DE2714020C2

DE2714020C2 - Zahnrad aus thermoplastischem Kunststoff zur Übertragung kleiner Drehmomente

Info

Publication number: DE2714020C2
Application number: DE2714020A
Authority: DE
Inventors: Werner 7730 Villingen-Schwenningen Beiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1983-02-10
Also published as: DE7709970U1; CH628769GA3; CH628769B; DE2714020A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad aus thermoplastischem Kunststoff zur Übertragung kleiner Drehmomente gem. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Zahnrad dieser Gattung ist aus der DE-AS 13 00 408 bekannt Dieses bekannte Zahnrad wird in einem Stück aus thermoplastischem Kunststoff gespritzt Es weist einen äußeren Zahnkranz und eine innere Nabe auf, die durch elastisch federnde Arme miteinander verbunden sind, welche in etwa spiralförmig verlaufen. Dadurch ergibt sich eine elastische Nachgiebigkeit des Zahnkranzes sowohl in radialer Richtung als auch in tangential Richtung. Diese elastische Nachgiebigkeit ermöglicht einen exakten spielfreien Zahneingriff. so

Dieses bekannte Zahnrad ist für das Untersetzungsgetriebe zur Abstimmung von Rundfunkempfängern bestimmt. Für diesen Anwendungszweck ist ein spielfreier Zahneingriff wesentlich. Die Leichtgängig· keit des Getriebes und ein geräuscharmer Zahneingriff spielen dabei keine Rolle. Bei anderen Anwendungsfällen, wie z. B. bei Quarzuhren ist dagegen neben dem spielfreien Zahneingriff vor allem die Leichtgängigkeit des Zahnradgetriebes und der geräuscharme Zahneingriff von entscheidender Wichtigkeit. Diese Anforde- w runge« kann das bekannte Zahnrad nur in unbefriedigendem Maße erfüllen, da die Stärke der den Zahnkranz und die Nabe verbindenden Arme herstellungstechnisch bedingt gewisse Abmessungen nicht unterschreiten kann. Die für einen leichtgängigen spielfreien Zahneingriff notwendige weiche radiale und tangentiale I ederung zwischen Zahnkran/ und Nabe kann daher nicht erreicht werden.

Aus der DE-AS 24 19 189 ist weiter ein Zahnrad bekannt, bei welchem ein geräuscharmer Zahneingriff dadurch erreicht wird, daß zwischen den einzelnen Zähnen des Zahnrades radiale Schlitze vorgesehen sind. Die aus einem hartelastischen Kunststoff bestehenden Zähne sind auf Grund dieser Schlitze in sich in gewissem Maße elastisch federnd, so daß sie den geräuscherzeugenden Stoßen bei einem schrittweisen Antrieb z. B. in einer Quarzuhr nachgeben können. Es wild jedoch nur eine beschränkte federnde Nachgiebigkeil d\.-r Zähne erreicht, und insbesondere führt diese Ausbildung der Zähne sehr leicht zu Teilungsfehlern.

In dieser DE-AS 24 19 189 ist weiter auch ein Zahnrad beschrieben, bei dem der äußere Zahnkranz über drei radial verlaufende elastisch federnde Arme mit der zentralen Nabe verbunden ist Die elastisch federnden Arme ermöglichen ein geringfügiges elastisches Nachgeben des äußeren Zahnkranzes in Umfangsrichtung, um die Stöße bei einem schrittweisen Antrieb aufzufangen. Bei dem für Zahnräder verwendeten hartelastischen Kunststoff kann auch hier aus fertigungstechnischen Gründen eine Stärke der federnden Arme von 0,2 bis 03 mm nicht unterschritten werden. Die elastische Nachgiebigkeit in Umfangsrichtung ist somit beschränkt, eine Nachgiebigkeit in radialer Richtung fehlt vollständig.

Aus der DE-PS 3 11 406 ist ein Zahnrad bekannt bei welchem ebenfalls ein äußerer Zahnkranz mit einer inneren Nabe durch spiralförmige federnde Arme verbunden ist Da jedoch das Zahnrad und die elastisch federnden Arme aus Metall bestehen, findet sich kein Hinweis, die Probleme eines spielfreien, leichtgängigen und geräuscharmen Zahneingriffs bei einem Zahnrad aus Kunststoff zu lösen.

Das DE-GM 75 15 665 beschreibt ein Zahnrad, das für einen spielfreien Zahneingriff zwei gleichgroße koaxial angeordnete Zahnräder aufweist die tangential durch spiralförmige elastisch federnde Arme gegeneinander verspannt sind. Auch hier sind die elastischen Eigenschaften durch die oben genannten herstellungstechnischen Probleme beschränkt

Die DE-PS 4 33 120 zeigt ein Zahnrad, bei dem spiralförmig verlaufende metallische Blattfedern zwischen Nabe und äußerem Zahnkranz eingelegt sind. Es findet sich kein Hinweis, wie eine weiche elastisch federnde Verbindung zwischen Zahnkranz und Nabe einstückig im Spritzgußverfahren hergestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß in fertigungstechnisch einfacher Weise die Abmessungen der elastisch federnden Arme unabhängig von dem Kunststoffmaterial so gewählt, insbesondere so gering gewählt werden können, daß ein geräuscharmer, spielfreier und leichtgängiger Zahneingriff möglich ist

Diese Aufgabe wird bei dem Zahnrad der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch das Merkmal des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs I.

Vorteilhafte Ansführungsformen des erfindungsgemäßen Zahnrades sind in den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zahnrades ist im Patentanspruch 4 angegeben.

Die elastisch federnden Arme können auch bei der durch ihre spiralförmige Ausbildung bedingten großen Länge eine geringere Stärke aufweisen als bei

bekannten Zahnräder?'. Dadurch kann eine wesentlich weichere Federkraft zwischen innerem Ritzel und äußerem Zahnkranz erhalten werden. Es können somit die beim Antrieb durch einen Schrittmotor erzeugten Stöße vollständig abgefangen wenden, so daß eine optimale Geräuschdämpfung erhalten wird. Das weiche federnde Nachgeben des äußeren Zahnkranzes erlaubt einen leichtgängigen spielfreien Zahneingriff, ohne daß Toleranzen, Rundlauffehler oder Verschmutzungen besonders berücksichtigt werden müssen. Auch für die Formgebung der Zähne ergibt sich eine größere Freiheit, da die Geräuschdämpfung und die Leichtgängigkeit des Zahneingriffs durch die elastisch federnden Arme bewirkt werden und bei der Formgebung der Zähne nicht berücksichtigt werden müssen.

Eine geringere Stärke der federnden Arme auch bei

großer Länge wird dadurch möglich, daß die Arme in ihrer Mitte die Verdickung aufweisen. Bei der Herstellung des Zahnrades fließt das Kunststoffmaterial

;·μ von den beiden Ansatzpunkten der Arme an dem

jf äußeren Zahnkranz bzw. dem inneren Ritzel in die

j| Arme und wird somit von beiden Seiten gleichzeitig in

Ii die dünnen Arme gepreßt Im Bereich der Verdickung fä ist dabei eine Entlüftung für die Spritzgußform lS vorgesehen, so daß das plastifizierte Kunststofftnaterial

;| auch bei sehr dünner Ausbildung der Arme unbehindert von beiden Seiten bis zu dieser Verdickung einfließen

S': kann.

Die Verdickung bewirkt dabei außerdem, daß das von ■ beiden Seiten einfließende Kunststoffmaterial im - Bereich der Verdickung ohne Lufteinschlüsse vollständig dig zusammenfließen kann, so daß auch an der rϊ Vereinigungsstelle keine Bruchgefahr besteht
Schließlich ermöglicht die Verdickung ein einfaches

'.'■ Auswerfen des fertigen Spritzgußteils aus der Gieß-H form, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der ;.i dünnen Arme besteht Die Auswerfer können nämlich nicht nur an dem Zahnkranz und dem inneren Ritzel angreifen, sondern es kann jeweils auch ein Punktauswerfer an der Verdickung der Arme angreifen, so daß die Arme auch bei großer Länge und geringer Stärke zuverlässig und problemlos aus der Gießform ausgestoßen werden können.

Durch das Herstellungsverfahren wird die Auswahl der für das Zahnrad verwendeten Kunststoffe nicht eingeschränkt Die Materialauswahl kann ausschließlich im Hinblick auf die für das Zahnrad günstigen Eigenschaften, wie z. B. Gleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit, getroffen werden. Insbesondere können die üblichen hartelastischen Thermoplaste verwendet werden wie z. B. Polyaeetal, Polyoxymethylen oder Polyamid.

Die Anzahl der Arme und deren Länge und Stärke kann frei gewählt werden. Diese Größen werden unter Berücksichtigung des verwendeten Kunststoffmaterials so gewählt, daß sich die optimalen Federeigenschaften in bezug auf das zu übertragende Drehmoment und die gewünschte Geräuschdämpfung und Leichtgängigkeit ergeben.

Die spiralförmig verlaufenden Arme sind vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, weil dabei die erforderlichen Spritzwerkzeuge in einfacher Weise durch Funkenerosion mit leicht herstellbaren kreisbogenförmigen Elektroden erzeugt werden können. Zweckmäßigerweise weisen die Arme die Form eines Halbkreises auf. dessen Radius dem Mittelwert zwischen Innenradius d?s Zahnkranzes und Außenradius des Ritzels entspricht. Die Arme sind dann jeweils an diametral gegenüberliegenden Punkten an dem Ritzel und dem Zahnkranz angespritzt und verlaufen exentrisch zu dem Zahnrad.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Zahnrad nicht nur für das Räderwerk von Quarzuhren verwendet werden, sondern eignet sich für alle Anwendungsfälle, bei welchen kleine Drehmomente mit geringen Drehzahlen übertragen werden und ein niedriger Geräuschpegel erforderlich ist Als weiteres

ίο Anwendungsbeispiel sei etwa der Antrieb von Filmkameras genannt

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. i — eine Draufsicht auf ein Zahnrad und F i g. 2 — das Zahnrad der F i g. 1 in Axialschnitt Das in der Zeichnung dargestellte Zahnrad besteht aus einem Ritzel 10, welches auf einer nicht dargestellten Achse sitzt Selbstverständlich kann anstelle des Ritzels 10 auch eine Nabe vorgesehen sein, mit welcher das Zahnrad drehfest auf einer Welle sitzt

Das Ritzel 10 ist von eineri- konzentrischen Zahnkranz 12 umgeben, der in beliebiger Weise geformte Zähne 14 mit beliebiger Teilung aufweist Das Ritzel 10 ist mit dem Zahnkranz 12 vorzugsweise durch zwei oder drei, in dem dargestellten Beispiel durch (frei Arme 16 verbunden. Die Arme 16 haben beispielsweise eine Stärke von 0,15 mm. Die Arme 16 haben die Form eines Halbkreisbogens, dessen Radius

μ dem Mittelwert zwischen dem Innenradius des Zahnkranzes 12 und dem Außenradius des Ritzels 10 entspricht Die Arme 16 sind in gleichen Winkelabständen angeordnet und jeweils an diametral gegenüberliegenden Punkten an dem Ritzel und dem Zahnkranz angespritzt.

Die Ansatzpunkte 18, an denen die Arme 16 an dem Ritzel 10 ansetzen, und die Ansatzpunkte 20, an denen die Arme 16 an dem Zahnkranz 12 ansetzen, sind verdickt und entsprechen den Anspritzpunkten der

*o Spritzgußform. Weitere verdickte Anspritzpunkte 22 sind erforderlichenfalls über den Umfang des Zahnkranzes verteilt vorgesehen.

In der Mitte der Arme 16 ist eine Verdickung 24 vorgesehen.

Im folgenden soll das Herstellungsverfahren für das Zahnrad der F i g. I und 2 erläutert werden.

Das Zahnrad wird einstückig im Kunststoffspritzgußverfahren hergestellt. Die den dünnen Armen 16 entsprechenden Vertiefungen des Spritzgußwerkzeuges werden mit Hilfe einer kreisbogenförmigen Elektrode durch Funkenerosion hergestellt.

Die Angußkanäle der Spritzgußform befinden sich an den Ansatzpunkten 18 und 20 der Arme 16 sowie an den. Anspritzpunkten 22 des Zahnkranzes 12. Im Bereich der V".rdi..kungen 24 sind Entlüftungskanäle in der Spritzgußform vorgesehen.

Das plastifizierte Kunststoffmaterial wird an den Anspritzpunkten 18,20 und 22 in die Form eingespritzt. Zunächst werden dabei das Ritzel 10 und der Zahnkranz 12 gefüllt. Sobald diese Formteile gefüllt sind, wird das Kunststoffmaterial unter hohem Druck gleichzeitig von beiden Seiten von den Ansatzpunkten 18 und 20 in die dünnen Arme 16 gepreßt. Durch die Entlüftung^kanäle im Bereich der Verdickungen 24 kann die Luft aus den Armen 16 entweichen. Das Kunststoffniatcrial kann daher unKrhindcrt und ohne Lufteinschhissc von bi-'den Stiten bis zu den Verdickungen 24 fließen, wo es zusammenfließt und sich vollständig vereinigt.

Das Ausstoßen des fertigen Spril/gul.lteils aus dein Werkzeug erfolgt durch Kingaiiswerfer. die an dein Kitzel 10 und ;in dem /ahn!·. ;ui/ 12 angreifen, sowie durch Punktauswerfer, die an den Vcrdicktmgen 24 angreifen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnrad aus thermoplastischem Kunststoff zur Übertragung kleiner Drehmomente, das einstückig aus einem äußeren Zahnkranz, aus einem inneren Ritzel bzw. einer inneren Nabe und aus mindestens zwei den Zahnkranz und das Ritzel verbindenden, in wesentlichen spiralförmigen, elastisch federnden Armen besteht, die an den Ansatzpunkten gegebenenfalls verdickt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) etwa in der Mitte ihrer Länge eine Verdickung (24) aufweisen.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) an ihren Ansatzpunkten is (18 bzw. 20) an dem Ritzel (10) bzw. dem Zahnkranz (12) verdickte Anspritzpunkte aufweisen.

3. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16) die Form eines Halbkreises aufweisen, dessen Radius dem Mittelwert zwischen dem Innenradius des Zahnkranzes (12) und dem Außenradius des Ritzels (10) entspricht.

4. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades gem. einem der vorhergehenden Ansprüche im Spritzgußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial jeweils an den Ansatzpunkten der Arme an dem Zahnkranz und dem Ritzel eingespritzt wird, daß die Spritzgußform im Bereich der Verdickungen in der Mitte der Arme entlüftet wird und daß das fertige Gußteil an dem Zahnkranz, JO an dem Ritzel und an den Verdickungen der Arme angreifend ausgeworfen wird.