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Zahnstanqenmechanismus, besonders für
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eine Öffnungs- und Schliesseinrichtunq für Dachfenster und -luken.
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Die Erfindung betrifft einen Zahnstangenmechanismus der im Oberbegriff
des Anspruches 1 angegebenen Art zur Verwendung für eine Offnungs- und Schliesseinrichtung
für Dachfenster und -luken.
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Solche Mechanismen sind aus dänischer Patentanmeldung Nr.
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3669/79 und aus dänischem Patent 110.116 bekannt. Diese Konstruktionen
haben in der Praxis gezeigt, dass sie an und für sich zur Verwendung in Treibhäusern
mit einer Länge von 50 bis 100 Meter zweckmässig sind, in welchen Treibhäusern die
Antriebswelle wegen Temperaturschwankungen eine Längenausdehnung von ungefähr 6
cm haben kann. Durch eine mittlere Anordnung des Antriebsmotors kann diese Ausdehnung
aber darauf reduziert werden, dass die Antriebswelle mit den darauf am äussersten
angeordneten Zahnradgehäusen mit den darin geführten Zahnstangen sich in der Längsrichtung
im Verhältnis zu den Beferst-i;gungspunkten der Zahnstange an den
Fensterrahmen
nur um ungefähr 3 cm bewegt, vgl. die obige Anmeldung.
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Bei diesen bekannten Mechanismen mit Führungsrollen hat es sich gezeigt,
dass sowohl die Führungsrollen der Zahnstange als die Stützrollen des Zahnrades
manchmal in ihrer Rotation stoppen, wodurch sie viel zu schnell abgenutzt werden.
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Diese Blockierung der Rollen rührt von der auf die Rippen geschmierten
Fettschicht her, die - besonders wenn sie eingetrocknet und voll von Staub ist -
angehäuft und gegen die Rollenbahnen der Rollen festgequetscht wird. Die Abnutzung
hat zur Folge, dass die Zahnstanqe den korrekten Eingriff mit dem Zahnrad des Zahnradgehäuses
verliert, so dass das betreffende Fenster oder der betreffende Fensterteil sich
nicht öffnen lässt; dies hat grosse Schäden zur Folge, da eine blockierte Zahnstange
bewirken kann, dass die zusammenhängenden Reihen von Fenstern und Gläsern brechen,
da die übrigen Zahnstangen ständig zweckmässig fungieren können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnstangenmechanismus
zu schaffen, die so gestaltet sind, dass die Rolle von vor der Rolle angehäuftem
Fett nicht blockiert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der eingangs
erwähnte Zahnstangenmechanismus wie im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegeben
geformt ist. Durch Bildung einer Spur in oder auf der Zahnstange, welche Spur zweckmässig
wie in einem der Ansprüche 2-4 angegeben und besonders wie in dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 5 angegeben geformt ist, und die einem im wesentlichen V-förmigen
Querschnitt aufweist, und dadurch dass die Rolle eine entsprechende Form aufweist,
wird erreicht, dass die Rollen durch den im wesentlichen U- oder V-förmigen Eingriff
wegen der besonderen U-, V- oder keilförmigen Bahn der Rollen mit der Spur in kräftigeren
friktionsmässigen Eingriff kommen, und dadurch während der hin- und hergehenden
Bewegung der Zahnstrange gezwungen werden, sich zu drehen. Wegen der da-
durch
erreichten grösseren Anschlagflächen wird gleichzeitig die Abnutzung sowohl der
Nabe als der Eingriffsfläche der Rollen auf das Minimale herabgesetzt. Besonders
die schrägen Flächen der Rollen haben durch ihren Eingriff in die keilförmigen Spuren
wegen der stufenweise variierenden Durchmesser eine schabende Wirkung zur Folge,
so dass keine Anhäufung von eingetrocknetem Fett voll von Staub vor den Rollen stattfindet.
Die Keilform bewirkt ferner, dass je kräftiger der Druck ist, je kräftiger wird
die Antriebskraft.
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Der Eingriff der schrägen Flächen hat weiter zur Folge, dass die grössere
Friktionsfläche mit der Belastung proportional wächst, besonders wenn die Zahnstange
abgenutzt wird, und der Druck gegen die Rollen erhöht wird, so dass sie gezwungen
werden, mit der Belastung proportional zu rotieren.
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Wird der erfindungsgemässeZahnstangemechanismus als Offnungs- und
Schliessvorrichtung, z.B. in einem Treibhaus benutzt, wird die Gefahr von Zerstörung
der Fenster wesentlich reduziert.
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In den Ansprüchen 2-8 sind verschiedene praktische Ausführungsformen
sowohl der Zahnstange als der Steuerrollen angegeben.
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Der Eingriff der Zahnstange mit den Zahnrädern wird durch die im Anspruch
9 angegebenen Stützrollen ferner verbessert, und der Eingriff zwischen den Stützrollen
und den Umfangs-Seitenflanschen des Zahnrades wird dadurch gesichert, dass als Stützrollen
die obenerwähnten Führungsrollen verwendet werden, und dass die Seitenflansche des
Zahnrads eine entsprechende Form aufweisen; hierdurch wird auch ein Blokkierung
dieser Stützrollen vermieden.
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Bei Versuche hat man gefunden, dass die geeignetesten Materialien
für die Rollen und die Zahnstange Polyazetal mit beigemischten Polyazetalfascrn
und eine Aluminiumlegierung sind.
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Verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Gegen-
standes
sind auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen, Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise
geschnitten, eines Teilbilds von einer Öffnungs- und Schliesseinrichtung, Fig. 2
eine Schnittansicht durch das Zahnradgehäuse mit Zahnrad und Zahnstange, wie vom
Spitzel des Zahnradgehäuses gesehen, Fig. 3 eine Planansichtvon einer Gestaltung
einer Platte zur Herstellung eines Gehäuses für die Einrichtung mit der Anbringung
der Führungsrollen und der Stützrollen, und Fig. 4 eine erfindungsgemässe Rolle
und im Schnitt eine erste Ausführungsform einer Zahnstange gemäss der Neuerung,
Fig. 5 eine erfindungsgemässe Rolle und eine Schnittansicht einer zweiten und dritten
Ausführungsform der erfindungsgemässen Zahnstange, und Fig.6-8 eine schematische
Ansicht anderer möglichen annähernden Querschnitte von Zahnstangen, die in Ubereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gestaltet werden können.
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Die in Fig. 1 gezeigte Offnungs- und Schliesseinrichtung enthält ein
Gehäuse, das von zwei dreieckförmigen Platten 1 gebildet wird, die mit gegenseitigem
Abstand mittels dreier Drehzapfen 2 zusammengehalten werden. Jede Platte 1 besitzt
eine Öffnung mit einem Nabenteil 3, in denen zwei zylindrische Rohrteile 4 gelagert
sind. Diese beiden zylindrischen Rohrteile 4 tragen zwischen sich ein mit-einem
der Teile 4 einstückig geformtes Zahnrad mit Zähnen 5, die sich zwischen zwei Seitenflanschen
6 mit im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt und mit Zylinderflächen 6' erstrecken.
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Die Zahnzwischenräume besitzen keinen Boden, indem sich die Bohrung
7 im Zahnrad ganz bis zu dem die Zahnfüsse repräsentierenden Teilungskreis erstreckt.
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Eine Vielzahl von Zahnrädern, die aus den Teilen 4, 6 und 5 bestehen,
sind mit regelmässigen Abständen auf einer Antriebswelle 8 gelagert und fest angeordnet,
die z.B. in Längsrichtung eines Hauses und z.B. unter den Sparren eines Daches angeordnet
ist, und die vorzugsweise durch einen mitten in dem Haus angeordneten Motor (nicht
dargestellt) angetrieben wird.
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Die Zähne 5 greifen in die Zähne 9 einer Zahnstange 10 ein, die wie
in Fig. 4 gezeigt einen im wesentlichen ovalen Körper 11 besitzt. Die Zahnstange
ist durch Extrusion oder Formung aus einem geeigneten Kunststoffmaterial oder aus
einer Metallegierung, z.B. getemperter Aluminiumlegierung, hergestellt. Durch die
Extrusion wird ein Kamm geformt, der sich in Richtung der Hauptachse des Ovals erstreckt
und in den die Zähne 9 herausgeschnitten werden.
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In dieser ersten Ausführungsform besitzt die Zahnstange ein unteres
Paar von Rippen 13, die nach ihren entsprechenden Seiten parallel zu der kleinen
Achse des Ovals vorstehen, und die Stütz- und Rollenflächen für die Zylinderflächen
6' der beiden Seitenflanschen 6 bilden. Die Zahnstange besitzt ferner ein oberes
Paar von Rippen 13, die von dem Körper 11 der Zahnstange und in Richtung von dem
Zahnkamm hinweg vorstehen. GLeichzeitig wird die der nach innen kehrenden Fläche
13b der Rippe 13a gegenüberliegende Fläche lla des Körpers so geformt, dass zwischen
diesen beiden Flächen lla, 13b eine konkave Spur S geformt wird, die sich über die
ganze Länge der Zahnstange erstreckt.
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Diese Spur S kann einen V-förmigen Querschnitt von zwischen 200 und
600, besonders zwischen 300 und 500 aufweisen, indem der im Augenblick bevorzugte
Scheitelwinkel a ungefähr 400 ist. Die Flächen lla, 13b können eben oder mehr
oder
weniger gerundet sein. Die Rolle, die mit den zwei Spuren 5 der Zahnstange 10 in
Eingriff ist, ist wie eine Führungsrolle mit zwei gegenseitigen, mit axialen Abstand
angeordneten Bahnen 14c gestaltet, die je eine, der erwähnten konkaven Spur entsprechende,
konvekse Form aufweist.
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In der bevorzugten Ausführungsform besitzen die Führungsflansche 14
der Rollen 12 somit zwei gegeneinander abfallende Flächen 14a, 14b, die mit den
Rollenflächen lla, 13b der Zahnstange in Eingriff gehen. Die Rollen sind auf Drehzapfen
2 gelagert. Anstatt nur einer Rolle mit zwei Führungsflanschen können auch zwei
auf demselben Drehzapfen angeordneten "Halb"-Rollen mit je eines Führungsflansches
benutzt werden. Im letzterwähnten Fall wird die Rolle 12 der strichpunktierten Linie
A entlang geteilt.
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Durch diese Rollen und Spuren wird die Zahnstange 10 sicher geführt,
und ihre Zähne 9 kommen somit mit den Zähnen des Zahnrads nicht ausser Eingriff,
obwohl die Zahnstange 10 sich im Verhältnis zu dem Zahnrad parallel verschiebt oder
schief gestellt wird.
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Die Rippen 13, 13a verstärken die Steifigkeit des Profils wesentlich,
sowohl bei einer Biegung um die Hauptachse des Ovals als auch um deren kleine Achse.
Das Zusammenwirken zwischen den von den Rippen 13a und dem Körper 11 geformten,
im Querschnitt dreieckigen Spuren und den entsprechenderweise geformten Rollenflächen
14a, 14b der Rolle 12 biet-et eine vergrösserte Eingriffsfläche da, die proportional
mit der Belastung eine grössere Friktionsfläche wird, wenn die Zahnstange abgenutzt
und der Druck gegen die Rollen erhöht werden, so dass die Rollen zur Rotation gezwungen
werden. Mittels dieser neuen Spur und der neuen Rolle wird eine schabende Wirkung
erreicht, wenn der im Querschnitt gezeigte trapezförmige Eingriffsteil der Rolle
mit der Spur in Eingriff geht.
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Die Rolle hat so fast diesebeWirkung wie ein Abstreif-
messer.
Durch Versuche hat es sich gezeigt, dass diese Konstruktion sich von eingetrocknetem
Fett rein hält, indem die schabende Bewegung von dem Durchmesserunterschied zwischen
dem schmalen und dem breiten Teil der Führungsflanschen 14 herrührt.
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Die Zahnstange 10 ist an sich bekannt und auf deshalb nicht näher
gezeigte Weise an einer Stange angelenkt, die am Fensterrahmen parallel zur Antriebswelle
8 angeordnet ist, so dass ein Verschieben nach den Seiten sowie ein freies Auf-und
Abschwenken ermöglicht wird, oder sie ist nur an einem Auge im Fensterrahmen zwecks
begrenzter winkelmässiger Schwenkung befestigt. Der Eingriff für das seitliche Verschieben
am Fensterrahmen kann. so lose sein, dass die Zahnstange seitwärts um diesen Punkt
geschwenkt werden kann.
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Die Rolle 12 ist vorzugsweise aus Polyazetal mit beigemischten Kreidefasern
oder -fibern hergestellt während die Zahnstange aus einer Aluminiumlegierung, besonders
E 50 S-WP, besteht. Diese Materialekombination reduziert den Verschleiss ganz wesentlich.
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Fig. 3 veranschaulicht eine fünfeckige Ausführung der Platten 21 des
Gehäuses, wobei hier nur eine Platte zu sehen ist. Die Platte 21 enthält eine zentrale
Öffnung 22 mit einem kreisförmigen Flansch, der eine Nabe bildet und in der zusammengesetzten
Lage der Anordnung aus der Mittelebene des kompletten Gehäuses herausgerichtet ist.
Die Platte 21 enthält ausserdem einen oberen und einen unteren Flansch 24 bzw. 25,
der nach der Mittelebene gerichtet ist und Vorsprünge 26, 27 und entsprechende nicht
dargestellte Ausnehmungen besitzt. Diese Ausnehmungen sind so angeordnet, dass sie
die Platten 21 während des Zusammensetzens führen.
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Wenn das Gehäuse zusammengesetzt ist, dann ist eine Öffnung zwischen
den Endrändern 30, 31 der Flanschen 24, 25 gebildet durch die sich die Zahnstange
10 erstreckt. Ausser dem Zahnrad 4, 5, 6 und den Führungsrollen 12 sind ferner zwei
Stützrollen 32 auf Drehzapfen 33 zwischen den oben erwähnten sr
Platten
21 in der zusammcnCTe:;etzt Ja(e angeordnet. Diese Stützrollen 33 besitzen vorzugsweise
dieselbe Form wie die Rolle 12 mit zwei Führungsflanschen 14 (in Fig. 2 nicht dargestellt).
Gleichzeitig sind wie in Fig. 2 gezeigt mindestens die gegeneinander kehrenden kreisförmigen
Flächen der Seitenflanschen 6 des Zahnrads zur Bildung einer breiten Spur S zum
Eingriff mit den Aussenflächen der Führungsflanschen 14 schräg abgefast. Hierdurch
erreicht man dasselbe wie bei der anderen Rollenverbindung, nämlich dass das Fett
vor den Stützrollen 33 nicht angehäuft wird und damit ein sicheres Verschieben der
Zahnstange nach den Seiten.
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Eine andere Ausführungsform der Erfinduna ist in Fig. 5 links von
der Linie B-B dargestellt, indem die hier benutzte Zahnstange 40 fast die Form eines
sogenannten Krückenkreuzes aufweist Am Ende des Körpers 41 der Zahnstange ist ein
Kamm mit Zähnen 49 angeordnet und am Ende der Rippen 43, die an zwei Seiten des
Körpers 41 vorstehen, sind im wesentlichen rechtwinklig zu den Rippen erstreckende,
in der Längsrichtung verlaufende Flanschen 42, von den nur eine gezeigt ist, symmetrisch
um die Linie B-B angeordnet, und wo die konkave,vorzugsweise V-förmige Spur S geformt
ist, die von den inneren Flächen 43b, 43c begrenzt ist. Die Stützrolle oder-Rollen
sind derselben Art wie oben beschrieben. Diese Zahnstange fungiert im Prinzip auf
dieselbe Weise wie die oben beschriebene Zahnstange 10.
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Fig. 6, 7 und 8 sind schematische Ansichten anderer Querschnitte von
Zahnstangen, die in Ubereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung geformt werden
können, indem Fig.
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6 eine Zahnstange mit einem Querschnitt wie einem lateinischen Kreuz
zeigt, Fig. 7 eine Zahnstange mit einem Querschnitt, der im wesentlichen einem griechischen
Kreuz entspricht, und Fig. 8 zeigt eine Zahnstange mit einem Querschnitt, der im
wesentlichen einem Lothringer Kreuz entspricht. Inden einzelnen Figuren ist die
Anbringung der Spur S und der Zähne 9 angedeutet. Wie in Fig. 7 gezeigt ist es in
gewissen Fällen möglich mit einer einzelnen Spur
auszukommen. In
diesem Fall wird selbstverständlich eine entsprechenderweise ausgeformte Rolle mit
nur einer Führungsflansche benutzt. Es ist demzufolge klar, dass man auch das in
Fig. 6-8 Gezeigte zu einer Ausführungsform mit drei Spuren kombinieren und eine
Rolle mit drei Führungsflanschen oder drei Rollen mit je einer Führungsflansche
benutzen kann.
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Die Zahnstange nach der Erfindung lässt sich über das schon Gezeigte
hinaus in vielen Weisen variieren, ohne dadurch von der Idee der Erfindung abzuweichen.
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Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform der Zahnstange 10 kann so durch
Auslassung der oberen Rippen 13b variiert werden, wodurch allein die Flächen lla
des Körpers 11 zusammen eine Spur für die gegeneinander kehrenden schrägen Flächen
14b der Rolle 12 bilden. Um die Zahnstange zu verstärken lässt sich ein Paar von
durch punktierte Linie gezeigten Rippen 13c einstückig damit formen, welche Rippen
parallel zu den Rippen 13 an jeder Seite vorstehen.
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Rechts von dem strichpunktierten Strich B-B in Fig. 5 ist eine andere
Ausführungsform der erfindungsgemässen Zahnstange 40 gezeigt. In diesem Beispiel
verläuft die äussere Fläche 53 eines Flansches 52 mit einem Winkel 2 schräg relativ
zu einer parallel zu dem Körper 41 der Zahnstange verlaufenden Linie. Die äussere
Fläche 53 bildet zusammen mit einer damit symmetrisch angeordneten, nicht dargestellten
Aussenfläche, eine Spur für die gegeneinander kehrenden schrägen Flächen 14b der
Rolle 12.
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Wie durch Punktstrich in Fig. 6, 7 und 8 angedeutet kann auch diese
Ausführungsform der erfindungsgemässen Zahnstange auf entsprechende Weise wie eben
in Verbindung mit der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform erklärt dadurch geändert
werden, dass die Rippen (fig. 6 und 8) oder der Körper der Zahnstange (Fi(j. 7)
ab<jefast werelen I>y.w. wird.