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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstange für einen Zahnriemenantrieb mit einem Antriebsriemen, aufweisend ein stabiles Grundprofil und darauf befestigt eine Mehrzahl von einen oder mehre Zähne aufweisenden Zahnungssegmenten.
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Eine derartige Zahnstange ist aus
DE 196 53 967 A1 bekannt. Insbesondere beschreibt dieses Dokument die Herstellung kostengünstiger Zahnstangen unter Verwendung von konventionellen Zahnriemen, die als Meterware erhältlich sind und die an einem Grundkörper befestigt werden.
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Zahnriemenantriebe sind beispielsweise aus
DE 34 33 363 C1 bekannt und werden unter dem Namen Zarian
®-Antriebsmodul vertrieben. Bei diesem Antriebsmodul ist ein Endlos-Zahnriemen vorgesehen, der um ein Antriebsritzel und zwei jeweils auf einer Achse gelagerte Umlenkrollen geführt ist und eine Zahn-Eingriffskontur aufweist, die einerseits mit dem Antriebsritzel in Eingriff steht und andererseits mit einer Zahnstange in Eingriff steht. Bei Betrieb führen Antriebsmodul und Zahnstange eine Relativbewegung zueinander aus. Der elastische Zahnriemen besteht aus einem Kunststoffmaterial, das beispielsweise eine Armierung aus Stahldraht oder Fasermaterial besitzt. Derartige Antriebsmodule werden typischerweise für das schnelle und repetierbare Verfahren von Werkzeugen oder Werkzeugtischen verwendet.
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An die Geschwindigkeit und die Präzision von Mess- und Werkzeugmaschinen werden höchste Anforderungen gestellt. Bei derartigen Einsätzen, bei denen Schlitten, Supporte, Werkzeuge oder Werkzeugtische Linerarbewegungen und bei Maschinen mit Kreuzschlitten sogar gleichzeitig Bewegungen in Richtungen beider Koordinaten einer Fläche ausführen müssen, sollten die Linearbewegungen nicht nur schnell, d. h. mit großen Beschleunigungs- und Verzögerungswerten, sondern auch mit höchster Genauigkeit ausgeführt werden, um die gewünschten Fertigungstoleranzen einhalten zu können. Es ist weiterhin erforderlich, dass derartige Antriebe eine schlupffreie, spielfreie und schwingungsfreie Bewegung erlauben. Gerade für den Einsatz in numerisch gesteuerten Anlagen ist die Reproduzierbarkeit der Verfahrbewegungen der Antriebsmodule eine Grundvoraussetzung.
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Ein wesentliches Kriterium zur Erfüllung dieser Aufgaben ist die Maßhaltigkeit der mit dem Zahnriemen kooperierenden Zahnstange. Wie genau die Maßhaltigkeit der Zahnstange sein muss, erkennt man daran, dass der Antriebsriemen des Zavian®-Antriebsmoduls eine Minusteilung von 0,1% gegenüber der Sollteilung aufweist, um nach der Einstellung der Vorspannung mit der Teilung des Antriebsritzels und der Zahnstange korrekt übereinzustimmen. Schon relativ geringe Fehlanpassungen zwischen der Teilung der Zahnstange und der Teilung des Zahnriemens des Antriebsmoduls führen zu Beeinträchtungen beim Antriebssystem, sei es zu unerwünschtem Verschleiß oder Schwingungen sowie zu Positionierfehlern.
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Die kostengünstigen Zahnstangen aus
DE 196 53 967 A1 eignen sich nicht zum Übertragen der bei dieser Art von Zahnriemenantrieb typischerweise auftretenden hohen Kräfte. Vielmehr wäre der Verschleiß insbesondere an dem Zahnriemen relativ groß, was zu einem schnellen Ausfall des Antriebssystems führen würde. Auch könnte die erforderliche Positioniergenauigkeit nicht erreicht werden.
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Um die erforderlichen hohen Kräfte bei zufriedenstellend niedrigem Verschleiß übertragen zu können, werden derzeit gefräste Aluminiumflachprofile verwendet, wobei die Zahnung Zahn um Zahn in das Aluminiummaterial gefräst wird. Es liegt auf der Hand, dass diese Art der Herstellung extrem arbeitsaufwendig und entsprechend teuer ist. Dazu kommt, dass die einzelnen Aluminiumzahnstangen maximal mit einer Länge von 0,5 m hergestellt werden können und für längere Verfahrstrecken mehrere Zahnstangensegmente aneinander angesetzt werden müssen. Um einen teilungsgenauen Übergang am Zahnstangenstoß zu schaffen, muss bei der Montage mit einer Teilungslehre gearbeitet werden, eine Arbeit, die höchste Präzision und Genauigkeit des Monteurs erfordert. Zudem muss jedes einzelne Zahnstangenteil auf Parallelität zu der Linearführung des Antriebs ausgerichtet sein, was ebenfalls sehr zeit- und kostenaufwendig ist. Diese Arbeit kann nur von einem Fachmann geleistet werden, was die Kosten zusätzlich erhöht. Ein weiterer Nachteil dieser Aluminiumzahnstangen liegt in der Art der Befestigung dieser Zahnstangen mittels innerhalb der Verzahnung liegender Schrauben. Die Schraubenköpfe sind anfällig gegen Verschmutzung und vermindern die tragenden Verzahnungsflächen.
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Zudem war man bei der Anwendung dieser Zahnstangenteile sehr unflexibel, insbesondere was die Möglichkeit des Integrierens der Zahnstange in den Führungskörper des Zahnriemenantriebssystems betraf, da man lediglich die Möglichkeit hatte, die Zahnstange anzuschrauben.
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EP 0 994 282 A2 zeigt eine Zahnschiene, die aus mehreren miteinander verbundenen Abschnitten zusammengesetzt ist. Jeder Abschnitt hat an der Grundfläche mehrere Vorsprünge zur Verbindung mit entsprechenden Einhaköffnungen in einer Stützschiene aus Metall. Die Stützschiene ist wenigstens so lang wie der zusammengesetzte Abschnitt und stellt ein Mittel dar, um die Zahnschiene durch Schrauben oder Schweißen am Ort der Benutzung zu Befestigen.
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WO 99/12786 zeigt ein Schienen- und Trägersystem zum Bewegen eines Arbeitsstücks entlang einer flexiblen Schiene. Das System weist eine Schiene mit wenigstens einem Schienensegement auf, wobei das Schienensegment eine Zahnschienenanordnung aufweist, die von einer Anzahl von Zahnschienenteilen gebildet wird, die voneinander beabstandet an dem Schienensegment befestigt sind. Eine Transportvorrichtung ist entlang der Zahnschiene bewegbar. Die Transportvorrichtung weist einen ersten Schlitten und einen zweiten Schlitten auf, die abnehmbar an der Zahnschiene befestigt sein können. Eine Verbindung erstreckt sich zwischen den beiden Schlitten, um die beiden Schlitten zu verbinden, während sie sich entlang der Zahnschiene bewegen.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Zahnstange für einen Zahnriemenantrieb mit einem Antriebsriemen bereitzustellen, die kostengünstig und in beliebiger Länge hergestellt werden kann, einfach zu montieren ist und die die hohen Qualitätsanforderungen an derartige Zahnstangen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
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Insbesondere sind bei der beschriebenen Zahnstange mehrere Zahnungssegmente mit gleicher Anzahl von Zähnen vorgesehen, die in einem festgelegten Wiederholungsrhythmus an dem Grundprofil angeschlossen sind.
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Diese Art des Aufbaus der Verbundzahnstange erlaubt es, die einzelnen Zahnungssegmente im Druckgußverfahren kostengünstig beispielsweise aus einem Metall oder einem Kunststoff herzustellen. Zwar ist die Herstellungsgenauigkeit bei einer Herstellung im Druckgußverfahren deutlich geringer als bei dem konventionellen Fräsen der Zahnung in Aluminiumflachprofile, diese verringerte Herstellungsgenauigkeit wird erfindungsgemäß jedoch dadurch ausgeglichen, daß mehrere Zahnungssegmente mit einer vorgegebenen Anzahl von Zähnen in einem festgelegten Wiederholungsrhythmus an dem Grundprofil angeschlossen sind. So ist beispielsweise für jedes Zahnsegment die Position des ersten Zahns an dem Grundprofil genau vorgegeben, d. h. der Abstand zwischen dem ersten Zahn eines Zahnungssegments und dem ersten Zahn eines darauf folgenden Zahnungssegments ist über die Länge der Zahnstange konstant. Dadurch ist ausgeschlossen, daß sich Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Zahnungssegmente an der Zahnstange addieren können. Letzteres wäre nämlich der Fall, wenn längere Zahnstangenteile als Ganzes im Druckgußverfahren hergestellt würden. Bei den erfindungsgemäß vorgesehenen relativ kurzen Zahnungssegmenten sind auch die auftretenden Herstellungstoleranzen absolut relativ gering, so daß durch den festgelegten Wiederholungsrhythmus dieser Zahnungssegmente über die Gesamtlänge der Zahnstange eine ausreichende Genauigkeit sichergestellt ist.
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Die Länge der Zahnungssegmente, bzw. die Anzahl der Zähne wird durch die erforderliche Gesamtgenauigkeit einerseits und durch die durch das Herstellungsverfahren vorgegebene Herstellungsgenauigkeit bestimmt. So ist ein Problem bei der Herstellung die erforderliche Ebenheit der einzelnen Zahnungssegmente, die von dem Verhältnis von Länge zu Breite des Zahnungssegments abhängig ist. Dieses Verhältnis sollte vorzugsweise etwa 1 betragen. Vorzugsweise ist das Verhältnis kleiner als 4:1, bevorzugter zwischen 3:1 und 1:3, bevorzugter zwischen 2:1 und 1:2 und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 0,75. Die Anzahl der Zähne sollte vorzugsweise kleiner als 20, bevorzugter kleiner als 15, bevorzugt zwischen 1 und 8, und bevorzugter zwischen 2 und 6 betragen.
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Vorzugsweise weist jedes Zahnungssegment die gleiche Anzahl von Zähnen auf. Man kann sich jedoch auch Lösungen vorstellen, bei denen Zahnungssegmente mit unterschiedlicher Anzahl von Zähnen, bzw. unterschiedlicher Länge miteinander beispielsweise alternierend kombiniert sind. Es muß dann sichergestellt sein, daß der Wiederholungsrhythmus so festgelegt ist, daß die gewünschte Zahnung erreicht wird und sich die Toleranzabweichungen nicht oder zumindest nicht übermäßig addieren.
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Das Grundprofil gibt der Zahnstange die ausreichende Festigkeit. Es kann aus einem Metall, z. B. Aluminium, oder formfesten Kunststoffmaterial, im Strangpressverfahren hergestellt sein. Dieses Grundprofil kann relativ kostengünstig hergestellt werden. Es ist günstig, wenn dieses Grundprofil sehr gerade ist, d. h. relativ geringe Toleranzabweichungen in Längsrichtung aufweist. das Grundprofil kann auch integraler Bestandteil des entsprechenden Werkzeugschlittens, etc. sein oder kann integral die Führungen für das Antriebssystem beinhalten. Anders als die bisher gefrästen Zahnstangen, die, wie bereits ausgeführt wurde, typischerweise maximal eine Länge von 0,5 m haben, kann das Grundprofil beträchtlich länger hergestellt werden. So sind Längen der Zahnstange von bis zu 5 m und mehr möglich. Damit kann erheblich der Arbeitsaufwand bei der Montage der Zahnstange am Einsatzort verringert sein, wodurch die Kosten weiter reduziert werden können.
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Die Zahnungssegmente sind vorzugsweise im Preßverfahren aus Metall oder Kunststoffmaterial hergestellt, wobei Zink- oder Aludruckguß-Zahnungssegmente bevorzugt sind. Sie können typischerweise mit einer besseren Ebenheit als Zahnungssegmente aus Kunststoffmaterial hergestellt werden. Die Zahnungssegmente können beispielsweise durch Kleben aber auch durch Schrauben, etc. an dem Grundprofil befestigt werden. Eine bevorzugte Art der Befestigung wird nachgehend geschildert werden. Diese Befestigung kann beispielsweise in der Fabrik erfolgen. Der festgelegte Wiederholungsrhythmus kann beispielsweise mittels einer Schablone festgelegt bzw. überprüft werden. Es ist jedoch besonders bevorzugt, ohne derartige Schablonen arbeiten zu können. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der festgelegte Wiederholungsrhythmus durch die Ausbildung von Zahnungssegmenten und/oder Grundprofil vorgegeben ist. So können beispielsweise Positionierelemente, wie Anschläge, etc., vorhanden sein.
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Vorzugsweise weisen die Zahnungssegmente angeformte Befestigungselemente auf. Dabei kann es sich beispielsweise um Stifte, Hintergreifungsränder, etc. handeln. Besonders bevorzugt sind in der Art von Befestigungsfüßen ausgebildete Befestigungsvorsprünge vorgesehen. Diese Befestigungsvorsprünge können mit entsprechenden Befestigungsausnehmungen, die in dem Grundprofil in dem vorgegebenen Wiederholungsrhythmus ausgebildet sind, oder mit korrespondierenden Befestigungsnuten, die sich über die Länge des Grundprofils erstrecken, zusammenwirken. Vorzugsweise ist eine Riffelung bzw. eine rasterartige Oberflächenausbildung vorgesehen, um eine sichere Verbindung mit dem Grundprofil zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist ein Trägerband vorgesehen, mit dem die einzelnen Zahnungssegmente verbunden sind und mit dem sie auf dem Grundprofil befestigt sind. Wie schon bei der Befestigung der Segmente am Grundprofil kann auch die Befestigung der Segmente am Trägerband bzw. die Befestigung des Trägerbands am Grundprofil durch Kleben, Schrauben, Nieten, Klemmen, Verrastern, etc. erfolgen.
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Vorzugsweise sind an dem Trägerband bzw. an dem Grundprofil Positioniermittel vorgesehen, mittels derer die Zahnungssegmente in dem festgelegten Wiederholungsrhythmus positioniert sind. Diese Positioniermittel erleichtern die Montage der Zahnungssegmente in dem festgelegten Wiederholungsrhythmus und machen Schablonen für die Montage überflüssig. Die Positioniermittel können beispielsweise Anschläge sein, die beispielsweise bei einem Blechträgerband durch Prägen oder Stanzen erzeugt werden.
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Vorzugsweise sind die Positioniermittel Ausnehmungen in dem Trägerband. So können beispielsweise Durchgangsöffnungen in dem Trägerband vorgesehen sein, die eine bestimmte vorgegebene Größe besitzen, und mittels der die Zahnungssegmente genau positioniert werden können. Dazu können die Öffnungen beispielsweise mit den Befestigungselementen der Zahnungssegmente kooperieren. Die Öffnungen haben dann vorzugsweise zumindest teilweise eine Konfiguration, die mit der Gestalt der Befestigungselemente korrespondiert. Es ist besonders günstig, die Positioniermittel in dem Trägerband und nicht in dem Grundprofil vorzusehen. Das Grundprofil kann dann problemlos im Stranggußverfahren hergestellt werden. Andererseits ist das Trägerband vorzugsweise aus einem flachen Metallmaterial, das relativ einfach durch Stanzen oder Prägen bearbeitet werden kann, um die Positioniermittel auszubilden. Ein derartiges mit Positioniermitteln versehenes Trägerband erfüllt dann praktisch die Funktion einer integrierten Schablone.
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Vorzugsweise sind in Draufsicht auf die Zahnstange zwei Reihen von Befestigungselementen an den Zahnsegmenten und zwei Reihen von Ausnehmungen in dem Trägerband im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Zahnstange vorgesehen. Dadurch wird eine gewisse Verdrehsicherheit für die Zahnungssegmente realisiert. Es ist besonders günstig, wenn an jedem Zahnungssegment vorzugsweise mindestens vier Befestigungselemente vorgesehen sind. Dadurch wird eine besonders gute Verdrehsicherheit realisiert. Außerdem ist es leichter möglich, die Zahnstange zu verlängern, in dem beispielsweise der Stoß von zwei Trägerbandstücken zwischen den vorderen und den hinteren Befestigungselementen eines Zahnungssegments vorgesehen ist. Es können jedoch auch mehrere parallele Reihen von Befestigungselementen und Ausnehmungen vorgesehen sein sowie mehrere Befestigungselemente in Längsrichtung eines Zahnungssegments.
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Vorzugsweise ist für jede Reihe von Befestigungselementen bzw. von Ausnehmungen ein eigenes Trägerband vorgesehen. Zum einen sind die Werkzeugkosten geringer, wenn nur eine Reihe von Ausnehmungen in einem Trägerband hergestellt werden muß. Außerdem können die Trägerbänder versetzt zueinander montiert werden, was es einfacher erlaubt, die Trägerbänder zu verlängern, d. h. mit Stoß zueinander anzuordnen. Somit sind kürzere Trägerbandlängen möglich, d. h. Trägerbänder, die nicht über die gesamte Länge der Zahnstange bzw. des Grundprofils gehen. Lange Trägerbänder sind nämlich wegen des Problems des ”Sichelfehlers” unerwünscht. Damit wird die Eigenschaft von Blechbändern vom Coil bezeichnet, daß sie nicht exakt gerade sind sondern eine schwache Sichelform besitzen. Die Verwendung relativ kurzer Trägerbänder umgeht dieses Problem.
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Vorzugsweise sind die Zahnsegmente und/oder das Trägerband mittels einer Rastverbindung an dem Grundprofil befestigt. Die Rastverbindung kann beispielsweise in der Form einer Riffelung an einer oder beider der miteinander kooperierenden Flächen ausgebildet sein. Es ist auch möglich, ein elastisch nachgiebiges Element vorzusehen, welches mit einer Befestigungsnase hinter einen Befestigungsrand greift. Die Befestigung kann beispielsweise über die an den Zahnungssegmenten angeformten Befestigungsfüße erfolgen. Hier ist beispielsweise eine Riffelung oder eine enge Passung zur Befestigung möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigung auch in Längsrichtung seitlich an der Zahnstange vorgesehen sein. So kann beispielsweise an dem Grundprofil eine seitliche Befestigungslasche vorgesehen sein, an der eine Befestigungsnase vorgesehen ist. Die Befestigungslasche kann beispielsweise integral an dem Grundprofil angeformt sein. Sie kann sich über die gesamte Länge des Grundprofils erstrecken oder in mehrere Abschnitte unterteilt sein.
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Es ist grundsätzlich günstig, wenn die Befestigung lösbar ist, so daß einzelne oder alle Zahnungssegmente von dem Grundprofil entfernt werden können, beispielsweise um an die Befestigungsschrauben heranzukommen, welche das Grundprofil bzw. die Zahnstange an der Unterlage befestigen. Alternativ kann in einem oder mehreren Zahnungssegmenten eine Durchgangsöffnung vorgesehen sein, durch die man an eine darunter liegende Befestigungsschraube gelangen kann. Zum Verschließen dieser Durchgangsöffnung kann beispielsweise ein Stopfen oder Deckel vorgesehen sein, der in der Öffnung beispielsweise mit einer Bajonettverbindung befestigt werden kann. Es ist günstig, diesen Deckel oder Stopfen auf der Zahnungsseite mit einer Kontur zu versehen, die der Zahnung in dem Bereich des Stopfens entspricht, so daß bei montiertem Stopfen die Zahnung der Zahnstange auch über die Öffnung hinweg durchgeht.
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In diesem Zusammenhang sei auf einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung hingewiesen, der sich aus der relativ großen Länge einzelner Zahnstangenabschnitte ergibt, verglichen mit den kurzen Zahnstangenabschnitten aus dem Stand der Technik. Dieser Vorteil liegt darin, daß die Schraubenabstände beträchtlich größer sein können, als bei den kurzen Zahnstangenabschnitten des Stands der Technik. So können bei einer Länge des Grundprofils von 5000 mm die Schraubenabstände zur Befestigung an der Unterkonstruktion 200 mm betragen. Bei einer Länge von 40 mm eines Zahnungssegments, wie sie von der Anmelderin zur Zeit ins Auge gefaßt wird, wäre es ausreichend, jedes fünfte Zahnungssegment mit einer Bohrung und einem entsprechenden Stopfen auszubilden. Bei der Ausrichtung einer Bohrung in dem Grundprofil mit der Öffnung in einem Zahnungssegment ist wegen des vorgegebenen Wiederholungsrhythmus auch sichergestellt, daß sämtliche weiteren Bohrungen im Grundprofil mit den Öffnungen in den jeweiligen Segmenten ausgerichtet sind.
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Vorzugsweise sind die Zahnungssegmente einer Zahnstange nicht in Zahngrundmitte oder in Zahnkopfmitte gestoßen. Vorzugsweise ist der Stoß im Bereich des Übergangs von Zahngrundende zu der Anstiegsflanke des Zahns bis zu dem Übergangsbereich Zahnflanke zu Zahnkopf. Durch einen derartigen asymmetrischen Stoß ist sichergestellt, daß die Zahnungssegmente immer in der gleichen Orientierung in Transportrichtung an der Zahnstange aneinander angeschlossen werden. Dadurch kommt es nicht zur Herstellungstoleranzenaddition bei zwei nachfolgenden Zahnungssegmenten. Besonders bevorzugt ist es, den Stoß an der Übergangskante zwischen Zahngrund und Zahnflanke vorzusehen. Hier fällt auch optisch der Stoß am wenigsten auf.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Montagesatz für eine Zahnstange gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend ein Grundprofil zum Befestigen auf einer Unterkonstruktion und mehrere Zahnsegmente zur Befestigung an dem Grundprofil sowie vorzugsweise einem bzw. zwei Trägerbändern. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es relativ problemlos möglich, ohne die Verwendung von speziellen Zahnungslehren, die Zahnstange an dem Einsatzort zusammenzubauen. Das kann durch nicht speziell geschultes Personal des Kunden problemlos durchgeführt werden. Vorzugsweise sind die Zahnsegmente an dem Trägerband vormontiert und mittels einer Transportsicherung an dem Trägerband angebracht. Es kann beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband als Transportsicherung vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, eine Rastverbindung zwischen Zahnungssegment und Trägerband als Transportsicherung vorzusehen. Andere Möglichkeiten der Transportsicherung, beispielsweise durch Klebstoff, etc. können auch vorgesehen sein.
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Es ist auch möglich, die Zahnstange über die gesamte Länge des Grundprofils in der Fabrik vorzumontieren und lediglich diejenigen Zahnungssegmente noch nicht einzusetzen, unter denen die Befestigungsöffnungen für Befestigungsschrauben an der Unterkonstruktion sind. Nach dem Anschrauben des Grundprofils an der Unterkonstruktion können diese verbleibenden Zahnungssegmente problemlos montiert werden.
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Die Erfindung und Ausgestaltung an der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine auseinandergezogene Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnstange;
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2 ist eine auseinandergezogene Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange;
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3 ist ein Schnitt durch die Zahnstange der zweiten Ausführungsform gemäß der Linie 3-3 von 4;
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4 ist eine Draufsicht auf ein Zahnungssegment;
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5 ist ein Schnitt ähnlich dem von 3 durch eine Zahnstange gemäß einer dritten Ausführungsform;
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6 ist ein Schnitt durch eine Zahnstange ähnlich dem von 3 durch eine erfindungsgemäße Zahnstange gemäß einer vierten Ausführungsform;
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7 ist ein Schnitt durch eine Zahnstange ähnlich dem von 3 durch eine erfindungsgemäße Zahnstange gemäß einer fünften Ausführungsform;
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8 ist eine Unteransicht von an zwei Trägerbändern vormontierten Zahnungssegmenten; und
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9 ist eine Zahnriemenantriebsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
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In der 9 erkennt man eine Zahnstange 2 des Stands der Technik, die mit einem Zahnriemenantriebsmodul 4 kooperiert. Das Zahnriemenantriebsmodul 4 weist einen Endlos-Antriebsriemen 6 auf, welcher von einem angetriebenen Antriebsritzel 8 angetrieben wird und um zwei Umlenkrollen 10, 12 geführt ist. Der Endlos-Antriebsriemen 6 besteht typischerweise aus einem verstärkten elastischen Kunststoffmaterial. Das Riemenantriebsmodul 4 weist typischerweise (nicht gezeigte) Führungselemente, beispielsweise Führungsrollen auf, die mit (ebenfalls nicht gezeigten) Zuführungsbahnen zusammenwirken, die relativ zu der Zahnstange fest angeordnet sind.
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1 ist eine auseinander gezogene Darstellung einer erfindungsgemäßen Zahnstange 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Man erkennt ein stabiles Grundprofil 14, ein Trägerband 16 und einzelne Zahnungssegmente 59, 60, die beispielsweise aus Kunststoffmaterial hergestellt und mit dem Trägerband 16 verbunden sind. Das Trägerband 16 ist vorzugsweise aus einem Blechmaterial, besonders bevorzugt aus einem Metallblech, beispielsweise einem Nirosta-Stahlblech hergestellt. Die Stärke des Blechmaterials bestimmt sich nach den zu übertragenden Kräften.
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Die einzelnen Zahnungssegmente 59, 60 können beispielsweise kostengünstig aus Kunststoffmaterial oder Aluminiummaterial im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Das Spritzgußverfahren eignet sich grundsätzlich für die Herstellung von Zahnstangen nicht, da die Teilungsgenauigkeit über eine gewisse Länge hinweg nicht eingehalten werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dieses Problem jedoch dadurch umgangen, daß die Zahnungssegmente 59, 60 eine Maximalanzahl von Zähnen aufweisen, die hinsichtlich der Teilungsgenauigkeit nicht problematisch ist, beispielsweise einen oder zwei Zähne 36 bei der gezeigten Ausführungsform. Die erforderliche Teilungsgenauigkeit wird durch eine ausreichend genaue Positionierung der einzelnen Zahnungssegmente 59, 60 auf dem Trägerband bzw. dem Grundprofil sichergestellt. Diese genaue Positionierung kann beispielsweise mittels einer Teilungslehre (nicht gezeigt) erfolgen. Alternativ können die einzelnen Zahnungssegmente 59, 60 Befestigungsvorsprünge 62 aufweisen, die in entsprechende Befestigungsöffnungen 64, die im richtigen Abstand mit erforderlicher Genauigkeit in dem Trägerband 16 vorgesehen sind, positioniert werden. Die Befestigungsvorsprünge 62 weisen vorzugsweise eine Rasterung auf, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung mit dem Trägerband 16 und/oder mit dem Grundprofil einzugehen. Die Befestigungsöffnungen 64 können in dem Trägerband 16 beispielsweise im Stanzverfahren hergestellt werden. In der 1 sind Zahnungssegmente 59, 60 und Trägerband 16 bzw. Grundprofil 14 auseinandergezogen gezeigt. Lediglich ein Zahnungssegment mit einem Zahn und ein Zahnungssegment mit zwei Zähnen sind aus darstellungstechnischen Gründen doppelt gezeigt. Es versteht sich von selbst, daß nicht zwei Zahnungssegmente übereinander vorgesehen sind.
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Das Grundprofil 14 kann ebenfalls im Preßgußverfahren hergestellt sein. Es kann auch aus Kunststoff bzw. Metallmaterial hergestellt sein. Besonders bevorzugt sind Kunststoffprofile 14, die im Stranggußverfahren hergestellt sind. Insbesondere solche, die aus einem Aluminiummaterial im Stranggußverfahren hergestellt sind. Es ist relativ problemlos möglich, diese Grundprofile 14 in einer Länge von 5000 mm und mehr herzustellen, so daß sich relativ problemlos sehr lange Zahnstangen 2 herstellen lassen. In Längsrichtung verlaufende Kammern und Kanäle, die beispielsweise der Aufnahme der Befestigungsvorsprünge 62 dienen, können integral im Stranggußverfahren hergestellt sein. Die Nachbearbeitung eines derartigen Grundprofils ist deshalb grundsätzlich nicht erforderlich. Bei entsprechenden Ausführungsformen müssen lediglich Befestigungsöffnungen zum Anschrauben des Grundprofils 14 an der Unterkonstruktion gebohrt werden. Insbesondere erkennt man zwei Längskanäle 66 und 68 zur Aufnahme der zwei Reihen von Befestigungsvorsprüngen 62. Man erkennt ferner, daß die Befestigungsvorsprünge 62 mit einer Rasterung bzw. eine Riffelung versehen sind, um die Zahnungssegmente 59, 60 sicher in den Kanälen 66, 68 festzulegen.
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Man erkennt, daß der Stoß der einzelnen Zahnungssegmente 59, 60 bei der Ausführungsform gemäß 1 im Zahngrund erfolgt, wobei die einzelnen Zahnungssegmente im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer parallel zu den Zähnen verlaufenden Mittelachse sind. Somit können die einzelnen Zahnungssegmente 59, 60 in der gezeigten Position bzw. in einer zur Symmetrieachse rechtwinkligen Achse um 180° verdreht montiert werden. Diese symmetrische Stoßanordnung hat den Nachteil, daß sich gewisse Herstellungstoleranzen der Zahnungssegmente 59, 60 ungünstig addieren können.
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Die Verwendung extrem kurzer Zahnungssegmente 59, 60, wie in der 1 gezeigt, hat den Vorteil relativ geringer Werkzeugkosten und den weiteren Vorteil, daß derartige kleine Zahnungssegmente 59, 60 von sogenannten Schnellläufermaschinen hergestellt werden können. Entsprechend günstig fallen die Stückkosten aus. Wie insgesamt darauf hingewiesen werden soll, daß die erfindungsgemäße Zahnstange sehr kostengünstig ist durch die vorteilhafte Kombination der im Druckgußverfahren hergestellten Zahnungssegmente mit dem ebenfalls im Druckgußverfahren hergestellten Grundprofil. Auch das Trägerband 16 kann relativ kostengünstig durch Stanzen hergestellt werden.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange 2. Man erkennt wieder das Grundprofil 14 mit den in Längsrichtung verlaufenden Kanälen 66, 68 zur Aufnahme der Befestigungsvorsprünge 62. Man erkennt ferner eine in Längsrichtung der Kanäle 66, 68 verlaufende Rasterung bzw. Riffelung entlang der Seitenwände der Kanäle 66, 68. Man erkennt ferner eine Rasterung bzw. Riffelung in Erstreckungsrichtung der Befestigungsvorsprünge 62. Damit sind bei der Ausführungsform gemäß 2 die Rillungen an den Befestigungsvorsprüngen 62 und in den Kanälen 66, 68 gekreuzt, um sicher die relativ großen zu übertragenden Längskräfte von den Zahnungssegmenten 59, 60 auf das Grundprofil 14 bzw. die Unterkonstruktion übertragen zu können. Des weiteren erkennt man einen in Längsrichtung des Grundprofils 14 verlaufenden Kanal 70, der der Aufnahme der Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben 50 dient. Ferner erkennt man an dem Grundprofil 14 seitliche Befestigungselemente in Form von elastisch nachgiebig an dem Grundprofil 14 angeordneten Befestigungsleisten 72, die eine Befestigungsnase 74 aufweisen zum kooperieren mit einem Befestigungsrand 76 seitlich an den Zahnungssegmenten 59, 60.
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Man erkennt, daß zwei Trägerbänder 16 parallel zueinander angeordnet sind. Man erkennt ferner, daß jedes einzelne Befestigungsband 16 aus mehreren Bandsegmenten 78, 80 gebildet ist, die an einem Stoß 82 aneinander anschließen. Es ist günstig, wie in der 2 gezeigt, den Stoß 82 bei den beiden parallelen Trägerbändern 16 versetzt anzuordnen.
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In der 3 ist ein Schnitt durch die Zahnstange 2 gemäß 2 gezeigt. Insbesondere auf der rechten Seite der 3 erkennt man das Zusammenwirken der an der Befestigungsleiste 72 vorgesehenen Befestigungsnase 74 mit dem Befestigungsrand 76 an den Zahnungssegmenten 59, 60.
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In der 4 ist mit der Linie 3-3 der Verlauf des Schnitts gezeigt. Man erkennt, daß der Schnitt auf der linken Seite durch eine Randausnehmung 84 des Zahnungssegments 59, 60 verläuft. Die Randausnehmung 84, dient dem Entfernen des Zahnungssegments 59, 60, um an die Befestigungsschraube 50 in dem Kanal 70 heranzukommen. Man kann sich leicht vorstellen, daß man mit einem geeigneten Werkzeug in die Befestigungsausnehmung 84 und unter den Vorsprung 86 des Zahnungssegments 60 greifen kann. Dabei kann das Werkzeug die Befestigungsleiste 72 zur Seite drücken, so daß die Nase 74 außer Eingriff mit dem Befestigungsrand 76 kommt. Durch ein Ziehen an dem Werkzeug nach oben kann dann das Zahnungssegment 60 entfernt werden.
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In der Draufsicht der 4 erkennt man die aus Zahngrund 100 ansteigender Zahnflanke 106, Zahnkopf 108 und abfallender Zahnflanke 110 sich wiederholende Zahnung des Zahnungssegments. Man erkennt insbesondere, daß das Zahnungssegment an seinem oberen Ende einen im wesentlichen kompletten Zahngrund 104 aufweist und an seinem unteren Ende mit einer abfallenden Zahnflanke 110 endet. Damit ist der Stoß zwischen zwei aufeinander folgenden Zahnungssegmenten 60 gemäß 4 an diesem Übergang von Zahnflanke 110 und Zahngrund.
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Eine alternative Ausführungsform zu dieser lösbaren Art der Befestigung ist in den 5 und 6 gezeigt. Insbesondere ist die Befestigungsleiste 72 der 5 nicht integral an dem Grundprofil 14 vorgesehen, sondern mittels einer Schraube 88 in einem Schraubenkanal 90 des Grundprofils festgeschraubt. Nach dem Entfernen der Befestigungsleiste 72 kann man durch ein Greifen unter den Befestigungsrand 76 an dem Zahnungssegment 60 das Zahnungssegment 60 nach oben abheben.
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6 zeigt eine weitere lösbare Befestigung, wobei die Befestigungskanäle 66, 68 in dem Grundprofil 14 hinterschnitten ausgebildet sind. Die Befestigungsvorsprünge 62 weisen eine erste Durchgangsöffnung 92 in Richtung der Vorsprünge 62 und eine zweite Durchgangsöffnung 94 senkrecht zur ersten Durchgangsöffnung 92 auf. In der zweiten Durchgangsöffnung 94 befinden sich Befestigungskugeln 96, die durch einen Sicherungsbolzen 98 nach außen gegen die Hinterschneidung in den Kanälen 66, 68 gepreßt werden können und somit das Zahnungssegment 60 an dem Grundprofil 14 festlegen. Der Kopf des Bolzens 98 ist in einer Kopfaufnahme 100 in der gesicherten Position aufgenommen. Ein seitlicher Schlitz 102 ist vorgesehen, um mit einem Werkzeug den Kopf zu hintergreifen und den Bolzen 98 aus der gesicherten Position nach oben zu ziehen.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Zahnstange 2. Bei dieser Ausführungsform sind die Zahnungssegmente 60 unlösbar an dem Grundprofil 14 angeschlossen. Das Grundprofil 14 weist zwei seitliche obere Flansche 32, 34 auf, zwischen denen die Zahnungssegmente 60 gegebenenfalls zusammen mit dem Trägerband 16 positioniert werden können. Zur Befestigung werden die beiden Flansche 32, 34 beispielsweise von einem Rollwerkzeug nach innen verbogen und klemmen so das Trägerband 16 und/oder die Zahnungssegmente 59, 60 fest. Es ist grundsätzlich möglich, das Trägerband 16 etwas breiter als die Zahnungssegmente 59, 60 vorzusehen, so daß lediglich das Trägerband 16 von den seitlichen Flanschen 32, 34 festgehalten wird. Die Zahnungssegmente 59, 60 werden dann anders an dem Trägerband und/oder dem Grundprofil 14 angeschlossen. Alternativ können das Trägerband 16 und die Zahnungssegmente 60 im wesentlichen die gleiche Breite aufweisen, so daß sie von den Flanschen 32, 34 gemeinsam festgeklemmt werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, die Zahnungssegmente 59, 60 auf diese Weise direkt an dem Grundprofil 14 zu befestigen. Die seitlichen Flansche 32, 34 können in einem gewissen Maße der seitlichen Führung des Zahnriemenantriebsmoduls 4 dienen.
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Eine Befestigungslasche 46 oder mehrere Befestigungslaschen 46, die in regelmäßigen Abständen an dem Trägerband 16 nach unten vorstehend angeordnet sind, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, befestigen zusätzlich das Trägerband 16 in dem Längskanal 70. Man erkennt insbesondere, daß die Befestigungslaschen 46 seitlich geriffelt sind, um beispielsweise in einer entsprechenden Riffelung 48 in dem Kanal 70 im Grundprofil 14 form- und kraftschlüssig einzugreifen.
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In der 7 ist ferner beidseitig an dem Grundprofil 14 eine seitliche Führung 58 gezeigt, eine derartige seitliche Führung 58 kann natürlich auch bei den anderen Ausführungsformen vorhanden sein.
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8 zeigt vormontiert mehrere Zahnungssegmente 60 an zwei Trägerbändern 16. Man erkennt insbesondere, daß an jedem Zahnungssegment 60 vier Befestigungsvorsprünge 62 vorgesehen sind, die eng anliegend durch die Ausnehmungen 64 in dem Trägerband 16 die Zahnungssegmente 60 positionieren. Man erkennt ferner, daß die Trägerbänder 16 so angeordnet sein können, daß das Trägerbandende relativ zu dem Ende eines Zahnungssegments 60 versetzt ist. Dadurch läßt sich ein teilungsgenaues Aneinandersetzen mehrerer Zahnstangenabschnitte, wie in 8 einer gezeigt ist, ermöglichen. Zusätzlich ist es möglich, die beiden Trägerbänder 16 versetzt zueinander anzuordnen, so daß auch diese an unterschiedlichen Positionen gestoßen sind.
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Es ist möglich, insbesondere an den Enden einer Zahnstange 2 kürzere Zahnungssegmente 60 vorzusehen. Beispielsweise kann man für die 8 Zahnungssegmente 60 vorsehen, die die halbe Länge normaler Zahnungssegmente haben, um einen korrekten Endabschluß der Zahnstange 2 sicherzustellen.
