen oder innen bzw. außen verzahnten Körpern, indem mindestens ein Zahnriemen (1) bzw. mindestens ein Zahnriemenabschnitt (14, 15) mit in weitem Be­ reich vorgebbarer Abmessung in Wirkverbindung mit mindestens ei­ nem Trägerelement (2, 12, 13) aus vorgebbarem Material und/oder mit vorgebbarer geometrischer Gestalt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (1) bzw. der Zahnriemenabschnitt (14, 15) auf einem Trägerelement (2, 12, 13) aus steifem Material befestigt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (1) bzw. der Zahnriemenabschnitt lösbar mit dem Trägerelement (2) verbunden wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen bzw. der Zahnriemenabschnitt (14, 15) unlös­ bar mit dem Trägerelement (12, 13) verbunden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (1) bzw. der Zahnriemenabschnitt mittels Schrauben (3) in Wirkverbindung mit dem Trägerelement (2) ge­ bracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen bzw. der Zahnriemenabschnitt (14, 15) durch Nieten, Kleben oder Vulkanisieren mit dem Trägerelement (12, 13) in Wirkverbindung gebracht wird.

7. Verbundverzahnung, bestehend aus mindestens einem Trägere­ lement (2, 12, 13) und mindestens einem damit verbundenen Zahn­ riemen (1) bzw. mindestens einem Zahnriemenabschnitt (14, 15).

8. Verbundverzahnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) lösbar, insbesondere durch Verschrau­ bung, mit dem Zahnriemen (1) bzw. dem Zahnriemenabschnitt ver­ bunden ist.

9. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente, insbesondere die Schrauben (3), mittel- oder unmittelbar mit dem Trägerelement (2) oder dem Zahnriemen (1) bzw. dem Zahnriemenabschnitt in Wirkverbindung stehen.

10. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente, insbesondere die Schrauben (3), im Bereich der Riemenzähne (5), ggf. in versenkter Form vorgesehen sind.

11. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente, insbesondere die Schrauben (3), im Bereich der Lücken zwischen einzelnen Riemenzähnen (5) angeord­ net sind.

12. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (3), vom Riemenzahn (5) bzw. vom Trägerelement (2) ausgehend, unmittelbar in das Trägerelement (2) bzw. den Riemenzahn (5) einbringbar sind.

13. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (3), vom Riemenzahn (5) bzw. vom Trägerelement (2) ausgehend, mittelbar in Wirkverbindung mit ggf. versenkbaren Riegeln (9) bringbar sind.

14. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (3) mit selbstschneidendem Gewinde (4) verse­ hen sind.

15. Verbundverzahnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) mit durchgehenden Schraubenlöchern (8) versehen ist, und daß zwischen der jeweiligen Schraube (3) und dem Umfangsbereich des zugehörigen Schraubenloches (8) Verstär­ kungselemente (11) aus vorgebbarem Material und/oder mit vorgeb­ barer geometrischer Form eingesetzt sind.