DE10002556A1 - Zahnstangengetriebe - Google Patents

Abstract

Zahnstangengetriebe, insbesondere für den Schwenkantrieb von Absperrklappen und dergleichen, mit einem Ritzel (5), das mit einer Zahnstange (1) in Eingriff steht und mit einem zu verdrehenden Teil verbunden ist, wobei die Zahnstange durch eine Betätigungseinrichtung zum Verdrehen des Ritzels verschiebbar ist und am Zahnstangenende einen verbreiterten Zahn (10) aufweist, der mit einer Zahnlücke (11) am Ritzel (5) derart zusammenwirkt, daß eine Rückdrehung des Ritzels bei Erreichen der Verriegelungsstellung verhindert wird, wobei neben dem verbreiterten Zahn (10) ein Verriegelungsabschnitt (17) auf der Zahnstange (1) ausgebildet ist, an dem ein Zahn (16) des Ritzels zur Anlage kommt, wenn ein weiterer Zahn (12) des Ritzels an dem verbreiterten Zahn (10) zum Anliegen kommt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Zahnstangengetriebe ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 17 259 be­ kannt. Bei diesem bekannten Zahnstangengetriebe weist die Zahnstange an den beiden Enden einen in Längsrichtung verbreiterten Zahn auf, der mit einer Zahnlücke am Ritzel derart zu­ sammenwirkt, daß eine Rückdrehung des Ritzels verhindert wird, wenn ein die Zahnlücke begrenzender Zahn des Ritzels auf dem verbreiterten Zahnrücken zum Anliegen kommt. Je­ doch ist ein Weiterdrehen des Ritzels möglich, wenn an dem mit dem Ritzel verbundenen Bauteil eine Kraft in Drehrichtung angreift.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnstangengetriebe der eingangs angegebe­ nen Art so auszubilden, daß ein Verdrehen des Ritzels in beide Drehrichtungen verhindert wird, wenn das Ritzel die Verriegelungsstellung erreicht hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 gelöst. Dadurch, daß in einem Abstand von dem verbreiterten Zahn ein Verriege­ lungsabschnitt auf der Zahnstange ausgebildet ist, an dem ein Zahn des Ritzels in der Verrie­ gelungsstellung zur Anlage kommt, ist ein Weiterdrehen des Ritzels nicht mehr möglich. So­ mit kann bei dem erfindungsgemäßen Zahnstangengetriebe in der Verriegelungsstellung der Zahnstange ein Verdrehen des Ritzels in beiden Drehrichtungen verhindert werden.

Dadurch, daß auch eine Verriegelung gegen Weiterdrehen im Zahnstangengetriebe selbst aus­ gebildet ist, sind keine zusätzlichen Einrichtungen am Schwenkantrieb für die Verriegelung nötig.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Zahnstange eines Schwenkantriebs mit Ritzel in einer Betriebsstellung,

Fig. 2 das Zahnstangengetriebe nach Fig. 1 zu Beginn einer Verriegelungsstellung,

Fig. 3 das Zahnstangengetriebe nach den Fig. 1 und 2 in der Verriegelungsstellung,

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Absperrklappe in einer Rohrleitung mit einem Schwenkantrieb, und

Fig. 5 eine vergrößerte Detailzeichnung des Zahnstangengetriebes in der Verriegelungsstel­ lung.

Fig. 1 zeigt eine Zahnstange 1, die etwa auf der Achse eines zylindrischen Körpers 2 ausge­ bildet ist, der an den gegenüberliegenden Enden jeweils mit einem Kolben 3 bzw. 3' versehen ist. Dieser Kolbenkörper 2 ist in einem Zylinder 4 verschiebbar, wobei die Kolben zum Ver­ schieben der Zahnstange nach links oder rechts mit Druckmittel beaufschlagt werden können, wie dies durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist. Mit der Zahnstange 1 steht ein Ritzel 5 in Ein­ griff, dessen Achse 6 senkrecht zur Längsachse des Kolbenkörpers 2 liegt. Das Ritzel 5 ist beispielsweise mit der Welle 7 einer Absperrklappe 8 drehfest verbunden, die in einer Rohr­ leitung 9 angeordnet ist, wie dies Fig. 4 zeigt. Das Ritzel 5 kann auch über ein Getriebe mit der Welle oder einem anderen zu verdrehenden Teil in Verbindung stehen.

Fig. 1 zeigt eine Betriebsstellung des Zahnstangengetriebes, in der der Kolben 3 mit Hydrau­ likdruck in Pfeilrichtung beaufschlagt wird, so daß sich das Ritzel 5 in Pfeilrichtung z. B. aus einer Offenstellung der Absperrklappe 8 in die Schließstellung bewegt, wobei in Fig. 1 die Stellung des Zahnstangengetriebes kurz vor Erreichen der Schließstellung wiedergegeben ist. Die Schließstellung der Absperrklappe 8 muß verriegelt werden, damit sich die Absperrklap­ pe 8 nicht durch den Druck des Mediums in der Rohrleitung 9 öffnen kann. Ebenso soll ein Weiterdrehen der Absperrklappe 8 verhindert werden, um eine Beschädigung des Klappensit­ zes zu vermeiden.

Im Endbereich der Zahnstange 1 ist ein verbreiterter Zahn 10 ausgebildet, der bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel einem verbreiterten Zahn entspricht und vorzugsweise eine zur Zahnstangenachse parallele Fläche bildet. Diesem verbreiterten Zahn 10 entspricht eine Zahnlücke 11 am Ritzel 5. In Achsrichtung angrenzend an den verbreiterten Zahn 10 ist eine Aussparung 18 ausgebildet, an welche sich ein Verriegelungsabschnitt 17 anschließt, der eine geringere Höhe und eine zur Zahnstangenachse parallele Fläche aufweist.

Wenn die Zahnstange 1 aus der Stellung in Fig. 1 weiter nach links verschoben wird, kommt zunächst der verbreiterte Zahn 10 weiter in Eingriff mit der Zahnlücke 11, wobei der am ver­ breiterten Zahn 10 anliegende Zahn 12 des Ritzels in Gegenuhrzeigerrichtung gedrückt wird. Bei der weiteren Verstellbewegung der Zahnstange 1 kommt der am verbreiterten Zahn 10 anliegende Zahn 12 des Ritzels auf dem Rücken des verbreiterten Zahns 10 derart zum Anlie­ gen, daß sich das Ritzel nicht mehr zurückdrehen kann, wie dies Fig. 2 zeigt. Die Zahnflanke des Zahns 12 steht hierbei nicht mehr im Eingriff mit der Zahnstange 1, sondern der Kopf des Zahns liegt auf dem Rücken des verbreiterten Zahns 10 auf, dessen Höhe der Zahnhöhe der Zahnstange 1 entspricht. Hierdurch wird eine formschlüssige Verriegelung eingeleitet und ein Zurückdrehen des Ritzels verhindert.

Wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, wird im wesentlichen simultan zu der oben be­ schriebenen Verriegelung, die das Zurückdrehen des Ritzels 5 verhindert, zunächst der an die Zahnlücke 11 des Ritzels angrenzende Zahn 13 in die Aussparung 18 der Zahnstange bewegt. In der Stellung der Fig. 2 trifft der im Uhrzeigersinn nächste Zahn 16 des Ritzels 5 auf den Verriegelungsabschnitt 17. Hierbei kommt der Kopf des Zahns 16 auf dem Rücken des Ver­ riegelungsabschnitts 17 zum Anliegen. Hierdurch wird ein Weiterdrehen des Ritzels 5 im Ge­ genuhrzeigersinn verhindert, wenn an der Klappe 8 ein entsprechendes Drehelement angreifen sollte.

In der Stellung nach Fig. 3 ist die Zahnstange 1 durch den am Kolben 3 anliegenden Druck weiter nach links verschoben, wobei der gegenüberliegende Kolben 3' an einem bei 15 ange­ deuteten Anschlag bzw. an der Stirnwand des Zylinders 4 zum Anliegen kommt, so daß sich der Kolben in seiner Endstellung befindet. Die Zähne 12 und 16 des Ritzels 5 sind in dieser Verrieglungsstellung weiter nach rechts auf dem Rücken der Verriegelungsabschnitte 10 und 17 versetzt, so daß ein Verdrehen des Ritzels unmöglich wird. Dabei bestimmt die Länge der Aussparung 18 in der Zahnstange 1, wie weit die Zähne 12 und 16 nach rechts versetzt wer­ den können. Die Absperrklappe 8 wird dadurch in der Schließstellung formschlüssig in bei­ den Drehrichtungen verriegelt.

Somit wird durch das gleichzeitige Aufliegen der Zähne 12 und 16 dem verbreiterten Zahn 10 bzw. auf dem Verriegelungsabschnitt 17 eine formschlüssige Verriegelung eingeleitet und ein Verdrehen des Ritzels 5 ausgeschlossen.

Wie weiterhin in den Figuren zu sehen, ist bei dieser Ausführungsform der Verriegelungsab­ schnitt 17 etwa halb so hoch wie der verbreiterte Zahn 10. Die maximale Höhe des Verriege­ lungsabschnitts 17, bei welcher kein Verdrehspiel vorliegt, entspricht dem Abstand der Spitze des Zahnes 16 von dem Boden der Aussparung 18 in der Verriegelungsstellung in Fig. 3. All­ gemein hängt die vorzusehende Höhendifferenz zwischen dem verbreiterten Zahn 10 und dem Verriegelungsabschnitt 17 von dem Radius des Ritzels 5 und den Drehwinkeln der verrie­ gelnden Zähne 12 und 16 in der Verriegelungsstellung und vom gewünschten Verdrehspiel ab.

Bei gegebener Anordnung und Größe der beiden blockierenden Zähne 12 und 16 kann durch die Differenz der Höhen des verbreiterten Zahns 10 und dem Verriegelungsabschnitt 17 ein zweckmäßig vorzusehendes Verdrehspiel des verriegelten Ritzels 5 ausgebildet werden. Bei vorhandenem Verdrehspiel liegt höchstens einer der Zähne 12 und 16 verbreiterten Zahn 10 oder auf dem Verriegelungsabschnitt 17 auf, während der andere Zahn ein geringes Spiel zu dem zugeordneten Verriegelungsabschnitt hat, jedoch kann das Verdrehspiel bzw. die Diffe­ renz der Höhen des verbreiterten Zahns 10 und des Verriegelungsabschnittes 17 so klein ge­ wählt werden, daß eine nahezu formschlüssige Verriegelung des Ritzels 5 erhalten wird.

Weiterhin können der verbreiterte Zahn und der Verriegelungsabschnitt auch anstelle der zur Zahnstangenachse parallelen Fläche eine zur Zahnstangenachse geneigte oder gewölbte Flä­ che bilden. So kann beispielsweise durch ein entgegen der verriegelnden Betätigungsrichtung, d. h. bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung nach rechts ansteigendes Profil des ver­ breiterten Zahns und des Verriegelungsabschnitts eine stetige Verkleinerung des Verdreh­ spiels durch Verschieben der Zahnstange in Betätigungsrichtung nach links erzielt werden. Die Endlage des Ritzels 5 kann damit immer spielfrei eingestellt werden. Ebenso kann ein in der verriegelnden Betätigungsrichtung, d. h. bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung nach links, ansteigendes Profil des verbreiterten Zahns 10 und des Verriegelungsabschnittes 17 vorgesehen werden, wodurch in der Endlage ein größeres Verdrehspiel vorliegen kann, als während des Verriegelungsvorgangs.

Zum Öffnen der Klappe 8 wird der Kolben 3' mit Hydraulikdruck beaufschlagt, wodurch zu­ nächst der Kolbenkörper 2 mit der Zahnstange 1 in Figur. 3 nach rechts verschoben wird, wobei der verbreiterte Zahn 10 und der Verriegelungsabschnitt 17 auf den Köpfen der Zähne 12 und 16 nach rechts gleiten, ohne daß hierbei das Ritzel verdreht wird. Bei der weiteren Verstellbewegung des Kolbenkörpers 2 kommt die rechte Flanke des verbreiterten Zahns 10 an dem Zahn 13 auf der anderen Seite der Zahnlücke zum Anliegen, während gleichzeitig der Zahn 12 vom verbreiterten Zahn 10 und der Zahn 16 vom Verriegelungsabschnitt 17 freigegeben wird. Hierdurch wird das Ritzel 5 verdreht und der Zahn 12 in die erste Zahnlücke der Zahn­ stange zwischen dem verbreiterten Zahn 10 und dem Zahn 20 bewegt, worauf bei der weite­ ren Verstellbewegung der Zahnstange 1 nach rechts das Ritzel 5 in die Offenstellung der Klappe gedreht wird, in der der gezahnte Abschnitt 22 der Zahnstange 1 das Ritzel 5 antreibt. Somit erfolgt nicht nur die Bewegung des Getriebes mittels der Zahnstange, sondern auch das Ver- und Entriegeln derselben.

Selbst wenn die Klappe 8 in der Schließstellung verklemmt sein sollte, kann diese ohne Pro­ bleme geöffnet werden, da die rechte Flanke des verbreiterten Zahns 10 an dem Zahn 13, der rechts neben der Zahnlücke 11 des Ritzels 5 angeordnet ist, zur Anlage kommt und bei weite­ rer Verschiebung der Zahnstange nach rechts das Ritzel angetrieben wird. Hierzu ist die Zahnlücke 11 des Ritzels passend zum verbreiterten Zahn 10 der Zahnstange geformt. Insbe­ sondere sind die Längen des Bodens der Zahnlücke 11 und der Fläche des Verriegelungsab­ schnitts 10 bis auf ein kleines Spiel gleich.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Offenstellung der Klappe 8 keine Verriegelung vorgesehen. Es ist aber auch möglich, in der Offenstellung eine entsprechende Verriegelung dadurch vorzusehen, daß an dem linken Ende der Zahnstange 1 spiegelsymmetrisch ein Verriegelungsabschnitt und ein verbreiterter Zahn vorgesehen wer­ den, von denen einer mit einer weiteren, nicht dargestellten Zahnlücke am Ritzel 5 und der andere mit einem entsprechenden Zahn am Ritzel 5 in der gleichen Art und Weise in Eingriff tritt, wie dies anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Entspricht der Abstand der verbrei­ terten Zähne dem effektiven Umfang des Ritzels, kann auch eine Zahnlücke 11 des Ritzels 5 mit beiden verbreiterten Zähnen zusammenarbeiten.

Durch das erfindungsgemäße Zahnstangengetriebe kann das Ritzel in vorbestimmten Winkel­ positionen arretiert werden. Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform in der Endstel­ lung bzw. Schließstellung der Klappe 8 verriegelt wird, ist auf die gleiche Weise eine Verrie­ gelung in einer anderen Winkelposition möglich, da eine gleichzeitige Verriegelung in beiden Drehrichtungen ermöglicht ist. Das erfindungsgemäße Zahnstangengetriebe ist daher nicht auf weitere Anschläge oder durch die zu betätigende Vorrichtung - wie im vorliegenden Fall die Klappe 8 - vorgegebene Endstellungen angewiesen.

Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauform möglich. Beispielsweise können der Verriegelungsabschnitt 17 und der verbreiterte Zahn 10 auch eine andere Form haben und als Nocken ausgebildet sein, die mit einem entsprechend geformten Nockenteil am Ritzel 5 derart in Eingriff treten, daß eine formschlüssige Verriegelung in der beschriebenen Weise erreicht wird, in der ein Zahn des Ritzels auf einem erhöhten Abschnitt bzw. einem Nockenabschnitt der Zahnstange zum Anliegen kommt und auf diesem Abschnitt etwas ver­ schoben wird, so daß eine Drehung des Ritzels zuverlässig verhindert wird. Es erfolgt eine Relativverschiebung zwischen einem Zahn des Ritzels, der nicht mehr mit der Zahnstange in Eingriff steht, und einem Nockenabschnitt 10 oder 17 der Zahnstange, wobei eine Drehung des Ritzels durch Anlage des Zahns am Nockenabschnitt blockiert wird.

Wie insbesondere in Fig. 5 zu sehen, kann es vorteilhaft sein, den linken, der Zahnlücke ab­ gewandten Übergang 19 zwischen Flanke und Rücken des verbreiterten Zahns 10 abzuschrä­ gen bzw. abzurunden. Hierdurch wird das Ritzel 5 allmählich in die Winkelposition verdreht, in der es anschließend verriegelt wird. Insbesondere bei einer schnellen Betätigung der Zahn­ stange 1 ist es vorteilhaft, einen möglichst glatten Übergang 19 vorzusehen, um einen guten Kontakt zwischen der Zahnflanke des Zahns 12 und dem verbreiterten Zahn 10 sicherzustel­ len. Durch die in Fig. 5 gezeigte Form des Übergangs 19 kann weicheres Gleiten in die Bloc­ kierstellung realisiert werden.

Ebenso hinsichtlich des glatten Eingriffs in die Verriegelungsstellung wie auch der Leicht­ gängigkeit kann es vorteilhaft sein, die Zähne 12 und 16 derart abzuflachen, daß diese in Ver­ riegelungsstellung mit einer Fläche 14 auf dem verbreiterten Zahn 10 und auf Verriegelungs­ abschnitt 17 aufliegen. Fig. 5 zeigt einen solcher Art abgeflachten Zahn 12 und einen nicht abgeflachten Zahn 16. Dennoch ist eine Abflachung am Zahn 16 ebenfalls entsprechend möglich und kann auf die gleiche Weise vorteilhaft wirken. Weiterhin vereinfacht die abge­ schrägte Flanke 19 und die Fläche 14 das Eingreifen des Zahns 12 beim Entriegeln.

Anstelle der Kolben 3, 3' kann auch eine andere Art einer Betätigungseinrichtung zum Ver­ schieben der Zahnstange vorgesehen werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer mechanischen Verriegelung an einem Zahnstan­ gengetriebe kann nicht nur für Schwenkantriebe und dergleichen, sondern auch für andere Geräte vorgesehen werden, bei denen es darauf ankommt, ein Zahnstangengetriebe in beiden Drehrichtungen zu verriegeln.

Claims (7)

1. Zahnstangengetriebe, insbesondere für den Schwenkantrieb von Absperrklappen und dergleichen, mit einem Ritzel (5), das mit einer Zahnstange (1) im Eingriff steht und mit einem zu verdrehenden Teil verbunden ist, wobei die Zahnstange durch eine Betä­ tigungseinrichtung zum Verdrehen des Ritzels verschiebbar ist und am Zahnstange­ nende einen verbreiterten Zahn (10) aufweist, der mit einer Zahlücke (11) am Ritzel (5) derart zusammen wirkt, daß eine Rückdrehung des Ritzels bei Erreichen der Ver­ riegelungsstellung verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem verbreiterten Zahn (10) ein Verriegelungsabschnitt (17) auf der Zahn­ stange (1) ausgebildet ist, an dem ein Zahn (16) des Ritzels zur Anlage kommt, wenn ein weiterer Zahn (12) des Ritzels an dem verbreiterten Zahn (10) zum Anliegen kommt.

2. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, wobei der Verriegelungsabschnitt (17) in Form einer Stufe an der Zahnstange (1) ausgebildet ist.

3. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem verbreiterten Zahn (10) und dem Verriegelungsabschnitt (17) eine Ausnehmung (18) in der Zahnstange (1) angebracht ist.

4. Zahnstangengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verbrei­ terte Zahn (10) einen Übergang (19) zwischen der dem Verriegelungsabschnitt (17) entgegengesetzten Flanke und Rücken (21) aufweist, welcher abgeschrägt oder abge­ rundet ist.

5. Zahnstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Zahn (12) des Ritzels eine Abflachung (14) angebracht ist, die in der Verrie­ gelungsstellung auf dem verbreiterten Zahn (10) anliegt.

6. Zahnstangengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahnstan­ ge (1) sich in mindestens einer Betätigungsrichtung an einen Anschlag (15) bewegt und in dieser Lage der Zahnstange (1) der Verriegelungsabschnitt (17) mit dem Zahn (16) des Ritzels (5) in Eingriff steht.

7. Zahnstangengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Betäti­ gungseinrichtung Kolben (3, 3') an den Enden der in einem hydraulischen Zylinder (4) eingesetzten Zahnstange (1) vorgesehen sind.