CN101016943A - 齿轮和齿轮的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿轮(1)，该齿轮(1)具有齿环(2)和置入部(3)，置入部(3)的外径(d3)大于齿轮(1)外径(d1)的一半，其中，置入部(3)在制造齿轮时是借助于伞形浇注注塑包封的。在此，尤其是在注塑包封期间在外圆周上同时构造包括轮齿在内的齿环(2)。

Description

齿轮和齿轮的制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的齿轮和具有权利要求11前序部分所述特征的制造齿轮的方法。
背景技术
就齿轮而言，例如从助力转向的技术领域中已知所谓的EPAS齿轮(EPAS：电子助力转向)，其作为中央元件具有大金属轮毂，金属轮毂的外侧粘接有浇注聚酰胺圈。在此，将大金属轮毂理解为这样一个金属轮毂，其外径大于齿轮外径的一半。随后，通过切削去除浇注聚酰胺圈，使实际的齿环形成齿部。这样的制造方法描施是以高成本为代价的，因为需要执行多个昂贵的工作步骤。另一缺陷在于，作为该齿轮的置入部的金属轮毂的外圆周与包围置入部的齿环的粘接仅在圆周或旋转方向上和轴向平行方向上提供有限的牢固配合。
此外，已知在制造齿轮时要利用塑料注塑包封这样的置入部以构造齿环。尤其是，如果在此同步构造啮合结构的话，在注射的塑料冷却时就会给啮合结构的自由收缩特性造成阻碍，由此使得塑料圈持久地保持在张应力下。同样，如果利用塑料注塑包封大的置入部，大的置入部也会使收缩应力(Schwundspannung)受到较大的阻碍。这种收缩应力作用在径向和轴向上，尤其会带来轮齿断裂的风险。
图9示出了现有技术中置入部的透视图和剖面图，其中在圆周区域中沿置入部的径向构造有突起，突起以啮合结构的方式用于与齿圈的包围材料形锁合地接合。图10示出了其它两个与之相关的剖面图，其中额外地示出了齿圈。正如可从图11中看出的那样，在注射材料的情况下，虽然材料从位于构造的齿轮的轴向上的浇口位置出发绕着这样的突起34°流动，但在浇注材料冷却或硬化时却在突起34°背离浇注突缘的侧面上在这样构造的齿环2与置入部3*之间形成缝隙S。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结构简单且同时其各部件连接良好的齿轮。相应地还提出一种制造齿轮的方法，该方法能制造这样的齿轮。
该目的是通过具有权利要求1特征的齿轮或具有权利要求11特征的制造齿轮的方法实现的。有利的构型是从属权利要求的内容。
因此，尤其优选这样一种具有齿环和置入部的齿轮，置入部的外径大于齿轮外径的一半，其中置入部借助于伞形浇注(Schirmguss)注塑包封或根据方法在制造时注塑包封。
由此可见，这样的连接部尤其能实现后接合(hintergriffige)的结构，其因较深地接合到外部件和置入部中而克服旋转力和轴向平行力提供特别固定的啮合。较之常规的各个部件，后接合结构能深一些地接合到外部件和置入部中，常规的各个部件是在其独立制造之后交错地安插的。
确切地说或优选地，齿环借助于伞形浇注构造为包围置入部的部件。因此，较之已知的注塑包封，就避免了从多个沿径向分布在圆周上的注射位置出发喷射塑料时形成的接缝。这种接缝的去除使得这种优选的齿轮在旋转方向上提高了强度。
齿环优选借助于伞形浇注连同外侧轮齿结构在内一起构造。外侧轮齿结构与齿环体一同进行的构造免除了后面的由一个实心体构造轮齿的铣削过程，且因此免除了一个完全独立的制造步骤。
置入部可在外侧具有朝向齿环的凹穴，齿环的材料嵌入该凹穴中。因此，这样的凹穴在外侧也就是尤其在置入部的径向外侧朝向齿环地构造。至少凹穴的一部分优选构造为环面状的凹穴。这样尤其是环面状的凹穴能使齿环材料特别有效地流入，此外，在齿环材料冷却时避免了在齿环与置入部之间形或缝隙。
置入部优选在外侧具有朝向齿环的偏心突起，该突起嵌入齿环的材料中。这样的突起在外侧也就是尤其在置入部的径向外侧朝向齿环地构造。优选偏心突起的至少一部分具有与旋转方向成横向伸长的延伸部，于是就在齿环与置入部之间实现了进行良好力传递的大的形锁合接触面。该偏心突起的至少一部分优选朝向伞形浇注的浇口侧偏心地错置。
置入部优选由金属制成且外部件由塑料制成。置入部也可替换地由金属材料注塑包封。
优选的是，借助于伞形浇注在置入部壁上沿置入部的轴向产生侧向浇注体。借助于伞形浇注沿轴向产生的侧向体优选最后被再次分离。齿环优选已借助于伞形浇注包括外侧轮齿结构在内一起构造。
不过，齿轮相应地也可这样构造有通过齿环构造的外部件、置入部以及一个或多个形锁合地连接外部件和置入部的连接部，其中该至少一个连接部由浇注在外部件与置入部之间的材料构成。
借助于伞形浇注注射的部件优选通过一个阻止在旋转方向和/或轴向平行方向上分离的啮合结构嵌入置入部和/或外部件内，这就使置入部和外部件相对彼此良好的抗扭转性和/或抗轴向平行移动性。这样的啮合结构可特别有利地由置入部外圆周上的凹穴和偏心错置的突起构成，它们实现了置入部与借助于伞形浇注产生的包围材料之间形锁合的连接。
因此，借助于这样一种制造方法产生了尤其可用作EPAS齿轮的齿轮。有利的是，齿轮由一个作为金属嵌件或置入部的金属轮毂构成，该金属嵌件或置入部利用塑料在注塑中连同啮合结构在内一起注塑包封，以构造齿环。由此就可免除成本昂贵的啮合结构的切削后加工。
通过借助于伞形浇注方法进行注塑包封，齿环就变得相当坚固，因为齿环没有接缝且因此没有预定的额定断裂点。
因此，有利的是，注塑包封借助于伞形浇口进行，伞形浇口随后再除去，为此例如可使用切削加工方法。在此情况下，较之在齿环的圆周区域中切削构造各个齿时的许多单个步骤，就可在简单的工作过程中利用切削加工除去侧向的伞形浇口残留部。
有利的是，伞形浇口的壁是很厚的，尤其是置入部侧向的宽度大于齿环最大壁厚的60％尤其是约60％-150％，以便能在注塑时无缩孔或无气泡地充填齿环。
置入部与齿环之间过渡区域中的凹穴和突起缘于由此在轮毂上形成的形锁合而实现了良好的转矩同步和轴向力传递，其中，还将齿环视为一个构造在实际的轮齿与置入部之间的环形部分。
包括这样的组件的伞形浇口通常还具有较高的轴向应力。伞形浇口在伞形浇口的方向上轴向牵拉齿环圈。如此一来，在构造为钢轮毂的置入部上的离浇口远的突起就有限地导致齿环扩张和齿环露出置入部。因此，有利的是，在置入部外圆周离浇口近的侧面上偏心地设置尤其为突起形式的轴向紧固件。优选仅将凹穴远离浇口地设置在置入部上尤其是在其外圆周上，于是就尽可能地避免露出。
附图说明
下面借助于附图对实施例作详细说明。不同图中使用的相同参考标记分别表示相同或相同作用的部件或功能特征，于是说明书也可考虑其它与之相关的附图的说明。其中：
图1示出了齿轮三个工序的部件的侧视透视图；
图2示出了齿轮三个工序的部件的侧视剖面图；
图3示出了图1和2的示范性齿轮不同的透视图和剖面图；
图4示出了根据外圆周上具有偏心布置的突起的实施方式的置入部的透视图；
图5示出了根据图4置入部的、用以说明圆周区域上该突起的侧视图和放大剖面图；
图6示出了图4和5置入部的放大剖面图；
图7示出了作为具有凹穴的置入部与借助于伞形浇注注射在其上的齿环之间过渡区域的应力图的一放大局部剖面图；
图8示出了在置入部的外圆周上偏心布置有突起的情况下的应力图的放大剖面图；
图9示出了根据现有技术的在外圆周上具有同心突起的置入部的侧视透视图和剖面图；
图10示出了根据现有技术的在圆周方向上注塑有齿环的根据图9的实施方式剖面的另一剖面图和放大剖面图；
图11示出了根据现有技术的在置入部的外圆周上具有同心突起的该实施方式的放大剖面图的应力图。
具体实施方式
如图1所示，采用多个制造步骤制造示范性的齿轮1。在第一制造步骤中，提供置入部3，其用来构造实际的轮毂。置入部3优选是由金属尤其是钢制成的置入部，用以例如构造本身是公知的钢轮毂。
在下面的制造步骤中，注塑包封该置入部3以构造齿环2，其中，采用伞形浇注方法来注塑包封。相应地，中图示出了在视向上用塑料完全注塑包封的置入部，其在圆周方向已具有轮齿结构21。这样的轮齿结构21可直接同步浇注。在伞形浇注时，自轴X的轴向注塑包封置入部3，该轴X优选为齿轮的旋转轴。图中示出了自其出发注塑包封置入部3的侧面，其中，中图示出了制造的中间步骤，在该步骤中，伞形浇口(Schirmanguss)46仍构造在置入部的侧面。可看出浇口45位于中心或轴向的位置上。
伞形浇口46以这样的厚度覆盖置入部3位于轴向上的侧壁，即，在注塑时，也可从浇口点看不见的截取区域实现无气泡的注塑。浇口材料在置入部3侧面的轴向上的厚度优选大于构造的齿轮2在其轴向延伸方向上最宽厚度的60％，尤其是约60％-150％。不过，实现最佳效果所需的较小或较大厚度还尤其与在伞形浇注时使用的材料的流动性有关。
伞形浇注尤其还可在借助于注塑构成的齿环2的位于轴向上的侧壁中形成槽23或相似的凹入结构。
接下来，伞形浇口46例如借助于切削加工方法与置入部3的侧面分开。因此，最终产生图1右边示出的齿轮，其表示出了，带有同心的轴座31的中央的置入部3，其中置入部3在圆周方向上已经与连同轮齿结构2在内的成品齿环2(必要时连同槽形的结构如槽23在内)一起注塑包封。
尤其是在比较图1的左图和右图时，可看出：这样的方法措施还尤其可制造具有大置入部3的齿轮1。大置入部3被认为是其外径d3大于成品齿轮1的外径d1的一半。
图2以剖面图依次示出了制造这种齿轮1的三个制造步骤。上图示出了位于基面50或模具5的模具下部上的置入部3。一个嵌件插入置入部3的轴座31中，该嵌件防止注塑材料在注塑期间流入。距置入部3上方有一间距且沿圆周方向在其外侧地将模具上部51装配到基面50上。因此，相应地形成一个注塑空间54，在注塑齿环2和沿轴向在置入部3的侧壁30的侧面注塑时，在该注塑空间54中构造伞形浇口46。模具上部51具有注射通道52以注射注塑材料，其中注射通道52优选在中心并且在其轴向上相对于所构造的齿轮的轴X延伸。模具上部51和基面50优选已经具有模具结构55，该模具结构55相应地成型为例如构造槽23和轮齿结构。
因此，正如在图2的中图中示出的那样，利用这种配置注射的元件由置入部3构成，该置入部3在齿环2的圆周方向上和伞形浇口46的轴向侧向上注塑包封。置入部3沿圆周方向在其表面上具有啮合结构，其为此用于在置入部3的外圆周与齿环2的内圆周之间形成形锁合的连接。两个不同形状的凹穴32、33作为啮合结构被示出，它们是在置入部3的径向外侧圆周壁上构造的，且在注塑期间充填有注塑材料。第一凹穴32例如构造为圆周方向或旋转方向上的环形槽形式，以便形成沿轴X的轴向稳固或保持的啮合结构。在此情况下，该第一凹穴32与置入部3的外圆周偏心，也就是面向浇口侧偏心地形成在置入部3的外圆周上。
多个第二凹穴33与轴X轴向平行，且优选成型为环面状。该多个第二凹穴33在注塑材料流入且在其硬化之后相对于齿环2产生形锁合的连接，该形锁合的连接可在旋转方向上实现良好的力传递。
在例如借助于切削加工方法沿着隔离线C分离之后，形成图2下方所示的成品齿轮1。
图3示出了图2所示齿轮1的另一视图和细节。
图4至6示出了针对前图加以改型的实施方式。取代环形槽(图1中的32)形式的第一凹穴，在置入部3*的径向外侧圆周面上形成偏心的突起34，该突起34在浇注之后嵌入齿环的硬化材料中。在此情况下，突起34朝向齿环的浇口侧偏心地布置，以便防止浇口材料在硬化时的固化或冷却过程中露出。这样的突起34可在此如图所示地在圆周方向上延展，以便在轴X的轴向上在置入部3*与齿环之间形成形锁合的保持。
置入部3*优选在与突起34相邻的圆周部分中仍具有轴向平行的凹穴33*，该凹穴33*在所述的实施方式中例如为长形而非环面状。该凹穴33*的半径在此这样选择，即，使注塑材料在注塑时可流入该凹穴中并完全或至少尽可能在很大程度上避免在后面硬化时显露出来。
根据图7，示出了在借助于伞形浇注进行注塑之后且在侧向的伞形浇口分离之前的置入部3与齿环2之间过渡区域的圆周部分的应力图。尤其是在与示出现有技术结构的图11相比时，可从图7中看出有利的应力分布，其防止了齿环的硬化的塑料材料在离浇口远的部分中露出。由于硬化的缘故，材料优选是塑料仅在浇口或浇口侧的方向上缩回，但正如可以看出的那样，不会导致或不会明显地导致材料露出置入部3的圆周面。
图8示出了根据图4至6的实施方式置入部3*与齿环2之间过渡区域的相应剖面的应力图。同样可很好地看出，虽然在齿环2的塑料物质硬化或冷却时出现收缩，该收缩导致在背离浇口的端部上发生偏移，但不会或在不会造成干扰的范围上形成作为浇注材料的塑料露出置入部3*的相邻表面的缝隙。

Claims (16)

1.一种齿轮(1)，具有：
齿环(2)；
置入部(3)，其外径(d3)大于齿轮(1)的外径(d1)的一半，
其特征在于，
置入部(3)是借助于伞形浇注注塑包封的。
2.如权利要求1所述的齿轮，其中，齿环(2)借助于伞形浇注构造成包围置入部的部件。
3.如权利要求1或2所述的齿轮，其中，齿环(2)包括外侧的轮齿结构(21)在内借助于伞形浇注构成。
4.如前述权利要求之一所述的齿轮，其中，置入部(3)在外侧具有朝向齿环(2)的凹穴(32，33)，齿环(2)的材料嵌入该凹穴中。
5.如权利要求4所述的齿轮，其中，至少凹穴的一部分构造为环面状的凹穴(33)。
6.如前述权利要求之一所述的齿轮，其中，置入部(3)在外侧具有朝向齿环(2)偏心的突起(34)，该突起嵌入齿环(2)的材料中。
7.如权利要求6所述的齿轮，其中，偏心突起(34)的至少一部分构造有与旋转方向成横向伸长的延伸部。
8.如权利要求6或7所述的齿轮，其中，偏心突起(34)的至少一部分朝向伞形浇注的浇口侧偏心地错开布置。
9.如前述权利要求之一所述的齿轮，其中，置入部(3)由金属构造，外部件(3)由塑料构造。
10.如前述权利要求之一所述的齿轮，其中，置入部(3)由金属材料注塑包封。
11.一种制造具有齿环(2)和置入部(3)的齿轮(1)的方法，置入部(3)的外径(d3)大于齿轮(1)的外径(d1)的一半，其特征在于，借助于伞形浇注注塑包封置入部(3)。
12.如权利要求11所述的方法，其中，齿环(2)借助于伞形浇注构造为包围置入部的部件。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，借助于伞形浇注沿置入部(3)的轴向在置入部壁上产生侧向的浇注体。
14.如权利要求11至13之一所述的方法，其中，将借助于伞形浇注沿轴向产生的侧向浇注体分离。
15.如权利要求11至14之一所述的方法，其中，借助于伞形浇注构造齿环(2)是包括外侧轮齿结构(21)在内地构成的。
16.如权利要求11至15之一所述的方法，其中，将伞形浇口构成为厚壁，尤其是置入部(3)侧向的宽度大于齿环(2)最大壁厚的60％尤其是约60％-150％或更大。
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