DE1961982A1 - Zahnradkombination - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aufzusammengesetzte Zahnräder, Sie bezieht sich insbesondere auf die Verwendung solcher zusammengesetzter Zahnräder bei der Verwendung in den Getriebekasten für die Verstreckrollen von Streckzwirnem.

Aus den verschiedensten Gründen werden seit längerer Zeit Zahnräder aus Nichtmetallen, vie ζ.Β, aus Kunststoff« und Gummimateriallen u.dgl. verwendet _o Diese Materialien können verhältnismäßig hart oder verhältnismäßig deformierbar oder weich sein. Verhältnismäßig deformierbare oder welche Materlallen werden u»a, zur Verringerung des Lärms verwendet, der sehr störend sein kann, wenn die herkömmlichen Metallzahnräder verwendet werden, Insbesondere wenn ein Kraftübertragungsmechanlsmus mit solchen

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Zahnrädern mit hohen Geschwindigkeiten betrieben wird, PoIyurethansahnräder rsit einer ausreichenden Festigkeit für die übertragung der auftretenden Kräfte abm? mit slnsr ausreichen«= den Flexibilität oder Defornierbarkelt, daß nicht die Lärm·» vibrationen übertragen werden_δ und mit einem ausreichenden Dämpfungsvermögen sind ein Baispiel für solche geräuscharme Zahnräder.

Diese verhältnismäßig deforraierbaren Zahnräder besitzen jedoch in der Praxis verschiedene Machteile₈ von denen di® folgenden sehr wichtig sind«

Erstens unterliegen diese Zahnräder im allgemeinen weinger der Abnutzung als Metallzahnräder., insbesondere wenn starke Be«=» lastungen auftreten^ und müssen deshalb häufig ersetzt werden=

Zweitens werden die gähne verformt_β wenn an dan Zahnrädern eine hohe Belastung liegt,, und sie können sich sogar so stark verformen ₉ daß die Zähne benachbarter Zahnräder übereinander gleiten* ohne daß ein Antrieb stattfindet» Eine fortlaufende intermittierende Verformung kann eine Zerstörung des KunststoffZahnrades sur Folge haben.

Erfindungsgemäß wurde nun eine einfache aber wirkungsvolle Maßnahme zur Beseitigung der obigen Probleme gefunden_s wobei Zahnradkqmbinatlonen verwendet werden,

Gemäß der Erfindung wird also eine Zahnradkombination vorgeschlagen _s welche Zahnräder aufweist, die auf einer gemeinsamen Achse oder Welle rotieren_s wobei die Zflhne eines Zahnrads Seite an Seite zu den Zähnen eines anderen Zahnrades angeordnet sind, wobei die Zähne mindestens eines Zahnrades weitgehend undeformierbare harte Zähne sind und die Zähne mindestens eines anderen

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Zahnrads verhältnismäßig deformlerbare Zähne s±na_s welchletztere Zähne so angeordnet sind_e daß ihre belasteten Flächen über öle belasteten Flächen der verhältniamäßig tindeformierbaresi Zähne in einem solchen Ausmaß vorspringen, daß die gähne eines kämmenden Zahnrads zunächst mit den vorspringenden Oberflächen in Berührung kommens welche Oberflächen unter Druck in einem Ausmaß nachgeben, daß die Zahns des kämmenden Zahnrads auch in Antriebskontakt mit den Oberflächen der verhältnismäßig undefor«- mlerbaren Zähne kommen.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Seichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen :

Figo 1 eine Seitenansicht einer Form einer erfindungsgemäßen

Zahnradkomb inatlon;
Pig, 2 eine Aufsicht auf eine zweite Form einer erfindungsge-

mäßen Zahnradkombinatlon;
Fig. 3 eine Seitenansicht und eine Aufeicht auf ein verhältnis·=· mäßig hartes undeformierbares Zahnrad der im folgenden Beispiel beschriebenen Zahnradkombination,

Eine Form der erfindungsgemäßen Zahnradkombination wird nun anhand der Fig. 1 näher beschrieben.

Gemäß Fig. i besitzt ein erfindungsgeraäßer Kraftübertragungsmechanieraus eine Zahnradkombination, die zwei komplementäre Zahnräder besitzt, und zwar ein verhältnismäßig deformierbares Zahnrad 1 aus einen Kunetstoffmaterial und ein verhältnismäßig hartes und deformierbares Zahnrad 3 aus Metall. Diese Zahnräder rotieren auf einer Welle oder Achse 5 und werden damit gedreht„ da sie mittels einer Aussparung 2 damit verblockt sind. Das Kunststoffzahnrad 1 kämmt mit dem Kunststoffzahnrad einer ähnli*»

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chen ZahnradkoRh!nation₃ öie ebenfalls ein iietallsahnrad oesltst «nö auf elntep anderen Weils ccier Äahse rotiert. Die Zähne Aey? Zahnräder 3 sind etwas ??e.nlg<sr groß &ajv ölejenlgsn der Zahn=* räder 1 und befinden sich wahvsnü des Bf/cpiebs des Zahnradmechanismus nomaleinyeioe außer gege«8eI1;lgei:i Kontakt,

DIs Eigenschaften der aus K^nst^toff b0Bteh®nden_p ves»iiälte:i-S3iäJS3.g deformierbaren Eahm^dsr werden so gewlHiilt_ß daß wShrenö. dex» nor» malen Laufbeöingimgen die Ztilme durch 4ie angev-fendeten Kräfte nicht übe?;-jnäMg vsrfor-iBi; oder· Gberrfiüiäi.g abgenutzt werden _r. während sie gleichsseifcig Kiifj?:t.€iöerjBt-el.lsnae ge schaften besitssn.

Wenn bei der gezeigten erfisidungsgcmiäÄsa iSshm^iäkombinatlon die angewendeten Kräfte seitlich größer wsTusn?. darm werden die Zähne der Kunefcstoffzahnrikier, beispielsweise das Zahnrad 1 in Figo I₅, lie gge schob en und nach oinex* bestimmten Ort s Veränderung _a die durch die Eigenschaften dei-s Eshnradmafcerla.ls und dem Abstand Ii zwischen dein äußerer. Profil der Sahne des Kunststoff» und MetaXülzähnrads gagebsr? ist^ tr:ltt eine Berühs'yng zwischen den Zähnen der MetallsslmrS-üor- 3 von swsl XahnradkorabinatJ.onen ein j, wodurch übermäßige Sp&nnu.igen tuiä Beanspruchungen von den Kunststoff komponenten W3gga.hal'^:;e.n werden» Sobald als die seitliche Oberbelastung aufhört,, e^höi'; die Zahnradkomb!nation wieder ihren ursprünglishen Zustanäj, wobei Kunst stoff Zahnräder gegen Kunststoffaalmr-Sder in sinep ruhigen Ifeise laufen,

Ein weiterer sehr nützlicher Vorveil der erfindungsgemäßen Zahnradkomb!nation besteht darin _s laß₅ renn dia verhältnismäßig harten Zähne _s die beisplelsweieü aus I'st-all b-»stehen, sich In Eingriff befinden _s die aus Kunststoff bestehen, verhältnismäßig de .formierbaren Kostpr-nen/ten ö&r Saisra'cdkombinatlon als DSrapfer ■ für Iiochfrequenteo Rattern vnü anöevc Sftoßsffekte_p die normaler«

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weise zwischen den harten Zahnrädern auftreten _s wirken _s tradurch die Abnutzung des* harte:.! Zähne atark verringert wird« Die Praxis hat geseigtj, daß eins beträchtliche Verlängerung der Lebensdauer der harten Zähne ₈ beispielsweise der Zähne von Metallzahnrädern₉ auf diese Weise erhalten werden kann«

Es 1st laicht einzusehen _s daß Jede aweckmäßige Anzahl von verhältnismäßig deformierbaren Zähnan und verhältnismäßig undeformierbaren harten Zähnen bei der erfindungsgesaäßen Zahnradkombination verwendet werden kann«, Beispielsweise kann ein Metallzahnrad 9_t das zwischen swel Kunststoff sahnrädern 7 liegt, verwendet werden^ wie es in Fig. 2 zu sehen istj, oder es kann ein Kunst stoff zahnrad zwischen sswei Metallzahnrädern angeordnet werden. Die Breite der einseinen Zahnräder_s ihre Durchmesser₉ die Zahnform und die Größenunterschiede_s wie auch die Eigenschaften der Zahnradmaterialien können so gewählt werden, daß sie einer bestimmten Situation gerecht werden. Beispielsweise kann man anstelle von Metall, wie as oben angegeben wurde, ein hartes festes synthetisches Material oder eine Zusammensetzung aus einem solchen Material mit Metall oder ainem anderen Material in pulverisierterj granulärer _y faseriger oder anderer Form verwenden. In ähnlicher WeMe kann das verhältnismäßig deformier·» bare Zahnrad ein pulverisiertes_s granuläres faserförmiges oder anderes Mateslal enthalten, so lange die gewünschten Eigenschaften des Zahnrads erhalten werden.

Es ist klar, daß die Erfindung weltgehend auf den Eigenschaften der verhältnismäßig deformierbaren Zähne beruht₉ wobei diese Zähne entweder ein integraler Teil eines Zahnrads oder von Zahnrädern sein können, die vollständig aus einem plastischen„ verhältnismäßig deformierbaran Material bestehen, oder einen Teil eines äußeren ringförmigen Eelage mit nach außen vorspringenden Zähnen darstellen können, wobei der ringförmige Belag sich radial über einen inneren Ring erstreckt. Ein solcher innerer

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Ring kann beispielsweise aus Metall bestehen«. Vorzugsweise sollte ein solcher Belag in radialer Richtung mindestens zweimal so dick sein als die Tiefe der äußeren Zähne_s und insbesondere min«=» destens dreimal so dick wie diese Tiefe. Der innere Ring kann selbst ein inneres Zahnrad aus einem harten Material sein, und der äußere ringförmige Belag kann in seiner inneren Ringfläehe Auszahnungen besitzen₉ die mit den Zähnen des inneren Zahnrads kämmen. Natürlich ;kann gemäß der Erfindung jedes geeignete Verfahren zum Verbinden der äußeren und inneren Ringe verwendet werden. Weiterhin kann der ringförmige Belag mit den wegdrtiekbaren Zähnen aus einem harten Material bestehen, welches radial außerhalb eines verhältnismäßig deformierbaren Materials angeordnet ist.

Die Zähne können gerade ₉ parallel zur Wellenachse oder dazu geneigt, oder spiralenförmlg oder von anderer Form sein, so lange die Eigenschaften und Abmessungen der Komponenten der Zahnradkombination so gewählt werdens daß die Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden.

Eine besonders nützliche Anwendung der Erfindung ist in einem Verstreckrollenkasten eines Verstreckawirnere₉ der mit hoher Ge« schwlndlgkeit arbeitet. In diesem Gehäuse befindet sieh normalerweise ein hartes Zahnrad, welches gewöhnlich aus Metall besteht, und sich auf einer nicht»schneidenden Achse im rechten Winkel zur Achse eines anderen harten Zahnrads dreht, wobei die Zähne eines Jeden Zahnrads entsprechend geneigt und geformt sind. Der Lärm In einem solchen Verstreckrollengehäuse wurde bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zahnradkombination beträchtlich verringert, wobei ein hartes Metallzahnrad Jede zeitliche Überlastung aufnahm.

Nötigenfalls kann natürlich eine Zahnradkombination der Erfindung in Eingriff mit ein oder mehreren weiteren Zahnrädern oder Zahnradgruppen verwendet werden. Diese letzteren können Zahnrad-

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kombinationen des? erfindungsgemäßen ävt SeIn₁, aber vorzugsweise läßt man eine erfimfongsgamäße £&hnraäkorabln£tion mit sinssn Sahn= rad kSimnen₈ das volletändig aus Metall ©der einem harten KUr₁St■=· stoff usw. hergestellt ist.

Die einzelnen Zahnrades¹ der erfinäungsgSKiä»esi Eahnradkombinatlonen können getrennt sein und einzeln auf eisies? Welle gleiten i> beispielsweise über einer Nutenvsrksllung_s oder die einseinen Zahnräder können in irgendeiner anderen geeigneten Weise miteinander fesfc verburic&n werden _r so daE eine integrale Sahn° radkombination entsteht«

Beispiel

Eine erfinaungsgeiaäßs Zahsir&dkomb!nation wui"de hergestellt ₉ die aus einem verhältnismäßig undsformierbaren harten Phosphorbronzezahnrad bestand_s öas sich zwischen swei Pol^urethansahn^adern befand, die verhältnismäßig dafor-mierbar© gähne aufwiesen. Das Phosphorbronzezahnrad besaß auf jeder Seite integrale Abstands«» halterplatteng wie es bei 15 in Flg.. 3 goseigt ist₈ um ein Reiben*zwischen seinen Zähnen miö clea Folyus?ethansühnsn zu ver= hindern. Die Charakte3?isftik©n des?¹ obigen Zahnräder sind in der Folge angegeben t

1, Polyurethansahnräder

Material : Polyurethan (Dunlop Presöollan_g Sorte 73Oij, ein»

getragenes Warenseiebssi} Härte : isnter-nationaX Rvtobes? Hardness Degrees : (British

Standard 903 Teil© Ä26 (i96S^;>)

XRHD a 95

Zugfestigkeit : 280 kg/cm²
Rückeprungelaatiaität : (Britieh Standard 903 Teil A8

(1963)) « 57 %
Herstellung : durch Ouß

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Abmessungen usw·

WellenloehdurchHiesser ι 2Ά _s 89 mn Gesaiitd.u^shn<3sses^d (einsehlo Zähne) s 63»50 ram Zahnbreite ; 7_P87 mm ·

Zähne i '45°°Spirale5 JIr. 17 3 Evolventform Hie in Fiß, 3«

Kein© Integralen Äbst&adsplafcien 25«,

2. Phosphorbronisesjahnraä (Fig« ή)
Material ί Phosphorbronse

ser ; 2^₈89 ana i? (einschl, Sahne) : 62,99 »im : 5 »59 rasi

Zähne ϊ ^t S^Spirale j Kr _β 17; Evolvent form wie in 3s Zahntiefe 1^32 mm,

pgfehmomentoharakteristiken der Zahngadkoiab;ination

Statische Drehmomentnassungen wurden an fünf Stellungen (Jeweils 1/5 Abstand des gesamten Kr&isuinfangs) gemes8en₃ wobei die Zahn«- radkoabination gegen ein damit in Eingriff stehendes _s ßtarr· befestigtes Ketall2ahn.?ad gedreht wurde, Jede HoBsung ergab ein Drehmoment von mehr als ii iskg_s bevor ein vollständiger Kontakt zwischen dem Metallteil der Saimradkorablnation und dem festen Metallzahnrad stattfand.

Läriaverringgrung.

Eine erste Messung de·ε Lärms ißt der gesamte lineare Schalldruck in Decibel relativ si: O₀QOOS Mlkrobar* Für einen Verstrecla'ollen kasten mit 16 Stellungen aer vollständig mit Metallzahnräd€;rn ausgerüstet warp nahm die Verringerung des gesamten linearen Schalldrucks bei Te^schiedenen Versi?reckg£ii?3hwintligkeiten_s wenn von einem vollständig aus Metallsahnrudesrn bestehenden System au einem System übergegangen wurde_s bei uom niemals zwei nur aus Metall besfceheiK?'^ Zzbmräuein Xn Koxkklvc ν:α?&ϊΐ C^erv/endung \^ron

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BAD

8 Gruppen von e^fi^dtingsgemäßer« Zahnradkombinationen) die in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Werte an.

Tabelle 1

er a tr sBlcröl3enges ehwindigkeit U/min

Zahnräder

^Γ 3000

Nur vollständig aus Metall bestehende

Normale vollständig aus Metall bestehende Zahrrrä der» die mit Zahnrad«» kombinationen gemäß der Erfindung kämmen

4000

82

5000

6000

93

86

Zwar sind diese Verringerungen beträchtlich₉ aber der volle Vorteil der erfindungsgemäBeii Zahnradkomblnationen drückt sich nicht nur im gesamten linearen Schalldruckwert aus» da hierbei die Veränderung der Schallenergie mit der !frequenz nicht berücksichtigt ist« Eine bessere Information wird erhalten, wenn man eine Oktavenbandanalysse des Schalldruckwerts herstellt. Dies hat den weiteren Vorteil, daß man hier Zahlen ftts» einen Vergleich mit bekannten Lärsieinstufungskurven erhält „ die zur Bestimmung des Risikos de3 durch lärm hervorgerufenen Gehörverluat bei solchen Leuten verwendet werden die dem gemessenen Lärm ausgesetzt werden. Eb wird darauf hingewiesen, daß höhere Werte des Oktavenbandachalldrucks im niedrigeren Frequenzbereich toleriert werden können. Die Verringerung dea hochfrequenten Lärms ist ein wichtige» Erfordernis₉ wenn nicht das einzige Erfordernis bei einigen !«irinbekämpfungsproblernen«

Tabelle 2 gibt die gemessenen Oktavenbandschalldruckwerte für Verstreckrollengeschwindigkeiten von 6000 U/min bei drei verschiedenen Bedingungen an.

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Tabelle 2

Zahnrad	Öl	63	:tavanband2@ntral frequenz 5	250	500	iooo	2000	Hertz	8000
Nur aus Metall be«» stehende Zahnrüder	8o	125	79	79	83	83	MOOO	72
Normale aus Metall bestehende Zahn« räder die mit Zahn- radkomb inationen käimen	78	S5	78	7?	8a	77	89	65
Keine Zahnräder auf den ?erstr©ekrollen wellen 5 Verstreck·=· rollen stehen	' 79	77	78	71	79	73	69	68
7*	68

Es ist ersieht lieh j, daß die lalttlere I&rra^grr&igerung von 20 Decibel im 4000 Herfts-GkfcaveRfaand auftritt, in welchem der Schalldruckwert bei nur aus Metall bestehenden Zahnrädern sehr hoch 1st. Eine Analyse mit einer 6 $~Frequensbandbreite zeigt einen nahesu reinsn bis reinen Ton Innerhalb des ^0OO Hertz-Oktavenbandes „ welcher ·ί?οη der Vibration der Verstreckrolle und deren Welle aufgrund der Zahnraderregtmg herrührt» Reine Töne« wie diese„ wirken bekanntermaßen stärker schädigend auf das Gehör als ein Breitbandton mit dem gleiehan Schalldruckwert, Die Einführung der erfindungsgemäßen Zahnradkorobination beseitigt diesen Ton.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R O C K E

   Zahnradkombinationβ welche Zahnräder aufweist« die auf

   j, welche Zahnräder aufweist₈ einer gemeinsamen Achse oder Welle rotieren_s wobei die Zähne eines Zahnrads Seite an Seite ssu den Zähnen eines anderen Zahnrads angeordnet sind_a dadurch gekennzeichnet„ daß di© Zähne mindestens eines Zahnrads weitgehend, undeformierbare harte Zähne sind und die Zähne mindestens eines anderen Zahnrads verhältnismäßig deformierbare Zähne sind_p welchletztere Zähne so angeordnet sind_s daß ihre belasteten Flachen über die belasteten Flächen der verhältnismäßig undeformierbaren Zähne in einem solchen Ausmaß vorspringen_ß daß die Zähne eines kämmenden Zahnrads zunächst mit den vorspringenden Oberflächen in Berührung kommen, welche Oberflächen unter Druck in einem Ausmaß nachgeben» daß die Zähne des kämmenden Zahnrads auch in Antriebskontakt mit den Oberflächen der verhältnismäßig undeformierbaren Zähne kommen·

   2 ο Zahnradkombinaticn nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet* daß die verhältnismäßig undeformlerbaren harten Zähne aus Metall bestehen.

   3. Zahnradkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s daß die verhältnismäßig undefomierbaren harten Zähne aus einem harten synthetischen Material bestehen.

   4, Zahnradkombination nach Anspruch 1, dadus'sh gekennzeichnet _s daß die verhältnissiäßig deformierbaren Zähne aus Polyurethan bestehen_c

   009825/1535 „

   BAD ORIGINAL

   - 42 =

   5o Zahnradkombination nach einem der vorhergehenden Anspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder samt Zähnen aus dens gleichen Material bestehen»

   60 Zahnradkombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche„ dadurch gekennzeichnet_a daß die verhältnismäßig deformierbarsn wegdrückbaren Zähne den Teil eines ringförmigen Belags bilden, der auf einem inneren Ring angeordnet ist_s wobei sich die Zu-) sammensetzung des Belags von derjenigen des Rings unterscheidet»

   PATENTANWÄLTE «.-!NG. H. FINCKE, DIPl.-ING. H. ΒΟΗ«

   D)PL-MG. S-iTAEGER

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