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WO2015144413A1 - Elektromechanische lenkvorrichtung mit einem zahnrad - Google Patents

Elektromechanische lenkvorrichtung mit einem zahnrad Download PDF

Info

Publication number
WO2015144413A1
WO2015144413A1 PCT/EP2015/054581 EP2015054581W WO2015144413A1 WO 2015144413 A1 WO2015144413 A1 WO 2015144413A1 EP 2015054581 W EP2015054581 W EP 2015054581W WO 2015144413 A1 WO2015144413 A1 WO 2015144413A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
outer part
gear
steering device
tooth
electromechanical steering
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/054581
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dennis FÜCHSEL
Jens Hafermalz
Original Assignee
Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Automotive Steering Gmbh filed Critical Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
Publication of WO2015144413A1 publication Critical patent/WO2015144413A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0409—Electric motor acting on the steering column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F16H2055/065—Moulded gears, e.g. inserts therefor

Definitions

  • the invention relates to a gear, in particular a screw or worm wheel, which is used in an electromechanical steering device, in particular a power steering. Furthermore, the invention relates to an electromechanical steering device with such a gear, in particular such a helical gear.
  • Screw or worm wheels as special embodiments of a gear are used in worm gears, which constitute a kind of a screw gear and comprise a helical worm that rotates during rotation of an engaging in this gear or worm wheel.
  • Worm gears are thus gear transmission with generally crossed at right angles axes.
  • the generally driving screw with cylindrical or globoidischer design cooperates with the associated, meshing in the worm worm wheel with corresponding teeth.
  • the contact of worm and worm wheel takes place in lines within an intervention field.
  • screws have one or more teeth, which, like flights of screws, are wound around the screw axis at a constant pitch.
  • Such worm gears are used in steering devices, such as. Power Steering, for transmitting steering torque to the rack of the steering system.
  • Power steering are used to reduce the force required to operate the steering wheel of a motor vehicle when steering in a standing position, maneuvering or at low speeds.
  • the power steering assists the driver in steering, by the force applied by the driver by an additionally applied torque, eg. By an electric motor, is amplified.
  • Known screw or worm wheels consist, for example, of a cast polyamide ring, which are glued to a metal hub. Then the toothing is introduced by milling in the cast polyamide ring.
  • an electric steering device for motor vehicles which has a worm gear which consists of a worm mounted in a housing and a worm gear coupled to an input shaft.
  • the Worm wheel is part of an elastic compensating coupling whose coupling parts are coupled together only by an elastic spacer.
  • the worm wheel is constructed mirror-symmetrically and mounted on the spacer.
  • helical gears for power steering which consist of several parts.
  • This multi-part helical gears are positively and non-positively connected by connecting elements in order to transmit the torque from the ring gear to the shaft can.
  • gears which have an outer part with a toothing and have an insert as a hub or inner part, which are connected by a connecting part with a Schirmanguss.
  • the document EP 1 777 439 A1 describes such a gear and a method for producing this gear in which the outer part and the insert are positively connected to the connecting part, wherein the connecting part is poured by means of Schirmanguss.
  • the described gear has an inner part, an outer part, which carries teeth on the circumference of the gear and a connecting part, wherein the connecting part connects the inner part to the outer part.
  • the outer part is formed in several parts with at least two outer part elements. It is thus two, three, four or more
  • Outer part elements provided, which together form the outer part.
  • the outer part consists of an unreinforced plastic.
  • the connecting part consists of a reinforced plastic.
  • the inner part may consist of a steel material.
  • the outer part elements form an undercut in the toothed area, i. H. in the area of the teeth in the axial direction, out.
  • the outer part comprises two outer part elements. These two work together and form the outer part.
  • the two outer part elements are geometrically identical. It may further be provided that the two outer part elements at their opposite End sides each have an edge break, so that a groove is formed, which forms a fat store.
  • the two outer part elements may each have a groove in the tooth on opposite end faces, which constitute an opening in the tooth, which forms a fat store.
  • a globoid gearing is provided.
  • a gear has an inner part, an outer part, which carries teeth on the circumference of the gear and a
  • the proposed gear is characterized in that the connecting part, the teeth of the outer part in the region of at least one end face of the teeth at least
  • An end face is a surface that represents a lateral boundary of the gear.
  • the normal vector of this surface can be directed in the axial direction.
  • the outer part may have one end face or a plurality of end faces.
  • the connecting part is designed such that it is in contact with at least one of the end faces at least in sections.
  • the gearing can be made entirely of an unreinforced material.
  • a sprocket the counterpart.
  • the teeth or the teeth are axially supported by the connecting part, which may consist of a reinforced material.
  • the outer part consists of an unreinforced plastic.
  • the connecting part consists of a reinforced plastic.
  • the inner part may consist of a steel material.
  • the connecting part completely encloses the teeth of the outer part in the region of at least one end face.
  • the connecting part fills this cross section back to the full tooth thickness.
  • the connecting part a have reduced tooth cross section.
  • the connecting part can completely cover the teeth of the outer part and the tooth gaps of the outer part.
  • the outer part axially centrally radially from the inside to the outside on a continuous disc-shaped connection.
  • the outer part in the region of the running teeth has an axially continuous opening, for example, in each tooth, which is filled up by the connecting part.
  • the gear has an inner part, which represents a hub or a shaft and, for example, consists of a steel material.
  • the gear further comprises an outer part, which has the teeth of the gear at the periphery and, for example, consists of an unreinforced plastic.
  • Connecting part consists, for example, of a reinforced plastic and connects the inner part with the outer part.
  • the connecting part encloses the teeth from the outer part at least in sections or at least partially in the region of an end face.
  • the production of the described gear can be produced in the known manufacturing process.
  • the outer part with the toothing is customarily produced by the screen gating method.
  • the inner part and the outer part is inserted into the injection molding machine and injected the connecting part.
  • the connecting part can advantageously only outside the tooth
  • the teeth are reinforced by the connecting part as a disc-shaped ring or annulus on an end face of the outer part, which protrudes in the outer diameter of the tooth head or terminates with it.
  • This disc may also have interruptions in the area of the tooth gaps.
  • the tooth is from the outer part in this area, d. H. at the front, reduced in cross section. The reduction of the cross section can increase in the direction of the front side. As a result, the gain over the tooth width can be made low, in order to generate no voltage spikes.
  • the manufacture and the gear assembly are favorable. The tolerable voltages and the transmittable torque are higher.
  • the tooth is from the outer part in this area, d. H. the front side, reduced in cross section.
  • the reduction of the cross section can increase in the direction of the front side.
  • the gain over the tooth width can be made low, in order to generate no voltage spikes.
  • a larger torque is transferable.
  • the reinforcement of the toothing on the end face is imaged by the connecting part exactly in the tooth shape of the outer part.
  • the tooth is from the outer part in this area, d. H. the front side, reduced in cross section.
  • the reduction of the cross section can increase in the direction of the front side.
  • the cross section of the toothing of the connecting part can be set back relative to the toothing of the outer part. In this way it is ensured that always the outer part is in normal meshing with the pinion.
  • the tooth is from the outer part in this area, d. H. the front side, reduced in cross section. The reduction of the cross section can increase in the direction of the front side.
  • the gain over the tooth width can be made low in order to generate no voltage spikes.
  • the torques get bigger, it deforms Gearing of the outer part so far that the connecting part made of reinforced plastic in the meshing engagement with the pinion device and the large torque is supported.
  • the pinion can also be hardened to control the wear.
  • Torques are correspondingly large in this structure.
  • the outer part can be designed so that it forms a central disk inside. This construction makes it possible to produce the outer part in the screen gate, which allows a particularly good gear quality.
  • electromechanical steering device with a gear of the type described above is presented.
  • the electromechanical steering device for example, a
  • Power steering used in a motor vehicle.
  • the gear in particular errad, consists of an inner part, which is a hub or a shaft and usually consists of a steel material.
  • the helical gear further consists of at least two outer parts, which have the teeth of the helical gear on the circumference and usually consist of an unreinforced plastic.
  • the connecting part usually consists of a reinforced plastic and connects the inner part with the outer part.
  • the production of the gear can be produced in the known manufacturing process.
  • the toothing is thus formed by two outer part elements.
  • the two outer part elements can be geometrically identical and be installed twice in the gear to represent the required tooth width.
  • the outer part can be conveniently manufactured by injection molding in simple forms with low mold division.
  • By using two gearing parts can be with a toothing Undercut, for example, a globoidische gearing, are produced. This is in
  • Injection molding process can be produced without it being necessary to remove each tooth individually.
  • a globoid gearing has a line contact with the worm or the pinion and can thereby transmit large torques.
  • the outer part has an edge break on the front side. This edge break forms a groove in the toothed wheel on the separating edge of both toothings, so that it can be used as a lubricant pocket. In this way, the friction over the entire life is particularly low.
  • a groove can be inserted or attached in the tooth, which represents a hole or opening in the center of the tooth width in the complete gear.
  • the grease is transmitted or transported from one tooth flank to the other through this hole in the worm wheel.
  • a low friction in the gear is realized over the life.
  • reciprocal steering which is common in steering gearboxes, the grease is transmitted from one tooth flank to the other due to the deformation of the tooth through the bore, thus ensuring the low friction of the gearbox.
  • Figure 1 shows an embodiment of a gear in different sectional views.
  • Figure 2 shows a further embodiment of the described gear.
  • Figure 3 shows a section of the gear.
  • Figure 4 shows a section of a gear.
  • Figure 1 is an embodiment of a gear, in total with the reference numeral 10th
  • the connecting part 14 includes radially extending spokes 20 and connects the inner part 12 with the outer part 16.
  • the illustration also shows a sectional view along the line A-A and a
  • FIG. 3 Another embodiment of the gear 30 is shown in FIG. This in turn comprises an inner part 32, a connecting part 34 and an outer part 36.
  • This outer part 36 carries on the circumference teeth 38 which form the toothing.
  • the connecting part 34 connects the inner part 32 with the outer part 36 and includes spokes 40.
  • the illustration shows that the outer part 36 with the teeth of two parts
  • Outer sub-element 44 The two outer sub-elements 42 and 44 are geometrically identical in this case, cooperate and form the outer part 36. Both outer sub-elements 42 and 44 form at their abutting end faces an edge break, so that at the junction a groove 46 is formed, the one Fat storage forms.
  • Figure 3 shows a section of a gear 50.
  • the illustration shows a connecting part 54 with spokes 60 and an outer part 56 that carries teeth 58, with a first
  • Outer part elements 62 and 64 form the outer part 56 together.
  • the illustration also shows an opening 66 in the tooth 58.
  • This opening is formed by the fact that both outer part elements 62 and 64 each have a groove 70 or 72 at a connection point.
  • the two grooves 70 and 72 form the opening 66 in the tooth 58. This is typically provided in all teeth 58 and forms a grease or
  • the illustration shows that the connecting part 54 encloses the outer part 56 such that end faces 80, ie surfaces with an axial normal vector, of the teeth 58 are enclosed or covered. Thus, the teeth 58 are axially supported.
  • 4 shows a section of a gear 90.
  • the illustration shows a connecting part 94 and an outer part 96, which carries teeth 98, with a first outer part element 102 and a second outer part element 104. These two outer part elements 102 and 104 together form the outer part 96.
  • the illustration also shows a groove 106 in the tooth 98.
  • This groove 106 is formed by the fact that both outer part elements 102 and 104 each have a chamfer 1 10 and 1 12 at the connection point.
  • the two chamfers 1 10 and 1 12 form the groove 106 in the tooth 98. This is typically provided on all teeth 98 and forms a fat or
  • the illustration shows that the connecting part 94 encloses the outer part 96 such that end faces 120, d. H. radially directed surfaces, the teeth 98
  • the two-part design of the outer part 98 is particularly advantageous in a globoid gearing.
  • the two outer part elements 102 and 104 form an undercut in the axial direction.
  • the type of gearing can also be used to form an undercut in the axial direction.
  • toothing may also be useful for toothing to combine more than two outer part elements with one another.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Zahnrad mit einem Innenteil (12), einem Außenteil (16), das am Umfang Zähne (18) des Zahnrads trägt und mit einem Verbindungsteil (14) vorgestellt, wobei das Verbindungsteil das Innenteil mit dem Außenteil verbindet. Dabei ist das Außenteil mehrteilig mit mindestens zwei Außenteilelementen ausgebildet.

Description

Beschreibung
ELEKTROMECHANISCHE LENKVORRICHTUNG MIT EINEM ZAHNRAD
Zahnrad
Die Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere ein Schraub- bzw. Schneckenrad, das in einer elektromechanischen Lenkvorrichtung, insbesondere einer Servolenkung, eingesetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektromechanische Lenkvorrichtung mit einem solchen Zahnrad, insbesondere einem solchen Schraubrad.
Schraub- bzw. Schneckenräder als besondere Ausführungen eines Zahnrads werden in Schneckengetrieben eingesetzt, die eine Art eines Schraubwälzgetriebes darstellen und eine schraubenförmige Schnecke umfassen, die bei Drehbewegungen ein in diese eingreifendes Zahnrad bzw. Schneckenrad dreht. Schneckengetriebe sind somit Zahnradgetriebe mit im allgemeinen rechtwinklig gekreuzten Achsen. Die in der Regel treibende Schnecke mit zylindrischer bzw. globoidischer Ausgestaltung wirkt mit dem zugehörigen, in der Schnecke kämmenden Schneckenrad mit entsprechender Verzahnung zusammen. Dabei findet die Berührung von Schnecke und Schneckenrad in Linien innerhalb eines Eingriffsfelds statt. Hierzu verfügen Schnecken über einen oder mehrere Zähne, die wie Gänge von Schrauben unter gleichbleibender Steigung um die Schneckenachse gewunden sind.
Derartige Schneckengetriebe werden in Lenkvorrichtungen, wie bspw. Servolenkungen, zur Übertragung von Lenkmomenten auf die Zahnstange des Lenksystems eingesetzt. Servolenkungen wiederum werden zur Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs beim Lenken im Stand, beim Rangieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten erforderlich ist, eingesetzt. Dabei unterstützt die Servolenkung den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft durch ein zusätzlich aufgebrachtes Moment, bspw. von einem Elektromotor, verstärkt wird.
Bekannte Schraub- bzw. Schneckenräder bestehen bspw. aus einem Guss-Polyamid-Ring, die mit einer Metallnabe verklebt werden. Anschließend wird die Verzahnung durch Fräsen in den Guss-Polyamid-Ring eingebracht.
Aus der Druckschrift WO 02/38432 A1 ist eine elektrische Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, die ein Schneckengetriebe aufweist, das aus einer in einem Gehäuse gelagerten Schnecke und einem mit einer Eingangswelle gekoppelten Schneckenrad besteht. Das Schneckenrad ist Teil einer elastischen Ausgleichskupplung, deren Kupplungsteile nur durch einen elastischen Abstandshalter miteinander gekoppelt sind. Dabei ist das Schneckenrad spiegelsymmetrisch aufgebaut und auf dem Abstandshalter gelagert.
Es sind weiterhin Schraubräder für Servolenkungen bekannt, die aus mehreren Teilen bestehen. Diese mehrteiligen Schraubräder werden durch Verbindungselemente form- und kraftschlüssig verbunden, um das Drehmoment vom Zahnkranz auf die Welle übertragen zu können.
Weiterhin sind Zahnräder bekannt, die ein Außenteil mit einer Verzahnung aufweisen und ein Einlegeteil als Nabe bzw. Innenteil haben, die durch ein Verbindungsteil mit einem Schirmanguss verbunden werden. Die Druckschrift EP 1 777 439 A1 beschreibt ein solches Zahnrad und ein Verfahren zur Herstellung dieses Zahnrads, bei dem das Außenteil und das Einlegeteil mit dem Verbindungsteil formschlüssig verbunden werden, wobei das Verbindungsteil mittels Schirmanguss gegossen wird.
Vor diesem Hintergrund werden ein Zahnrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine elektromechanische Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das beschriebene Zahnrad weist ein Innenteil, ein Außenteil, das am Umfang Zähne des Zahnrads trägt und ein Verbindungsteil auf, wobei das Verbindungsteil das Innenteil mit dem Außenteil verbindet. Dabei ist vorgesehen, dass das Außenteil mehrteilig mit mindestens zwei Außenteilelementen ausgebildet ist. Es sind somit zwei, drei, vier oder mehr
Außenteilelemente vorgesehen, die zusammengesetzt das Außenteil bilden.
In einer Ausführung besteht das Außenteil aus einem unverstärkten Kunststoff. In einer weiteren Ausführung besteht das Verbindungsteil aus einem verstärkten Kunststoff. Das Innenteil kann aus einem Stahlwerkstoff bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform bilden die Außenteilelemente einen Hinterschnitt im Verzahnungsbereich, d. h. im Bereich der Zähne in axialer Richtung, aus.
Es kann vorgesehen sein, dass das Außenteil zwei Außenteilelemente umfasst. Diese beiden wirken zusammen und bilden das Außenteil. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die beiden Außenteilelemente geometrisch identisch ausgebildet sind. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die beiden Außenteilelemente an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils einen Kantenbruch aufweisen, so dass eine Nut gebildet wird, die einen Fettspeicher bildet.
Die beiden Außenteilelemente können an gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Nut im Zahn aufweisen, die eine Öffnung im Zahn darstellen, die einen Fettspeicher bildet.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist eine globoidische Verzahnung vorgesehen.
Es werden weiterhin Merkmale beschrieben, die alternativ oder ergänzend zu den vorstehend aufgeführten Merkmalen verwirklicht sein können. Demnach weist ein Zahnrad ein Innenteil, ein Außenteil, das am Umfang Zähne des Zahnrads trägt und ein
Verbindungsteil auf, wobei das Verbindungsteil das Innenteil mit dem Außenteil verbindet. Das vorgestellte Zahnrad zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbindungsteil die Zähne des Außenteils im Bereich mindestens einer Stirnfläche der Zähne zumindest
abschnittsweise umschließt.
Eine Stirnfläche ist dabei eine Fläche, die eine seitliche Begrenzung des Zahnrads darstellt. Der Normalenvektor dieser Fläche kann in axialer Richtung gerichtet sein. Das Außenteil kann eine Stirnfläche oder mehrere Stirnflächen aufweisen. Das Verbindungsteil ist derart ausgebildet, dass es in Kontakt mit mindestens einer der Stirnflächen wenigstens abschnittsweise ist.
Somit kann die Verzahnung vollständig aus einem unverstärkten Material bestehen. Im Betrieb besteht kein Kontakt zwischen verstärktem Material und einem Schraubritzel, dem Gegenstück. Die Zähne bzw. die Verzahnung werden axial durch das Verbindungsteil, das aus einem verstärkten Material bestehen kann, abgestützt.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das Außenteil aus einem unverstärkten Kunststoff besteht. In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil aus einem verstärkten Kunststoff besteht. Das Innenteil kann aus einem Stahlwerkstoff bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil im Bereich mindestens einer Stirnfläche die Zähne des Außenteils vollständig umschließt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Zähne vom Außenteil in Richtung der
Stirnfläche im Querschnitt kleiner werden, wobei das Verbindungsteil diesen Querschnitt wieder zur vollen Zahnstärke auffüllt. In diesem Fall kann das Verbindungsteil einen reduzierten Zahnquerschnitt haben. Außerdem kann das Verbindungsteil die Zähne vom Außenteil vollständig und die Zahnlücken des Außenteils überdecken.
In noch einer weiteren Ausführung weist das Außenteil axial zentrisch radial von innen nach außen eine durchgehende scheibenförmige Verbindung auf.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Außenteil im Bereich der Laufverzahnung eine axial durchgängige Öffnung bspw. bei jedem Zahn aufweist, welche vom Verbindungsteil aufgefüllt wird.
Es wird somit ergänzend oder alternativ ein mehrteiliges Kunststoffzahn- und -schraubrad mit kleinem Außendurchmesser für große Drehmomente vorgestellt. Das Zahnrad weist ein Innenteil auf, das eine Nabe oder eine Welle darstellt und bspw. aus einem Stahlwerkstoff besteht. Das Zahnrad umfasst weiterhin ein Außenteil, das am Umfang die Zähne des Zahnrads aufweist und bspw. aus einem unverstärkten Kunststoff besteht. Das
Verbindungsteil besteht bspw. aus einem verstärkten Kunststoff und verbindet das Innenteil mit dem Außenteil. Dabei umschließt das Verbindungsteil im Bereich einer Stirnfläche die Zähne vom Außenteil zumindest abschnittsweise bzw. zumindest teilweise.
Die Herstellung des beschriebenen Zahnrads kann im bekannten Herstellverfahren produziert werden. Im ersten Schritt wird das Außenteil mit der Verzahnung üblicher Weise im Schirmangussverfahren hergestellt. Dann wird das Innenteil und das Außenteil in die Spritzgussmaschine eingelegt und das Verbindungsteil eingespritzt.
Dabei umschließt der verstärkte Kunststoff des Verbindungsteils mindestens abschnittsweise an wenigstens einer Stirnseite oder allen Stirnseiten den aus bspw. unverstärktem Kunststoff hergestellten Zahn des Außenteils. Im Verzahnungseingriff mit dem Ritzel ist der
unverstärkte Kunststoff vom Zahn des Außenteils. Dadurch ist der Verschleiß am Ritzel bzw. Schnecke gering. Die ertragbaren Spannungen vom Zahn sind jedoch gering. Deshalb wird der Zahn im Bereich der Stirnseite vom verstärkten Kunststoff des Verbindungsteils umschlossen. Der verstärkte Kunststoff vom Verbindungsteil kann höhere Spannungen ertragen als der unverstärkte Kunststoff des Zahns. Durch den Füllstoff im verstärkten Kunststoff ist jedoch ein großer Verschleiß an dem Ritzel bzw. der Schnecke zu erwarten. Deshalb kann das Verbindungsteil den Zahn vorteilhafterweise nur außerhalb des
Verzahnungseingriffs verstärken. Diese beschriebene Verstärkung kann in verschieden Varianten erfolgen. Dabei unterscheiden sich die Varianten hinsichtlich Herstellkosten, Montagekosten bei der Getriebemontage und ertragbarer Spannungen in der Verzahnung, dass heißt, es können größere Drehmomente übertragen werden.
Bei einer ersten, kostengünstigen Ausführung wird auf einer Stirnseite des Außenteils die Verzahnung durch das Verbindungsteil als scheibenförmigen Ring bzw. Kreisring verstärkt, der im Außendurchmesser über den Zahnkopf hinausragt oder mit ihm abschließt. Diese Scheibe kann im Bereich der Zahnlücken auch Unterbrechungen aufweisen. Dabei ist der Zahn vom Außenteil in diesem Bereich, d. h. an der Stirnseite, im Querschnitt reduziert. Die Reduzierung des Querschnitts kann sich in Richtung Stirnseite vergrößern. Dadurch kann die Verstärkung über die Zahnbreite günstig gestaltet werden, um keine Spannungsspitzen zu erzeugen. Bei dieser Ausführung sind die Herstellung und die Getriebemontage günstig. Die ertragbaren Spannungen sowie das übertragbare Drehmoment sind höher.
Bei einer zweiten Ausführung wird in Ergänzung zur ersten Ausführung dieser
scheibenförmige Ring des Verbindungsteils auf beiden Stirnseiten der Verzahnung vorgesehen. Dabei ist der Zahn vom Außenteil in diesem Bereich, d. h. der Stirnseite, im Querschnitt reduziert. Die Reduzierung des Querschnitts kann sich in Richtung Stirnseite vergrößern. Dadurch kann die Verstärkung über die Zahnbreite günstig gestaltet werden, um keine Spannungsspitzen zu erzeugen. Durch diesen Aufbau ist ein größeres Drehmoment übertragbar. Bei der Herstellung im Spritzgussprozess des Verbindungsteils kann die Verzahnung vom Außenteil nur gering unterstützt werden, so dass die Verzahnungsqualität schlechter werden kann. Bei der Getriebemontage muss die Schnecke in das Schneckenrad eingeschraubt werden.
Bei einer dritten Ausführungsform wird die Verstärkung der Verzahnung auf der Stirnseite durch das Verbindungsteil genau in der Zahnform des Außenteils abgebildet. Dabei ist der Zahn vom Außenteil in diesem Bereich, d. h. der Stirnseite, im Querschnitt reduziert. Die Reduzierung des Querschnitts kann sich in Richtung Stirnseite vergrößern. Dadurch kann die Verstärkung über die Zahnbreite günstig gestaltet werden, um keine Spannungsspitzen zu erzeugen. Der Querschnitt der Verzahnung des Verbindungsteiles kann gegenüber der Verzahnung des Außenteils zurückgesetzt sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass immer das Außenteil im normalen Zahneingriff mit dem Ritzel ist. Dabei ist der Zahn vom Außenteil in diesem Bereich, d. h. der Stirnseite, im Querschnitt reduziert. Die Reduzierung des Querschnitts kann sich in Richtung Stirnseite vergrößern.
Somit kann die Verstärkung über die Zahnbreite günstig gestaltet werden, um keine Spannungsspitzen zu erzeugen. Wenn die Drehmomente größer werden, verformt sich die Verzahnung des Außenteils so weit, dass das Verbindungsteil aus verstärktem Kunststoff in den Verzahnungseingriff mit dem Ritzel gerät und die großen Drehmomente mit abstützt. Dabei kann das Ritzel auch gehärtet werden, um den Verschleiß zu beherrschen.
Es können auch Kombinationen der verschieden Ausführungsformen vorgenommen werden. Bspw. kann die einseitige ringförmige Verstärkung der Verzahnung auf der anderen
Stirnseite mit einem reduzierten Zahnquerschnitt im Verbindungsteil und Außenteil kombiniert werden. Dadurch entsteht eine Ausführung, die günstig hergestellt werden kann und auch bei der Getriebemontage nur gesteckt werden muss. Die übertragbaren
Drehmomente sind bei diesem Aufbau entsprechend groß. Das Außenteil kann so gestaltet werden, dass es innen eine zentrale Scheibe bildet. Durch diesen Aufbau ist es möglich das Außenteil im Schirmanguss herzustellen, was eine besonders gute Verzahnungsqualität ermöglicht.
Zudem wird eine elektromechanische Lenkvorrichtung mit einem Zahnrad der vorstehend beschriebenen Art vorgestellt. Die elektromechanische Lenkvorrichtung, bspw. eine
Servolenkung, kommt in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz.
Es wird somit hierin ein mehrteiliges Kunststoffschraubrad mit kleinem Außendurchmesser für große Drehmomente vorgestellt. Das Zahnrad, insbesondere Schraubrad, besteht aus einem Innenteil, welches eine Nabe oder eine Welle darstellt und üblicher Weise aus einem Stahlwerkstoff besteht. Das Schraubrad besteht weiterhin aus mindestens zwei Außenteilen, die am Umfang die Zähne des Schraubrades aufweisen und üblicherweise aus einem unverstärkten Kunststoff bestehen. Das Verbindungsteil besteht üblicherweise aus einem verstärkten Kunststoff und verbindet das Innenteil mit dem Außenteil.
Die Herstellung des Zahnrads kann im bekannten Herstellverfahren produziert werden.
Dabei werden in einem ersten Schritt die zumindest zwei Außenteilelemente mit der
Verzahnung in einem Schirmangussverfahren hergestellt. Dann werden das Innenteil und das Außenteil in die Spritzgussmaschine eingelegt und das Verbindungsteil eingespritzt.
Bei einer Ausführung wird somit die Verzahnung durch zwei Außenteilelemente gebildet. Man kann dies auch dahingehend darlegen, dass von zwei Außenteilen gesprochen wird. Die beiden Außenteilelemente können geometrisch identisch sein und zweimal im Zahnrad verbaut werden, um die geforderte Verzahnungsbreite darzustellen. Das Außenteil kann günstig im Spritzgussverfahren in einfachen Formen mit geringer Formteilung hergestellt werden. Durch die Verwendung von zwei Verzahnungsteilen kann eine Verzahnung mit Hinterschnitt, bspw. eine globoidische Verzahnung, hergestellt werden. Diese ist im
Spritzgussverfahren herstellbar, ohne dass es erforderlich ist, jeden Zahn einzeln zu entformen. Eine globoidische Verzahnung hat mit der Schnecke bzw. dem Ritzel eine Linienberührung und kann dadurch große Drehmomente übertragen.
In weiterer Ausgestaltung hat das Außenteil an der Stirnseite einen Kantenbruch. Dieser Kantenbruch bildet im Zahnrad an der Trennkante beider Verzahnungen eine Nut, so dass diese als Schmiermitteltasche eingesetzt werden kann. Auf diese Weise ist die Reibung über die gesamte Lebensdauer besonders gering.
Bei der Herstellung der Verzahnung kann im Zahn eine Nut ein- bzw. angebracht werden, die im vollständigen Zahnrad eine Bohrung bzw. Öffnung im Mittenbereich der Zahnbreite darstellt. Beim Verzahnungseingriff mit der Schnecke bzw. dem Ritzel wird durch diese Bohrung im Schneckenrad das Schmierfett von einer Zahnflanke auf die andere übertragen bzw. transportiert. Durch dieses große Fettvolumen direkt im Bereich der Zahnflanken wird über die Lebensdauer eine geringe Reibung im Getriebe realisiert. Beim wechselseitigen Lenken, was bei Lenkgetrieben üblich ist, wird das Fett aufgrund der Zahnverformung durch die Bohrung von einer Zahnflanke auf die andere übertragen und sichert somit die geringe Reibung des Getriebes.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu
erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsform/en in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Zahnrads in verschiedenen Schnittdarstellungen.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung des beschriebenen Zahnrads.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Zahnrads. Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Zahnrad.
In Figur 1 ist eine Ausführung eines Zahnrads, insgesamt mit der Bezugsziffer 10
bezeichnet, dargestellt. Dieses umfasst ein Innenteil 12, ein Verbindungsteil 14 und ein Außenteil 16, das Zähne 18 trägt. Das Verbindungsteil 14 umfasst sich radial erstreckende Speichen 20 und verbindet das Innenteil 12 mit dem Außenteil 16.
Die Darstellung zeigt weiterhin eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B.
Eine weitere Ausführung des Zahnrads 30 ist in Figur 2 dargestellt. Dieses umfasst wiederum ein Innenteil 32, ein Verbindungsteil 34 und ein Außenteil 36. Dieses Außenteil 36 trägt am Umfang Zähne 38, die die Verzahnung bilden. Das Verbindungsteil 34 verbindet das Innenteil 32 mit dem Außenteil 36 und umfasst Speichen 40.
Die Darstellung zeigt, dass das Außenteil 36 mit der Verzahnung aus zwei Teilen
zusammengesetzt ist, nämlich einem ersten Außenteilelement 42 und einem zweiten
Außenteilelement 44. Die beiden Außenteilelemente 42 und 44 sind in diesem Fall geometrisch identisch aufgebaut, wirken zusammen und bilden das Außenteil 36. Beide Außenteilelemente 42 und 44 bilden an ihren aneinanderstoßenden Stirnseiten einen Kantenbruch, so dass an der Verbindungsstelle eine Nut 46 entsteht, die einen Fettspeicher bildet.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Zahnrads 50. Die Darstellung zeigt ein Verbindungsteil 54 mit Speichen 60 und ein Außenteil 56, dass Zähne 58 trägt, mit einem ersten
Außenteilelement 62 und einem zweiten Außenteilelement 64. Diese beiden
Außenteilelemente 62 und 64 bilden zusammengesetzt das Außenteil 56.
Die Darstellung zeigt weiterhin eine Öffnung 66 im Zahn 58. Diese Öffnung entsteht dadurch, dass beide Außenteilelemente 62 und 64 an einer Verbindungsstelle jeweils eine Nut 70 bzw. 72 aufweisen. Die beiden Nuten 70 und 72 bilden die Öffnung 66 im Zahn 58. Diese ist typischerweise in allen Zähnen 58 vorgesehen und bildet einen Fett- bzw.
Schmiermittelspeicher.
Weiterhin zeigt die Darstellung, dass das Verbindungsteil 54 das Außenteil 56 derart umschließt, dass Stirnflächen 80, d. h. Flächen mit axialem Normalenvektor, der Zähne 58 umschlossen bzw. abgedeckt sind. Damit werden die Zähne 58 axial abgestützt. Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines Zahnrads 90. Die Darstellung zeigt ein Verbindungsteil 94 und ein Außenteil 96, das Zähne 98 trägt, mit einem ersten Außenteilelement 102 und einem zweiten Außenteilelement 104. Diese beiden Außenteilelemente 102 und 104 bilden zusammengesetzt das Außenteil 96.
Die Darstellung zeigt weiterhin eine Nut 106 im Zahn 98. Diese Nut 106 entsteht dadurch, dass beide Außenteilelemente 102 und 104 an der Verbindungsstelle jeweils eine Fase 1 10 bzw. 1 12 aufweisen. Die beiden Fasen 1 10 und 1 12 bilden die Nut 106 im Zahn 98. Diese ist typischerweise an allen Zähnen 98 vorgesehen und bildet einen Fett- bzw.
Schmiermittelspeicher.
Weiterhin zeigt die Darstellung, dass das Verbindungsteil 94 das Außenteil 96 derart umschließt, dass Stirnflächen 120, d. h. radial gerichtete Flächen, der Zähne 98
umschlossen bzw. abgedeckt sind. Damit werden die Zähne 98 axial abgestützt.
Die zweiteilige Ausführung des Außenteils 98 ist insbesondere bei einer globoidischen Verzahnung von Vorteil. In diesem Fall bilden die beiden Außenteilelemente 102 und 104 in axialer Richtung einen Hinterschnitt. Je nach Art der Verzahnung können auch
unterschiedliche Außenteilelemente miteinander kombiniert werden. Bei manchen
Verzahnungen kann es auch sinnvoll sein, mehr als zwei Außenteilelemente miteinander zu kombinieren.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromechanische Lenkvorrichtung mit einem Zahnrad mit einem Innenteil, einem Außenteil, das am Umfang Zähne des Zahnrads trägt und mit einem Verbindungsteil, wobei das Verbindungsteil das Innenteil mit dem Außenteil verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass
das Außenteil mehrteilig mit mindestens zwei Außenteilelementen ausgebildet ist, das Außenteil aus einem unverstärkten Kunststoff besteht und das Verbindungsteil aus einem verstärkten Kunststoff besteht, wobei die Außenteilelemente an gegenüberliegenden Stirnseiten miteinander verbunden sind.
2. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 , bei dem das Innenteil aus einem Stahlwerkstoff besteht.
3. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die
Außenteilelemente einen Hinterschnitt im Verzahnungsbereich ausbilden.
4. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Außenteil zwei Außenteilelemente umfasst.
5. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die beiden Außenteilelemente geometrisch identisch ausgebildet sind.
6. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die beiden Außenteilelemente an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils einen
Kantenbruch aufweisen, so dass eine Nut gebildet wird, die einen Fettspeicher bildet.
7. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die beiden Außenteilelemente an gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Nut im Zahn aufweisen, die eine Öffnung im Zahn darstellen, die einen Fettspeicher bildet.
8. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine globoidische Verzahnung vorgesehen ist.
9. Elektromechanische Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Verbindungsteil im Bereich mindestens einer Stirnfläche die Zähne des Außenteils zumindest abschnittsweise umschließt.
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