DE19748964A1 - Zahnrad - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
- F16H55/02—Toothed members; Worms
- F16H55/08—Profiling
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
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Description
Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für eine Zahnradpaarung, wie sie insbesondere bei
Getrieben und Übertrieben von Walzenstühlen Anwendung findet. Sie ist insbeson
dere gerichtet auf Zahnräder von Zahnradpaarungen, deren Zahnräder aus polyme
ren Werkstoffen bestehen, zumindest jedoch ein Zahnrad einer Zahnradpaarung und
die für höchste Belastungen einsetzbar sind.
Zahnräder in Getrieben oder Übertrieben einzusetzen, ist z. B. aus dem Maschinen-
und Fahrzeugbau hinlänglich bekannt. Üblicherweise bestehen Zahnräder aus diver
sen, metallischen Werkstoffen.
Grundsätzlich sind auch Zahnräder und Zahnradpaarungen aus Polymerwerkstoffen
als bekannt anzusehen. Sie werden jedoch nur für geringe Beanspruchungen ange
boten und eingesetzt, wie z. B. für Uhren und ähnlichen Vorrichtungen mit ver
gleichsweise geringen Momentbelastungen. In den DE-A-31 35 259 und
DE-A-31 51 447 sind auch Verbundkonstruktionen von Zahnrädern aus polymeren und
metallischen Werkstoffen beschrieben. Gemäß der erstgenannten Schrift wird ein
stabförmiges Teil in einer Spritzgußform mit Kunststoff umgossen und nach der an
deren Schrift besteht der Radkörper aus zwei miteinander lösbar verbundenen Tei
len aus Metallblech, zwischen denen der Zahnkranz aus einem Polymer mittels
hohler Stifte, die durch den Zahnkranz hindurchgehen, befestigt ist.
Des weiteren wurde auch versucht, Zahnräder für höhere Momentbelastungen aus
Thermoplasten (z. B. Polyamide) oder modifizierter Keramik herzustellen. Diese sind
jedoch nur aufwendig herstellbar (Keramik) und/oder genügen hohen Anforderungen
ebenfalls nicht.
Anforderungen wie Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Leistung bzw. allgemein
mechanisch-tribologischer Natur können von z. B. Polyamiden bedingt erfüllt werden.
Grundsätzlich ist es auch bekannt, das von metallischen Werkstoffen her bekannte
Tempern/Anlassen bei Polyamiden u. a. anzuwenden, um deren Werkstoffeigen
schaften zu verbessern (Spannungsabbau).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Polymerwerkstoffe für Zahnräder soweit
zu verbessern, daß sie zur Übertragung hoher Leistungen bei großer Lebensdauer
geeignet sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Zahnräder aus PA (POM) in geeigneter Wei
se einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden. Dies kann ein Tempern sein oder
eine Verbesserung des spezifischen tribologischen Systems Zahnflanke/Zahnflanke
bzw. eine Anpassung der Zahnflankengeometrie an die spezifischen Einsatzfälle.
Damit soll z. B. ein ölfreier Übertrieb bei Maschinen der Lebensmittelindustrie (z. B.
Walzenstühle zur Getreidevermahlung) erreicht werden.
D. h. beim Tempern eine neuartige Anwendung durch die doch überraschende Er
kenntnis, daß sich Kristallinitätsgrad und Molekulargewicht, z. B. von LAURAMID®
(Polyamid) offensichtlich soweit verändern lassen, daß entgegen aller Annahmen
der Fachwelt, die geforderten Eigenschaften erreicht werden und ein ölfreier Über
trieb ermöglicht wird. Die erforderlichen bzw. erreichten Parameter berühren das
Werkstofflimit, wobei beim Tempern die erreichbare Festigkeitsverbesserung nicht
primär ist. Die Ursachen der erreichten Betriebsverbesserungen sind mehrschichtig.
Es können Erhöhungen des E-Moduls zugrundeliegen, die zwar eine Erhöhung der
Flächenpressung erkennen lassen aber auch eine Verringerung der deformations
abhängigen Temperaturerhöhung durch günstigere viskose Eigenschaften nach dem
Tempern.
Grundsätzlich ist es möglich, derartige Zahnradpaarungen konkurrenzfähig zu Me
tallzahnrädern oder Zahnriemen u. dgl. Einzusetzen.
Das tribologische Verhalten (Verschleiß und Gleitreibung) beim Abwälzen von
Zahnrädern aus Polymeren wird bestimmt durch:
- - den Zustand der Werkstoffe, wie Temperung, Härte, Länge der Molekülketten, Kristallinität u. a.
- - die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe (E-Modul, Wärmebehandlung, Feuchtigkeitsaufnahme)
- - die chemischen Eigenschaften der Kontaktflächen, wie Adhäsion oder Haftfähig keit evtl. Beschichtungen
- - die Oberflächenstruktur (Rauheit, Form, Traganteil)
- - die Geometrie der Zahnflanken
- - den Betriebspunkt (Gleitgeschwindigkeit, Flächenpressung, Temperatur, Feuch te)
- - ggf. spezifische Schmierstoffeigenschaften.
Durch die Formgebung werden Stöße reduziert, was zu einem ruhigen Lauf führt
und den Verschleiß vermindert.
Durch die Anwendung dessen im Zahnfußbereich erhöht sich die festigkeitsbe
dingte Lebensdauer.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeich
nung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Zahneingriff bei mittlerem Achs
abstand. Durch an sich bekannte Berechnungs- und Fertigungsverfahren wird die
Oberfläche von Zahnflanken 2 eines Zahnrades 1 aus PA hinsichtlich Verschleiß-
und Reibungsverhalten optimiert. Im weiteren kann dies auch für eine
Stahl/Polymerpaarung 1, 4 erfolgen, wobei sich die Struktur der Stahloberfläche der
Zahnflanke 2' beim Eingriff mit dem Polymerzahn 3 zeitlich kaum ändert. Die Poly
meroberfläche paßt sich der Stahloberfläche an.
Mit einer solchen, optimierten Flankengeometrie läßt sich einerseits die Betriebsfe
stigkeit erhöhen und andererseits der Abwälzvorgang der Zahnflanken 2, 2' verbes
sern, insbesondere in Anwendungen mit variablem Achsabstand. Dies führt zu ei
nem ruhigeren Lauf und verringert den Verschleiß.
Bei Walzenstühlen ist die genannte Abstandsvarianz der Achsen durch Spaltver
stellung und Durchmesserverringerung infolge Überschleifens der Walzen möglich.
Derartige Walzenstühle werden nahezu im Dauerbetrieb betrieben und sollen war
tungsarm sein und eine hohe Lebensdauer ermöglichen.
Der Erfindungsgedanke ist nicht naheliegend, obwohl oder gerade weil Polymer
zahnradpaarungen an sich bereits Handelsware sind. Umfangreiche Untersuchun
gen haben jedoch gezeigt, daß gerade solche Handelsware nicht geeignet ist, hohe
Anforderungen zu erfüllen.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß es erforderlich ist, die Kontur
der Zahnflanken an den Einsatzfall anzupassen, und daß hierfür spezifische Kontu
ren abgrenzbar sind.
Ebenso hat sich gezeigt, daß es nicht ausreicht, Zahnflanken 2, 2' in üblicher Weise
zu bearbeiten, vielmehr ist eine, dem Anwendungsfall angepaßte und optimierte
Oberflächenbehandlung unabdingbar, wie durch Glätten oder Beschichten. Notwen
dig sind feine Oberflächen der Zahnflanken 2, 2' mit Ra < 0,4 µm mit hohem Tra
ganteil.
Ggf. kann eine solche Zahnradpaarung mit einer Zahnradkühlung, z. B. nach dem
Stand der Technik kombiniert werden.
Claims (5)
1. Zahnrad für eine Zahnradpaarung, die bevorzugt aus zwei Zahnrädern
(1, 4) besteht, insbesondere für Getriebe oder Übertriebe von Walzenstühlen u. dgl.,
wobei Zahnflanken (2, 2') der Zahnräder (1, 4) fein bearbeitet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Zahnflanken (2, 2') so ausgebildet
ist, daß ein Abwälzen mit großem Flankenspiel bei etwa unveränderter Überdec
kung erfolgt.
2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn
flanken (2, 2') bezüglich der Spitzen der Oberflächenrauhigkeit geglättet und/oder be
schichtet sind, um einen hohen Traganteil zu erreichen.
3. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächenrauhigkeit Ra der Zahnflanken (2, 2') kleiner 0,4 µm ist.
4. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zahnrad (1, 4) aus einem Polymer oder einem Stahl besteht.
5. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Polymer ein Polyamid ist.
Priority Applications (3)
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DE1997148964 DE19748964A1 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Zahnrad |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE1997148964 DE19748964A1 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Zahnrad |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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Country Status (3)
Country | Link |
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DE (1) | DE19748964A1 (de) |
WO (1) | WO1999024739A1 (de) |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO1999024739A1 (de) | 1999-05-20 |
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