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Die
Erfindung betrifft ein Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 sowie einen Antrieb für Tür oder Fenster, vorzugsweise
Türschließer mit
einem solchen Getriebe.
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Getriebe
der eingangs genannten Art sind bei herkömmlichen Türschließern, z. B. aus
DE 36 38 353 A1 bekannt.
Um einen besonders günstigen
Momentenverlauf zu erhalten, ist ein unrundes Ritzel mit spezieller Rollkurve
verwendet, die einen relativ schnellen Abfall des Übersetzungsverhältnisses
bei kleinem Türöffnungswinkel
ergibt. Um eine kompakte Baugröße des Türschließers bei
gutem Wirkungsgrad zu erhalten, ist eine spezielle Verzahnung vorgesehen,
bei der die einzelnen Zähne
jeweils unter geeigneter Einstellung der Flankenwinkel, des Moduls
und der Profilverschiebung besonders gestaltet sind.
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Aus
der
DE 93 19 547 U1 ist
ein Türschließer mit
einem ähnlichen
Kitzel-/Zahnstangengetriebe
bekannt. Das Ritzel weist eine ähnliche
Rollkurve auf und verwendet ebenfalls speziell ausgeformte Zähne mit besonderer
Einstellung der Flankenwinkel.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß das Übersetzungsverhältnis z.
B. über
einen Bereich kleiner Drehwinkel des Ritzels stark variierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die
Lösung
umfaßt
also ein Ritzel, das mindestens einen Zahn aufweist, der auf der
Gegenverzahnung ausschließlich
oder überwiegend
gleitet und nicht bzw. wenig wälzt
oder rollt. Damit ergibt sich ein besonderes Eingriffsverhalten,
das sich von herkömmlichen
Verzahnungen unterscheidet, bei denen in herkömmlicher Weise die miteinander
kämmenden Zähne überwiegend
wälzen
oder rollen. Mit der Erfindung können
Verzahnungen mit speziellen Rollkurven realisiert werden, u. a.
auch mit Rollkurven, die eine starke Variation des Übersetzungsverhältnisses
beinhalten.
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Besondere
Ausgestaltungen ergeben sich mit Merkmalen der Unteransprüche.
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Der
Einsatz solcher Getriebe in Türschließern erweist
sich als besonders vorteilhaft.
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Im
nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele
anhand von Figuren erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines hydraulischen Türschließers;
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2 eine
schematische Darstellung des in dem Türschließer in 1 zur Anwendung
kommenden Ritzel-Zahnstangengetriebes bei einer Stellung des Ritzels
mit Achsdrehwinkel von 0 Grad, Schließstellung der Tür;
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3 – 5 entsprechende
Darstellungen wie in 2, jedoch mit unterschiedlichen
Stellungen des Ritzels mit Achsdrehwinkel von 30 Grad (3)
bzw. 90 Grad (4) bzw. 180 Grad (5),
bei entsprechend fortschreitend geöffneter Tür;
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6 – 10 vergrößerte Darstellungen
des Getriebes in 1 im Bereich der in Eingriff
kommenden Zähne
bei den unterschiedlichen Stellungen des Ritzels mit Achsdrehwinkel
von 0 Grad (6) bzw. 5 Grad (7)
bzw. 18 Grad (8) bzw. 30 Grad (9)
bzw.
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40
Grad (10);
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11 eine
graphische Darstellung der Abhängigkeit
von Achsdrehwinkel und Türöffnungswinkel
bei einer Ausführung
des Türschließers in 1 als
obenliegender Gleitarmtürschließer in Standardmontage
an einer Tür.
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Der
in 1 dargestellte Türschließer weist eine Kolben-Zylinder-Einheit
auf. Der Kolben 1 ist im Zylinder 2 verschiebbar
angeordnet. In dem Zylinder 2 ist ein Hydrauliköl eingefüllt. Der
Kolben 1 wirkt mit einer Schließerfeder 3 zusammen,
die in 1 rechts vom Kolben 1 im Zylinder 2 angeordnet
ist. Die Schließerfeder 3 ist
in dem dargestellten Fall als Schraubendruckfeder ausgebildet.
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Beim Öffnen der
Tür wird
der Kolben 1 in 1 nach rechts in Richtung Pfeil "Auf' entgegen der Wirkung
der Schließerfeder 3 bewegt.
Beim Schließen
wird der Kolben 1 unter Wirkung der Schließerfeder 3 in Gegenrichtung,
also nach links, entlang Pfeil "Zu" bewegt. Die Schließbewegung
wird dabei hydraulisch gedämpft.
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Hierfür ist in
dem Zylinderraum links vom Kolben 1 bei der Schließbewegung
ein Druckraum 2a ausgebildet. In einem nichtdargestellten Überströmkanal von
dem Druckraum 2a in einen Drucklosraum – z. B. ist der Federraum 2b als
Drucklosraum ausgebildet – sind
Strömungsventile
geschaltet, über
die die Strömungsgeschwindigkeit
beim Überströmen und
damit die Schließgeschwindigkeit
der Tür
einstellbar ist.
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Bei
der Öffnungsbewegung
läuft der
Kolben in 1 nach rechts, dabei öffnet ein
z. B. im Kolben angeordnetes Einwegventil.
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Der
Kolben 1 ist über
einen Zahntrieb mit einer Schließerwelle 4 getriebemäßig verbunden.
Im vorliegenden Fall ist der Zahntrieb als Ritzel-/Zahnstangengetriebe
ausgeführt.
Hierfür
ist der Kolben 1 als Hohlkolben ausgebildet, der die Zahnstange 1a trägt. Sie
wirkt mit einem an der Schließerwelle 4 drehfesten
Ritzel 4a. Die Schließerwelle 4 ist
in einem zylinderfesten Drehlager im Zylinder 2 gelagert
und unmittelbar oder über
ein kraftübertragendes
Gestänge
mit der Tür
verbunden. Hierfür
kann, wie an sich bekannt, je nach Montageart und Ausführung des
Türschließers der
in einem Türschließergehäuse angeordnete
Zylinder 2 am Türblatt
oder am Türrahmen
montiert sein und die Schließerwelle 4 unmittelbar
oder über
das kraftübertragende
Gestänge am
Türrahmen
bzw. am Türblatt
angreifen, z. B. als Gleitarm, der in einer Gleitschiene geführt ist.
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Im
folgenden wird das Ritzel-/Zahnstangengetriebe in Verbindung mit
den 2 bis 10 beschrieben, welches bei
dem Türschließer in 1 eingesetzt
ist, jedoch grundsätzlich
auch bei anderen Anwendungen als Getriebe eingesetzt werden kann.
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Das
Ritzel 4a ist ein unrundes Ritzel. Es wirkt mit einer entsprechenden
Gegenverzahnung 1a zusammen, welche translatorisch bewegt
wird und im folgenden Zahnstange 1a genannt wird. Die Kurven,
die die theoretischen Kraftübertragungspunkte
von Ritzel und Zahnstange angeben, bei miteinander kämmenden Verzahnungen üblicherweise
als Wälz-
oder Rollkurven bezeichnet, sind in den 2 bis 5 angegeben. Sie
werden im folgenden Rollkurven genannt. Die ritzelseitige Rollkurve
ist mit 40 und die zahnstangenseitige Rollkurve mit 10 bezeichnet.
Ferner sind die Winkelkoordinaten um die Ritzeldrehachse X eingezeichnet.
Ferner sind die wirksamen Hebelarme bei den Ritzelstellungen von
0 Grad, 90 Grad und 180 Grad mit den Bezeichnungen a, b bzw. c im
Ritzel 4a eingezeichnet.
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Es
ist zu erkennen, daß zwischen
den Winkelkoordinaten 0 bis 50 Grad ein starker Abfall des wirksamen
Hebelarms vorliegt. Die Rollkurve 40 verläuft in diesem
Bereich linear, kann jedoch auch vorzugsweise in den Endabschnitten
dieses Bereichs gekrümmt
verlaufen. Bei Winkelkoordinaten zwischen 50 bis 100 Grad ist der
wirksame Hebelarm vergleichsweise gering und ungefähr konstant.
Mit größeren Winkelkoordinaten
steigt er wieder an. Die Rollkurve verläuft etwa spiralförmig gekrümmt. Bei
abgewandelten Ausführungsbeispielen kann
der Rollkurvenverlauf auch anders sein, z. B. nach dem anfänglich linearen
Verlauf kreisförmig
gekrümmt,
vorzugsweise mit Krümmungsmittelpunkt
in der Ritzeldrehachse X. Es sind Abwandlungen möglich, bei denen also der wirksame
Hebelarm in diesem Bereich konstant ist oder zunimmt oder abfällt, je
nach gewünschtem Übertragungsverhältnis. Ferner
sind Abwandlungen möglich,
bei denen anstelle des linearen Anstiegs der Rollkurve bei kleinen
Winkelkoordinaten ein um die Ritzeldrehachse X konvex nach außen oder
aber auch konkav nach innen relativ zur Ritzeldrehachse X ausgebildeter
Verlauf der Rollkurve 40 im Bereich der kleinen Winkelkoordinaten
vorgesehen ist.
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Die
in 2 eingezeichneten Winkelkoordinaten korrespondieren
mit bestimmten Türöffnungswinkeln abhängig von
der Übersetzung
zwischen der Ritzeldrehachse X und der Tür, welche bestimmt ist durch
die Geometrie des kraftübertragenden
Gestänges
und die Montagegeometrie.
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Bei
herkömmlichen
obenliegenden Gleitarmtürschließern in
aufliegender Standardmontage ergibt sich die in der graphischen
Darstellung in 11 angegebene Abhängigkeit
zwischen den Winkelkoordinaten des Ritzels und dem Türöffnungswinkel.
Aus dieser Abhängigkeit
wird die Korrelation zwischen dem einerseits am Ritzel 4a und
andererseits an der Tür
auftretenden Drehmomenten bestimmt.
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Das
Ritzel 4a in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist 5 Zähne auf:
R 1 bis R 5. Die Zahnstange 1a bzw. der Kolben 1 weist
6 Zähne
auf: K 1 bis K 6. Über
diese Zähne
wirken Ritzel 4a und Zahnstange 1a zusammen, wobei
sich das Ritzel bei der Öffnungsbewegung
im Gegenuhrzeigersinn und bei der Schließbewegung im Uhrzeigersinn
also alternierend dreht. Die Zahnstange 1 wird dabei in
Richtung Pfeil "Auf' bzw. Pfeil "Zu" verschoben.
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Um
die Verteilung der Zähne
R1 bis R5 über
dem Umfang des Ritzels 4a bzw. über der Rollkurve 40 durch
Daten zu beschreiben, sind in Tabelle 1 die Schnittpunkte der Flanken
der Zähne
R1 bis R5 mit der Rollkurve 40 in Winkelkoordinaten angegeben,
wobei Ria den Schnittpunkt der rechten Flanke und Ric den Schnittpunkt
der linken Flanke darstellt. Ferner sind die Winkelkoordinaten der
Kopfscheitelpunkte der Zähne
mit Rib angegeben und die Winkelkoordinaten der Fußpunkte
zwischen den Zähnen
mit Ri, i+1.
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Die
Zähne R
2 bis R 5 weisen eine herkömmliche
Gestaltung mit einem Kopfscheitelpunkt und beiderseits des Scheitelpunkts ähnlich gekrümmten Flanken
auf. Anders ausgebildet ist der Zahn R 1, der in dem linearen Bereich
der Wälzkurve
wirksam ist. Die Winkelkoordinaten der Punkte R1a, R1c und R1,2
betragen 1 Grad, 18 Grad bzw. 29 Grad. Es handelt sich hierbei um
einen nicht herkömmlichen
Zahn, der sich in seiner Zahnformgestaltung und in seiner Lage relativ
zur Rollkurve und in seiner Funktionsweise bzw. Eingriffscharakteristik
von den herkömmlichen
Zähnen
unterscheidet, wie im nachfolgenden noch näher erläutert werden wird.
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Die
kolbenseitigen Zähne
K1 bis K6, d. h, die Zähne
der Zahnstange 1a sind passend zu den Ritzelzähnen R 1
bis R 5 ausgebildet.
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Die
Arbeitsweise des Getriebes mit dem Zusammenwirken der Ritzelzähne R 1
bis R 5 mit den Zahnstangenzähnen
K 1 bis K 6 geht aus den 2 bis 5 hervor,
welche die Drehstellungen des Ritzels in den unterschiedlichen Betriebsstellungen
zeigen.
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Bei
der Anwendung in dem Türschließer in 1 wirkt
bei Drehung des Ritzels im Gegenuhrzeigersinn, also bei der Öffnungsbewegung,
sowie auch bei Drehung des Ritzels im Uhrzeigersinn, also bei der Schließbewegung,
jeweils die Schließerfeder 3 auf
die Verzahnung in gleicher Richtung ein, so daß in beiden Richtungen jeweils
dieselbe Zahnflanke belastet wird, in 2 jeweils
die rechte Zahnflanke der Ritzelzähne R 1 bis R 5 und die linke
Zahnflanke der Zahnstangenzähne
K1 bis K5. Diese sogenannten druckseitigen Flanken sind in 2 jeweils
mit 41, 42, 43, 44, 45 an
den Zähnen
des Ritzels und mit 11, 12, 13, 14,
und 15 an den Zähnen
der Zahnstange bezeichnet. An diesen Flanken liegen die zum Eingriff
kommenden Eingriffsstellen bzw. Eingriffsflächen der Zähne.
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Wie
aus den 6 bis 10 zu
erkennen ist, gibt es in jeder Drehstellung des Ritzels im Eingriff
mit der Zahnstange 1a mindestens einen Flankenberührungspunkt.
Er wird im folgenden als momentaner Eingriffspunkt EX bezeichnet.
Er wandert bei fortschreitender Drehung des Ritzels und liegt dabei
jeweils auf den miteinander zum Eingriff kommenden Flanken von Ritzel
und Zahnstange, und zwar jeweils auf den druckseitigen Flanken 11, 41,
dann 12, 42, dann 13, 43, dann 14, 44,
dann 15, 45 bei maximalem Öffnungswinkel.
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Die
Ritzelzähne
R2 bis R5 kämmen
mit den zahnstangenseitigen Zähnen
K2 bis K5 in herkömmlicher Weise
im Unterschied zu dem Ritzelzahn R1 und Zahnstangenzahn K1, welche
in nicht herkömmlicher
Weise zusammenwirken, wie im nachfolgenden noch näher anhand
der Figuren erläutert
werden wird.
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Das
herkömmliche
Eingriffsverhalten der Zähne
R2 bis R5 und K2 bis K5 ergibt sich aus den 9 und 10,
welche den Übergang
vom ersten Zahn R1, K1 zum zweiten Zahn R2, K2 zeigen.
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Bei
Drehung des Ritzels 4a im Gegenuhrzeigersinn (Öffnungsbewegung)
wandert EX auf der druckseitigen Flanke 42 des Zahns R2
also vom Fuß zum
Kopf hin und auf der druckseitigen Flanke 12 des Zahns K2
vom Kopf zum Fuß hin.
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Die
dabei zum Eingriff kommenden Flächen
auf den druckseitigen Flanken 12 und 42 sind mit
E12 und E42 bezeichnet. Bei weiter fortschreitender Drehung des
Ritzels 4a kommen sodann die Zähne R3 und K3 miteinander in
Eingriff, wobei EX in entsprechender Weise auf den Flanken 13 und 43 wandert.
Dies setzt sich entsprechend fort bei weiterer Drehung, bei der
die weiteren Zähne
R4, K4 und sodann R5, K5 miteinander in Eingriff kommen. Die Bewegungsrichtung
von EX läuft
also auf dem druckseitigen Zahnflanken 12, 13, 14, 15 entgegen
der Bewegungsrichtung der Zahnstange.
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Bei
Drehung des Ritzels im Uhrzeigersinn (Schließbewegung) ist das Eingriffsverhalten
dieser herkömmlichen
Zähne R2
bis R5, K2 bis K5 entsprechend. EX wandert dabei an denselben Flanken
wie bei der zuvor beschriebenen Öffnungsbewegung,
jedoch gerade in umgekehrter Richtung.
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Dieses
Eingriffsverhalten der Zähne
R2 bis R5, K2 bis K5 ist bei herkömmlich miteinander kämmenden Zähnen bekannt.
Die miteinander in Eingriff kommenden Zahnflanken rollen aufeinander
ab bzw. wälzen
aufeinander ab. Relativ gering ist der Anteil an spezifischem Gleiten.
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Ein
anderes Eingriffsverhalten ergibt sich bei Zusammenwirken der Zähne R1 und
K1. Dieses Eingriffsverhalten ist in den 6 bis 8 zu
erkennen. Bei Drehung des Ritzels im Gegenuhrzeigersinn (Öffnungsbewegung)
wandert der momentane Eingriffspunkt EX (Flankenberührungspunkt)
auf der druckseitigen Flanke 11 des zahnstangenseitigen
Zahns K1 vom Fuß zum
Kopf hin, wobei bei fortschreitender Öffnungsbewegung bzw. Drehung
des Ritzels in Öffnungsrichtung
auf der Flanke 11 die zum Eingriff kommende Eingriffsfläche E11 überstrichen
wird, welche sich auf der Zahnflanke 11 des Zahns K1 fast über die
gesamte Flanke 11 vom Fuß zum Kopf hin erstreckt. Auf
dem Ritzelzahn R1 wandert EX hingegen nur über einen engbegrenzten Bereich
unter Ausbildung einer engbegrenzten Eingriffsfläche E41. Sie kann im Grenzfall
punkt- oder linienförmig
sein und wird im folgenden Eingriffsstelle E41 bezeichnet.
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Im
dargestellten Fall ist E11 also wesentlich größer als E41, d. h. EX überstreicht
auf der Flanke 11 eine wesentlich größere Fläche als auf der Flanke 41.
Es sei noch angemerkt, daß bei
der dargestellten speziellen Zahnform von R1 und K1 der momentane
Eingriffspunkt EX auf der engbegrenzten ritzelseitigen Eingriffsfläche E41
während
der Drehung des Ritzels beim Öffnen
eine ganze Hin- und
Herbewegung ausführt, wobei
der Umkehrpunkt dieser Hin- und Herbewegung bei sehr kleinem Öffnungswinkel
liegt. Gleichzeitig läuft der
momentane Eingriffspunkt EX auf der deutlich größeren Eingriffsfläche E11,
wie bereits beschrieben, in nur eine Richtung, d. h. beim Öffnen konstant
vom Fuß zum
Kopf hin.
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Bei
Drehung im Uhrzeigersinn (Schließbewegung) ist das Eingriffsverhalten
entsprechend, wobei EX dann auf derselben druckseitigen Flanke 11 des
Zahns K1 jedoch in umgekehrter Richtung, d. h. vom Kopf zum Fuß hin läuft und
EX auf der druckseitigen Flanke 41 des Zahns R1 wieder
auf E41 unter Hin- und Herbewegung ebenfalls in entsprechender Weise
wie beim Öffnen,
jedoch in umgekehrter Richtung läuft.
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Dieses
besondere Eingriffsverhalten der Zähne R1 und K1 bedeutet, daß die Zähne R1 und
K1 überwiegend
aufeinander gleiten. Der Anteil von Abrollen und Abwälzen ist
sehr gering; er kann gleich Null sein. Auffällig bei diesem speziellen
Eingriffsverhalten ist, daß der
momentane Eingriffpunkt EX auf der zum Eingriff kommenden Flanke 11 des
Zahns K1 gerade in umgekehrte Richtung wandert wie bei den herkömmlichen Zähnen K2
bis K5, R2 bis R5, d. h. bei derselben Drehrichtung des Ritzels
und derselben Bewegungsrichtung der Zahnstangez. B. Drehung des
Ritzels in Gegenuhrzeigersinn und damit Bewegung der Zahnstange
in Richtung Auf – wandert
der momentane Eingriffspunkt EX auf der zahnstangenseitigen Flanke 11 vom
Fuß zum
Kopf hin und bei den herkömmlichen
Zähnen
R2 bis R5, K2 bis K5, vom Kopf zum Fuß hin. Bei Drehung des Ritzels
in Gegenrichtung und Bewegung der Zahnstange in Richtung Zu gilt
dies entsprechend gerade umgekehrt.
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Ferner
ist die zum Eingriff kommende Eingriffsstelle E41 auf der wirksamen
Flanke 41 des Zahns R1 eng begrenzt in engen Achswinkelkoordinaten,
dies bedeutet, der momentane Eingriffspunkt EX verbleibt in der
engbegrenzten Eingriffsstelle E41 in nahezu unveränderter
Position in einem engen Bereich auf der Flanke 41. Die
Achswinkelkoordinaten von E41 liegen bei negativem Achswinkel von
wenigen Grad z. B. um -1 Grad. Der momentane Eingriffspunkt EX führt eine
Hin- und Herbewegung aus. Demgegenüber ist, wie bereits beschrieben,
die zum Eingriff kommende Eingriffsfläche E42, E44 auf den herkömmlichen
Ritzelzähnen
R2 bis R5 wesentlich größer und
EX läuft
bei Drehung des Ritzels in Gegenuhrzeigersinn auf den Flanken 42, 43, 44, 45 vom
Fuß zum
Kopf hin und bei Drehung in Uhrzeigersinn in Gegenrichtung.
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Bei
abgewandelter Zahnform von R1 und K1 kann der momentane Eingriffspunkt
EX auf der zahnstangenseitigen Eingriffsfläche E11 anstelle der beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
beschriebenen konstantgerichteten Bewegung eine Hin- und Herbewegung
ausführen.
Gleichzeitig kann EX auf der ritzelseitigen Eingriffsfläche E41
ebenfalls eine solche Hin- und Herbewegung ausführen oder aber auf E41 konstant
in eine Richtung laufen oder nahezu unbewegt auf der Flanke 41 an
einer Stelle verbleiben unter Ausbildung einer im Grenzfall Punkt- oder linienförmigen Eingriffsstelle
E41.
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Ferner
sind abgewandelte Ausführungen
möglich,
bei denen die zahnstangenseitige Eingriffsfläche E11 eng begrenzt ist und
die ritzelseitige Eingriffsfläche
E41 wesentlich größer ausgebildet
ist, d. h. also gerade umgekehrt wie im dargestellten Fall. Tabelle
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