CN111164332B - 用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的蜗轮以及蜗轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆转向系统的蜗轮机构(1)的蜗轮(4)，该蜗轮包括承载本体(40)和具有齿表面(420)的多个齿(42)，其中，齿(42)径向向外指向，其中，承载本体(40)由包括增强纤维(51)的塑料制成并且具有多个肋(43)，所述多个肋具有肋表面(430)，该肋表面从蜗轮(4)的中心环绕的环形腹板(44)径向向外指向，并且其中，齿(42)使用注射模制方法而被施加至承载本体(40)的肋(43)，并且其中，增强纤维(51)被定向，其中，增强纤维(51)中的多个增强纤维的取向遵循承载本体的相邻肋表面(430)和/或齿(42)的相邻齿表面(420)。

Description

用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的蜗轮以及蜗轮机构

技术领域

本发明涉及用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的蜗轮、涉及用于机动车辆转向系统的蜗轮机构并且涉及用于制造用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的单组分蜗轮的方法。

背景技术

对于机电动力转向系统的使用而言，特别地，需要将辅助力矩从电动马达传递到转向轴的机构。通常，电动马达驱动蜗杆，该蜗杆与蜗轮啮合，该蜗轮布置成以旋转的方式结合在转向轴上。为了对力进行传递，蜗轮必须具有一定的机械强度。此外，试图减少由于与蜗杆的接合而产生的噪声。

目前已知的蜗轮是通过在齿区域中填充由单组分塑料(1K)或双组分塑料(2K)形成的纤维塑料而制成的。

已公布的申请DE 101 19 235 A1已公开了具有主体部分的塑料齿轮，该主体部分由包含增强纤维的合成树脂构成。布置在主体部分上的带齿部分由相同的合成树脂制成，不同之处在于带齿部分不包含增强纤维。在现有技术中，EP 1 083 112 B1和EP 1 780 444B1公开了由纤维填充塑料制成的齿轮，其中，纤维具有限定的纵横比。这些解决方案被证明是不利的，因为纤维被定向成使得它们偏离齿的表面并且因此不能确保齿轮的负载能力和耐用性。

发明内容

因此，本发明的目的是提出用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的塑料齿轮，该塑料齿轮表现出改善的机械强度和良好的耐久性，并且还降低了运行噪音。

所述目的通过本发明的用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的蜗轮以及用于制造用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的单组分蜗轮的方法来实现。

因此，提供了用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的蜗轮，该蜗轮包括承载本体和具有齿表面的多个齿，其中，齿径向向外指向，其中，承载本体由包括增强纤维的塑料制成并且具有多个肋，所述多个肋具有肋表面，该肋表面从承载本体的中心环绕的环形腹板径向向外指向，并且其中，齿通过注射模制而被施加至承载本体的肋，其中，增强纤维中的多个增强纤维在其取向方面遵循承载本体相邻肋表面和/或齿的相邻齿表面。在这种情况下，蜗轮由双组分(2K)形成并且齿分别在肋上形成或分别在肋上注射模制。因此，增强纤维遵循蜗轮的肋表面或齿表面，使得纤维不会从肋或齿的表面突出。相邻的肋表面应理解为是指肋表面的安置成最靠近相应纤维的部分。相邻的齿表面应理解为是指齿表面的安置成最靠近相邻纤维的部分。借助于根据本发明的纤维的布置，蜗轮具有特别好的负载能力和耐久性。此外，可以降低运行噪音。

优选地，“多个”应被理解为是指大于一半的增强纤维、更优选地大于75％并且更优选地大于85％的增强纤维遵循特定的取向。

优选地，承载本体具有加强肋，该加强肋从环绕的环形腹板或蜗轮的齿沿蜗轮或蜗轮中心的旋转轴线的方向径向地延伸。有利的是，承载本体布置在所述蜗轮的毂上并且布置在径向上与所述毂邻接的环形边缘区域上，其中，加强肋从环形边缘区域的侧表面突出。还可以设想并且可能的是，蜗轮中心被毂包围并且在径向方向上位于与所述毂邻接的环形边缘区域中。

还提供了用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的蜗轮，该蜗轮包括多个齿，其中，齿从蜗轮的中心环绕的环形腹板径向向外指向，并且其中，蜗轮由包括增强纤维的塑料制成，其中，蜗轮由单组分(1K)形成，并且增强纤维中的多个增强纤维被定向，并且增强纤维的这种取向遵循相邻的齿表面。

在第一取向中，增强纤维在横截面中沿齿的齿轮廓或在2K蜗轮的情况下沿肋的肋轮廓定向。优选的情况是，增强纤维在齿的齿表面的区域中、特别地在齿表面下方0mm至1mm之间的区域中定向成在横截面上沿齿的齿轮廓或肋的肋轮廓。此外可以设想的是，增强纤维在横截面上可以从肋表面延伸至腹板，或者从与蜗杆啮合的外齿表面延伸至设置有增强肋或是同样包含加强肋的区域。

在另一取向中，增强纤维定向成在纵向方向上平行于齿表面或在2K蜗轮的情况下平行于肋的肋轮廓。

增强纤维或纤维增强塑料优选由合成树脂或热塑性塑料构成、特别地由聚酰胺、聚缩醛、饱和聚酯、聚醚和/或醚酮构成。

增强纤维优选具有由金属纤维、碳纤维或玻璃纤维构成的纤维中的至少一种纤维。

还提供了用于机动车辆转向系统的蜗轮机构，该蜗轮机构具有如上所述的蜗轮。

还提供了用于制造机动车辆转向系统的蜗轮机构的单组分蜗轮的方法，该单组分蜗轮包括多个齿，其中，该方法包括以下步骤：

提供用于蜗轮的注射模制的模具；

借助于喷嘴和流道将带有增强纤维的合成树脂注入到模具中，特别地使多个增强纤维定向，并且使增强纤维的取向遵循相邻的齿表面。

优选地，设置单个浇口点，该浇口点布置在毂的区域中或者进一步优选地布置在蜗轮中心，使得齿可以被径向填充并且可以实现期望的纤维取向。

附图说明

下面将基于附图更详细地讨论本发明的优选实施方式。在附图中，相同的部件或作用相同的部件由相同的附图标记表示。在附图中：

图1示出了机电伺服转向系统的蜗轮机构的三维示意图，

图2示出了穿过图1的蜗轮机构的横截面，

图3示出了1K蜗轮的立体图，

图4示出了注射模制的2K蜗轮的立体图，

图5示出了1K或2K蜗轮的另一立体图，

图6示出了根据本发明的纤维增强的塑料齿轮中的纤维的取向的示意图，以及

图7示出了根据本发明的纤维增强的塑料齿轮中的纤维的第二取向的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了作为机电动力转向系统的一部分的常规的蜗轮机构1，该蜗轮机构1将辅助扭矩从电动马达2传递至转向轴3，该转向轴3具有上转向轴32和下转向轴31。设置有蜗轮4，该蜗轮4以旋转的方式与转向轴3结合。蜗轮4绕其旋转轴线的旋转使得辅助力或附加力被引入到转向轴1，从而相应地将辅助力或附加转向角引入转向系。

蜗轮4借助于蜗杆5驱动，蜗杆5又由电动马达2驱动，其中，电动马达2的输出端6为了扭矩传递的目的而相应地联接至蜗杆5。在图1中还提供了具有扭矩传感器单元8和转向角传感器单元9的一体式结构单元7。扭矩传感器单元8检测上转向轴32相对于下转向轴31的相对旋转，以作为手动施加在上转向轴32上的扭矩的量度。上转向轴和下转向轴通过扭力杆33彼此连接。上转向轴32以旋转的方式直接结合至方向盘(未图示)。下转向轴具有沿蜗轮轴线49的局部齿部，该局部齿部用于与接合装置(未示出)形状锁定接合，该接合装置又可以经由轴(未示出)连接至转向装置。相反，转向角传感器单元9测量下转向轴的当前转向角。扭矩传感器单元8具有环形磁体10(永磁体)，该环形磁体以旋转的方式结合至上转向轴，并且扭矩传感器单元8具有磁通导体11。相关联的传感器单元12以在空间上固定的方式连接至电动马达2的单元。

图2示出了布置在壳体13中的蜗轮机构1，其中，壳体13容纳第一滚动轴承14，该第一滚动轴承径向地支承电动马达2的输出轴15。还设置有第二滚动轴承16，蜗杆5的驱动侧端部被径向支承在第二滚动轴承16中。蜗杆5的安置成与电动马达2的输出端相反的那端部被安装在轴承装置17中，该轴承装置不但用于蜗杆5的径向安装而且还用于角度补偿。

如图3所示，蜗轮4由承载本体40和带齿部分41的齿42形成。在所示的实施方式中，蜗轮4由单个本体形成。承载本体40和齿42因此形成为单件。在此，齿42在每种情况下具有一个肋43，该肋从蜗轮4的中心环绕的环形腹板44径向向外延伸，该环形腹板直接邻接齿部。加强肋45从环形腹板44沿蜗轮的旋转轴线49的方向或沿蜗轮中心46的方向径向地延伸。承载本体40布置在蜗轮的毂47上并且在径向方向上布置在与所述毂邻接的环形边缘区域48上。加强肋45将相对于齿42较薄或较窄的承载本体40连接至加宽的腹板44并且连接至邻接所述腹板的齿42，并且加强肋45用作蜗轮4的加强件。因此，加强肋45从环形边缘区域48的侧表面50突出。

蜗轮4通过注射模制来制造。蜗轮4优选地由单组分形成。为此目的，借助于喷嘴和流道将具有增强纤维的合成树脂或热塑性塑料注入到模具中，具体地，使得增强纤维相对于齿表面420切向地延伸。

图4示出了与图3中的蜗轮相对应的蜗轮4。在这种情况下，它是2K蜗轮。承载本体40具有对应蜗轮齿部的多个肋43，所述多个肋从承载本体40的中心环绕的环形腹板44径向向外指向。蜗轮齿部42通过注射模制被施加至承载本体40的肋43，使得肋43被布置在齿部42下方。

图5示出了面向下转向轴31的一侧的1K或2K蜗轮。在这种情况下，蜗轮4也具有加强肋450，该加强肋从承载本体40径向向外突出并且朝向腹板44或沿蜗轮齿部的方向变大。

图6和图7示出了增强纤维的两种可能的取向。图6以横截面的形式示出了增强纤维51沿齿轮廓或肋轮廓的取向。增强纤维遵循齿轮廓。在此优选的是，在纤维51在齿表面420或肋表面430的区域中、优选地在表面420、430下方的0mm至1mm之间的区域中的情况下，纤维51大致不偏离横截面。如图6所示，纤维51可以延伸直到腹板44为止，并且还包围该腹板，并且沿横截面相应地紧密遵循齿部或肋表面的形状。在图7中，纤维51大致平行于蜗轮4的旋转轴线49定向。在此，增强纤维51定向成在长度方向上平行于齿表面420或肋表面430。在此，纤维端部仅突出进入横截面或从横截面突出，如附图中的点所示。在该实施方式中，纤维可以从向外突出的肋表面或齿表面突出直到环形腹板为止，或者可以仅设置在肋表面或齿表面处。两种取向形式的共同点在于，纤维51被定向成使得它们大致不偏离齿表面420。

纤维51的定向可以借助于蜗轮4的不同构型和注射模制工艺来实现。

在一个实施方式中规定，经由蜗轮中心中的中心浇口点将液态塑料从一侧引入到模具中。齿因此被径向填充，并且纤维呈现如图6所示的取向。在此优选的情况是，从中心腹板到齿部具有尽可能小的偏心率，或者说尽可能径向向外笔直延伸。

在另一实施方式中，可以提供多个浇口点。例如，蜗轮可以使用六个喷嘴借助于注射模制来制造，所述六个喷嘴布置成在圆周上均匀地分布。在多个浇口点的情况下，必须相应地选择肋43在横截面中的壁厚43'以及肋43的壁厚43'与加强肋45的壁厚45'之间的壁厚比。这尤其取决于热通道的数量和位置、基部壁厚度的范围、塑料的流动性或肋的刚度。其他因素是中心腹板的偏心率或浇口点相对于中心腹板的偏心率。

在此优选的情况是，肋43和加强肋45相对于彼此错开地布置并且因此允许更容易地进行填充以及以便于防止空腔的形成。

在另一实施方式中，也可以规定，蜗轮是双组分的轮，并且将承载本体和齿制成为两个部件。在此，在齿部的区域中将用于形成齿的塑料注射模制在承载本体的肋上。在此，承载本体如上所述地通过注射模制来制造并且具有上述取向的纤维，该纤维遵循承载本体表面或肋表面。

Claims (7)

1.一种用于机动车辆转向系统的蜗轮机构(1)的蜗轮(4)，所述蜗轮包括承载本体(40)和具有齿表面(420)的多个齿(42)，其中，所述齿(42)径向向外指向，其中，所述承载本体(40)由包括增强纤维(51)的塑料制成并且具有多个肋(43)，所述肋具有肋表面(430)，所述肋表面从所述蜗轮(4)的中心环绕的环形腹板(44)径向向外指向，并且其中，所述齿(42)通过注射模制而被施加至所述承载本体(40)的所述肋(43)，其特征在于，所述增强纤维(51)被定向，其中，所述增强纤维(51)中的多个增强纤维在其定向方面遵循所述承载本体的相邻肋表面(430)；所述蜗轮由双组分(2K)形成，所述增强纤维沿所述肋(43)的肋轮廓定向；

所述增强纤维(51)在所述肋(43)的所述肋表面(430)的下方0mm至1mm之间的区域中、在横截面中沿所述肋(43)的肋轮廓定向或者所述增强纤维(51)定向成在纵向方向上平行于所述肋轮廓(430)。

2.根据权利要求1所述的蜗轮，其特征在于，所述承载本体(40)具有加强肋(45)，所述加强肋从环绕的所述环形腹板(44)沿所述蜗轮(4)的旋转轴线(49)的方向径向地延伸。

3.根据权利要求2所述的蜗轮，其特征在于，所述承载本体(40)布置在所述蜗轮(4)的毂(47)上并且布置在径向上与所述毂邻接的环形边缘区域(48)上，其中，所述加强肋(45)从所述环形边缘区域(48)的侧表面(50)突出。

4.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的蜗轮，其特征在于，所述增强纤维(51)由合成树脂构成。

5.根据前述权利要求4所述的蜗轮，其特征在于，所述增强纤维(51)由聚酰胺、聚缩醛、饱和聚酯、聚醚和/或醚酮构成。

6.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的蜗轮，其特征在于，所述增强纤维(51)包括至少一种类型的由金属纤维、碳纤维或玻璃纤维组成的纤维。

7.一种用于机动车辆转向系统的蜗轮机构(1)，所述蜗轮机构具有如权利要求1至6中的任一项所述的蜗轮(4)并且具有与所述蜗轮(4)接合的蜗杆(5)。

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