DE3322907A1 - Zahnrad und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Zahnrad und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
SKF KUGELLAGERFABRIKEN- "G"M3"H " - -' : " ächweinfurt, 20.06.1983
I DE 83 018 DE TPA/vh.fk
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere
für Kettentriebe, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Ein Zahnrad der genannten Gattung ist bekannt, welches eine im Radkörper eingegossene Ringscheibe besitzt, die an
ihrem radial äußeren Rand mit einem den Zahnkranzabschnitt
stützenden Kragen versehen ist (US-PS 30 76 352). Die Druck- und Biegefestigkeit der Zähne dieses Zahnrades hängt im
wesentlich von der Festigkeit des verwendeten Gießwerkstoffes (Kunststoff) ab. Da die Zähne vieler Zahnräder, insbesondere
die Zahnräder für Kettentriebe, eine große Zahnhöhe aufweisen und deshalb größeren Biegebeanspruchungen
ausgesetzt sind,, muß der Zahnradkörper des bekannten Zahnrades aus einem äußerst festen und relativ teueren Kunststoff
abgegossen werden. Ein hochfester Gießwerkstoff hat im allgemeinen eine große Harte und ist in seiner Verarbeitung
wegen der Gefahr von Versprödungsbrüchen relativ aufwendig. Hinzu kommt, daß ein aus hartem Gießwerkstoff hergestellter
Zahnkranzabschnitt in Betrieb des Zahnrades ein 0 lästiges Laufgeräusch verursachen kann.
— 2 —
Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad der angegebenen Gattung zu
schaffen, dessen Radkörper trotz hoher Druck- und Biegefestigkeit der Zähne der Stirnverzahnung des Zahnkranzabschnittes
aus einem relativ weichen stoßdämpfenden Gießwerkstoff (Kunststoff) gefertigt werden kann.
Mit dem Zahnrad der Erfindung wird erreicht, daß die einzelnen Zähne des Zahnkranzabschnittes des Zahnradkörpers
durch den zugehörigen radialen Vorsprung sowohl in ümfangsrichtung als auch in axialer Richtung versteift sind. Dabei
haben die durch die Vorsprünge versteiften Zahnflanken eine hohe Druckfestigkeit selbst dann, wenn der Radkörper
aus einem nachgiebigen stoßdämpfenden Kunststoff hergestellt wird. Trotz der Nachgiebigkeit des Gießwerkstoffes hat jeder
Zahn des Zahnkranzabschnittes eine hohe Biegefestigkeit, so daß das Zahnrad auch schwere Betriebsbedingungen mit hohen
Zahnbelastungen aushält.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zahnrades sowie ein geeignetes Verfahren zu seiner Herstellung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Mit der Ausbildung nach Anspruch 2 ist eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit des Fußgrundes der Stirnverzahnung
des Radkörpers geschaffen, die vor allem bei im Fußgrund belasteten Zahnrädern von Kettentrieben von Vorteil
ist.
Die Ausbildung des Zahnrades nach Anspruch 3 bewirkt, daß die Zahnflanken in der Nähe des Zahnfußes, wo sie ihre
größte Belastung erhalten, relativ steif und unnachgiebig vom äußeren Rand der Ringscheibe gestützt sind. Radial nach
außen - zum Zahnkopf hin - sind die Zahnflanken in Abhängigkeit von der Kompressibilität und/oder Biegeelastizität des
verwendeteten Gießwerkstoffes in zunehmendem Maße elastisch
nachgiebig ausgebildet. Die radial äußeren Enden der Zähne führen somit die einzelnen Kettenglieder ohne
Anlaufstöße radial nach innen zum Fußgrund des Kettenrades und richten die Kettenglieder dabei aus.
Die Ausbildung des Zahnrades nach Anspruch 4 hat zur Folge, daß der Zahnkranz in radialer Richtung steif und konzentrisch
auf dem Lagerelement abgestützt ist, so daß die Zähne des Zahnkranzes an Radkörper auch dann am vorgeschriebenen
Teilkreisdurchmesser mit der Kette oder mit dem zugehörigen Gegenzahnrad im Eingriff stehen, wenn der Gießwerkstoff
des Radkörpers eine hohe elastische Nachgiebigkeit aufweist.
In den Ansprüchen 5 und 6 sind Ringscheiben mit Kragenabschnitten
gekennzeichnet, die im Stanz- und Preßverfahren aus einer Platine aus metallischem Bandwerkstoff wirtschaftlich
hergestellt werden können.
Anspruch 7 weist auf die Ausbildung eines von einem relativ steifen äußeren Rand der Ringscheibe unterstützten
Zahnkranzabschnittes am Radkörper hin. Der Stegabschnitt des Radkörpers dann durch die schwächende Wirkung der
Schlitze der Ringscheibe biegenachgiebig ausgebildet sein.
Mit der zusätzlichen Ausgestaltung nach Anspruch 8 ist eine Biegenachgiebigkeit des Stegabschnittes und des Nabenabschnittes
erreichbar, so daß auch Verformungen des Nabenschnitts des Radkörpers ohne Beeinträchtigung der Formgenauigkeit
des Zahnkranzabschnittes zugelassen werden können. Derartige Verformungen des Nabenabschnitts können
z. B. beim Festsetzen eines Lagerelementes in der Bohrungsfläche
des Nabenabschnittes entstehen.
Die Ausgestaltung des Zahnrades nach Anspruch 9 bewirkt, daß die Flächenpressung zwischen dem Lagerelement und
der Bohrungsfläche des bzw. der Kragenabschnitte in axialer Richtung ungefähr gleich groß ist, obwohl die Ringscheibe
eine vergrößerte radiale Steifigkeit an ihrem radial inneren Rand im Bereich des Stegabschnittes aufweist.
Dadurch wird eine schädliche Verwölbung der Ringscheibe bei ihrem Aufsetzen auf das Lagerelement verhindert.
Anspruch 10 weist auf ein geeignetes Verfahren zum Herstellen des Zahnrades hin, mit dem die Vorsprünge der
Ringscheibe im Gießwerkstoff besonders fest und ablösungssicher verankert werden. Beim Gießen des Radkörpers, welches
von einer der beiden Seiten der Ringscheibe aus erfolgt, strömt der Gießwerkstoff über den äußeren Rand und
durch die axialen Löcher der Ringscheibe zur anderen Seite. Auf diese Weise entstehen Gießströme, die am Rand der
Ringscheibe und in den Löchern gedrosselt werden. Auf der anderen Seite der Ringscheibe treffen die Gießströme aufeinander,
so daß dort Bindenähte im Kunststoff entstehen. Diese Bindenähte haben ein Muster, welches rotationssymmetrisch
zur Achse des Zahnrades ausgebildet ist. Die Zähne der Stirnverzahnung haben eine hohe Biegefestigkeit,
weil die Berührungsflächen der Zähne keine, den Gießwerkstoff schwächende Bindenähte besitzen.
Das erfindungsgemäße Zahnrad mit einem geeigneten Herstellverfahren
wird in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den zugehörigen zeichnerischen Darstellungen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Zahnrad,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht entlang der Linie A-A auf das in Fig. 1 dargestellte Zahnrad,
Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch ein abgeändertes Zahnrad und
Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie B-B durch das in Fig. 4 dargestellte Zahnrad.
Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein Zahnrad eines Kettengetriebes
(Kettenspannrolle) und mit 2 ein in diesem eingebautes Rillenkugellager bezeichnet. Der stillstehende Innenring
4 des Rillenkugellagers 2 sitzt auf der Mantelfläche
eines zylindrischen Gehäuseansatzes 3 (siehe strichpunktierte Darstellung in Fig. 1).
Das Zahnrad 1 besteht aus einem Radkörper 5, welcher im vorliegenden Fall aus einem stoßdämpfenden elastisch
nachgiebigen Kunststoff hergestellt ist. Im Radkörper 5 ist eine versteifende Ringscheibe 6 aus Stahlblech einge-0
gössen. Der Radkörper 5 besitzt einen eine Stirnverzahnung
aufweisenden Zahnkranzabschnitt 7, einen Nabenabschnitt 8 und einen diese beiden Abschnitte 7, 8 miteinander verbindenen
Stegabschnitt 9. Im Stegabschnitt 9 ist die Ringscheibe 6 angeordnet, die an ihrem radial äußeren Rand 10 bis
in die Nähe des Fußgrundes 11 der Zähne 12 der Stirnverzahnung reicht. Der äußere Rand 10 der Ringscheibe 6 ist mit
über den Fußgrund 11 radial nach außen vorstehenden Vorsprüngen 13 versehen. Jeder Vorsprung 13 ist in einem ein-
zelnen Zahn 12 der Stirnverzahnung angeordnet und reicht bis etwa zur halben radialen Höhe der Zähne 12. Im vorliegenden
Fall haben die Vorsprünge 13 eine radial nach außen konvex gewölbte, den Krümmungsradius 14 aufweisende Kontur.
Im Bereich zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 13 der Ringscheibe 6 hat der äußere Rand 10 eine konkav nach innen
gewölbte Kontur mit dem Krümmungsradius 15. Der äußere Rand 10 der Ringscheibe 6 ist an dieser Stelle kreisabschnittförmig
konkav gewölbt, so daß dieser der Kontur des gegenüberliegenden Fußgrundes 11, welche den etwas kleineren
Krümmungsradius 16 besitzt, eng angepaßt ist.
Ein kreisrundes, axial durchgehendes Loch 17 ist in der Nähe und radial unterhalb jedes einzelnen Vorsprunges 13
in der Ringscheibe 6 eingearbeitet. Die Löcher 17 sind auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser am Umfang der
Ringscheibe 6 angeordnet.
An ihrem radial inneren Rand hat die Ringscheibe 6 einen einstückig mit diesem verbundenen Kragenabschnitt 18, welcher
als ringförmiger Ansatz ausgebildet und im Nabenabschnitt 8 des Radkörpers 5 angeordnet ist. Dieser Kragenabschnitt
18 verläuft in einer der beiden axialen Richtungen und steht somit gegenüber der Ringscheibe 6 axial vor. Er
trägt die zylindrische Bohrungsfläche 19, auf der das äußere Lagerelement 20 des Rillenkugellagers 2 direkt abgestützt ist.
Der Kragenabschnitt 18 besitzt in seiner Bohrung im Anschluß an die Bohrungsfläche 19 eine zylindrisch ausgedrehte,
radiale Vertiefung 21. Diese Vertiefung 21 ist mit dem Gießwerkstoff des Radkörpers 5 ausgefüllt, so daß
die Bohrungsfläche 19 des Kragenabschnitts 18, in die anschließende
Bohrungsfläche des Nabenabschnitts 8 des Radkörpers 5 absatzlos übergeht.
— 7 —
• /(O ·
Das Herstellen des Zahnrades 1 erfolgt in einer Gießform (nicht gezeigt), welche das Rillenkugellager 2 mit auf
diesem axial aufgeschobener Ringscheibe 6 enthält. Zylindrische Aretierungsstifte (nicht gezeigt) können dabei in
die axialen Löcher 17 der Ringscheibe 6 vorübergehend eingreifen und die Ringscheibe 6 in der Gießform in ihrer vorgesehenen
Lage festhalten. Beim Fertiggießen des Radkörpers 5 wird der Kunststoff auf einer der beiden Seiten der
Ringscheibe 6 durch einen konzentrischen, ringförmigen Ängießspalt in die Gießform in an sich bekannter Weise eingeführt.
Dabei strömt der Kunststoff über den äußeren Rand 10 der Ringscheibe 6 und durch sämtliche axialen Löcher
17 auf die andere Seite der Ringscheibe 6. Die aufeinanderprallenden Gießströme des Randes und der Löcher 17 der
Ringscheibe 6 bilden auf der anderen Seite ein Muster von Bindenähten, das rotationssymmetrisch zur Achse des Zahnrades
1 ausgebildet ist. Die Größe der Löcher 17 und die Größe des radialen Spaltes zwischen dem äußeren Rand 10
der Ringscheibe 6 und der radial gegenüberliegenden Wandung der Gießform sind im vorliegenden Fall so aufeinander
abgestimmt, daß sich die Gießströme gleichzeitig sowohl über den äußeren Rand 10 des Umfanges der Ringscheibe
6 als auch durch die axialen Löcher 17 bewegen.
In Fig. 3 und 4 ist ein abgeändertes Zahnrad 22 für Kettentriebe dargestellt, welches ebenfalls aus einem Radkörper
5 aus Gießwerkstoff und einer in diesem eingegossenen Ringscheibe 6 aus metallischem Bandwerkstoff besteht.
Die Ringscheibe 6 hat an ihrem äußeren Rand 10 radial nach außen vorstehende Vorsprünge 13, die jeweils in einen Zahn
12 der Stirnverzahnung des Zahnkranzabschnittes 7 eingreifen und vom Gießwerkstoff vollständig eingeschlossen sind.
Jeweils ein axial durchgehendes Loch 17 ist in der Nähe und radial unterhalb jedes Vorsprunges 13 in der Ringscheibe 6
eingearbeitet.
— 8 —
< AA -
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Ringscheibe
6 zwei Kragenabschnitte 23, 24, welche jeweils in eine der beiden axialen Richtungen verlaufen und im Nabenabschnitt
8 des Radkörpers 5 eingegossen sind. Der eine Kragenabschnitt 23 ist durch in die eine axiale Richtung
(in Fig. 3 nach oben) umgebogene Lappen 25 am inneren Rand der Ringscheibe 6 gebildet, während der andere Kragenabschnitt
24 durch die in die andere Richtung (in Fig. 3 nach unten) umgebogenen Lappen 26 am inneren Rand der
Ringscheibe 6 angeformt ist. Die einzelnen Lappen 25, 26 sind am Umfang des inneren Rand der Ringscheibe 6 wechselseitig
umgebogen.
In der Ringscheibe 6 sind durchgehende Schlitze 27 eingearbeitet,
welche von jedem zweiten Loch 17 am Umfang der Ringscheibe 6 ausgehen und radial nach innen durchgehend
verlaufen. Die einzelnen Lappen 25, 26 werden durch diese Schlitze 27 am inneren Rand der Ringscheibe 6 begrenzt.
Die zylindrische Bohrung des Nabenabschnitts 8 des Radkörpers 5 und die radial inneren Begrenzungsflächen 19 der
Lappen 25, 26 bilden eine gemeinsame Unterstützungsfläche für ein Lagerelement (nicht gezeigt). Das Zahnrad 22 wird
also über die Lappen 25, 26 direkt auf dem Lagerelement abgestützt. Am in der Zeichnung in Fig. 3 unteren Ende
des Nabenabschnitts 8 ist eine ringförmige Halteschulter 28 angegossen, welche durch radial nach innen weisende
Endabschnitte 29 der Lappen 26 abschnittweise versteift ist.
Das in Fig. 3 und 4 gezeigte Zahnrad 22 kann wie das vorhergehend beschriebene Zahnrad 1 in einer Gießform abgegössen
werden. Der Gießwerkstoff wird dabei auf einer der beiden Seiten der Ringscheibe 6 in die Gießform (nicht ge-
• /let*
zeigt) eingeführt, so daß Gießströme entstehen, welche sich über den äußeren Rand der Ringscheibe 6 und durch sämtliche
axialen Löcher 17 hindurch zur anderen Seite der Ringscheibe 6 bewegen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Zahnrad weitgehend abgewandelt werden. So kann auch in den in Fig. 3
dargestellten Kragenabschnitten 23, 24 eine gemeinsame radiale Vertiefung eingearbeitet sein, die sich im Bereich
der Verbindung der Ringscheibe mit den Kragenabschnitten 23, 24 befindet und die zu den axialen Enden der beiden Kragenabschnitte
hin erweitert ist. Die innere Begrenzungsfläche bzw. Bohrungsfläche 19 der Kragenabschnitte 23, 24 kommt
dann erst in einem gewissen axialen Abstand von der im Stegabschnitt des Radkörpers angeordneten Ringscheibe mit
dem Lagerelement in direkte Berührung.
Außerdem kann beim in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
auch am in der Zeichnung oberen Ende des Nabenabschnitts 8 eine Halteschulter für das Lagerelement angegossen
sein. Das Lagerelement kann dann in den Nabenab-0 schnitt 8 des Radkörpers 5 axial eingeschoben und eingeschnappt
werden, wenn der Gießwerkstoff und die Lappen 25, 26 biegeelastisch ausgebildet sind.
• /13-
- Leerseite -
Claims (10)
- PatentansprücheZahnrad, insbesondere für Kettenantriebe, bestehend aus einem Radkörper aus Gießwerkstoff mit einem Nabenabschnitt, einem eine Stirnverzahnung aufweisenden Zahnkranzabschnitt und einem diese beiden Abschnitte miteinander verbindenden Stegabschnitt sowie einer im Stegabschnitt eingegossenen Ringscheibe aus Metall, welche an ihrem äußeren Rand bis in die Nähe des Fußgrundes der Zähne der Stirnverzahnung reicht und an ihrem Umfang axial durchgehende, mit Gießwerkzeugstoff gefüllte Löcher aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) an ihrem radial äußeren Rand (10) mit über den Fußgrund (11) der benachbarten Zähne (12) der Stirnverzahnung radial nach außen vorstehenden, in jeweils einem einzelnen Zahn (12) angeordneten, vom Gießwerkstoff des Radkörpers (5) eingebetteten Vorsprüngen (13) versehen ist und in der Nähe und radial unterhalb jedes Vorsprunges (13) jeweils ein axiales Loch (17) in der Ringscheibe (6) eingearbeitet ist.
- 2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand (10) der Ringscheibe (6) im Bereich zwischen jeweils zwei benachbarten Vorsprüngen (13) der Kontur des gegenüberliegenden Fußgrundes (11) der Zähne (12) der Stirnverzahnung in einem engen Abstand angepaßt ist.
- 3. Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkörper (5) aus einem elastischen Gießwerkstoff hergestellt und jeder Vorsprung13) der Ringscheibe (6) etwa bis zur halben radialen Höhe der Zähne (12) der Stirnverzahnung reichend angeordnet ist.
- 4. Zahnrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) an ihrem inneren Rand einen oder zwei im Nabenabschnitt (8) des Radkörpers (5) angeordnete, axial verlaufende Kragenabschnitte (18) mit das Zahnrad (1, 22) auf einem Lagerelement (20) direkt abstützenden Bohrungsflächen (19) aufweist.
- 5. Zahnrad nach Anspruch 4 mit einer Ringscheibe mit einein im Nabenabschnitt des Radkörpers angeordneten Kragenabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragenabschnitt durch einen nach einer axialen Richtung umgebogenen, ringförmigen Ansatz (18) gebildet ist.
- 6. Zahnrad nach Anspruch 4 mit einer Ringscheibe mit zwei im Nabenabschnitt des Radkörpers angeordneten Kragenabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kragenabschnitte (23, 24) durch wechselseitig in die eine und in die andere axiale Richtung umgebogene Lappen (25, 26) am Umfang des inneren Randes der Ringscheibe (6) gebildet sind.
- 7. Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) einen oder mehrere von jeweils einem der axialen Löcher (17) radial nach innen verlaufenden, axial durchgehenden Schlitz (27) aufweist.
- 8. Zahnrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Schlitze (27) der Ringscheibe (6) radial nach innen durchgehend ausgebildet sind.
- 9. Zahnrad nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) an ihrem inneren Rand eine zum axialen Ende des einen oder der beiden Kragenabschnitte (18, 23, 24) hin erweiterte, mit elastisch oder plastisch nachgiebigen Gießwerkstoff des Radkörpers (5) gefüllte, umlaufende, radiale Vertiefung (21) aufweist.
- 10. Verfahren zum Herstellen des Zahnrades nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 mit einem Radkörper und einer axial durchgehende Löcher aufweisenden Ring~ scheibe, bei dem die Ringscheibe in einer Gießform mit Gießwerkstoff des Radkörpers umgössen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießwerkstoff auf einer der beiden Seiten der Ringscheibe gleichmäßig am Umfang in die Gießform eingeführt wird, so daß dieser sowohl über den äußeren Rand der Ringscheibe als auch durch sämtliche axialen Löcher der Ringscheibe auf die andere Seite der Ringscheibe strömt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SKF GMBH, 8720 SCHWEINFURT, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |