DE19523015A1 - Verzahnung zweier miteinander kämmender Zahnräder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verzahnung zweier miteinander kämmender Zahnräder, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Verzahnungen, z. B. Evolventen-Verzahnungen, von Zahnrädern ist es bekannt, durch positive oder negative Profilverschiebungen an den Zahn­ flanken verschiedenen Einsatzbedingungen besser gerecht zu werden. Je­ doch ist darauf zu achten, daß dabei Reibung und Verschleiß an den vor- und nacheilenden Zahnflanken gering bleiben, die Abwälzverhältnisse also nicht verschlechtert werden.

Sind ein oder beide Zahnräder aus Kunststoff gefertigt, so sind die Verzah­ nungsverhältnisse insbesondere im dynamischen Wechselbetrieb beson­ ders zu beachten, weil hier aufgrund der geringeren Werkstoffestigkeiten schnell Überbeanspruchungen bei Lastspitzen auftreten können, die schließlich zu Zahnbrüchen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der gattungsgemäßen Ver­ zahnung zweier miteinander kämmender Zahnräder diese so weiterzubilden, daß ohne massive Materialverstärkungen schädliche Überbeanspruchungen weitgehendst vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Zahnprofil des zumindest einen Zahnrades aus Kunststoff so auszulegen, daß bei einer elastischen Verfor­ mung der Zähne vor dem Auftreten schädlicher Werkstoffspannungen sich die voreilende Zahnflanke an der korrespondierenden, nacheilenden Zahn­ flanke des anderen Zahnrades abstützt. Durch diese Maßnahme, die im dynamischen Lastspitzenbereich eine kurzfristige und demzufolge vernach­ lässigbare Reibungserhöhung in der Verzahnung bewirkt, erfahren die in Eingriff befindlichen Zähne eine weit geringere Biegebelastung bzw. wird die Belastung in eine weniger schädliche Scherbeanspruchung umgewandelt.

Besonders vorteilhaft können dabei die voreilenden Zahnflanken des Zahn­ rades aus Kunststoff durch eine geeignete Profilverschiebung und Zahn­ spielauslegung auf den verwendeten Werkstoff (E-Modul) abgestimmt sein. Dies bedeutet, daß bei Normalbelastung der Zahnräder bzw. der Verzah­ nungen reguläre Abwälzverhältnisse vorliegen, während im Lastspitzenbe­ reich aufgrund der elastischen Verformung der Zähne sich die jeweils vorei­ lende Zahnflanke an der korrespondierenden nacheilenden Zahnflanke des anderen Zahnrades zusätzlich abstützt.

Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, daß die Zahnfüße des Zahnrades aus Kunststoff auf der jeweiligen Einlaufseite (nacheilende Zahnflanke) ver­ stärkt ausgeführt sind, was insbesondere durch größere Übergangsradien zwischen Zahngrund und anschließender Zahnflanke bewirkt wird.

Bei relativ großen Verformungen der Zähne im Lastspitzenbereich kann es angezeigt sein, zur Vermeidung von Geräuschen und übermäßigem Ver­ schleiß im Einlaufbereich die voreilende Zahnflanke des Zahnrades mit höherem E-Modul mit einer Abschrägung zu versehen. Die Abschrägung kann bevorzugt an ihren Übergängen verrundet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt abschnittsweise die Verzahnung zweier miteinander kämmender Zahnräder, wobei das eine Zahnrad aus Stahl und das andere Zahnrad aus Kunststoff gefertigt ist.

Das mit 10 bezeichnete Zahnrad aus Stahl treibt über die noch zu beschrei­ bende Evolventen-Verzahnung ein weiteres Zahnrad 12 aus Kunststoff in der durch die Pfeile eingezeichneten Drehrichtung an.

Die Zähne 14 des Zahnrades 10 und die Zähne 16 des Zahnrades 12 aus Kunststoff weisen soweit nicht beschrieben eine herkömmliche Evolventen- Zahngeometrie auf.

Darüberhinaus weist die jeweils voreilende Zahnflanke 18 des Zahnrades 12 eine Profilverschiebung auf, die in Verbindung mit einem definierten Zahn­ flankenspiel zur angrenzenden, jeweils nacheilenden Zahnflanke 20 der Zähne 14 bei einer elastischen Verformung der Zähne 16 (übertrieben in gestrichelten Linien dargestellt) eine zusätzliche momentane Abstützung bei 22 der Zähne 16 bzw. der Zahnflanken 18, 20 ergibt.

Daraus resultiert, daß die auf die Zähne 16 des angetriebenen Zahnrades 12 aus Kunststoff ansonsten wirkende Biegebelastung teilweise kompensiert bzw. in eine weniger bruchgefährdete Scherbelastung in Umfangsrichtung umgewandelt wird.

Zusätzlich ist der Übergang 28 vom jeweiligen Zahngrund 24 zur nacheilen­ den Zahnflanke 26 der Zähne 16 des Zahnrades 12 aus Kunststoff verstärkt bzw. mit größeren Übergangsradien ausgeführt (ursprüngliche Geometrie übertrieben in gestrichelten Linien dargestellt), damit die Kerbbelastung in diesen Bereichen 28 verringert ist.

Um ferner im jeweiligen Zahneinlaufbereich den elastischen Zahnverfor­ mungen bei Lastspitzen Rechnung zu tragen bzw. Kopfträger zu vermeiden, sind die Übergänge der voreilenden Zahnflanken 30 der Zähne 14 des an­ treibenden Zahnrades 10 aus Stahl mit verrundeten Abschrägungen 32 ver­ sehen, die den ggf. erforderlichen Einlauffreigang sicherstellen bzw. einen schädlichen Kontakt mit dem korrespondierenden Zahnfuß des anderen Zahnrades vermeiden.

Abhängig von den verwendeten Werkstoffen und deren E-Modulen der Zahnräder ist das Zahnprofil wie vorbeschrieben insbesondere des Zahnra­ des mit dem niedrigeren E-Modul so ausgelegt, daß bei einer elastischen Verformung dessen Zähne 16 vor dem Auftreten schädlicher Werkstoffspan­ nungen sich die jeweils voreilende Zahnflanke 18 an der korrespondieren­ den nacheilenden Zahnflanke 20 des anderen Zahnrades 10 bei 22 abstützt. Zahnspiel und positive Profilverschiebung sind dabei so ausgeführt, daß diese Abstützung nur im Lastspitzenbereich auftritt, in dem erfahrungsge­ mäß durch Werkstoffüberbeanspruchungen Zahnbrüche eingeleitet werden. Die Profilverschiebung ist bevorzugt so vorzunehmen, daß der Abstützbe­ reich 22 radial weiter außerhalb des korrespondierenden Teilkreises 34 des Zahnrades 12 als der momentane Kraftübertragungsbereich 36 an der nacheilenden Zahnflanke 26 liegt.

Claims (6)

1. Verzahnung zweier miteinander kämmender Zahnräder, deren Zähne kraftübertragend aneinander abwälzen, wobei zumindest ein Zahnrad aus Kunststoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahn­ profil des Zahnrades (12) aus Kunststoff so ausgelegt ist, daß bei einer elastischen Verformung der Zähne (16) vor dem Auftreten schädlicher Werkstoffspannungen sich dessen voreilende Zahnflanke (18) an der korrespondierenden nacheilenden Zahnflanke (20) des anderen Zahnra­ des (10) abstützt.

2. Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorei­ lenden Zahnflanken (18) des Zahnrades (12) aus Kunststoff durch Profil­ verschiebung und Zahnspielauslegung auf den verwendeten Werkstoff (E-Modul) abgestimmt sind.

3. Verzahnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnfüße des Zahnrades (12) aus Kunststoff auf der jeweiligen Einlaufseite (bei 28) verstärkt ausgeführt sind.

4. Verzahnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ stärkung (28) der Zahnfüße durch größere Übergangsradien zwischen Zahnlückengrund (24) und nacheilender Zahnflanke (26) bewirkt ist.

5. Verzahnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Zähne (14) des Zahnrades (10) mit höherem E-Modul auf ihrer voreilenden Zahnflanke (30) mit einer Abschrägung (32) zum Zahnkopf hin versehen ist.

6. Verzahnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ schrägung (32) zum angrenzenden Zahnprofil hin verrundet ist.