DE20215041U1 - Gear element has body consisting at least partially of elastic material so that meshing elements on body are movable in relation to each other and consist of another more dimensionally stable material than elastic section of body - Google Patents
Gear element has body consisting at least partially of elastic material so that meshing elements on body are movable in relation to each other and consist of another more dimensionally stable material than elastic section of bodyInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Landscapes
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Abstract
Description
Brose Fahrzeugteile GmbH & Co.
Kommanditgesellschaft, Coburg
Ketschendorfer Straße 38 - 50Brose Vehicle Parts GmbH & Co.
Limited partnership, Coburg
Ketschendorfer Straße 38 - 50
D-96450 CoburgD-96450 Coburg
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Die Erfindung betrifft ein Getriebeelement zur Kraft- und/oder Drehmomentübertragung auf ein weiteres Getriebeelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a transmission element for transmitting force and/or torque to another transmission element according to the preamble of claim 1.
Ein derartiges Getriebeelement umfasst einen (z.B. um eine Achse drehbar zu lagernden) Grundkörper, an dem mindestens ein durch eine Mehrzahl Eingriffselemente gebildeter Eingriffsbereich vorgesehen ist, über den das Getriebeelement mit einem weiteren Getriebeelement zusammenwirkt.Such a transmission element comprises a base body (e.g. to be mounted so as to be rotatable about an axis) on which at least one engagement region formed by a plurality of engagement elements is provided, via which the transmission element interacts with another transmission element.
Bei dem Getriebeelement kann es sich insbesondere um ein Getrieberad, z. B. in Form eines Zahnrades, handeln, dessen Eingriffsbereich durch eine aus einer Mehrzahl Zähnen bestehende Verzahnung gebildet wird. Andererseits kann es sich bei dem Getriebeelement auch um eine (drehbar oder drehfest und axial verschieblich gelagerte) Spindel handeln, deren Eingriffsbereich als Gewinde ausgebildet ist, wobei die einzelnenThe gear element can be a gear wheel, e.g. in the form of a toothed wheel, whose engagement area is formed by a toothing consisting of a plurality of teeth. On the other hand, the gear element can also be a spindle (which is mounted so that it can rotate or is fixed in rotation and can be axially displaced), whose engagement area is designed as a thread, with the individual
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Eingriffselemente als den (rotationssymmetrischen) Grundkörper der Spindel umschließende Gewindeabschnitte ausgebildet sind.Engagement elements are designed as threaded sections enclosing the (rotationally symmetrical) base body of the spindle.
Aus der JP-A 8 00 48 82 ist ein Zahnrad bekannt, dessen Zähne jeweils mit radial verlaufenden Schlitzen versehen sind, so dass die Zähne eine erhöhte Elastizität aufweisen, was einen besonders geräuscharmen Eingriff in ein weiteres Getriebeelement in Form eines Zahnriemens ermöglicht. Insbesondere ist aufgrund der Elastizität der Zähne sichergestellt, dass jeweils mehrere Zähne gleichzeitig geräuscharm mit dem zugeordneten Zahnriemen in Eingriff stehen können. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Zähne aufgrund ihrer durch einen Schlitz bewirkten, besonderen Elastizität nicht über eine hinreichende Stabilität zur Übertragung großer Kräfte bzw. Drehmomente verfügen.A gear wheel is known from JP-A 8 00 48 82, the teeth of which are each provided with radially extending slots, so that the teeth have increased elasticity, which enables particularly quiet engagement with another gear element in the form of a toothed belt. In particular, the elasticity of the teeth ensures that several teeth can simultaneously engage with the associated toothed belt without making any noise. However, this arrangement has the disadvantage that the teeth do not have sufficient stability to transmit large forces or torques due to their special elasticity caused by a slot.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Getriebeelement der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Verzahnung einerseits aufgrund einer hinreichenden Elastizität eine geräuscharme Kraft- bzw. Drehmomentübertragung auf ein weiteres Getriebeelement ermöglicht und das gleichzeitig über eine hinreichende Stabilität zur Übertragung größerer Kräfte bzw. Drehmomente verfügt.The invention is therefore based on the problem of creating a transmission element of the type mentioned at the outset, the teeth of which, on the one hand, enable a low-noise transmission of force or torque to another transmission element due to sufficient elasticity and which, at the same time, has sufficient stability to transmit larger forces or torques.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Getriebeelementes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved according to the invention by providing a transmission element with the features of claim 1.
Danach besteht der Grundkörper des Getriebeelementes aus einem Material mit einer solchen Elastizität, dass die am Grundkörper angeordneten Eingriffselemente relativ zueinander beweglich sind, und die Eingriffselemente selbst bestehen aus einem anderen, formstabileren (steiferen) Material als der Grundkörper.According to this, the base body of the transmission element consists of a material with such elasticity that the engagement elements arranged on the base body are movable relative to one another, and the engagement elements themselves consist of a different, more dimensionally stable (stiffer) material than the base body.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass zur Sicherstellung einer hinreichenden Elastizität des Eingriffsbereiches eines Getriebeelementes nicht unbedingt dessen Eingriffselemente selbst elastisch ausgebildet werden müssen, sondern dass hierfür auch eine hinreichend elastische Ausbildung des die Eingriffselemente aufnehmenden Grundkörpers dienen kann, so dass die Eingriffselemente selbst aus einem stabilen, zur Übertragung großer Drehmomente geeigneten Material bestehen können.The solution according to the invention is based on the knowledge that in order to ensure sufficient elasticity of the engagement area of a gear element, the engagement elements themselves do not necessarily have to be designed to be elastic, but that a sufficiently elastic design of the base body receiving the engagement elements can also serve this purpose, so that the engagement elements themselves can consist of a stable material suitable for transmitting large torques.
Die Eingriffselemente stehen von dem vorzugsweise rotationssymmetrischen Grundkörper (in radialer Richtung) ab und sind an dem Grundkörper derart angeordnet,The engagement elements protrude from the preferably rotationally symmetrical base body (in the radial direction) and are arranged on the base body in such a way that
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dass sie relativ zueinander in tangentialer und/oder radialer Richtung bewegbar sind. Dies kann beispielsweise durch eine schwimmende Lagerung der Eingriffselemente auf dem Grundkörper erreicht werden.that they are movable relative to each other in a tangential and/or radial direction. This can be achieved, for example, by a floating bearing of the engagement elements on the base body.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Eingriffselemente zumindest teilweise in dem Grundkörper eingebettet sind, so dass zwischen benachbarten Eingriffselementen jeweils Material des elastischen Grundkörpers vorhanden ist, welches eine Beweglichkeit der Eingriffselemente zueinander ermöglicht.Furthermore, it can be provided that the engagement elements are at least partially embedded in the base body, so that between adjacent engagement elements there is material of the elastic base body which enables the engagement elements to move relative to one another.
Eine besondere Beweglichkeit der Eingriffselemente zueinander wird erreicht, wenn diese jeweils nur mit dem Grundkörper nicht aber zusätzlich untereinander verbunden sind. Jedoch können die Eingriffselemente auch derart, z. B. über Bereiche geringer Materialstärke (Filmscharnier), verbunden sein, dass deren Beweglichkeit zueinander nicht beeinträchtigt ist.A particular mobility of the engagement elements relative to one another is achieved if they are only connected to the base body and not to one another. However, the engagement elements can also be connected in such a way, e.g. via areas of low material thickness (film hinge), that their mobility relative to one another is not impaired.
Wenn die Eingriffselemente in den Grundkörper eingebettet sind, dann stehen diese von einem zentralen Bereich des Grundkörpers nach außen ab. Der zentrale Bereich des Grundkörpers kann einerseits aus einem derart elastischen Material bestehen, das eine Beweglichkeit der Eingriffselemente in radialer Richtung unter Deformation des zentralen Bereiches des Grundkörpers ermöglicht wird. Andererseits kann der zentrale Bereich des Grundkörpers jedoch auch aus einem derart formstabilen Material bestehen, dass eine Beweglichkeit der Eingriffselemente in radialer Richtung weitgehend vermieden wird. Die Eingriffselemente können dabei mit dem formstabilen zentralen Bereich des Grundkörpers verbunden, insbesondere an diesem angeformt sein. Die Verbindung erfolgt derart, insbesondere über einen hinreichend dünnen Materialabschnitt, dass die Beweglichkeit der Eingriffselemente zueinander senkrecht zur radialen Richtung nicht verhindert wird.If the engagement elements are embedded in the base body, they protrude outwards from a central region of the base body. The central region of the base body can, on the one hand, consist of a material that is so elastic that mobility of the engagement elements in the radial direction is enabled while deforming the central region of the base body. On the other hand, the central region of the base body can also consist of a material that is so dimensionally stable that mobility of the engagement elements in the radial direction is largely avoided. The engagement elements can be connected to the dimensionally stable central region of the base body, in particular molded onto it. The connection is made in such a way, in particular via a sufficiently thin section of material, that the mobility of the engagement elements relative to one another perpendicular to the radial direction is not prevented.
Wenn sowohl der Grundkörper des Getriebeelementes als auch dessen Eingriffsbereich aus Kunststoff bestehen, wobei für den Eingriffsbereich ein stabilerer, härterer, weniger elastischer Kunststoff als für den Grundkörper verwendet wird, dann kann das entsprechende Getriebeelement nach der Mehr-Komponenten-Technik als ein einstückiges Bauteil durch Urformen (z.B. Spritzgießen, Spritzprägen oder Extrudieren) hergestellt werden. Alternativ können der Eingriffsbereich und der Grundkörper des Getriebeelementes auch mittels einer Steckverbindung verbunden sein, insbesondere durch Zusammenstecken in axialer Richtung des Getriebeelementes.If both the base body of the gear element and its engagement area are made of plastic, with a more stable, harder, less elastic plastic being used for the engagement area than for the base body, then the corresponding gear element can be manufactured using multi-component technology as a one-piece component by primary molding (e.g. injection molding, injection compression molding or extrusion). Alternatively, the engagement area and the base body of the gear element can also be connected by means of a plug-in connection, in particular by plugging them together in the axial direction of the gear element.
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Andererseits kann als formstabiles Material für die Eingriffselemente bzw. den Eingriffsbereich auch Metall verwendet werden, wobei dann das teilweise aus Kunststoff und teilweise aus Metall bestehende Getriebeelement einstückig als Hybrid-Teil hergestellt werden kann.
5On the other hand, metal can also be used as a dimensionally stable material for the engagement elements or the engagement area, whereby the gear element consisting partly of plastic and partly of metal can then be manufactured in one piece as a hybrid part.
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Der Grundkörper des Getriebeelementes kann insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse ausgebildet sein.The base body of the gear element can in particular be designed to be rotationally symmetrical with respect to an axis.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung sind der Eingriffsbereich und der Grundkörper des Getriebeelementes kraft- bzw. reibschlüssig miteinander verbunden, wobei der Eingriffsbereich den Grundkörper vorzugsweise umgibt und hierbei reibschlüssig mit diesem in Verbindung steht.According to another aspect of the invention, the engagement region and the base body of the gear element are connected to one another in a force-fitting or friction-fitting manner, wherein the engagement region preferably surrounds the base body and is frictionally connected to it.
Wirkt auf ein derartiges Getriebeelement eine Kraft ein, die größer ist als die Reibungskraft, mittels der der Eingriffsbereich am Grundkörper des Getriebeelementes fixiert ist, so können sich Eingriffsbereich und Grundkörper (insbesondere bei rotationssymmetrischer Ausbildung des Grundkörpers) gegeneinander verdrehen. Das Getriebeelement wirkt dann als Rutschkupplung. Hierdurch wird eine Beschädigung oder Zerstörung des Getriebeelements beim außerplanmäßigen Auftreten sehr großer (insbesondere tangential wirkender) Getriebekräfte verhindert.If a force acts on such a gear element that is greater than the frictional force by means of which the engagement area is fixed to the base body of the gear element, the engagement area and base body can rotate against each other (particularly if the base body is rotationally symmetrical). The gear element then acts as a slip clutch. This prevents damage to or destruction of the gear element in the event of the unexpected occurrence of very large (particularly tangential) gear forces.
Eine derartige Ausbildung des Getriebeelementes als Rutschkupplung kann mit der weiter oben erläuterten Ausbildung des Getriebeelementes bestehend aus einem Grundkörper aus einem elastischen Material und einem Eingriffsbereich aus einem härteren Material kombiniert werden.Such a design of the transmission element as a slip clutch can be combined with the design of the transmission element explained above, consisting of a base body made of an elastic material and an engagement area made of a harder material.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.Further features and advantages of the invention will become clear from the following description of embodiments with reference to the figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1a eine schematische Darstellung eines Zahnrades mit in einem elastischen Grundkörpers eingebetteten, in tangentialer Richtung zueinander beweglichen Verzahnungselementen;
35Fig. 1a is a schematic representation of a gear wheel with toothing elements embedded in an elastic base body and movable in a tangential direction to one another;
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Fig. 1b eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Figur 1a hinsichtlich der Lagerung der Verzahnungselemente;Fig. 1b shows a modification of the embodiment of Fig. 1a with regard to the mounting of the toothed elements;
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Fig. 1c eine Funktionsdarstellung der Zahnräder aus den Figuren 1a und 1b;Fig. 1c is a functional representation of the gears from Figures 1a and 1b;
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Zahnrades mit in einem elastischen Grundkörper eingebetteten, in radialer und tangentialer Richtung zueinander beweglichen Verzahnungselementen;Fig. 2a is a schematic representation of a gear wheel with toothing elements embedded in an elastic base body and movable in radial and tangential directions relative to one another;
Fig. 2b eine Funktionsdarstellung des Zahnrades aus Figur 2a;Fig. 2b is a functional representation of the gear from Figure 2a;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zahnrades mit in radialer Richtung und tangentialer Richtung zueinander beweglichen Verzahnungselementen, wobei diese schwimmend auf einem Grundkörper aus einem elastischen Material gelagert sind.Fig. 3 shows a further embodiment of a gear wheel with toothed elements that can move in the radial direction and tangential direction relative to one another, wherein these are mounted in a floating manner on a base body made of an elastic material.
Figur 1a zeigt in schematischer Darstellung ein Zahnrad mit einem Grundkörper 1, der einen zentralen Bereich 10 aus einem formstabilen Material sowie einen nach außen hieran anschließenden Bereich 11 aus einem elastischen Material aufweist. Von dem zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 stehen in radialer Richtung nach außen Verzahnungselemente 20 ab, die einstückig an dem zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 angeformt sind und die eine umlaufende Verzahnung 2 des Zahnrades bilden.Figure 1a shows a schematic representation of a gear with a base body 1, which has a central region 10 made of a dimensionally stable material and an outwardly adjoining region 11 made of an elastic material. Toothing elements 20 protrude radially outward from the central region 10 of the base body 1, which are integrally formed on the central region 10 of the base body 1 and which form a circumferential toothing 2 of the gear.
Die Verzahnungselemente 20 sind in den elastischen, äußeren Bereich 11 des Grundkörpers 1 eingebettet und ragen mit ihren freien Enden 21 aus diesem heraus. Die freien Enden 21 der Verzahnungselemente 20 dienen als Eingriffselemente, über die das Zahnrad zur Übertragung vom Drehmomenten mit einem weiteren Getriebeteil in Wirkverbindung bzw. in Eingriff bringbar ist.The toothing elements 20 are embedded in the elastic, outer region 11 of the base body 1 and protrude from it with their free ends 21. The free ends 21 of the toothing elements 20 serve as engagement elements via which the gear can be brought into operative connection or engagement with another gear part for the transmission of torque.
An ihrem anderen Ende 22, an dem die Verzahnungselemente 20 jeweils einstückig an dem zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 angeformt sind, verjüngen sich die Verzahnungselemente 20 zu dem zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 hin. An jenem Ende 22 sind die Verzahnungselemente 20 so dünn (stegartig) ausgebildet, dass sie unter Ausnutzung der Elastizität des äußeren Bereiches 11 des Grundkörpers 1 in tangentialer Richtung t (d. h. im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung r) zueinander beweglich sind. Hierdurch wird ein geräuscharmer Eingriff der Verzahnung 2 mit mehreren Verzahnungselementen 20 in ein weiteres Getriebeteil ermöglicht.At their other end 22, at which the toothing elements 20 are each integrally formed on the central region 10 of the base body 1, the toothing elements 20 taper towards the central region 10 of the base body 1. At that end 22, the toothing elements 20 are designed to be so thin (web-like) that they can move relative to one another in the tangential direction t (i.e. essentially perpendicular to the radial direction r) by utilizing the elasticity of the outer region 11 of the base body 1. This enables the toothing 2 to engage with several toothing elements 20 in another gear part with little noise.
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Gleichzeitig zeichnen sich die Verzahnungselemente 20 des in Figur 1a dargestellten Zahnrades durch eine hohe Stabilität aus, so dass sie auch zur Übertragung größerer Drehmomente geeignet sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Verzahnungselemente 20 zusammen mit dem zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 des Zahnrades aus einem formstabilen Material, z. B. einem harten Kunststoff oder Metall hergestellt sind. Denn die Beweglichkeit der Verzahnungselemente 20 wird nicht durch die Verwendung eines elastischen Materials für die Verzahnungselemente 20 selbst erreicht, sondern vielmehr durch die Einbettung der Verzahnungselemente 20 in einen elastischen Bereich 11 des Grundkörpers 1.At the same time, the toothing elements 20 of the gear shown in Figure 1a are characterized by a high level of stability, so that they are also suitable for transmitting larger torques. This is due to the fact that the toothing elements 20 together with the central area 10 of the base body 1 of the gear are made of a dimensionally stable material, e.g. a hard plastic or metal. This is because the mobility of the toothing elements 20 is not achieved by using an elastic material for the toothing elements 20 themselves, but rather by embedding the toothing elements 20 in an elastic area 11 of the base body 1.
Eine Bewegung der Verzahnungselemente 20 in radialer Richtung r ist demgegenüber bei dem in Figur 1a dargestellten Ausführungsbeispiel eines Zahnrades nicht möglich, da sich die Verzahnungselemente 20 in dieser Richtung an dem formstabilen zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 abstützen.In contrast, a movement of the toothing elements 20 in the radial direction r is not possible in the embodiment of a gear wheel shown in Figure 1a, since the toothing elements 20 are supported in this direction on the dimensionally stable central region 10 of the base body 1.
Das für die Verzahnung 2 des Zahnrades verwendete Material zeichnet sich dadurch aus, dass es eine hohe Steifigkeit aufweist, also insbesondere einen großen Elastizitätsmodul. Das für den äußeren Bereich 11 des Grundkörpers 1 des Zahnrades verwendete Material ist demgegenüber wesentlich elastischer. Wird das in Figur 1a dargestellte Zahnrad insgesamt aus Kunststoff hergestellt, beispielsweise nach der Zwei-Komponenten-Technik, so lässt sich dies beispielsweise dadurch erreichen, dass für die Verzahnung 2 ein verstärkter Kunststoff (insbesondere faser-, kugel- oder mineralverstärkt) verwendet wird, während der Bereich 11 des Grundkörpers 1 ein hinreichend weicher, insbesondere nicht verstärkter, Kunststoff verwendet wird.The material used for the teeth 2 of the gear is characterized by the fact that it has a high degree of rigidity, in particular a high modulus of elasticity. The material used for the outer region 11 of the base body 1 of the gear is, in contrast, significantly more elastic. If the gear shown in Figure 1a is made entirely of plastic, for example using the two-component technique, this can be achieved, for example, by using a reinforced plastic (in particular fiber-, ball- or mineral-reinforced) for the teeth 2, while a sufficiently soft, in particular non-reinforced, plastic is used for the region 11 of the base body 1.
Als formstabiler Kunststoff eignet sich beispielsweise Polyamid 6.6 mit 30 Gew.-% Glasfasern, z. B. der im Handel unter dem Namen Ultramid A3 EG6 erhältliche Kunststoff. Als elastischer Kunststoff kann Polyamid 6, gegebenenfalls mit Schlagzähmodifikation, z. B. der im Handel unter dem Namen Ultramid B35 Z erhältliche Kunststoff, verwendet werden. Diese beiden Kunststoffe zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie zuverlässig aneinander haften.Polyamide 6.6 with 30% by weight of glass fibers, e.g. the plastic commercially available under the name Ultramid A3 EG6, is suitable as a dimensionally stable plastic. Polyamide 6, optionally with impact modification, e.g. the plastic commercially available under the name Ultramid B35 Z, can be used as an elastic plastic. These two plastics are also characterized by the fact that they adhere reliably to one another.
Grundsätzlich eignen sich als formstabiler Kunststoff für den Eingriffsbereich des Getriebeelementes Konstruktionskunststoffe, z. B. Polyamid (PA), Polyacetal (POM) Polyester (PBT, PET) usw., sowie Hochtemperaturkunststoffe, z. B. Polyphthalamid (PPA), Polyaryletherketone (PAEK, PEEK, PEKEKK, ...), Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PSU), flüssigkristalline Polymere (LCP, ...), und in einigen Fällen auchBasically, suitable as dimensionally stable plastics for the engagement area of the gear element are engineering plastics, e.g. polyamide (PA), polyacetal (POM), polyester (PBT, PET), etc., as well as high-temperature plastics, e.g. polyphthalamide (PPA), polyaryletherketones (PAEK, PEEK, PEKEKK, ...), polyetherimide (PEI), polyethersulfone (PSU), liquid crystalline polymers (LCP, ...), and in some cases also
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Standardpolymere wie Acylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Geeignet sind vor allem auch die verbreitet für Verzahnungen verwendeten Werkstoffe Polyacetal, z. B. der unter dem Handelsnamen Delrin bekannte Kunststoff, sowie Polyamide, z. B. der unter dem Handelsnamen Ultramid bekannte Kunststoff. Um eine erhöhte Steifigkeit des für den Eingriffsbereich verwendeten Kunststoffs zu gewährleisten, können verstärkte, beispielsweise faserverstärkte, Kunststoffe verwendet werden.Standard polymers such as acyl nitrile butadiene styrene (ABS). The materials commonly used for gears are polyacetal, e.g. the plastic known under the trade name Delrin, and polyamides, e.g. the plastic known under the trade name Ultramid. To ensure increased rigidity of the plastic used for the engagement area, reinforced plastics, e.g. fiber-reinforced plastics, can be used.
Wenn bei der Herstellung des Getriebeelementes ein Mehrkomponentenverfahren, z. B. die sogenannte 2-K Technik angewandt wird, dann ist die Verwendung der Klasse der Polyamide als Basismaterial besonders vorteilhaft. In dieser Klasse befinden sich Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere flexible Kunststoffe, z. B. schlagzähes Polyamid 6, sowie extrem steife Kunststoffe, z. B. polyfaserverstärktes Polyamid 6I/6T. Die unterschiedlichen Materialien zeichnen sich zudem durch eine gute Haftung aneinander aus.If a multi-component process, e.g. the so-called 2-K technique, is used to manufacture the gear element, then the use of the polyamide class as the base material is particularly advantageous. This class includes materials with very different properties, in particular flexible plastics, e.g. impact-resistant polyamide 6, and extremely rigid plastics, e.g. polyfiber-reinforced polyamide 6I/6T. The different materials are also characterized by good adhesion to one another.
Alternativ kann das Zahnrad z. B. auch als Hybrid-Teil hergestellt werden, wobei der zentrale Bereich 10 des Grundkörpers 1 sowie die Verzahnungselemente 20 der Verzahnung 2 aus Metall bestehen und der äußere Bereich 11 des Grundkörpers 1 aus einem hinreichend elastischen Kunststoff.Alternatively, the gear can also be manufactured as a hybrid part, for example, wherein the central region 10 of the base body 1 and the toothing elements 20 of the toothing 2 are made of metal and the outer region 11 of the base body 1 is made of a sufficiently elastic plastic.
Figur 1b zeigt eine Abwandlung des Zahnrades aus Figur 1a, wobei der wesentliche Unterschied darin besteht, dass die Verzahnungselemente 20 der Verzahnung 2 nahezu vollständig in den elastischen Bereich 11 des Grundkörpers 1 des Zahnrades eingebettet sind und sich mit ihren den freien Enden 21 abgewandten rückseitigen Enden 22 an einem formstabilen zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 lediglich abstützen. (Der formstabile zentrale Bereich 10 des Grundkörpers 1 dient im Wesentlichen zur Bildung einer Lagerstelle für die drehbare Lagerung des Zahnrades.) Dies ermöglicht eine tangential Beweglichkeit der Verzahnungselemente 20, ohne dass in einem Verbindungsbereich zwischen den Verzahnungselementen 20 und dem zentralen Bereich 10 des Grundkörpers 1 besondere Maßnahmen zur Erzielung einer gewissen Eigenelastizität der Verzahnungselemente 20 getroffen werden müssten, wie bei Figur 1a vorgesehen.Figure 1b shows a modification of the gear from Figure 1a, the main difference being that the toothing elements 20 of the toothing 2 are almost completely embedded in the elastic region 11 of the base body 1 of the gear and are only supported with their rear ends 22 facing away from the free ends 21 on a dimensionally stable central region 10 of the base body 1. (The dimensionally stable central region 10 of the base body 1 essentially serves to form a bearing point for the rotatable bearing of the gear.) This enables tangential mobility of the toothing elements 20 without special measures having to be taken in a connection region between the toothing elements 20 and the central region 10 of the base body 1 to achieve a certain inherent elasticity of the toothing elements 20, as provided in Figure 1a.
Auch bei dem in Figur 1b dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngen sich die Verzahnungselemente 20 stark zu ihrem jeweiligen rückseitigen Ende 22 hin, um hinreichend Platz für die zwischen den Verzahnungselementen 20 vorgesehenen Abschnitte des elastischen Bereiches 11 des Grundkörpers 1 zu schaffen.In the embodiment shown in Figure 1b, the toothing elements 20 also taper strongly towards their respective rear end 22 in order to create sufficient space for the sections of the elastic region 11 of the base body 1 provided between the toothing elements 20.
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Figur 1c zeigt ein Funktionsmodell der Zahnräder aus den Figuren 1a und 1b mit schematisch dargestellten Eingriffselementen E (die in den Figuren 1a und 1b jeweils durch Verzahnungselemente gebildet sind), welche über tangential wirkende Federn TF jeweils paarweise derart untereinander verbunden sind, dass sie in tangentialer Richtung t zueinander beweglich sind. In radialer Richtung r sind die Eingriffselemente E demgegenüber im Wesentlichen ortsfest gelagert.Figure 1c shows a functional model of the gears from Figures 1a and 1b with schematically illustrated engagement elements E (which in Figures 1a and 1b are each formed by toothing elements), which are connected to each other in pairs via tangentially acting springs TF in such a way that they are movable in the tangential direction t to each other. In the radial direction r, on the other hand, the engagement elements E are essentially mounted in a stationary manner.
Bei den Eingriffselementen E muss es sich nicht um Verzahnungselemente eines Zahnrades handeln. Auch die Verzahnung einer Schnecke oder das Außengewinde einer Spindel bzw. das Innengewinde einer mit einer Spindel zusammenwirkenden Mutter können in einem hinreichend elastischen Körper derart gelagert werden, dass eine Beweglichkeit der entsprechenden Eingriffselemente ermöglicht wird, wobei die Eingriffselemente selbst aus einem formstabilen Material geringer Elastizität bestehen. Im Fall eines Gewindes könnten zur Gewährleistung einer hinreichenden Beweglichkeit einzelner Gewindeabschnitte, dünne Schlitze zwischen den Gewindeabschnitten vorgesehen sein, die insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der einzelnen Gewindeabschnitte verlaufen.The engagement elements E do not have to be toothing elements of a gear. The teeth of a worm or the external thread of a spindle or the internal thread of a nut interacting with a spindle can also be mounted in a sufficiently elastic body in such a way that mobility of the corresponding engagement elements is enabled, with the engagement elements themselves consisting of a dimensionally stable material with low elasticity. In the case of a thread, thin slots could be provided between the thread sections to ensure sufficient mobility of individual thread sections, which in particular run essentially perpendicular to the direction of extension of the individual thread sections.
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Figur 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zahnrades mit einem Grundkörper 1, bei dem sowohl der zentrale Bereich 10' als auch der hieran radial nach außen anschließende Bereich 11 jeweils aus einem elastischen Material bestehen. In den äußeren Bereich 11 des Grundkörpers 1 sind Verzahnungselemente 20 eingebettet, die mit ihren äußeren freien Enden 21 aus dem Grundkörper 1 herausragen und somit einen Eingriffsbereich für das Zusammenwirken mit einem weiteren Getriebeteil bilden. An ihren entgegengesetzten, rückseitigen Enden 22 stützen sich die Verzahnungselemente 20 jeweils radial an dem zentralen, elastischen Bereich 10' des Grundkörpers 1 ab.Figure 2a shows an embodiment of a gear with a base body 1, in which both the central region 10' and the region 11 adjoining it radially outwards are each made of an elastic material. Toothing elements 20 are embedded in the outer region 11 of the base body 1, which protrude from the base body 1 with their outer free ends 21 and thus form an engagement region for interaction with another gear part. At their opposite, rear ends 22, the toothing elements 20 are each supported radially on the central, elastic region 10' of the base body 1.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die aus einem formstabilen Material bestehenden radial erstreckten Verzahnungselemente 20 also sowohl in tangentialer Richtung t als auch in radialer Richtung r zueinander beweglich, da der Grundkörper 1 insgesamt, also sowohl in seinem zentralen Bereich 10' als auch in seinem äußeren Bereich 11, aus einem elastischen Material besteht.In this embodiment, the radially extending toothing elements 20 consisting of a dimensionally stable material are therefore movable relative to one another both in the tangential direction t and in the radial direction r, since the base body 1 as a whole, i.e. both in its central region 10' and in its outer region 11, consists of an elastic material.
Auch das in Figur 2a dargestellte Zahnrad kann insgesamt als Kunststoffteil ausgebildet sein, vorzugsweise nach der Zwei-Komponenten-Technik hergestellt, oder alternativThe gear shown in Figure 2a can also be designed as a plastic part, preferably manufactured using the two-component technique, or alternatively
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teilweise aus Kunststoff (für den Grundkörper 1) und teilweise aus Metall (für die Verzahnung 2) bestehen.partly made of plastic (for the base body 1) and partly of metal (for the teeth 2).
Figur 2b zeigt ein Funktionsmodell für das in Figur 2a dargestellte Zahnrad. Es wird deutlich, dass die einzelnen Eingriffselemente E sowohl in tangentialer Richtung t (über Tangentialfedern TF) als auch in radialer Richtung r (über Radialfedern RF) elastisch gelagert sind, so dass sie sich sowohl in tangentialer Richtung t als auch in radialer Richtung r zueinander bewegen lassen.Figure 2b shows a functional model for the gear shown in Figure 2a. It is clear that the individual engagement elements E are elastically mounted both in the tangential direction t (via tangential springs TF) and in the radial direction r (via radial springs RF), so that they can move relative to each other both in the tangential direction t and in the radial direction r.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zahnrades, bei dem die Verzahnung 2 schwimmend auf dem Grundkörper 1 gelagert ist. Der Grundkörper 1 wird vollständig durch einen Bereich 10' aus einem elastischen Material gebildet.Figure 3 shows an embodiment of a gear wheel in which the teeth 2 are mounted floating on the base body 1. The base body 1 is completely formed by a region 10' made of an elastic material.
Die Verzahnung 2 besteht aus einer Mehrzahl radial nach außen abstehender Verzahnungselemente 20, deren den äußeren freien Enden 21 gegenüberliegende rückseitige Ende 22 über dünne Verbindungsbereiche 23 miteinander verbunden sind. Diese Verbindungsbereiche 23 sind so dünn (filmschamierartig) ausgebildet, dass sie eine gewisse, durch die schwimmende Lagerung der Verzahnung 2 auf dem Grundkörper 1 ermöglichte Beweglichkeit der Verzahnungselemente 20 zueinander zulassen, wobei die Verzahnungselemente 20 im Wesentlichen um ihre Verbindungsbereiche 23 zueinander verschwenken, so dass die entsprechende Bewegung Komponenten sowohl in radialer Richtung r als auch in tangentialer Richtung t aufweist.The toothing 2 consists of a plurality of radially outwardly projecting toothing elements 20, the rear end 22 of which, opposite the outer free ends 21, are connected to one another via thin connecting regions 23. These connecting regions 23 are designed to be so thin (like a film hinge) that they allow a certain mobility of the toothing elements 20 relative to one another, which is made possible by the floating mounting of the toothing 2 on the base body 1, wherein the toothing elements 20 essentially pivot relative to one another about their connecting regions 23, so that the corresponding movement has components both in the radial direction r and in the tangential direction t.
Gemäß einer Variante des in Figur 3 dargestellten Getriebeelementes ist die einstückig ausgebildete, den rotationssymmetrischen Grundkörper 1 an seiner Außenfläche vollständig umschließende Verzahnung 2 lediglich kraft- bzw. reibschlüssig mit dem Grundkörper 1 verbunden. D. h., die Verzahnung 2 ist an dem Grundkörper 1 über die an der Grenzfläche zwischen Grundkörper 1 und Verzahnung 2 (Außenfläche des Grundkörpers 1 bzw. Innenfläche der Verzahnung 2) wirkenden Reibungskräfte (Haftkräfte) fixiert.According to a variant of the gear element shown in Figure 3, the one-piece toothing 2, which completely encloses the rotationally symmetrical base body 1 on its outer surface, is only connected to the base body 1 in a force-fitting or friction-locking manner. This means that the toothing 2 is fixed to the base body 1 via the frictional forces (adhesive forces) acting on the interface between the base body 1 and the toothing 2 (outer surface of the base body 1 or inner surface of the toothing 2).
Wird in ein derartiges Getriebeelement durch Zusammenwirken mit einem weiteren Getriebeteil eine Kraft (tangential) eingeleitet, die größer ist als die Reibungskraft, mittels der die Verzahnung 1 am Grundkörper 2 haftet, so kann sich die Verzahnung 2 bezüglich des Grundkörpers 1 verdrehen. Der Grundkörper 1 und der Eingriffsbereich 2 des Getriebeelementes bilden somit eine Rutschkupplung. Hierdurch wird eine ZerstörungIf a force (tangential) is introduced into such a gear element through interaction with another gear part, which is greater than the frictional force by means of which the toothing 1 adheres to the base body 2, the toothing 2 can rotate with respect to the base body 1. The base body 1 and the engagement area 2 of the gear element thus form a slip clutch. This prevents destruction
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des Getriebeelementes beim außerplanmäßigen Auftreten besonders großer Getriebekräfte, für deren Weiterleitung das Getriebeelement nicht ausgelegt ist, verhindert.of the transmission element in the event of unplanned occurrence of particularly large transmission forces for which the transmission element is not designed.
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Claims (28)
dass der Grundkörper (1) zumindest teilweise aus einem Material mit einer solchen Elastizität besteht, dass die am Grundkörper (1) angeordneten Eingriffselemente (20) relativ zueinander beweglich sind, und dass die Eingriffselemente (20) aus einem anderen, formstabileren Material bestehen als der elastische Bereich (10', 11) des Grundkörpers (1). 1. Transmission element for power and/or torque transmission to another transmission element with
that the base body ( 1 ) consists at least partially of a material with such elasticity that the engagement elements ( 20 ) arranged on the base body ( 1 ) are movable relative to one another, and that the engagement elements ( 20 ) consist of a different, more dimensionally stable material than the elastic region ( 10 ', 11 ) of the base body ( 1 ).
dass der Eingriffsbereich (2) kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig, mit dem Grundkörper (1) verbunden ist. 23. Transmission element for transmitting force and/or torque to another transmission element with
that the engagement region ( 2 ) is connected to the base body ( 1 ) in a force-fitting, in particular friction-fitting manner.
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| R071 | Expiry of right |