DE4107659A1 - Schneckengetriebe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Schneckengetriebe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Schneckengetriebe ist bekannt (DIN 867).

Diese bekannten Schneckengetriebe haben gegenüber Stirnradgetrieben einen geringeren Wirkungsgrad. Desweiteren ist bei bekannten Schneckengetrieben eine große Abstandsempfindlichkeit zwischen Schnecke und Schneckenrad gegeben.

Bei der Neu- und Variantenkonstruktion eines Getriebes wird die Aufgabenstellung durch die gewünschten Funktionsanforderungen bestimmt:

• - minimale Reibung
• präzise Positionierung (minimales Verdrehflankenspiel)
• - werkstoffgerechte Verzahnungsgeometrie
• - Achsabstandsunempfindlichkeit

Die Standardverzahnungen nach DIN 867 beinhalten eine Reihe von Kompromissen und sind somit nicht in der Lage, die individuellen Antriebsprobleme eines feinwerktechnischen Schneckentriebes zu lösen. Aus diesem Grund wurden neue Verzahnungsgeometrien erar­ beitet, welche die Anforderungen eines feinwerktechnischen Schneckengetriebes erfüllen.

Die Anforderung an ein Schneckengetriebe der Feinwerktechnik werden bestimmt durch:

• - hohen Wirkungsgrad
• - kompakte Bauweise
• - Unempfindlichkeit gegen Achsabstandsabweichung
• - geringes spez. Kopfgleiten
• - hohe Zahnfußtragfähigkeit
• - geräuscharmen Lauf
• - Spielarmut
• - geringe Kosten der Verzahnung
• - werkstoffgerechte Zahnformauslegung

Vorteile der Erfindung

Durch die Kombination von verschiedenen Zahnformen am Schneckenrad­ zahn und analog am Schneckenzahn kann dieser Zahn kunststoffgerecht (dicker Zahnfuß) und achsabstandsunempfindlich (evolventisches Mittelteil) so gestaltet werden, daß nahezu jede Anforderung an das Schneckengetriebe erfüllt wird. Bei der erfindungsgemäßen Verzahnung werden die Wälzkreise in das obere Drittel des Schneckenradzahn­ kopfes gelegt, um somit ein hydrodynamisches Gleiten der beiden Zahnflanken zu ermöglichen und den Wirkungsgrad zu verbessern.

Weitere Vorteile sind:
Der evolventische Hochverzahnungsbereich dient dazu, die Verzahnung gegen Achsabstandsabweichungen unempfindlich zu machen und somit für die Zahnradfertigung höhere Toleranzen zuzulassen.

Der konkave Zahnfuß verstärkt den Zahnfuß gegenüber der bekannten Evolventenverzahnung, besonders bei Unterschnittsverzahnungen. Durch die Verstärkung wird die Zahnbiegespannung des Zahnes unter Last minimiert und den spez. Werkstoffkennwerten angepaßt. Die Paarung des konkaven Zahnfußes mit dem konvexen Zahnkopf der Schnecke be­ wirkt eine deutliche Reduzierung der Hertz′schen Pressung. Somit wird die Gefahr der Schädigung durch Grübchenbildung minimiert.

Die Zykoide am Zahnfuß verlängert die aktive Flanke und verstärkt den Zahnfuß, die Pressung wird gesenkt, der Überdeckungsgrad wird erhöht, die Zahnfußspannung wird gesenkt. Der konvex gestaltete Zahnkopf bewirkt, daß die Schneckenverzahnung bei mehrzahnigen Schnecken und großen Steigungswinkeln nicht mehr unterschnitten ist. Durch einen Unterschnitt würde der Schneckenzahn geschwächt und die aktive Berührungslänge der Flanken verkürzt.

Durch die angebrachten Kurven an der Verzahnung im Kopfeckbereich wird die Momentenwelligkeit und das spezifische Eintrittsgleiten minimiert. Dadurch entsteht eine Verzahnung, die hinsichtlich ihrer Werkstoffeigenschaften und ihres Wirkungsgrades die geforderten Bedingungen an ein modernes Hochleistungsgetriebe der Feinwerk­ technik erfüllen kann. Aufgrund der günstigen Schmiegung am Zahn­ kopf/Zahnfuß kann sich ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbauen, welcher den Verschleiß minimiert und den Verzahnungswirkungsgrad erhöht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine Schnecke oder ein Schneckenrad hat eine Zahnung 1, bei der ein Zahn 2 an seinem Zahnkopf 3 mit einer Einlaufkufe 4 versehen ist, die in eine Epizykloide übergeht. Der Zahnfuß 5 ist dagegen konkav (Hypozykloide) ausgebildet, um den Zahnfußquerschnitt zu verstärken. Die Hypozykloide mündet im Zahngrund 6. Zwischen der konvexen Ein­ laufkufe 4 und dem konkaven Zahnfuß 5 liegt ein evolventischer Mittenteil 7.

Für eine kunststoffgerechte Schneckenverzahnung ist es wichtig, daß das Profil so ausgebildet ist, daß die spezifische Belastung am Schneckenradzahnfuß dem Werkstoff angepaßt ist.

Der Wälzkreis befindet sich am Kunststoffrad nahe am Zahnfuß 5. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Zahnfußspannung aufgrund der geringen Hebellänge minimiert wird. Durch die Verlagerung des Wälzkreises zum Schneckenrad-Zahnfuß 5 bzw. Schneckenrad-Zahnkopf wird erreicht, daß sich an der Verzahnung ähnlich Hohlflanken­ schnecken ein hydrodynamischer Schmierfilm durch die verbesserte Schmiegung der Zahnflanken bildet.

Die Reduzierung der spez. Pressung am Zahnfuß 5 und Zahnkopf 3 wird durch die Paarung einer konvexen mit einer konkaven Fläche erreicht.

Durch eine solche Bauart ist das Minimieren des spez. Kopfgleitens möglich. Dadurch wird die Sicherheit gegen Verschleiß erhöht.

Eine weitere Reduktion des spez. Kopfgleitens wird dadurch erreicht, daß an dem Zahnkopf eine Kufenform erstellt ist, die sich aus mehreren, beispielsweise drei Kreisabschnitten 8 zusammensetzt. Durch diese Maßnahme wird der Überdeckungsgrad minimal verringert, und die Möglichkeit geschaffen, daß sich ein hydrodynamischer Schmierfilm in dem engerwerdenden Spalt aufbauen kann. Dazu kommt, daß der Zahnkopf 3 wie eine Schlittenkufe ausgebildet ist, die einen guten Einlauf in den Gegenzahn gewährleistet.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von verschiedenen Zahnformen wie konkav, konvex und evolvent am Schneckenradzahn 2 kann dieser kunststoffgerecht (dicker Zahnfuß), achsabstandsunempfindlich (evolventisches Mittelteil) so gestaltet werden, daß nahezu jede Anforderung an das Schneckengetriebe erfüllt wird. Bei dieser Ver­ zahnung wird angestrebt, die Wälzkreise in das obere Drittel des Schneckenradzahnkopfes 2 zu legen, um somit ein hydrodynamisches Gleiten der beiden aufeinanderlaufenden Zahnflanken zu ermöglichen.

Durch die Paarung eines konkaven Zahnfußes 5 mit einer evolven­ tischen Hochverzahnung im Zahnmittelteil 7 und eines konvexen Zahn­ kopfes 3 wird die somit entstandene Verzahnung der Kunststoffspritz­ technik gerecht.

Der evolventische Hochverzahnungsbereich im Zahnmittelteil 7 (Ein­ griffswinkel < 10°) dient dazu, die Verzahnung gegen Achsabstands­ abweichungen unempfindlich zu machen und somit für die Zahnrad­ fertigung höhere Toleranzen zuzulassen.

Der konkave Zahnfuß 5 verstärkt diesen gegenüber der bekannten Evolventenverzahnung, besonders bei Unterschnittsverzahnungen.

Durch die Verstärkung wird die Zahnbiegespannung des Zahnes unter Last minimiert und den spez. Werkstoffkennwerten angepaßt. Die Paarung des konkaven Zahnfußes 5 mit dem konvexen Zahnkopf 3 der Schnecke bewirkt eine deutliche Reduzierung der Hertz′schen Pres­ sung. Somit wird die Gefahr der Schädigung durch Grübchenbildung minimiert.

Der Zahnkopf 3 ist konvex gestaltet, da die Schneckenverzahnung bei mehrzähnigen Schnecken und großen Steigungswinkeln unterschnittsge­ fährdet ist. Durch den Unterschnitt wird der Schneckenzahn ge­ schwächt und die aktive Berührungslänge der Flanken verkürzt. Die Zykoide am Zahnfuß 5 verlängert die aktive Flanke und verstärkt den Zahnfuß 5, die Pressung wird gesenkt, der Überdeckungsgrad wird er­ höht, die Zahnfußspannung wird gesenkt.

Durch die angebrachten Kurven an der Verzahnung werden die Momenten­ welligkeit und das spezifische Eintrittsgleiten minimiert. Dadurch ist eine Verzahnung geschaffen, die hinsichtlich ihrer Werkstoff­ eigenschaften und ihres Wirkungsgrades die geforderten Bedingungen an ein modernes Hochleistungsgetriebe erfüllt. Aufgrund der günstigen Schmiegung am Zahnkopf 3/Zahnfuß 5 kann sich ein hydro­ dynamischer Schmierfilm aufbauen, welcher den Verschleiß minimiert und den Verzahnungswirkungsgrad erhöht.

Das erfindungsgemäße Schneckengetriebe hat folgende vorteilhafte Eigenschaften:

• - Achsabstandsunempfindlichkeit
• - präzise Positionierung (Spielarmut)
• - hoher Verzahnungswirkungsgrad
• - geringe Schleppmomente bei Antrieb vom Schneckenrad
• - hohe Zahnfußfestigkeit
• - geringe Momentwelligkeit
• - werkstoffgerechte Beanspruchung der Zähne
• - geringe Laufgeräusche
• - kostengünstige Verzahnung und
• - minimaler Bauraum.

Claims (4)

1. Schneckengetriebe, insbesondere für ein Lenkgetriebe eines Kraft­ fahrzeuges, mit einer Schnecke und einem Schneckenrad, die an ihren kraftübertragenden Berührungsflächen optimiert sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Schnecke und Schneckenrad zur Reduzierung der Hertz′schen Pressung der Zahnfuß (5) konkav, der Zahnmittelteil (7) mit einer evolventischen Hochverzahnung und der Zahnkopf (3) konvex ausgebildet sind.

2. Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Paarung Schnecke/Schneckenrad aus Kunststoff hergestellt, insbesondere gespritzt ist.

3. Schneckengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Berührungsstellen durch Flächen vergrößert ein Schmierfilm aufbaubar und der Verschleiß herabgesetzt ist.

4. Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Form des Zahnkopfes (2) aus mehreren, vorzugsweise drei Kreisabschnitten (8) zusammengesetzt ist, wodurch am Zahnkopf (2) eine besondere Einlaufkufe (4) gebildet ist.