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Zahnradeingriffseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Zahnradausrichtungseinrichtung,
insbesondere eine Einrichtung, die ein Ritzel oder Zahnrad während dessen Bewegung
so ausrichten kann, daß dessen Zähne sich in der richtigen Lage zu einer Zahnstange
oder einem anderen Zahnrad, in die bzw. das ein Eingriff erfolgen soll, liegen,
damit das Zahnrad stoßfrei einläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mögliches Aufeinanderstoßen
und eine Beschädigung von Zahnradzähnen zu verhindern, wenn zwei verzahnte Elemente,
von denen das eine stationär wie eine Zahnstange ist, während das andere sich in
Bewegung wie ein rotierendes Ritzel befindet, in Eingriff treten.
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Die Schwierigkeit der Ausrichtung eines sich geradlinig bewegenden,
drehenden Ritzels zu einer stationären Zahnstange tritt in Systemen auf, in denen
ein schienengeführtes Fahrzeug verwendet wird, das mindestens zwei Antriebe hat,
von denen einer eine Zahnstange und ein Ritzel aufweist, die nur während eines Teils
der Fahrzeugbewegung in Eingriff sind. Zum Beispiel kann das Fahrzeug einen Friktionsantrieb
auf einem horizontalen Abschnitt der Schiene und einen formschlüssigen Antrieb wie
zwischen Zahnstange und Ritzel zur Bewegung des Fahrzeugs auf einem geneigten
oder
vertikalen Abschnitt der Schiene oder Bahn haben. In einem derartigen Fall wird
der Ubergang vom Friktionsantrieb in horizontaler Richtung auf den formschlüssigen
Antrieb in vertikaler Richtung vorzugsweise ohne Anhalten des Fahrzeugs vorgenommen.
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Aus diesem Grund muß das Ritzel rotieren, während das Fahrzeug vom
Friktionsantrieb angetrieben wird, und richtig zu der Zahnstange ausgerichtet sein,
um ein Aufeinanderstoßen von Ritzel und Zahnstange zu vermeiden, wenn beide in Eingriff
kommen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zahnradeingriffseinrichtung
anzugeben, die ein Aufeinanderstoßen verhindert, wenn die Zahnräder in Eingriff
treten. Ferner soll eine Zahnradeingriffseinrichtung angegeben werden, die sich
bewegende Zahnräder für einen glatten, stoßfreien Eingriff in die stationären Zahnräder
ausrichtet. Ferner soll eine Einrichtung zum glatten Kämmen eines Zahnstangenantriebs
angegeben werden, die das Ritzel ausrichtet, während es rotiert und sich zu einer
Zahn stange bewegt, so daß das Ritzel und die Zahnstange glatt und stoßfrei in Eingriff
treten. Ferner soll eine Einrichtungzum glatten Eingreifen eines Zahnstangenantriebs
angegeben werden, so daß die gradlinige Bewegung des rotierenden Ritzels nicht unterbrochen
werden muß, um das Ritzel für einen glatten, stoßfreien Eingriff in eine Zahnstange
auszurichten. Ferner soll eine Einrichtung zum glatten Eingreifen eines Zahnstangenantriebs
für schiene nge führte Fahrzeuge angegeben werden, so daß das Fahrzeug einen Übergang
von Friktionsantrieb auf einen formschlüssigen Zahnstangenantrieb ohne Anhalten
durchmachen kann.Schließlich soll eine Einrichtung zum glatten Eingreifen eines
Zahnstangenantriebs für schienengeführte Fahrzeuge angegeben werden, die einen Übergang
von einem horizontalen Friktionsantrieb auf einen vertikalen Zahnstangenantrieb
ohne Anhalten der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erlaubt.
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-Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat ein federnd mit einer Antriebswelle
gekuppeltes Ritzel, das durch die Welle in Eingriff in eine Zahnstange getragen-wird.
Eine federbelastete Rolle, die mit dem Ritzel kämmen kann und sich in einem Abstand
gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Zahnteilung von der
Zahnstange
befindet sowie in der Bahn des Ritzels angeordnet ist, greift an dem Ritzel an und
dreht es relativ zu der Antriebswelle gegen die Federkupplung, um das Ritzel zu
der Zahnstange auszurichten, so daß die Ritzelzähne die richtige Lage einnehmen,
um glatt in die Zahnstange einzulaufen. Eine formschlüssige Antriebsklaue, die auch
von der Antriebswelle getragen ist, greift dann in das Ritzel ein und treibt es
über die Zahnstange an.
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Gemäß der Erfindung wird ein schienengeführtes Fahrzeug horizontal
durch ein Antriebsrad angetrieben, das reibungsschiüssig in den horizontalen Abschnitt
einer Einschienenbahnschiene eingreift. Ein Antriebsritzel, das drehbar auf der
Friktionsradantriebswelle gelagert ist, ist federnd mit der Antriebswelle gekuppelt,
so daß das Ritzel während der horizontalen Bewegung sich im Leerlauf befindet. Kurz
vor Erreichen des formschlüssigen oder vertikalen Antriebs greift eine Feder montierte
Rolle am Anfang der Zahnstange in das Ritzel ein und dreht das Ritzel entweder im
Uhrzeiger- oder im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Antriebswelle und gegen die federnde
Kupplung, bis das Ritzel die richtige Lage eingenommen hat, um glatt in die Zahnstange
einzulaufen. Die Rolle hält dann das Ritzel in dieser richtigen Lage, während die
Antriebswelle weiter rotiert, so daß die federnde Kupplung zusammengedrückt wird,
bis eine von der Welle getragene Antriebsklaue in das Ritzel eingreift und über
die Zahnstange antreibt.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es
zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Friktions- und formschlüssigen
Antriebsmechanismus gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Ansicht entlang Linie 2-2 von
Fig. 1; Fig. 3 eine schematische Ansicht des Betriebs der Zahnradeingriffseinrichtung
gemäß der Erfindung; und Fig. 4 eine Ansicht, aus der die richtige Ausrichtung des
Zahnrads durch die Zahnradeingriffseinrichtung gemäß der Erfindung für ein glattes
Einlaufen in eine Zahnstange ersichtlich ist.
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In Fig. 1 und 2 ist eine Antriebseinheit 10 abgebildet, die sowohl
einen Friktions- als auch einen formschlüssigen Antrieb hat. Eine derartige Antriebseinheit
kann zum Antreiben schienengeführter Fahrzeuge wie Einschienenbahnen verwendet werden,
bei denen die schienengeführten Fahrzeuge sowohl vertikal als auch horizontal bewegt
werden. Die Antriebseinheit 10 ist auf einem (nicht abgebildeten) ghienengeführten
Fahrzeug montiert und bewegt sich entlang einer Schiene 11, die einen Friktionsantriebsabschnitt
14 und einen formschlüssigen Antriebsabschnitt oder eine Zahnstange 16 (Fig. 4)
hat. Die Antriebseinheit 10 hat eine Welle 12, die durch einen (nicht abgebildeten)
Antrieb gedreht wird, der von dem Fahrzeug getragen ist, ein für den formschlüssigen
Antrieb vorgesehenes Ritzel 18, das drehbar auf der Welle gelagert ist, sowie ein
für den Friktionsantrieb vorgesehenes Rad 20 und einen Antriebsring 22, die beide
mit der Welle verkeilt sind.
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Von einer Fläche 24 des Antriebsrings verlaufen insgesamt parallel
zur Achse der Welle 12 eine Antriebsklaue 26 und ein 0 Federsitz 28, wobei die Klaue
und der Sitz etwa um 180 gegeneinander versetzt sind. Das Ritzel 18 ist mit zwei
gekrümmten Schlitzen 30 und 32 versehen, die sich durch das Ritzel 18 erstrecken,
um die Antriebsklaue 26 bzw. den Federsitz 28 aufzunehmen. Zwei Federn 34 und 36-befinden
sich im Schlitz 32, wobei beide Federn sich jeweils an einer Seite des Federsitzes
28 befinden, so daß der Federsitz von den Ende38 und 40 des gekrümmten Schlitzes
32 weg vorgespannt ist (Fig. 1).
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Gemäß Fig. 1 bilden der Federsitz 28 und die Federn 34 und 36 eine
federnde Kupplung, die die Antriebswelle 12 mit dem Ritzel -18 verbindet. Daher
ist während des Antriebs durch den Friktionsantrieb, wenn das Friktionsrad 20 in
Anlage an dem für den Friktionsantrieb vorgesehenen Schienenabschnitt 14 ist, das
Ritzel unbewegt und im Leerlauf, das heißt, von der Welle 12 wird ein Drehmoment
über den Antriebsring 22, den Federsitz 28 und die Federn 34 und 36 auf das Ritzel
18 übertragen, um eine
gleichzeitige Drehung von Welle und Ritzel
zu erzeugen. In diesem Leerlaufzustand befindet sich der Federsitz 28 ungefähr in
der Mitte des Schlitzes 32, der seinerseits die Klaue 26 ungefähr in der Mitte des
Schlitzes 30 anordnet. Es ist jedoch ersichtlich, daß wegen der Länge der gekrümmten
Schlitze 30 und 32 das Ritzel 18 sich um fast 1800 gegen die Welle 12 einfach durch
Zusammendrücken einer der beiden Federn 34 und 36 drehen kann, wobei die Grenze
der Drehung durch die Anlage der Klinke 26 an die Enden des gekrümmten Schlitzes
30 festgelegt ist.
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In Fig. 4 bildet der abgebildete Abschnitt der Schiene 11 den Einlauf
in den formschlüssigen Antriebsabschnitt der Schiene.
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Gemäß Fig. 4 hat der formschlüssige Antriebsabschnitt 14 der Schiene
einen verjüngten Endabschnitt 42, so daß das Friktionsantriebsrad 20 nicht die Schiene
11 während des Antriebs durch den formschlüssigen Antrieb berührt, wenn das Ritzel
18 mit der Zahnstange 16 kämmt.
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In unmittelbarer Nähe, aber vor der Zahnstange 16 befindet sich eine
Zahnradausrichtungseinrichtung 50, die eine Klaue 52, die an der Schiene 11 angelenkt
ist, und eine Schraubenfeder 54 hat. Die Feder 54, die stärker als die Federn 34
und 36 ist, verläuft zwischen der Klinke 52 und einem Stift 56, der an der Schiene
11 befestigt ist, um einen Arm 58 der Klinke in Eingriff in die Bewegungsbahn des
Ritzels 18 zu halten. Der Klinkenarm 58 ist so dimensioniert, daß er in den Zahnzwischenraum
60 zwischen aufeinanderfolgenden Ritzelzähnen eingreift, und die Ausrichtung oder
der Zwischenraum zwischen dem Klinkenarm 58 und der Zahnstange 16 ist ein ganzzahliges
Vielfaches der Zahnteilung, so daß bei Eingreifen des Arms 58 in den Zwischenraum
60 das Zahnrad sich in einer Lage befindet, in der es glatt in die Zahnstange 16
einläuft. Wenn jedoch ein Stoß zwischen den Zähnen des Ritzels und dem Arm 58 auftritt,
laufen die Ritzel zähne nicht glatt in die Zahnstange ein, sondern stoßen gegen
die Zahnstangenzähne, so daß entweder das Ritzel oder die Zahnstange oder beide
beschädigt werden können. In diesem Fall kann die Zahnradausrichtungseinrichtung
50 das Ritzel neu ausrichten, damit die Ritzelzähne
glatt in die
Zahnstange einlaufen.
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Zur Erläuterung des Betriebs der Zahnradeingriffseinrichtung gemäß
der Erfindung soll angenommen werden, daß die Antriebseinheit 10 sich im Friktionsantriebszustand
befindet und sich der Zahnstange 16 wie in Fig. 3 und 4 zur Vorbereitung des uebergangs
in den formschlüssigen Antriebszustand nähert. Die Friktionsantriebswelle 12, die
mit dem Friktionsantriebsrad 20 verkeilt ist, überträgt ein Drehmoment direkt auf
die Räder, um die Räder im Uhrzeigersinn zur Bewegung der Antriebseinheit von links
nach rechts in Fig. 3 und 4 zu drehen. Die Welle 12 dreht auch ein Ritzel 18 im
Uhrzeigersinn über die federnde Kupplung mit dem Federsitz 28 des Antriebsrings
22 und den Federn 34 und 36. Da das Ritzel 18 nicht belastet ist, befindet es sich
ML Friktlonsantriebszustand im Leerlauf, und der Federsitz 28 bleibt ungefähr in
der Mitte des gekrümmten Schlitzes 32, was aus Fig. 1 ersichtlich ist. Der Friktionsantrieb
bleibt in Eingriff, um das Ritzel 18 in die Zahnstange 16 einlaufen zu lassen, wonach
der Friktionsantrieb wegen der Verjüngung der Friktionsfläche bei 42 außer Eingriff
kommt, so daß das Ritzel in noch zu schildernder Weise formschlüssig entlang der
Zahnstange angetrieben wird.
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Bei Erreichen des formschlüssigen Antriebsabschnitts ist es sehr
wahrscheinlich, daß das Ritzel 18 sich nicht in einer Lage für einen glatten Einlauf
in die Zahnstange 16 befindet.
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18 Zum Beispiel nimmt das Ritzel, wie schematisch in Fig. 3 abgebildet
ist, die Lage A ein, so daß das Ritzel auf die Zähne der Zahnstange 16 stoßen würde,
wie durch die Strichlinie A1 dargestellt ist. Da jedoch das Ritzel 18 nicht richtig
zu den Zähnen der Zahnstange 16 ausgerichtet ist, berühren die Zähne des Ritzels
18 den Arm 58 der federbelasteten Klinke 52, wie in Strichlinie bei B1 abgebildet
ist, bevor das Ritzel in die Zahnstange einläuft. Diese Anlage zwischen den Ritzelzähnen
und dem Arm 58 bewirkt erstens, daß die Klinke gegen die Vorspannung der Feder 54
verschwenkt wird, um den Arm 58 in eine niedergedrückte Lage außerhalb der Bewegungsbahn
des Ritzels zu bewegen. Die weitere gradlinige Bewegung und Drehung im Uhrzeigersinn
des
Ritzels in eine Lage C bringt den niedergedrückten Klinkenarm
58 in Anlage an die Seite des Ritzelzahns, wie in Strichlinie bei C1 abgebildet
ist. Da, wie bereits erwähnt, die Feder 54 stärker als jede der Federn 34 und 36
ist, werden der Arm 58 und daher die Klinke 52 in eine normale Lage durch die Vorspannung
der Feder 54 zurückgedrückt. Bei der Rückbewegung in eine normale Lage durch die
Einwirkung der Feder 54 bewirkt der an der Seite des Ritzelzahns anliegende Klinkenarm
58, daß das Ritzel 18 im Uhrzeigersinn relativ zur Welle 12 gegen die Vorspannung
der Feder 36 gedreht wird, bis der Klinkenarm 58 in dem Zahnzwischenraum 60 zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Ritzelzähnen sitzt, was aus Fig. 4 ersichtlich ist.
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Wie bereits erwähnt, ist die Ausrichtung zwischen dem Klinkenarm
58 und der Zahnstange 16 so vorgenommen, daß bei Eingriff des Arms in den Zwischenraum
60 das Ritzel 18 richtig für einen glatten Einlauf in die Zahnstange ausgerichtet
ist.
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Daher wird durch Drehung des Ritzels 18 und durch Eingriff des Klinkenarms
58 in den Zwischenraum 60 das Ritzel so ausgerichtet, daß es glatt in die Zahnstange
einläuft.
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Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei Eingriff destKlinkenarms 58 in
den Zwischenraum 60 die Vor spannung der Feder54, die auf den Arm einwirkt, eine
gradlinige Bewegung des Ritzels erlaubt, aber eine Mitdrehung des Ritzels mit der
Welle 12 verhindert und das Ritzel in dieser richtig ausgerichteten Lage hält, bis
die Antriebsklaue 26, die vom Antriebsring 22 getragen wird, durch die Welle 12
in Anlage an das Ende 62 des gekrümmten Schlitzes 30 gedreht wird. Die Anlage der
Antriebsklaue 26 an dem Ende des gekrümmten Schlitzes 30 stellt eine formschlüssige
Verbindung vom (nicht abgebildeten) Antrieb über die Welle 12, den Antriebsring
22, die Antriebsklaue 26 und das Ritzel 18 her, so daß das Ritzel jetzt entlang
der Zahnstange 16 angetrieben werden kann.
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Es ist daher ersichtlich, daß durch die Erfindung die oben angegebene
Aufgabe gelöst wird, nämlich eine Zahnradeingriffseinrichtung
anzugeben,
die schnell und wirksam ein Ritzel oder ein Zahnrad ausrichtet, wenn es sich bewegt,
so daß seine Zähne die richtige Lage einnehmen, um glatt in eine Zahnstange oder
ein stationäres Zahnrad einzulaufen.
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Obwohl der Betrieb der Zahnradeingriffseinrichtung gemäß der Erfindung
für eine Uhrzeigersinndrehung des Ritzels 18 beschrieben worden ist, ist ersichtlich,
daß das Ritzel 18 eine Drehung sowohl im Gegenuhrzeigersinn als auch im Uhrzeigersinn
relativ zur Welle 12 gegen die Vorspannung der Feder 34 bzw. 36 erfahren kann, was
von der Anfangsstelle der Berührung zwischen den Zähnen des Zahnrads 18 und der
federbelasteten Klinke 52 abhängt.
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Patentansprüche