NL1020562C2 - Kroonwiel. - Google Patents

Description

Kroonwiel

De uitvinding betreft een kroonwiel in overeenstemming met de aanhef van conclusie 1. Dergelijke kroonwielen zijn bekend en worden bijvoorbeeld gemaakt door smeden met een 5 smeedmatrijs of met behulp van een sinterproces waarbij in een matrijs metaalpoeder wordt geperst en het geperste product door verhitting wordt gestabiliseerd. Bij deze bekende kroonwielen zijn de tandflanken vaak onvoldoende sterk en/of nauwkeurig en er is behoefte om deze te harden en/of 10 na te kunnen bewerken. Bij dit nabewerken van het product slijt het nabewerkingsgereedschap vaak snel hetgeen een nadeel is.

Teneinde dit nadeel te vermijden wordt het kroonwiel uitgevoerd in overeenstemming met het kenmerk van conclusie 1.

15 Hierdoor komt het nabewerkingsgereedschap tijdens nabewerken niet of aanzienlijk minder in aanraking met de kroon-wieltandvoet waardoor slijtage wordt vermeden en het nabewerkingsgereedschap langer geschikt blijft voor nabewerken. In overeenstemming met een verbetering is het kroonwiel 20 uitgevoerd volgens conclusie 2. Hierdoor is het kroonwiel eenvoudiger te produceren met een smeedmatrijs.

In overeenstemming met een verbeterde uitvoeringsvorm is het kroonwiel uitgevoerd volgens conclusie 3. Door de af-rondingsstraal zo groot mogelijk uit te voeren is de tand-25 voet van het kroonwiel zo sterk mogelijk en eenvoudig te produceren.

In overeenstemming met een verbeterde uitvoeringsvorm is het onbewerkte kroonwiel uitgevoerd volgens conclusie 4. Doordat de voetafronding van het kroonwiel een constante 30 afrondingsstraal heeft is de matrijs voor het maken van het kroonwiel eenvoudiger van vorm en daardoor eenvoudiger te maken.

λ η o n c o λ 2

In overeenstemming met een verdere verbetering is het kroonwiel uitgevoerd volgens conclusie 5. Hierdoor kan het deel van de matrijs dat de tandkuil van het kroonwiel vormt zo breed mogelijk uitgevoerd worden terwijl het kroonwiel 5 toch lossend uit de matrijs kan komen waardoor de matrijs een zo groot mogelijke sterkte en/of slijtvastheid heeft. Tevens omvat de uitvinding een kroonwiel in overeenstemming met conclusie 6. Het voordeel van dit kroonwiel is dat het gemaakt kan worden op een wijze waarbij de slijtage van het 10 nabewerkingsgereedschap minimaal is.

In overeenstemming met een verbetering is het kroonwiel uitgevoerd volgens conclusie 7. Hierdoor wordt zeker gesteld dat de nabewerkte kroonwieltandflank voldoende hardheid heeft.

15 Tevens omvat de uitvinding een matrijs in overeenstemming met conclusie 8. Hiermede kunnen op eenvoudige wijze na te bewerken kroonwielen geproduceerd worden.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden met behulp van een tekening. In 20 de tekening toont

Figuur 1 een eerste uitvoering van een kroonwieloverbren-ging,

Figuur 2 een tweede uitvoering van een kroonwieloverbren-ging, 25 Figuur 3 een doorsnede door het kroonwiel van figuur 1, Figuur 4a - 4g de doorsnede a-a tot en met g-g van figuur 3, en

Figuur 5 een alternatieve uitvoering aan de hand van doorsnede g-g van figuur 3.

30 Figuur 1 toont een kroonwieloverbrenging waarbij een cilindrisch rondsel 1 voorzien van een vertanding in ingrijping is met kroonwieltanden van een kroonwiel 4. Het rondsel 1 is roteerbaar om een rondselhartlijn 2 en het kroonwiel 4 ή O O /Λ ï” ίx 3 is roteerbaar om een kroonwielhartlijn 3 waarbij de rond-selhartlijn 2 en de kroonwielhartlijn 3 loodrecht op elkaar staan. In dit geval is er sprake van een vlak kroonwiel 4. In de getoonde uitvoering snijden de rondselhartlijn 2 en 5 de kroonwielhartlijn 3 elkaar, er zijn ook uitvoeringen mogelijk waarbij de rondselhartlijn 2 en de kroonwielhartlijn 3 elkaar kruisen. Het cilindrische rondsel 1 is voorzien van evolvente vertanding waarvan de evolvente tandflanken in ingrijping zijn met kroonwieltandflanken van de kroon-10 wieltanden van het kroonwiel 4 en waarbij tijdens het in ingrijping zijn de vertanding van het cilindrische rondsel beweegt in kroonwieltandkuilen tussen de kroonwieltanden.

De vorm van de kroonwieltandflanken wordt bepaald door het evolvente deel van de vertanding van het rondsel 1, het 15 aantal tanden van het kroonwiel en de posities van het rondsel 1 en het kroonwiel 4 ten opzichte van elkaar. In het getoonde uitvoeringsvoorbeeld is het cilindrische rondsel 1 voorzien van rechte vertanding, de uitvinding is evenzeer toepasbaar als er sprake is van een schuinvertand 20 rondsel 1.

Figuur 2 toont een kroonwieloverbrenging waarbij de vertanding van het cilindrische rondsel 1 in ingrijping is met de kroonwieltanden van een kegelig kroonwiel 6 dat roteerbaar is om een kroonwielhartlijn 5 en waarbij de rondselhartlijn 25 2 en de kroonwielhartlijn een hoek met elkaar maken die on gelijk is aan negentig graden. Evenals bij de in figuur 1 besproken uitvoering kunnen de rondselhartlijη 1 en de kroonwielhartlijn 5 elkaar kruisen of snijden en kan het cilindrische rondsel 1 voorzien zijn van rechte of schuine 30 vertanding.

De in figuur 1 en figuur 2 getoonde kroonwielen 4 en 6 kunnen op verschillende manieren gemaakt worden, waarbij het gekozen proces zal afhangen van het aantal te maken kroon- 1OÜOb62 4 wielen en de vereiste nauwkeurigheid. Bij de gebruikelijke manier van produceren van kleine series kroonwielen wordt de kroonwielvertanding gegenereerd met een verspanende bewerking. Daarbij ontstaat de kroonwielvertanding op een 5 ring of op een massief lichaam door met een verspanend proces bijvoorbeeld met een afwikkelfrees wegnemen van de kroonwieltandkuilen tussen de kroonwieltanden. Eventueel worden de kroonwieltandflanken van het kroonwiel gehard en wordt het geharde kroonwiel opnieuw bewerkt bijvoorbeeld 10 met een slijpsteen.

Als er sprake is van grote series kunnen de kroonwielen gemaakt worden door spaanloze vervorming zoals smeden met behulp van een matrijs. Meestal worden de kroonwieltandflanken nabewerkt, eventueel na gehard te zijn, waarbij de na-15 bewerking kan bestaan uit slijpen en/of uit een op smeden gelijkend proces waarbij de kroonwieltandflanken worden nageperst en/of gekalibreerd. Ook worden er grote series kroonwielen gemaakt door gebruik te maken van een sinter-proces, waarbij poedervormig metaal in een matrijs wordt 20 geperst en waarbij het geperste product door verhitting wordt verstevigd. De kroonwieltandflanken van op deze wijze geproduceerde kroonwielen kunnen eventueel ook nabewerkt worden door napersen en/of kalibreren.

Bij de hiervoor genoemde processen voor het maken van se-25 ries kroonwielen wordt gebruik gemaakt van matrijzen, waarbij de vorm van de matrijs gebaseerd is op de vorm van het te maken kroonwiel. Bij het maken van de matrijs wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een door verspanende bewerking gemaakt kroonwiel, welk kroonwiel gebruikt wordt als 30 elektrode waarmee door vonkerosie de vorm van de kroonwieltandf lanken in de matrijs wordt aangebracht. Een ander bekend proces is verspanend bewerken waarbij gebruik gemaakt wordt van NC punt-punt besturing van het gereedschap. Ten- i npfififs? 5 einde de mogelijkheid tot nabewerken van het in de matrijs gemaakt kroonwiel te verbeteren wordt de matrijs aangepast waardoor het met de matrijs gemaakte kroonwiel een vorm krijgt zoals hierna is beschreven. Het nabewerken van het 5 kroonwiel wordt verbeterd doordat tijdens het nabewerken het nabewerkingsgereedschap niet of zeer beperkt in ingrij-ping komt met de kroonwieltandvoet, zodat het gereedschap minder slijtage ondervindt.

In figuur 3 is de doorsnede getoond door het diepste punt 10 van de kroonwieltandkuil en daarbij is het zijaanzicht zichtbaar van de kroonwieltand van een vlak kroonwiel 4 dat geschikt is om samen te werken met een cilindrisch en rechtvertand rondsel 1. In de figuren 4a-4g zijn de doorsneden a-a tot en met g-g getoond van de in figuur 3 ge-15 toonde kroonwieltand, waarbij een hartlijn 22 het midden van de kroonwieltand is en een hartlijn 23 door het diepste punt van de kroonwieltandkuil gaat.

Het vlakke kroonwiel 4 heeft een kroonwielvertanding met een binnendiameter 10 en een buitendiameter 11 die de 20 begrenzing vormen van elke kroonwieltand. Elke kroonwieltand heeft twee kroonwieltandflanken 13 die aan de bovenzijde verbonden zijn door een kroonwieltandkop 12.

De vorm van de kroonwieltandflanken 13 is zoals bekend afgeleid van de evolvente van het cilindrische rondsel 1 25 waarmee het kroonwiel 4 samenwerkt. De evolvente tandflanken van de tanden van het cilindrische rondsel zijn aan de buitenomtrek verbonden met elkaar door een rondseltandkop. De relatieve beweging van deze rondseltandkop ten opzichte van het kroonwiel tijdens rotatie van het cilindrische 30 rondsel ten opzichte van het roterende kroonwiel bepaalt de vorm van een theoretische kroonwieltandvoet 20 die in figuur 4 is aangegeven met een streepstiplijn en een diepste punt 7 heeft. Bij het nabewerken van de kroonwieltandflank 1 n 9 η £ β 6 13 met gereedschap waarvan de vorm is afgeleid van de evol-vente van het cilindrische rondsel 1 is het een voordeel als het nabewerkingsgereedschap uitsluitend of overwegend in aanraking komt met de kroonwieltandflank 13 en daarom is 5 in de getoonde uitvoering een kroonwieltandvoet 8 aangebracht, die de kroonwieltandflanken 13 van twee aansluitende kroonwieltanden verbindt. In het midden van de kroon-wieltandkuil heeft de kroonwieltandvoet 8 een vrijloopdiep-te 17 ten opzichte van de theoretische kroonwieltandvoet 20 10 en heeft daar een diepste punt 16 en deze vrijloopdiepte 17 blijft over het grootste deel van de theoretische kroonwieltandvoet 20 aanwezig en alleen nabij de aansluiting van de kroonwieltandvoet 8 aan de kroonwieltandflank 13 is afstand tussen de kroonwieltandvoet 8 en de theoretische 15 kroonwieltandvoet 20 kleiner dan de vrijloopdiepte 17.

In het in figuur 4 getoonde uitvoeringsvoorbeeld met een vlak kroonwiel 4 is de kroonwieltandvoet 8 uitgevoerd met een afronding met een afrondstraal R1 waarvan het middelpunt op de hartlijn 23 van de kroonwieltandkuil ligt. Nabij 20 de binnendiameter 10 van de kroonwieltanden is de afron-dingsstraal Rl groot en raakt aan een aansluitvlak dat de kroonwieltandflank 13 snijdt in een overgang 9. Het aansluitvlak maakt een kleine hoek van bijvoorbeeld 2 graden met de hartlijn 3 van het kroonwiel 4 zodanig dat de kroon-25 wieltandvoet 8 in de richting van de kroonwielhartlijn 3 lossend is. Nabij de binnendiameter 10 is de overgang 9 het punt op de kroonwieltandflank 13 waar de kroonwieltandflank 13 overgaat in de theoretische kroonwieltandvoet 20. Nabij de buitendiameter 11, zoals in de doorsneden e-e, f-f en g-30 g getoond, heeft de afrondingsstraal Rl een minimale waarde welke groter is dan de gemiddelde afronding van de theoretische kroonwieltandvoet 20. Hierbij is de overgang met de kroonwieltandflank 13 aangegeven met 14 en het is duidelijk 7 dat hier een deel van de kroonwieltandflank 13 verdwijnt door het toepassen van de vrijloopdiepte 17. In figuur 3 is de ondergrens van de kroonwieltandflank 13 aangegeven met de lijnen 9 en 14, de afstand van de ondergrens van de 5 kroonwieltandflank 13 tot aan het diepste punt 7 van de theoretische kroonwieltandvoet 20 is in figuur 4 aangegeven met 21.

In de figuren 4a-4c is een alternatieve uitvoering weergegeven met een kroonwieltandvoet 8’ die weergegeven is met 10 een onderbroken lijn. Hierbij blijft de afronding R2 van de voetafronding 8 nabij de binnendiameter 10 (zie figuur 3) gelijk aan de minimumwaarde van de voetaf ronding R1 bij de buitendiameter 11 (zie figuur 3), zodat er sprake is van steeds dezelfde afronding die met gereedschap met één af-15 rondingsstraal kan worden aangebracht in een vorm waar de matrijs van afgeleid kan worden door middel van vonkerosie of voor het aansturen van de NC punt-punt besturing van verspanend gereedschap. Ook kan dan tijdens smeden rekening gehouden worden met één afrondstraal.

20 In figuur 5 is een derde uitvoering weergegeven die getoond is in dezelfde doorsnede als de doorsnede die in figuur 4g is weergegeven. De afrondingsstraal is hier wezenlijk kleiner weergegeven met een afrondstraal R3, waarbij de over-gang naar de kroonwieltandflank 13 is aangegeven met 15.

25 Deze overgang is in het zijaanzicht in figuur 3 zichtbaar als onderbroken lijn. Door nabij de buitendiameter 11 gebruik te maken van een kleinere afrondingsstraal R3 blijft een groter deel van de kroonwieltandflank 13 beschikbaar om in ingrijping te komen met de vertanding van het rondsel 1. 30 In de figuren 4 en 5 is met een onderbroken lijn een nabewerkte kroonwieltandflank 19 aangegeven. Deze nabewerkte kroonwieltandflank 19 ligt een nabewerkingsdiepte 18 onder de kroonwieltandflank 13. De nabewerkingsdiepte 18 is hier A Λ O n C £! ‘1 8 aangegeven als een constante afstand. Het zal echter duidelijk zijn dat variaties in de nabewerkingsdiepte 18 bepaald worden door het proces dat plaatsgevonden heeft voorafgaande aan de nabewerking en de vervormingen van de kroonwiel-5 tandflank 13 die daarbij zijn ontstaan.

In veel gevallen zal de nabewerking bestaan uit slijpen of nafrezen dat wordt uitgevoerd na harden. Voor harden wordt vaak inzetharden gebruikt met een hardingsdiepte van circa 0,15 x de moduul van het cilindrische rondsel 1. Om vol-10 doende hardheid onder de nabewerkte kroonwieltandflank 19 te houden is de normale waarde van de nabewerkingsdiepte 18 ongeveer 0,15 millimeter en deze waarde zal plaatselijk variëren ten gevolge van de hiervoor genoemde vervormingen. Het is echter ook mogelijk dat de noodzakelijke nabewer-15 kingsdiepte 18 kleiner is. Als bijvoorbeeld bij seriefabri-cage de materiaalkwaliteit constant is, de afmetingen steeds hetzelfde zijn en de bewerkingen steeds identiek worden uitgevoerd is het kromtrekken tijdens harden beter voorspelbaar. Om deze en dergelijke redenen kan bij serie-20 fabricage de nabewerkingsdiepte 18 ongeveer 0,08 mm zijn, zodat de bewerkingstijd voor het nabewerken korter kan zijn.

Teneinde er voor te zorgen dat de variaties in de nabewerkingsdiepte 18 voor de gehele kroonwieltandflank 13 uit-25 sluitend afhankelijk is van de vervormingen, moeten de kroonwieltandflank 13 en de nabewerkte kroonwieltandflank 19 gebaseerd zijn op dezelfde evolvente, dat wil zeggen op cilindrische rondsels met een identieke basiscirkel en waarbij de nabewerkingsdiepte 18 wordt gerealiseerd door 30 verschil in de W-maat van het rondsel, bijvoorbeeld doordat dit een andere profielverschuiving krijgt. Eventueel kan het verschil in W-maat op bekende wijze benaderd worden Ί Π 9 door gereedschappen te gebruiken die gebaseerd zijn op cilindrische rondsels met verschillende tandentallen.

Teneinde er voor te zorgen dat de slijtage van het nabewer-kingsgereedschap minimaal is, is het van belang om de vrij-5 loopdiepte 17 groter te maken dan de maximaal verwachte na-bewerkingsdiepte 18. In geval dat de nabewerking wordt uitgevoerd door verdichten van het oppervlak van de kroonwiel-tandflank 13 bijvoorbeeld door het afrollen van een rondsel over een door middel van een sinterproces geproduceerd 10 kroonwiel is de nabewerkingsdiepte 18 gering, bijvoorbeeld 0,03 millimeter. In dat geval is een vrijloopdiepte 17 van 0,05 millimeter voldoende. Het zal duidelijk zijn dat dit proces in praktijk in verband met de optredende krachten bij de huidige stand van de techniek alleen toegepast wordt 15 bij kroonwielen met een buitendiameter die kleiner is dan 200 millimeter.

In geval dat de nabewerking wordt uitgevoerd door slijpen kan de nabewerkingsdiepte 18 bij kleine kroonwielen klein zijn omdat daar bij productie en/of harden de optredende 20 vervormingen klein zijn. Bij kleine kroonwielen kan de na-bewerkingstoeslag 18 ook ongeveer 0,03 millimeter zijn en is een vrijloopdiepte 17 van 0,05 millimeter voldoende. Bij kroonwielen met een moduul groter dan 3 millimeter is in de meeste gevallen tengevolge van vervormingen tijdens harden 25 een nabewerkingsdiepte 18 van ten minste 0,15 millimeter noodzakelijk zodat de vrijloopdiepte 17 bij voorkeur meer dan 0,22 millimeter is. Zoals hiervoor beschreven kan de vrijloopdiepte 17 bij grote series en nauwkeurig beheerste processen kleiner zijn, bijvoorbeeld 0,08 mm.

30 De kleinste afrondingstraal die bij de kroonwieltandvoet 8 wordt toegepast hangt af van het proces waarmee het kroonwiel 4 wordt geproduceerd. Zoals eerder aangegeven zal bij een sinterproces of bij spuitgieten een minimale afron- 1 fi? Π k £* o 10 dingsstraal gekozen worden die relatief klein is, bijvoorbeeld 0,3 millimeter. In geval van smeden zal voor dit verbeteren van het proces een grotere minimale afrondings-straal gekozen worden, bijvoorbeeld een minimale afron-5 dingsstraal van 1,0 millimeter. Voor het verbeteren van de sterkte van de smeedmatrijs kan ook de overgang van de voetafronding 8 naar de kroonwieltandflank 13, ter plaatse van de overgang 9, 14 of 15, voorzien zijn van een afron-dingsstraal die eventueel ook ten minste 1,0 millimeter is. 10 Ook kan het ontwerp van het kroonwiel 4 zodanig worden aangepast dat ook de kroonwieltandkop 12 voorzien wordt van een afrondingstraal.

In de getoonde uitvoeringsvoorbeelden is uitgegaan van een vlak kroonwiel 4. In geval dat een kegelig kroonwiel 6 15 wordt toegepast blijft het ontwerp van het kroonwiel min of meer gelijk. Voor het in een matrijs lossend houden van de kroonwieltanden en met name de kroonwieltandvoet 8 moet deze zodanig vormgegeven worden dat de kroonwieltandvoet 8 lossend is in de richting van de kroonwielhartlijn 5, waar-20 bij het in verband met de bijzondere vorm van de kroonwieltandflank 13 met een wisselende helling niet noodzakelijk is dat de kroonwieltandvoet 8 lossend is ten opzichte van de richting van de hartlijn 22 van de kroonwieltand. 1 -

Claims (8)

1. Kroonwiel (4; 6) geschikt voor nabewerking bestaande uit een massief of ringvormig lichaam met door spaan-loze vormgeving met behulp van een matrijs gemaakte 5 kroonwielvertanding die rondom een kroonwielhartlijn (3; 5. over een tandbreedte op het massieve of ringvormige lichaam geplaatste kroonwieltanden omvat met tussen de kroonwieltanden kroonwieltandkuilen waarbij elke kroon-wieltand twee onbewerkte kroonwieltandflanken (13) heeft 10 en een kroonwieltandkop (12) voor het aan de bovenzijde van de kroonwieltand verbinden van de kroonwieltandflanken en een kroonwieltandvoet (8; 8') voor het aan de onderzijde van de kroonwieltand in de kroonwieltandkuil verbinden van de kroonwieltandflanken van aangrenzende 15 kroonwieltanden waarbij de kroonwieltandflanken zijn afgeleid van de evolvente tandflanken van tanden van een cilindrisch rondsel (1), welke evolvente tandflanken verbonden zijn door een rondseltandkop en de kroonwieltandvoet een theoretische voetafronding (20) heeft die 20 is afgeleid van de relatieve beweging van de rondseltandkop ten opzichte van het kroonwiel met een diepste punt van de theoretische voetafronding (7) met het kenmerk dat de kroonwieltandvoet (8; 8') van het kroonwiel in het diepste punt (16) van de kroonwieltandkuil en 25 eventueel tot nabij de kroonwieltandflank (13) een vrij-loopdiepte (17) heeft ten opzichte van de theoretische voetafronding (20).

2. Kroonwiel in overeenstemming met conclusie 1 waarbij de kroonwieltandvoet (8, 8') over de gehele tand- 30 breedte een eerste afronding heeft met een afrondings-straal (Rl) die groter is dan 1,0 millimeter. Λ f V /".·

3. Kroonwiel in overeenstemming met conclusie 1 of 2 waarbij de kroonwieltandvoet (8, 8') over de gehele tandbreedte een eerste afronding heeft met een afron-dingsstraal (Rl), de eerste afrondingsstraal in het 5 diepste punt van de kroonwieltandkuil vloeiend overgaat in de eerste afrondingsstraal van de tegenoverliggende kroonwieltand en de afrondingsstraal (Rl) nabij een kleinere diameter (10) van de kroonwielvertanding groter is dan nabij een grotere diameter (11) van de kroonwiel-10 vertanding.

4. Kroonwiel in overeenstemming met conclusie 1 of 2 waarbij nabij een grotere diameter (11) van de kroonwielvertanding de eerste afronding een afrondingsstraal (Rl) heeft die ononderbroken naar beide kroonwieltanden 15 doorloopt en nabij een kleinere diameter (10) van de kroonwielvertanding de eerste afronding aan beide zijden dezelfde afrondingsstraal (R2) houdt met nabij het diepste punt (16) van de kroonwieltandvoet een vlak of kege-lig deel.

5. Kroonwiel in overeenstemming met een der voorgaande conclusies waarbij de kroonwieltandvoet (8, 8') over de gehele tandbreedte een eerste afronding heeft met een afrondingsstraal (Rl) en de eerste afronding overgaat in een aansluitvlak ongeveer loodrecht op het massieve of 25 ringvormig lichaam welk aansluitvlak de tandflank snijdt en waarbij beide aansluitvlakken van een kroonwieltand in de richting van de kroonwielhartlijn (3,5) lossend zijn.

6. Kroonwiel gemaakt van een kroonwiel in overeenstem- 30 ming met een der voorgaande conclusies waarbij de kroon-wieltandflank (13) is bewerkt door een nabewerking zoals frezen en/of slijpen en/of afrollen. Λ ΠΟΠΓίί O

7. Kroonwiel in overeenstemming met de voorgaande conclusie waarbij de kroonwieltandflank (13) voorafgaande aan de nabewerking is gehard met een hardingsdiepte die groter is dan de kleinste waarde van de vrijloopdiepte 5 (17).

8. Matrijs voor het maken van een kroonwiel in overeenstemming met een der conclusies 1-5. 1 0 2 0 S K o