Zahnstange

Rundzahnstange

Eine Zahnstange mit einer Triebstockverzahnung an einem Wehr

Die Zahnstange war ursprünglich eine vertikal montierte, technische Vorrichtung mit Zähnen, meist aus Metall, um Gegenstände in verschiedenen Höhen hängen zu können. So wurde z. B. in der Küche die Temperatur in Töpfen über offenen Feuerstellen durch Höhenänderungen an der Zahnstange reguliert.

Im Rahmen der fortschreitenden Industrialisierung wurden Zahnstangen auch als Maschinenelemente eingesetzt. Sie dienen in der Regel zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung oder umgekehrt.

Anwendungen:

• Bergbahntechnik(Zahnradbahn)
• Verfahren von Maschinenteilen mit Hilfe eines Elektromotors
• Stauwehre

Geometrie der Zahnstange

Zähne einer Zahnstange. Gut zu sehen die geraden Flanken.

• Geometrien von Zahnstangen
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  Evolventenverzahnung

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  Konchoidenverzahnung

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  Zykloidenverzahnung

Die Geometrie der Zahnstange entspricht der abgewickelten Geometrie eines Zahnrades mit Evolventen-, Zykloiden- oder Konchoidenverzahnung. Der Abstand von einem Zahn zum nächsten Zahn ist die Teilung einer Zahnstange. Die Teilung dividiert durch π ergibt den Modul der Zahnstange.

Die Zahnstange zu einem Zahnrad mit Evolventenflanken hat gerade Flanken.

Anwendungen

Zahnstangenantrieb

• Funktionsprinzip des Zahnstangenantriebs
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  Umwandlung von Rotation in Translation

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  Animierter Zahnstangenantrieb

Beim Zahnstangenantrieb ist die Zahnstange ein gerades Maschinenelement mit einer Reihe von Erhebungen, den Zähnen, in das ein Zahnrad greift. So erfolgt z. B. das Kippen einer Bessemerbirne mit Hilfe eines Zahnstangenantriebes. Der Hub H_Z (z. B. Vorschub oder Verfahrweg) eines Zahnstangenantriebs berechnet sich nach dem mittleren Umfang des Zahnkranzes des antreibenden Zahnrades und dessen Drehzahl n zu $H_Z=\pi\times d\times n$.

Beim Zahnradantrieb steht die Drehachse des Zahnrades orthogonal zur Verschieberichtung der Zahnstange.

Beispiele für Bewegungsumwandlungen:

• Erzeugen einer Drehbewegung durch Verschieben der Zahnstange mit einem Hydraulikzylinder
• Erzeugen einer geradlinigen Bewegung durch einen Elektromotor

Zahnschiene

Verschiedene Zahnschienentypen

Die wohl bekannteste Anwendung findet dieses System jedoch bei Zahnradbahnen, wo die Zahnstange als Zahnschiene ausgeführt im Schienenbett zwischen oder neben den führenden und tragenden Schienen angebracht wird. Bei Zahnradbahnen unterscheidet man verschiedene technische Schienen-Treibrad-Systeme wie z. B.:

• Zahnstangensysteme von Zahnradbahnen
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  2 versetzte Zahnstangen System Abt

• 

  Doppelverzahnung System Abt

• 

  Beidseitige Verzahnung System Locher

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  Zahnstange auf Bahnschwellen

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  Leiterzahnstange System Riggenbach

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  Zahnkopfstange System Strub

Schubladenantrieb

Weniger bekannt, aber wohl viel weiter verbreitet ist die Verwendung des Zahnstangenantriebs als Schubladenantrieb von CD-Spielern, DVD-Playern, CD- und DVD-Laufwerken und weiteren technischen und elektronischen Geräten.

Zahnstangenlenkung

Ein weiteres großes Anwendungsfeld ist der Einsatz von Zahnstangen in Lenkungen. Diese sogenannten Zahnstangenlenkungen kommen insbesondere im PKW zu Einsatz. Dabei wird noch unterschieden, zwischen Zahnstangen mit konstanter und variabler Übersetzung. Die variable Übersetzung wird durch eine Veränderung der Verzahnungsgeometrie über den Zahnstangenhub realisiert. Diese wurde von der Firma BMB (Bishop Mercedes Benz)erfunden und hält die Patente auf die variable Verzahnung.

Zahnstangenwinde

Eine weitere Anwendung der Zahnstange ist die Zahnstangenwinde.

Weblinks

 Commons: Rack systems – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien