DE202009016087U1

DE202009016087U1 - Rack with improved rigidity

Info

Publication number: DE202009016087U1
Application number: DE200920016087
Authority: DE
Original assignee: Atlanta Antriebssysteme e Seidenspinner GmbH and Co KG
Current assignee: Atlanta Antriebssysteme e Seidenspinner GmbH and Co KG
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: DE102010035652B4; DE102010035652A1

Abstract

Zahnstange (10) aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten und vorzugsweise miteinander verbundenen Zahnstangenelementen (12, 14) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Zahnstangenelemente (12, 14) in einer Aufspannung gemeinsam geschliffen werden.Rack (10) consists of at least two juxtaposed and preferably interconnected rack elements (12, 14), characterized in that the at least two rack elements (12, 14) are ground together in one setting.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Zahnstangenantrieb nach dem Oberbegriff des entsprechenden nebengeordneten Anspruchs. Bei einem Zahnstangenantrieb kämmen die Zähne eines Ritzels mit den Zähnen einer Zahnstange. Zahnstange und Ritzel sind üblicherweise Normteile, die mit hoher Präzision und gleichzeitig sehr wirtschaftlich hergestellt werden können. Solche Zahnstangen sind bekannt und werden zum Beispiel von der Anmelderin hergestellt.The The invention relates to a rack according to the preamble of claim 1 and a rack drive according to the preamble of the corresponding sibling claim. Comb with a rack drive the teeth of a pinion with the teeth of a rack. Rack and pinion are usually standard parts that with high precision and at the same time very economical can be produced. Such racks are known and are made, for example, by the Applicant.

Drehmoment- bzw. drehzahlgeregelte Linearantriebe, zu denen auch die oben beschriebenen Zahnstangenantriebe zählen, sind einfacher und besser zu regeln, wenn die Steifigkeit aller im Regelkreis befindlichen Antriebskomponenten bekannt und konstant ist. Die Zahneingriffe von Zahnstange und Ritzel haben dabei im Normalfall keine konstante Zahnfedersteifigkeit, was sich nachteilig auf die Regelgüte des Linearantriebs auswirkt.torque or speed-controlled linear drives, which include the rack drives described above counting, are easier and better to regulate when the stiffness all known in the control circuit drive components known and constant is. The meshing of rack and pinion have it in the Normally no constant tooth spring stiffness, which is disadvantageous affects the control quality of the linear drive.

In der einschlägigen Literatur, wie zum Beispiel der DIN 3960 , sind die Grundlagen über die sich verändernden Zahneingriffe entlang einer Zahneingriffslinie von Zahnstangenantrieben beschrieben und auch die Parameter bekannt, mit denen Verbesserungen, insbesondere im Lastverhalten, vorgenommen werden können. Für einen schrägverzahnten Zahnstangenantrieb mit einem vorgegebenen Schrägungswinkel kann bspw. das Lastverhalten über die Veränderung der Zahnbreite verbessert werden.In the relevant literature, such as the DIN 3960 , the fundamentals of the changing tooth meshes along a meshing line of rack drives are described and also the parameters with which improvements, in particular in the load behavior, can be made. For a helical rack drive with a predetermined helix angle, for example, the load behavior on the change of the tooth width can be improved.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Zahnstange mit verbesserter Steifigkeit für einen kostengünstigen Zahnstangenantrieb mit verbessertem Betriebsverhalten bereitzustellen.task The invention is to provide a cost-effective rack improved rigidity for a cost effective To provide rack drive with improved performance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Zahnstange aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen Zahnstangenelementen besteht und damit eine Einheit bildet. Die Nebeneinander angeordneten Zahnstangenelemente sind dabei vorzugsweise handelsübliche, in Serie hergestellte Zahnstangen.These The object is achieved according to the invention that the rack of at least two arranged side by side and interconnected rack elements and thus forms a unity. The juxtaposed rack elements are preferably commercially available, mass-produced Racks.

Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, das Lastverhalten der Zahnstange dadurch zu verbessern, dass die Zahnbreite der vom Ritzel eingreifenden Zähne vergrößert wird. Anstatt dies durch eine einstückige „Sonderzahnstange” mit vergrößerter Breite zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwei Standard-Zahnstangen nebeneinander anzuordnen und miteinander zu einer Einheit zu verbinden. Dies kann beispielsweise durch Stifte und/oder Schrauben erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise die gewünschte Steifigkeit erreicht werden kann und gleichzeitig die Herstellungs-Kosten deutlich reduziert werden können. Auch ist die Nachrüstung bestehender Zahnstangenantriebe mit einer erfindungsgemäßen Zahnstange oft möglich.Of the Invention is based on the idea of the load behavior of the rack to improve that the tooth width of the pinion engaging Teeth is enlarged. Instead of this through a one-piece "special rack" with To achieve increased width is proposed according to the invention, two standard racks side by side and with each other to connect to a unit. This can be done for example by pins and / or Screwing done. It has been shown that in this way the desired rigidity can be achieved and at the same time the manufacturing costs can be significantly reduced. Also is the retrofitting of existing rack drives with a rack according to the invention often possible.

Die Zahnbreite des mit der erfindungsgemäßen Zahnstange kämmenden Ritzels muss natürlich der vergrößerten Zahnbreite der erfindungsgenmäßen Zahnstange angepasst sein. Dies führt insgesamt zu einem verbesserten Regelungsverhalten des gesamten Zahnstangenantriebs und damit zu einer erhöhten Positioniergenauigkeit.The Tooth width of the rack according to the invention Of course, the meshing pinion needs to be enlarged Tooth width of erfindungsgenmäßen rack adapted be. Overall, this leads to an improved control behavior of the entire rack and pinion drive and thus to an increased Positioning accuracy.

Unabhängig von der optimierten Federsteifigkeit kann mit einer größeren Zahnbreite natürlich auch ein größeres Drehmoment bzw. eine größere Antriebskraft auf die Zahnstange übertragen werden. Bei einer Verwendung von bspw. zwei Zahnstangenelementen kann die Last in etwa verdoppelt werden. Dies ist besonders vorteilhaft für Verspannungsritzel, bei der die Verzahnung durch zwei parallel, aber minimal axial versetzt angeordnete Ritzel vorgespannt wird und dadurch in der Regel nur die Hälfte der Zahnbreite zur Drehmomentübertragung verwendet werden kann.Independently from the optimized spring stiffness can with a larger Tooth width, of course, a larger one Torque or a larger driving force the rack are transmitted. When used for example, two rack elements, the load can be approximately doubled become. This is particularly advantageous for tension pinion, at the toothing by two parallel, but minimal axially offset arranged sprocket is biased and thereby usually only half the tooth width for torque transmission can be used.

In vielen Anwendungsfällen ist es Vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Zahnstangenelemente mittels einer Schraub- und/oder einer Stiftverbindung lösbar miteinander verbunden sind und dass die Zähne der mindestens zwei Zahnstangenelemente in einer bevorzugten Ausgestaltung miteinander fluchten. Damit bildet die Zahnstangenanordnung eine Einheit, die zusammen am Einsatzort befestigt werden kann. Ein gesondertes Ausrichten oder Einstellen der beiden Zahnstangenelemente vor Ort ist nicht erforderlich. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Zahnstangenelemente erst am Einbauort miteinander zu verbinden.In Many applications, it is advantageous if the at least two rack elements by means of a screw and / or a pin connection solvable are connected to each other and that the teeth of at least two rack elements in a preferred embodiment with each other aligned. Thus, the rack assembly forms a unit that can be fastened together at the place of use. A separate alignment or adjusting the two rack elements on site is not required. However, it is also possible, the two rack elements to connect with each other at the installation site.

Durch die Schraub- und/oder Stiftverbindung kann eine gute Präzision in der Anordnung der Zähne zueinander sichergestellt werden. Außerdem können sich die Zahnstangenelemente während des Betriebs nicht gegeneinander verschieben. Bei einer Anwendung des Zahnstangenantriebs als Verspannungsritzel, brauchen die Zähne der Zahnstangenelemente nicht miteinander zu fluchten. Dabei kann die Verzahnung als Geradverzahnung ausgebildet sein; bevorzugt ist jedoch eine schräge Anordnung der Zähne, die die Eingriffsfläche des Ritzels auf der Zahnstange vorteilhafterweise vergrößert und die Laufruhe des Zahnstangenantriebs steigert. Außerdem wird annähernd die gleiche Flankenrichtungsabweichung wie bei einer gleich breiten Einzelzahnstange erreicht.By the screw and / or pin connection can be a good precision be ensured in the arrangement of the teeth to each other. In addition, the rack elements during of the farm do not move against each other. In one application the rack drive as Verspannritzel need the teeth the rack elements do not align with each other. It can the toothing be designed as a straight toothing; is preferred however, an oblique arrangement of the teeth that the Engagement surface of the pinion on the rack advantageously increased and the smoothness of the rack and pinion drive increases. In addition, it will be approximately the same Flank direction deviation as with an equally wide single rack reached.

Weiter ist vorteilhaft, dass die Oberflächen der Zähne gehärtet sind. Dies vermindert den Verschleiß der Zähne. Nach dem Härten werden die Zahnstangenelemente miteinander verbunden und anschließend, falls notwendig, gemeinsam geschliffen. Dadurch wird die gleiche Präzision der Verzahnung wie bei einer einstückigen Sonder-Zahnstange erreicht.It is also advantageous that the surfaces of the teeth are hardened. This reduces the Ver wear of the teeth. After curing, the rack elements are connected together and then, if necessary, ground together. As a result, the same precision of the teeth is achieved as with a one-piece special rack.

Dabei ist es alternativ möglich, die Zahnstangenelemente vor dem Schleifen miteinander zu verbinden oder die Zahnstangenelemente in einer Aufspannung zu Schleifen, ohne sie vorher zu verbinden. Dabei ist darauf zu achten ist, dass die Bohrbilder beider Zahnstangenelemente miteinander fluchten, so dass die Zahnstangenelemente beim Befestigen an einer Maschine, das heißt am Einsatzort, zu einer erfindungsgemäßen Zahnstange zusammengefügt werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.there it is alternatively possible, the rack elements before the grinding or the rack elements Grinding in one step without first connecting them. It is important to ensure that the drilling patterns of both rack elements aligned with each other, so that the rack elements when attaching on a machine, that is at the place of use, to an inventive Rack are joined together. Further advantages result from the description below and the attached figures.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:One Embodiment of the invention is shown in the figures and will be explained in more detail in the following description. In each case, in schematic form:

1 zwei nebeneinander angeordnete Zahnstangenelemente in einer Seitenansicht; 1 two side-by-side rack elements in a side view;

2 die zwei nebeneinander angeordneten Zahnstangenelemente von 1 in einer Draufsicht; 2 the two adjacent rack elements of 1 in a plan view;

3 ein Schnitt A-A aus 2; 3 a cut AA 2 ;

4 ein Schnitt B-B aus 2; 4 a cut BB off 2 ;

5 ein Schnitt C-C aus 2 mit einer eingesetzten Befestigungsschraube; 5 a cut CC off 2 with an inserted fastening screw;

6 ein Schnitt D-D aus 2 mit einem eingesetzten Passstift; 6 a cut DD off 2 with an inserted dowel pin;

7 eine Darstellung einer Einbausituation einer Befestigungsschraube im Schnitt B-B aus 4; 7 an illustration of an installation situation of a fastening screw in the section BB 4 ;

8 eine Darstellung einer Einbausituation einer Befestigungsschraube im Schnitt C-C aus 5; 8th a representation of an installation situation of a fastening screw in the section CC 5 ;

9 ein Diagramm mit einer Darstellung der Zahnsteifigkeit bei einer einteiligen Zahnstange; und 9 a diagram showing a tooth stiffness in a one-piece rack; and

10 ein Diagramm mit einer Darstellung der Zahnsteifigkeit bei einer zweiteiligen Zahnstange. 10 a diagram showing a tooth stiffness in a two-piece rack.

Die 1 und 2 zeigen zwei Zahnstangenelemente 12 und 14 in einer Seitenansicht (1) und in einer Draufsicht (2). Die Zahnstangenelemente 12 und 14 sind nebeneinander angeordnet und miteinander lösbar verbunden. Beide Zahnstangenelemente 12 und 14 bilden eine Zahnstange 10.The 1 and 2 show two rack elements 12 and 14 in a side view ( 1 ) and in a plan view ( 2 ). The rack elements 12 and 14 are arranged side by side and releasably connected. Both rack elements 12 and 14 form a rack 10 ,

In den 3 bis 6 sind verschiedene Bohrungen in der Zahnstange 10 in einem Querschnitt dargestellt. Das mit den Zähnen der Zahnstange 10 kämmende Ritzel für einen Zahnstangenantrieb ist in den Figuren nicht dargestellt.In the 3 to 6 are different holes in the rack 10 shown in a cross section. That with the teeth of the rack 10 meshing pinion for a rack drive is not shown in the figures.

Die Zahnstange 10 weist drei unterschiedlich ausgebildete Bohrungen auf. Mit den Bezugszeichen 16 und 30 wird ein erster Bohrungstyp gekennzeichnet. Dies sind Durchgangsbohrungen, die auch gerieben sein können (vgl. auch 3 und 6). Diese Bohrungen 16, 30 dienen zum Verstiften der Zahnstangenelemente 12 und 14 oder zum Fixieren der erfindungsgemäßen Zahnstange 10 an einer Maschine (nicht dargestellt) mit Hilfe von Passstiften. 6 zeigt beispielhaft einen eingesetzten Passstift 32 zum Verbinden beziehungsweise gegenseitigen Positionieren der Zahnstangenelemente 12 und 14.The rack 10 has three differently shaped holes. With the reference numerals 16 and 30 a first hole type is marked. These are through holes, which can also be rubbed (see also 3 and 6 ). These holes 16 . 30 serve for pinning the rack elements 12 and 14 or for fixing the rack according to the invention 10 on a machine (not shown) by means of dowel pins. 6 shows an example of a dowel pin used 32 for connecting or mutual positioning of the rack elements 12 and 14 ,

Mit dem Bezugszeichen 18 wird ein zweiter Bohrungstyp gekennzeichnet. Dieser weist Durchgangsbohrungen mit einer Ansenkung 20 zum Einsetzen einer versenkbaren Schraube, z. B. einer Inbusschraube 22, auf (vgl. auch 4). Die Bohrungen 18 dienen zur Befestigung der Zahnstange 10 an einer Maschine 24 (siehe 7) mit Hilfe der Inbusschraube 22, deren Länge größer als die Breite der Zahnstange 10 ist. Zum Befestigen der Zahnstange 10 weist die Werkzeugmaschine jeweils ein Gewinde zum Eindrehen der Inbusschraube 22 auf.With the reference number 18 a second type of bore is indicated. This has through holes with a countersink 20 for inserting a retractable screw, z. B. an Allen screw 22 , on (see also 4 ). The holes 18 serve for fixing the rack 10 on a machine 24 (please refer 7 ) using the Allen screw 22 whose length is greater than the width of the rack 10 is. To attach the rack 10 the machine tool each has a thread for screwing the Allen screw 22 on.

Wenn die Zahnstangenelemente 12 und 14 gleich breit sind, verdoppelt sich die Zahnbreite der Zahnstange 10 durch das Verbinden der beiden Zahnstangenelemente 12 und 14. Allerdings können auch unterschiedlich breite Zahnstangenelemente 12 und 14 zu einer erfindungsgemäßen Zahnstange 10 verbunden werden. In den 5 und 8 wird dargestellt, wie die Zahnstangenelemente 12 und 14 mit einem dritten Bohrungstyp 26 zu einer erfindungsgemäßen Zahnstange 10 mit vergrößerter Zahnbreite verschraubt werden. Diese Verschraubung kann zusätzlich oder alternativ zu einer Stiftverbindung (siehe 3 und 6) erfolgen.When the rack elements 12 and 14 are the same width doubles the tooth width of the rack 10 by connecting the two rack elements 12 and 14 , However, also different width rack elements 12 and 14 to a rack according to the invention 10 get connected. In the 5 and 8th is shown as the rack elements 12 and 14 with a third hole type 26 to a rack according to the invention 10 be screwed with enlarged tooth width. This gland can additionally or alternatively to a pin connection (see 3 and 6 ) respectively.

Dazu weist das Zahnstangenelement 12 eine Durchgangsbohrung mit einer Ansenkung (gemäß der Beschreibung zum Bohrungstyp 20) zum Einsetzen einer Inbusschraube 28 auf. Zum Verbinden des Zahnstangenelements 12 mit dem Zahnstangenelement 14 weist das Zahnstangenelement 14 eine Gewindebohrung für die Inbusschraube 28 auf. Das bedeutet, dass die Inbusschraube 28 in ihrer Länge kleiner als die beiden aneinanderliegenden Zahnstangenelemente 12 und 14 ist.For this purpose, the rack element 12 a through hole with a countersink (as described for hole type 20 ) for inserting an Allen screw 28 on. To the verbin the rack element 12 with the rack element 14 has the rack element 14 a threaded hole for the Allen screw 28 on. That means the Allen screw 28 smaller in length than the two adjacent rack members 12 and 14 is.

8 zeigt die Einbausituation der Zahnstange 10. Die Bohrungen 16, 18, 20, 26, und 30 wiederholen sich über die gesamte Länge der Zahnstange 10 vorteilhafterweise im gleichen Abstand mehrfach. 8th shows the installation situation of the rack 10 , The holes 16 . 18 . 20 . 26 , and 30 Repeat over the entire length of the rack 10 advantageously at the same distance several times.

9 zeigt ein Diagramm mit der Darstellung einer gemessenen Zahnsteifigkeit ZS über einen Drehweg S bei drei unterschiedlichen Drehmomenten des Ritzels bei Verwendung einer einzigen Zahnstange 12 oder 14 im Zahnstangenantrieb. Die 10 zeigt ein Diagramm mit der Darstellung einer gemessenen Zahnsteifigkeit ZS über den Drehweg S bei drei unterschiedlichen Drehmomenten bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zahnstange 10 im Zahnstangenantrieb. 9 shows a diagram showing a measured tooth stiffness ZS over a rotational path S at three different torques of the pinion when using a single rack 12 or 14 in the rack drive. The 10 shows a diagram showing a measured tooth stiffness ZS on the rotational path S at three different torques when using the rack according to the invention 10 in the rack drive.

Dabei zeigt eine Kurve 34 in 9 und 10 jeweils einen Verlauf der Zahnsteifigkeit ZS über eine Umdrehung des Ritzels bei einem vergleichsweise hohen Drehmoment, die Kurve 36 zeigt jeweils den Verlauf der Zahnsteifigkeit ZS bei einem vergleichsweise niedrigen Drehmoment. Die Charakteristiken der Kurven 34 und 36 sind innerhalb der Anwendung einer einzigen Zahnstange 12 oder 14, sowie bei Anwendung der erfindungsgemäßen Zahnstange 10 jeweils nahezu identisch. Lediglich die Werte für die Zahnsteifigkeit ZS variieren in der Größe.This shows a curve 34 in 9 and 10 each a course of the tooth stiffness ZS over a revolution of the pinion at a comparatively high torque, the curve 36 shows in each case the course of the tooth stiffness ZS at a comparatively low torque. The characteristics of the curves 34 and 36 are within the application of a single rack 12 or 14 , As well as when using the rack according to the invention 10 each almost identical. Only the values for the tooth stiffness ZS vary in size.

Wie aus 9 ersichtlich ist, variiert der Wert der Zahnsteifigkeit ZS innerhalb eines Zahneingriffs des Ritzels um annähernd 10%. Es liegt also keine konstante Zahnsteifigkeit ZS vor. Bei einem niedrigen Drehmoment ist der Effekt prozentual größer als bei einem hohen Drehmoment.How out 9 can be seen, the value of the tooth stiffness ZS varies within a meshing engagement of the pinion by approximately 10%. So there is no constant tooth stiffness ZS. At low torque, the effect is higher in percentage than at high torque.

Wie aus 10 ersichtlich ist, wird durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Zahnstange 10 eine nahezu konstante Zahnsteifigkeit ZS innerhalb einer Umdrehung des Ritzels erreicht. Die Schwankungsbreite der Zahnsteifigkeit ZS verringert sich auf etwa 1–2%. Dadurch wird die Regelgüte eines mit der erfindungsgemäßen Zahnstange 10 ausgerüsteten Linearantriebs deutlich verbessert.How out 10 can be seen is through the use of a rack according to the invention 10 achieved a nearly constant tooth stiffness ZS within a revolution of the pinion. The fluctuation range of the tooth stiffness ZS decreases to about 1-2%. As a result, the quality of control is a with the rack according to the invention 10 equipped linear drive significantly improved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- DIN 3960 [0003]

Claims

Rack ( 10 ) of at least two juxtaposed and preferably interconnected rack elements ( 12 . 14 ), characterized in that the at least two rack elements ( 12 . 14 ) are ground together in one setting.

Rack ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the at least two rack elements ( 12 . 14 ) are releasably connected to each other by means of a screw and / or a pin connection.

Rack ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the teeth of the at least two rack elements ( 12 . 14 ) are arranged obliquely and aligned with each other.

Rack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the surfaces of the teeth are hardened.

Rack ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the surfaces are inductively hardened.

Rack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth of the at least two rack elements ( 12 . 14 ) are ground together before or after joining.

Rack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two toothed rack elements ( 12 . 14 ) are connected by at least one pin connection and / or at least one screw connection.

Rack ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least two rack elements ( 12 . 14 ) at the place of use to a rack ( 10 ) get connected.

Rack and pinion drive, comprising a toothed rack and a pinion meshing with the teeth of the toothed rack, characterized in that the toothed rack has a toothed rack ( 10 ) according to any one of the preceding claims.