DE4029011A1 - Flexible kunststoff-zahnstange - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible Kunststoff-Zahnstange zum Eingriff eines
Zahnrades, insbesondere für den Antrieb von verstellbaren Kraftfahrzeugteilen, wie
Dachteilen, Schiebefenstern und dergleichen, mit einer Folge von eingespannten Zäh
nen und einer in die Zahnstange eingelagerten, zur Teillinie der Zahnstange im wesent
lichen parallel verlaufenden, zugfesten Armierung.
Bei einer bekannten Zahnstange dieser Art (DE 31 23 554 C2) sind die Zahnstangen
zähne einseitig in ihrem Fußbereich eingespannt. Als Armierung ist ein unterhalb der
Zähne sitzendes Stahlband vorgesehen, aus dem seitliche Laschen ausgestellt sind, die
in die einzelnen Zähne der Zahnstange eingreifen. Die Herstellung einer solchen Ar
mierung ist relativ aufwendig. Ferner ist die für eine vorgegebene Höhenabmessung der
Zahnstange erzielbare Zahnhöhe beschränkt. Dadurch läßt trotz der in die einzelnen
Zähne eingreifenden Laschen die erreichbare Kraftübertragung zu wünschen übrig.
Ähnliche Probleme hinsichtlich des Verhältnisses von Querschnittsfläche und übertrag
barer Kraft ergeben sich auch bei einer anderen bekannten Zahnstange (DE-GM 85 31 110),
bei der in eine Folge von einzelnen kurzen, aus Kunststoff gefertigten Zahnstan
gensegmenten zwei parallel in Längsrichtung der Zahnstange verlaufende, die einzelnen
Segmente untereinander verbindende Drahtseile im Fußbereich der Zahnstangenzähne
eingelagert sind.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach
herzustellende flexible Kunststoff-Zahnstange zu schaffen, die bei vorgegebenen Quer
schnittsabmessungen eine erhöhte Kraftübertragung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer flexiblen Kunststoff-Zahnstange der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnstangenzähne an ihren
beiden Seiten eingespannt sind und die Armierung nur in einem Querschnittsbereich
der Zahnstange angeordnet ist, der in Richtung der Zahnhöhe zwischen dem Kopf und
dem Fuß der Zahnstangenzähne liegt.
Bei der Zahnstange nach der Erfindung befindet sich die zugfeste Armierung unmittel
bar an oder in nächster Nähe der Kraftübertragungsstelle der Verzahnung. Dadurch und
durch die zweiseitige Einspannung der Zähne wird auf einfache Weise eine besonders
hohe Zahnfestigkeit gewährleistet. Außerdem erlaubt es der erfindungsgemäße Aufbau,
die Zahnhöhe im Verhältnis zu der Außenabmessung der Zahnstange in Zahnhöhen
richtung besonders groß zu halten. Insgesamt wird so die übertragbare Kraft bezogen
auf den Zahnstangenquerschnitt gegenüber den bekannten Lösungen wesentlich gestei
gert.
Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
So erstreckt sich die Armierung zweckmäßig im wesentlichen entlang der neutralen Fa
ser der Zahnstange. Als Armierung kann einfach mindestens ein Gitterband vorgesehen
sein, in dessen Längsrichtung eine Folge von Ausnehmungen mit einer der Teilung der
Zahnstangenzähne entsprechenden Teilung ausgebildet ist, wobei die Ausnehmungen
mit Bezug auf die Zahnstangenzähne derart ausgerichtet und bemessen sind, daß das
Gitterband die Zahnlücken zwischen den Zahnstangenzähnen freiläßt. Auf diese Weise
sind Gitterbandstege, welche die Ausnehmungen voneinander trennen, in die Zähne
eingebettet, was in Verbindung mit der zweiseitigen Einspannung der Zähne zu beson
ders hoher Zahnfestigkeit führt. Zweckmäßig sind dabei die Ausnehmungen des Gitter
bandes mit Bezug auf die Zahnstangenzähne mindestens näherungsweise zentriert. Die
Ausnehmungen des Gitterbandes können in der Draufsicht allseitig geschlossen sein.
Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann die Ausbildung aber auch so
getroffen sein, daß die Ausnehmungen des Gitterbandes in der Draufsicht abwechselnd
zur einen und zur anderen Längsseite des Gitterbandes offen sind. Unter sonst gleichen
Verhältnissen führt die erste Variante zu höherer Zugfestigkeit der Zahnstange, wäh
rend die zweite Variante für eine erhöhte seitliche Flexibilität der Zahnstange sorgt. Im
einen wie im anderen Fall kann das Gitterband zweckmäßig aus Federstahl oder der
gleichen gefertigt sein.
Als Armierung kann aber auch zu beiden Seiten der Zahnstangenzähne jeweils minde
stens ein Faserstrang, insbesondere aus einem Stahlseil, Glasfasern, Kohlefasern, Ara
midfasern oder dergleichen, vorgesehen sein.
Für besonders günstige Eingriffsverhältnisse der Verzahnung haben die Zahnstangen
zähne vorteilhaft ein Evolventenprofil. Die Zahnhöhe der Zahnstangenzähne liegt
zweckmäßig im Bereich vom 0,5- bis 1,0fachen, und vorzugsweise im Bereich vom 0,6-
bis 0,8fachen der Außenabmessung der Zahnstange in Richtung der Zahnstangenhöhe.
In Anwendungsfällen, bei denen es auf besonders hohe Zahnfestigkeit ankommt, kön
nen die Zahnstangenzähne zusätzlich im Fußbereich eingespannt sein. Wird die Zahn
stange dagegen im Fußbereich der Zahnstangenzähne mit einer Folge von durchgehen
den Aussparungen versehen, wird für eine erhöhte Flexibilität der Zahnstange gesorgt.
Aufeinanderfolgende Zahnstangenzähne können zu beiden Seiten über jeweils einen
Steg untereinander verbunden sein, dessen Höhe im Bereich vom 0,6- bis 1,0fachen der
Zahnhöhe liegt.
Die Außenfläche der Zahnstange kann ferner vorteilhaft so geformt sein, daß die Zahn
stange an einer die Zahnstange mindestens auf einem Teil ihres Umfangs umgreifenden
Führung nur über einen Teil ihrer betreffenden Außenfläche anliegt. Dadurch läßt sich
die Gleitreibung zwischen Zahnstange und Führung verringern.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Kunststoff-Zahnstange nach der
Erfindung,
Fig. 2 eine Teildraufsicht auf die Zahnstange nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 3,
Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 3,
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 3,
Fig. 7 eine Teildraufsicht auf das bei der Kunststoff-Zahnstange nach den
Fig. 1 bis 6 als Armierung vorgesehene Gitterband,
Fig. 8 eine Teildraufsicht auf ein Gitterband gemäß einer abgewandelten
Ausführungsform,
Fig. 9 einen Querschnitt einer Kunststoff-Zahnstange entsprechend Fig. 5
mit einer abgewandelten Ausführungsform der Armierung,
Fig. 10 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 3 für eine abgewandelte Kunst
stoff-Zahnstange, die im Fußbereich der Zahnstangenzähne eine
Folge von durchgehenden Aussparungen aufweist,
Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 der Fig. 10, sowie
Fig. 12 und 13 Querschnitte entsprechend den Fig. 4 und 5 für eine Zahnstange mit
abgewandelter Außenkontur.
Die in den Fig. 1 bis 7 veranschaulichte, insgesamt mit 15 bezeichnete Zahnstange
weist einen flexiblen Kunststoffkörper 16 auf, der beispielsweise aus thermoplastischem
Polyester-Elastomer oder Polyamid gefertigt sein kann. Die Zahnstange 15 ist in Längs
richtung mit einer Folge von Zähnen 17 versehen, deren Teilung in Fig. 3 mit Tz be
zeichnet ist und die ein Evolventenprofil haben. Im veranschaulichten Ausführungsbei
spiel sind die Zähne 17 sowohl an ihren beiden Seiten 18 und 19 als auch in ihrem Fuß
bereich 20 eingespannt. In den Kunststoffkörper 16 ist als zugfeste Armierung ein Git
terband 21 eingelagert. Das Gitterband 21 besteht aus Federstahl oder einem anderen
Werkstoff, der in der Lage ist, dem Kunststoffkörper 16 die erforderliche Zugfestigkeit
zu verleihen. Wie insbesondere aus Fig. 7 hervorgeht, ist in dem Gitterband 2, in Längs
richtung eine Folge von Ausnehmungen 22 ausgebildet. Die Teilung dieser Ausnehmun
gen ist in Fig. 7 mit Ta bezeichnet, wobei Ta gleich der Teilung Tz der Zähne 17 ist. Die
Ausnehmungen 22 sind mit Bezug auf die Zähne 17 derart ausgerichtet und bemessen,
daß das Gitterband 21 die Zahnlücken 23 zwischen den Zähnen 17 freiläßt. Das Gitter
band 21 verläuft parallel zur Teillinie der Zahnstange 15 in einem Querschnittsbereich
der Zahnstange, der in Richtung der Zahnhöhe zwischen dem Kopf 24 und dem Fuß 25
der Zähne 17 liegt, so daß sich durch jeden Zahn 17 jeweils einer der Querstege 26 des
Gitterbands 21 quer hindurcherstreckt, wie dies insbesondere aus den Fig. 2, 3 und 4
hervorgeht. Vorzugsweise erstreckt sich das Gitterband 21 entlang der neutralen Faser
der Zahnstange 15. Seine Mittellinie 27 liegt dabei geringfügig unterhalb der Profilmit
tellinie 28 der Zähne 17 (Fig. 5).
Die veranschaulichte Zahnstange 15 hat einen kreisrunden Grundquerschnitt. Stattdes
sen kann aber ohne weiteres auch mit anderen Querschnittsformen gearbeitet werden,
beispielsweise einem elliptischen oder ovalen Grundquerschnitt oder einem gleichmäßi
gen oder ungleichmäßigen vieleckigen Grundquerschnitt. Unabhängig von dem im Ein
zelfall gewählten Grundquerschnitt kann eine Zahnhöhe a gewählt werden, die, bezogen
auf die Außenabmessung der Zahnstange 15 in Richtung der Zahnhöhe, d. h. die Ge
samtbauhöhe b der Zahnstange (Fig. 5), relativ groß ist. So hat bei der Ausführungsform
nach Fig. 5 das Verhältnis a/b einen Wert von etwa 0,72. Generell ist für das Verhältnis
a/b ein Bereich von 0,5 bis 1,0, vorzugsweise von 0,6 bis 0,8, zweckmäßig.
Bei der veranschaulichten Zahnstange 15 sind aufeinanderfolgende Zähne 17 zu beiden
Seiten über jeweils einen Steg 29 des Kunststoffkörpers 16 und die darin eingelagerten
Längsstege 30 des Gitterbandes 21 untereinander verbunden. Bei der gezeigten Ausfüh
rungsform ist die Höhe der Stege 29 im wesentlichen gleich der Zahnhöhe a. Kommt es
jedoch auf erhöhte Flexibilität der Zahnstange an, läßt sich die Höhe der Stege 29 Klei
ner als die Zahnhöhe a wählen, und zwar zweckmäßig innerhalb eines Bereiches vom
0,6- bis 1,0fachen der Zahnhöhe.
Während bei der Ausführungsform des Gitterbandes 21 gemäß den Fig. 2 bis 7 die Git
terbandausnehmungen 22 jeweils von den Querstegen 26 und den Längsstegen 30 des
Gitterbandes allseitig umschlossen sind, ist in Fig. 8 ein abgewandeltes Gitterband 31
veranschaulicht, das in der Draufsicht Mäanderform hat, so daß die Ausnehmungen 22
des Gitterbandes in der Draufsicht abwechselnd zur einen und zur anderen Längsseite
des Gitterbandes hin offen sind. Dadurch läßt sich im Bedarfsfall eine erhöhte seitliche
Flexibilität der Zahnstange erzielen.
Die weiter abgewandelte Ausführungsform der Zahnstange gemäß Fig. 9 unterscheidet
sich von den zuvor erläuterten Ausführungsformen dadurch, daß an Stelle des Gitter
bandes 21 bzw. 31 als Armierung zu beiden Seiten der Zähne 17 jeweils ein in Längs
richtung der Zahnstange durchgehender Faserstrang 34 vorgesehen ist. Die Faser
stränge 34 können insbesondere aus einem Stahlseil, aus Glasfasern, Kohlefasern, Ara
midfasern oder dergleichen zugfesten Fasern bestehen.
Die Fig. 10 und 11 zeigen eine abgewandelte Zahnstange 15′, die sich von der Zahn
stange 15 gemäß den Fig. 1 bis 7 nur dadurch unterscheidet, daß ihr Kunststoffkörper
16′ im Fußbereich 20 der Zähne 17 mit einer Folge von durchgehenden Aussparungen
35 versehen ist. Dadurch läßt sich im Bedarfsfall gleichfalls die Flexibilität der Zahn
stange erhöhen.
In den Fig. 12 und 13 sind schließlich Querschnitte entsprechend den Fig. 4 und 5
dargestellt, bei denen der Kunststoffkörper 16′′ der Zahnstange im Bereich seiner
Außenfläche so geformt ist, daß die Zahnstange an einer die Zahnstange mindestens auf
einem Teil ihres Umfangs umgreifenden Führung 37, beispielsweise der Innenwand ei
nes Führungsrohres oder eines zylindrischen Führungskanals, nur über einen Teil ihrer
Außenfläche anliegt. Auf diese Weise läßt sich die Gleitreibung der Zahnstange in der
zugehörigen Führung minimieren.
Die erläuterten flexiblen Zahnstangen eignen sich insbesondere für den Antrieb von
verstellbaren Kraftfahrzeugteilen, wie Schiebefenstern oder Dachteilen, beispielsweise
den Deckeln von Schiebedächern, Hebedächern, Schiebehebedächern und dergleichen.
In jedem Fall ist die Zahnstange zweckmäßig als Spritz- oder Stranggußteil gefertigt.
Dabei können an die Zahnstange je nach Bedarf Führungsteile und Ähnliches, z. B.
Führungsschlitten, angespritzt sein.
Claims (16)
1. Flexible Kunststoff-Zahnstange zum Eingriff eines Zahnrades, insbesondere für den
Antrieb von verstellbaren Kraftfahrzeugteilen, wie Dachteilen, Schiebefenstern und
dergleichen, mit einer Folge von eingespannten Zähnen und einer in die Zahn
stange eingelagerten, zur Teillinie der Zahnstange im wesentlichen parallel verlau
fenden, zugfesten Armierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangenzähne
(17) an ihren beiden Seiten (18, 19) eingespannt sind und die Armierung (21, 31,
34) nur in einem Querschnittsbereich der Zahnstange (15, 15′) angeordnet ist, der
in Richtung der Zahnhöhe (a) zwischen dem Kopf (24) und dem Fuß (25) der
Zahnstangenzähne liegt.
2. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ar
mierung (21, 31, 34) im wesentlichen entlang der neutralen Faser der Zahnstange
(15, 15′) erstreckt.
3. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Armierung mindestens ein Gitterband (21, 31) vorgesehen ist, in dessen Längsrich
tung eine Folge von Ausnehmungen (22) mit einer der Teilung (Tz) der Zahnstan
genzähne (17) entsprechenden Teilung (Ta) ausgebildet ist, und daß die Ausneh
mungen (22) mit Bezug auf die Zahnstangenzähne (17) derart ausgerichtet und be
messen sind, daß das Gitterband die Zahnlücken (23) zwischen den Zahnstangen
zähnen freiläßt.
4. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus
nehmungen (22) des Gitterbandes (21, 31) mit Bezug auf die Zahnstangenzähne
(17) mindestens näherungsweise zentriert sind.
5. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmungen (22) des Gitterbandes (21) in der Draufsicht allseitig geschlossen
sind.
6. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmungen (22) des Gitterbandes (31) in der Draufsicht abwechselnd zur einen
und zur anderen Längsseite des Gitterbandes hin offen sind.
7. Kunststoff-Zahnstange nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gitterband (21, 31) aus Federstahl oder dergleichen gefertigt ist.
8. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Armierung zu beiden Seiten der Zahnstangenzähne (17) jeweils mindestens ein Fa
serstrang (34) vorgesehen ist.
9. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser
stränge (34) aus einem Stahlseil, Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern oder der
gleichen bestehen.
10. Kunststoff-Zahnstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zahnstangenzähne (17) ein Evolventenprofil haben.
11. Kunststoff-Zahnstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zahnhöhe (a) der Zahnstangenzähne (17) im Bereich vom
0,5- bis 1,0fachen und vorzugsweisen im Bereich vom 0,6- bis 0,8fachen, der
Außenabmessung (b) der Zahnstange (15, 15′) in Richtung der Zahnhöhe liegt.
12. Kunststoff-Zahnstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zahnstangenzähne (17) zusätzlich im Fußbereich (20) einge
spannt sind.
13. Kunststoff-Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich
net, daß die Zahnstange (15′) im Fußbereich der Zahnstangenzähne (17) mit einer
Folge von durchgehenden Aussparungen (35) versehen ist.
14. Kunststoff-Zahnstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Zahnstangenzähne (17) zu beiden Seiten
über jeweils einen Steg (29) untereinander verbunden sind.
15. Kunststoff-Zahnstange nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steg
höhe im Bereich vom 0,6- bis 1,0fachen der Zahnhöhe (a) liegt.
16. Kunststoff-Zahnstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Außenfläche der Zahnstange so geformt ist, daß die Zahn
stange an einer die Zahnstange mindestens auf einem Teil ihres Umfangs umgrei
fenden Führung nur über einen Teil der betreffenden Außenfläche anliegt.
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