DE19531217A1

DE19531217A1 - Keilvorrichtung

Info

Publication number: DE19531217A1
Application number: DE19531217A
Authority: DE
Inventors: Stephen M Burr
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 1996-02-29
Also published as: US5538355A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Keil vorrichtung und insbesondere auf eine Antriebskeilnut bzw. -öffnung oder -weg in einem Getriebe bzw. Zahnrad aus pulverisiertem Metall einer Hydraulikgetriebepumpe.

Hintergrundtechnik

Getriebe bzw. Zahnräder aus pulverisiertem Metall werden häufig in Pumpen, wie zum Beispiel Getriebepumpen, verwendet als eine Alternative mit geringeren Kosten zu maschinenmäßig bearbeiteten Stahlgetrieben bzw. Zahnrädern. Im allgemeinen leisten bzw. arbeiten Getriebe aus pulverisiertem Metall sehr zuverlässig in Hydraulikgetriebepumpen. Immer wenn Getriebe aus pulverisiertem Metall versagen, wurde beobachtet, daß die Versagen zwei möglichen Ursachen zugeschrieben werden können. Die erste Ursache ist im allgemeinen eine nicht richtige Wärmebehandlung während des Herstellungspro zesses, das eine Sprödigkeit des pulverisierten Metalls zur Folge hat. Die zweite Ursache des Versagens eines Getriebes aus pulverisiertem Metall bezieht sich auf das Design bzw. die Konstruktion des Antriebskeilsitzes für die Verbindung des Antriebsgetriebes mit seiner Welle. Diese Erfindung bezieht sich darauf, diese zweite Ursache zu eliminieren und bezieht sich auf eine verbesserte An triebskeilnut in einem Getriebe aus pulverisiertem Me tall.

Typischerweise besitzen die Antriebskeilnuten bzw. -öff nungen oder -sitze Innenseitenwände und Endwände mit planaren Oberflächen, die sich in spitzen bzw. scharfen Ecken treffen. Die Antriebskeilnut ist typischerweise geeignet, einen Keil aufzunehmen, der teilweise in der Antriebskeilnut in dem Getriebe und der Antriebskeilnut in der maschinenmäßig bearbeiteten Metallwelle aufgenommen ist. Es wurde beobachtet, daß eine "spitzeckige" Keilnut in einem Getriebe aus pulverisiertem Metall einen Hauptbeitrag zum Versagen in dem Getriebe leistet, und zwar auf Grund einer Beanspruchungskonzentration in den scharfen bzw. spitzen Ecken.

Es ist erforderlich, ein Getriebe aus pulverisiertem Metall zu besitzen, das nicht versagt, und zwar auf Grund von Reißen bzw. Rißbildung, die von einer Beanspruchungs konzentration in der Antriebskeilnut herrührt. Es ist deshalb erforderlich, ein Getriebe mit einer Antriebs keilnut zu besitzen, die nicht einer Beanspruchungskon zentration in irgendeinem lokalisierten Gebiet ausgesetzt ist. Es ist ferner erforderlich, daß diese Antriebskeil nut einen Aufbau besitzt, der nicht nur die Beanspru chungskonzentration verringert, sondern ebenfalls ir gendeine Bewegung des Antriebskeils in der axialen Rich tung minimiert. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist in einer Keilvor richtung mit einer Antriebskeilnut, die sich axial da hindurch erstreckt, die Antriebskeilnut folgendes auf: eine erste Seitenwand mit einer planaren bzw. ebenen Innenoberfläche, eine zweite Seitenwand mit einer pla naren bzw. ebenen Innenoberfläche und eine Endwand mit einer gekrümmten bzw. kurvenlinearen Innenoberfläche. Die kurvenlineare Innenoberfläche umfaßt einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil. Die ersten, zweiten und dritten Teile besitzen eine halbkreisförmige Konfiguration. Die ersten und dritten Teile sind im all gemeinen konkav und der zweite Teil ist im allgemeinen konvex und geht in die ersten und dritten Teile über bzw. "vermischt" sich mit diesen, um eine kurvenlineare "wellenförmige" Oberfläche zu bilden. Die ersten und zweiten Seitenwände sind auseinander beabstandet und verbunden mit und erstrecken sich im allgemeinen quer bzw. schräg zu der Endwand.

Die Konfiguration bzw. der Aufbau der Antriebskeilnut bzw. -öffnung ist sehr hilfreich beim Verringern von Beanspruchungskonzentration in dem Getriebe und beim Minimieren von irgendeiner Bewegung des Antriebskeils in der axialen Richtung. Die vorliegende Erfindung ist be sonders nützlich beim Herstellen von Getrieben aus pul verisiertem Metall für Getriebepumpen, wie zum Beispiel Hydraulikgetriebepumpen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Getriebes, das die vorliegende Erfindung verkörpert; und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung weist ein Ge triebe mit einer Antriebskeilnut bzw. -öffnung, die im allgemeinen mit 10 bezeichnet wird, illustrativ eine Vielzahl von Getriebezähnen, die im allgemeinen mit 20 bezeichnet werden, und eine Antriebskeilnut 30, die sich axial durch das Getriebe erstreckt, auf. Eine Antriebs welle 40 erstreckt sich durch das Getriebe 10 und ist drehbar mit dem Getriebe 10 durch einen Antriebskeil 50, der in der Antriebskeilnut 30 aufgenommen wird, verbun den.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, die ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, weist in einem Getriebe bzw. Zahnrad 10 mit Getriebezähnen 20 und einer Antriebskeilnut 30, die Antriebskeilnut folgendes auf: eine erste Seitenwand 60 mit einer planaren bzw. ebenen Innenoberfläche 61, eine zweite Seitenwand 70 mit einer planaren bzw. ebenen Innen oberfläche 71 und eine Endwand 80 mit einer gekrümmten bzw. kurvenlinearen Innenoberfläche 81.

Die Innenoberfläche 81 umfaßt einen ersten Teil 85, einen zweiten Teil 86 und einen dritten Teil 87. Die Teile 85, 86, 87 besitzen jeweils einen kreisförmigen Aufbau. Die ersten und dritten Teile 85, 87 sind im allgemeinen kon kav, während der zweite Teil 86 im allgemeinen konvex ist. Der erste Teil 85 geht in den zweiten Teil 86 über und der zweite Teil 86 geht in den dritten Teil 87 über, um eine kurvenlineare, "wellenförmige" Oberfläche mit abgerundeten Ecken zu bilden.

Die ersten und dritten Teile 85, 87 verringern die Bean spruchungskonzentration bei den Ecken der Antriebskeil nut. Der zweite Teil 86 ist geeignet, den Antriebskeil 50 zu kontaktieren und zu lokalisieren und seine Bewegung in der axialen Richtung zu beschränken, wenn der Antriebs keil in der Antriebskeilnut 30 aufgenommen ist.

Die ersten und zweiten Seitenwände 60, 70 sind auseinan der beabstandet, verbunden mit und erstrecken sich im allgemeinen schräg bzw. quer zu der Endwand 80. Die ersten und zweiten Seitenwände 60, 70 sind vorzugsweise parallel zueinander.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des Radius des ersten Teils 86 zu dem Radius des dritten Teils 87 wünschenswer terweise in dem Bereich von ungefähr 0,1:1 zu ungefähr 2 : 1, und vorzugsweise ungefähr 1 : 1. Falls dieses Ver hältnis kleiner als 0,1 : 1 oder größer als 2 : 1 ist, gibt es eine ungleiche Beanspruchungsverringerung bei den abgerundeten Ecken der Antriebskeilnut.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des Radius des zweiten Teils 86 zu dem Radius von jedem des ersten Teils 85 und des dritten Teils 87 wünschenswerterweise in dem Bereich von 0,1:1 zu 2:1 und vorzugsweise ungefähr 0,33. Falls dieses Verhältnis weniger als 0,1:1 ist, wird der zweite Teil zu scharfkantig sein und wird schnell verschleißen bzw. einen Abrieb erfahren, und zwar auf Grund des kontinuier lichen Kontakts mit der Antriebskeiloberfläche. Wenn der zweite Teil verschleißt, wird seine Fähigkeit, die axiale Bewegung des Antriebskeils zu beschränken, verringert werden. Falls dieses Verhältnis größer als 2:1 ist, kann es eine Verringerung in der Beanspruchungsrelaxation bzw. -erleichterung bei den Ecken geben.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Getriebe aus einem pulverisierten Me tall hergestellt, und zwar durch Sintern oder andere geeignete Mittel.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Ein Getriebe mit einer Antriebskeilnut gemäß der vorlie genden Erfindung ist besonders nützlich bei Getriebe- bzw. Zahnradpumpen und insbesondere bei Hydraulikge triebepumpen. Im Vergleich arbeiten Pumpen mit Getrieben aus pulverisiertem Metall mit einer Antriebskeilnut mit einer "wellenförmigen" Endwand gemäß der vorliegenden Erfindung gut bei Drücken, die im Mittel bei ungefähr 16,5% größer sind als Pumpen mit Getrieben aus pulve risiertem Metall mit einer Antriebskeilnut mit einer "spitz- bzw. scharfeckigen" Endwand. Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einer Studie der Zeichnung, der Offenbarung und der angefügten Patentansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
In einer Keilvorrichtung mit einer Antriebskeilnut weist die Antriebskeilnut folgendes auf: eine erste Seitenwand mit einer planaren bzw. ebenen Innenoberfläche, eine zweite Seitenwand mit einer planaren bzw. ebenen Innen oberfläche und eine Endwand mit einer gekrümmten bzw. kurvenlinearen "wellenförmigen" Innenoberfläche. Die ersten und zweiten Seitenwände sind auseinander beab standet und verbunden mit der Endwand und erstrecken sich im allgemeinen quer bzw. schräg zu dieser. Die Konfi guration der Antriebskeilnut ist sehr hilfreich beim Ver ringern von Beanspruchungskonzentration in dem Getriebe und beim Minimieren von irgendwelcher Bewegung des An triebskeils in der axialen Richtung. Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich beim Herstellen von Getrieben aus pulverisiertem Metall für Getriebepumpen, wie zum Beispiel Hydraulikgetriebepumpen.

Claims

1. Keilvorrichtung mit einer Antriebskeilnut bzw. Öff nung, die sich axial dahindurch erstreckt, wobei die Keilnut folgendes aufweist:
eine erste Seitenwand mit einer planaren bzw. ebenen Innenoberfläche;
eine zweite Seitenwand mit einer planaren bzw. ebe nen Innenoberfläche;
eine Endwand mit einer gekrümmten bzw. kurven linearen Innenoberfläche, wobei die kurvenlineare Innenoberfläche erste, zweite und dritte Teile besitzt, wobei die ersten, zweiten und dritten Teile jeweils eine halbkreisförmige Konfiguration besitzen, wobei die ersten und dritten Teile im allgemeinen konkav sind, und wobei der zweite Teil im allgemeinen konvex ist und in die ersten und zweiten Teile übergeht, um eine gekrümmte bzw. kurvenlineare "wellenförmige" Oberfläche zu bilden; und
wobei die ersten und zweiten Seitenwände auseinander beabstandet sind und mit der Endwand verbunden sind, und sich sich im allgemeinen schräg bzw. quer (transversal) dazu erstrecken.

2. Keilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Seitenwände auseinander beabstandet sind und im allgemeinen parallel zueinander sind.

3. Keilvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei das Ver hältnis des Radius des ersten Teils zu dem Radius des dritten Teils in dem Bereich von ungefähr 0,70 : 1,0 zu ungefähr 1,40:1,0 ist.

4. Keilvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, insbesondere Anspruch 3, wobei das Ver hältnis des Radius des ersten Teils zu dem Radius des dritten Teils ungefähr 1 : 1 ist.

5. Keilvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei das Verhält nis des Radius des zweiten Teils zu dem Radius des ersten Teils in dem Bereich von ungefähr 0,14 zu 0,60 ist und das Verhältnis des Radius des zweiten Teils zu dem Radius des dritten Teils in dem Bereich von ungefähr 0,14 zu 0,60 ist.

6. Keilvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, insbesondere Anspruch 5, wobei das Verhält nis des Radius des zweiten Teils zu dem Radius des ersten Teils ungefähr 0,33 ist und das Verhältnis des Radius des zweiten Teils zu dem Radius des dritten Teils ungefähr 0,33 ist.

7. Keilvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei der zweite Teil geeignet ist, einen Antriebskeil zu kontaktie ren und zu lokalisieren, wenn der Antriebskeil in der Antriebskeilnut aufgenommen ist.

8. Keilvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei die An triebskeilnut aus einem pulverisiertem Metall, insbesondere aus einem gesinterten Metall, herge stellt ist.