DE4029011A1

DE4029011A1 - Flexible kunststoff-zahnstange

Info

Publication number: DE4029011A1
Application number: DE4029011A
Authority: DE
Inventors: Manfred Faerber; Otto Wienchol; Bernd Schleicher
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-03-19
Also published as: DE4029011C2; US5150631A; GB2247931A; FR2666770A1; JPH04228965A; FR2666770B1; GB9117201D0

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 T_z 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 T_a bezeichnet, wobei T_a gleich der Teilung T_z 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

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 (T_z) der Zahnstan genzähne (17) entsprechenden Teilung (T_a) 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.