CN111542710A - 用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的具有在轮毂与齿轮缘之间注射的支承环的蜗轮 - Google Patents

用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的具有在轮毂与齿轮缘之间注射的支承环的蜗轮 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆转向系统的蜗轮机构(11)的蜗轮(12)，该蜗轮(12)包括轮毂(15)、支承元件(16)和齿轮缘(17)，其中，齿轮缘(17)具有多个齿(171)，所述多个齿(171)从中央环绕的环形腹板(172)径向向外延伸，并且其中，支承元件(16)为支承环，该支承环通过注射成型过程被注射到齿轮缘(17)与轮毂(15)之间，并且支承环以形状配合的方式连接轮毂(15)和齿轮缘(17)。

Description

用于机动车辆转向系统的蜗轮机构的具有在轮毂与齿轮缘之 间注射的支承环的蜗轮
本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮、用于机动车辆转向装置的蜗轮系统、以及用于生产具有权利要求12的前序部分的特征的用于机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮的方法。
在使用机电式助力转向装置时，尤其需要将来自电动马达的辅助扭矩传递到转向轴的齿轮系统。电动马达通常驱动蜗杆，该蜗杆与蜗轮啮合，该蜗轮以旋转固定的方式布置在转向轴或小齿轮上。
蜗轮包括可以以旋转固定的方式连接至转向轴或小齿轮的插入件，其中，所述插入件用塑性材料增强。所述塑性材料构成所谓的齿轮缘。
从第一和未经审查的公开文献EP 1 780 445 A1中已知一种具有插入部分的齿轮，该插入部分具有径向高度，其中，所述插入部分通过由包覆成型构造的齿轮缘增强。该解决方案的缺点在于高度的径向处理，由此在注射时在塑性材料中产生不利的流动条件并且构造了非均质的塑性材料结构。
本发明的目的是提出一种用于机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮，所述蜗轮通过理想的简单方式而具有有着改善的均质性的塑性材料结构。
该目的通过具有权利要求1的特征的用于机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮以及通过一种具有权利要求12的特征的用于制造机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮的方法来实现。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。
因此，提供了一种用于机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮，该蜗轮包括轮毂、支承元件和齿轮缘，其中，齿轮缘具有多个齿，所述多个齿相对于蜗轮纵向轴线径向向外延伸，并且其中，支承元件为支承环，该支承环通过注射成型方法被注射到齿轮缘与轮毂之间，并且该支承环以形状配合的方式连接轮毂与齿轮缘。
齿轮缘优选地具有加强肋，加强肋在两个端部侧上从齿沿蜗轮纵向轴线或齿轮缘中心的方向径向地延伸。
形成轮毂的插入部分优选地由钢制成。
齿轮缘优选地被构造为单组分塑性材料部件，并且因此是一体的。因此，不需要通过注射成型将齿施加到支承部件上。因此，可以以特别经济的方式制造齿轮缘。
插入部分优选地具有齿轮缘，该齿轮缘接合在齿轮缘的内侧部的对应凹部中。插入部分和齿轮缘因此可以在第一生产步骤中以简单的方式彼此连接。
有利的是，齿轮缘具有注射孔以用于注射用于构造支承环的塑性材料，该注射孔在蜗轮纵向轴线与加强肋之间设置。齿轮缘和/或支承环优选地由人造树脂或热塑性材料构成，特别是由聚酰胺、聚甲醛、饱和聚酯、聚醚和/或醚酮构成，或者包括增强纤维或纤维增强塑性材料。
注射孔优选地沿齿轮缘圆周以均匀的间隔布置。优选地，沿着齿轮缘圆周设置至少四个注射孔、更进一步优选地多于六个注射孔。特别优选地，沿着齿轮缘圆周设置十二个注射孔。此外，可以想到并且可能的是，沿着齿轮缘圆周以多排、例如两排设置注射孔，以便将插入部分以材料上一体的且形状配合的方式连接至齿轮缘。
注射模制方法被执行成使得支承环不突出超过齿轮缘的齿的端部侧。支承环优选地构造成在外侧部上是平坦的并且不具有任何突出部或凹部。
在一个优选的实施方式中，就蜗杆竖向轴线而言，支承环具有向内指向的肋部，该向内指向的肋部在径向方向上构造成锥形。在此有利的是，支承环的肋部具有肋厚度和肋间距，所述肋厚度和肋间距在尺寸上小于或等于支承环的基本壁厚。
优选地，支承环具有底切部，该底切部在生产中允许卡住在支承环与齿轮缘之间。
此外，提供了一种用于具有如上所述的蜗轮的机动车辆转向装置的蜗轮系统，其中，蜗轮与蜗杆接合。
此外，提供了一种用于生产用于机动车辆转向装置的蜗轮系统的蜗轮的方法。本文中的蜗轮系统包括轮毂、支承元件和齿轮缘，其中，齿轮缘具有多个齿，所述多个齿相对于蜗轮纵向轴线径向向外延伸。该方法包括以下步骤：
·以插入部分的形式提供轮毂；
·将插入部分插入齿轮缘中；
·将用于构成支承元件的塑性材料通过注射成型方法注射到齿轮缘与插入部分之间，具体地，使得呈支承环形式的支承元件以形状配合的方式连接轮毂与齿轮缘。
在本文中，齿轮缘优选地具有注射孔，用于构造支承环的塑性材料注射到注射孔中，具体地，使得塑性材料均匀地分布在插入部分与齿轮缘之间的两个侧面上。如上所述，注射孔沿齿轮缘圆周以均匀的间隔定位。
处于固化状态的支承环优选地不突出超过齿轮缘的齿的端部侧。在此有利的是，支承环在外侧部上构造为平面的并且不具有任何突出部或凹部。
优选地，齿轮缘构造成使得处于固化状态下的支承环具有向内指向的肋部，该向内指向的肋部在径向方向上构造成锥形。
此外，齿轮缘优选地构造成使得处于固化状态下的支承环的肋部具有肋厚度和肋间距，所述肋厚度和肋间距在尺寸上小于或等于支承环的基本壁厚。
优选地，齿轮缘构造成使得处于固化状态下的支承环具有底切部，该底切部在生产中允许卡住在支承环与齿轮缘之间。
下面将通过附图更详细地解释本发明的优选实施方式。相同类型或等效功能的部件在图中由相同的附图标记标识。在附图中：
图1：机电式机动车辆转向装置的示意图；
图2：示出了穿过蜗轮系统的横截面；
图3：示出了蜗轮的空间视图；
图4：示出了不具有支承环的来自图3的蜗轮的分解图；
图5、图6：示出了来自图3的已组装的蜗轮的两个示意图；
图7：以纵向截面示出了蜗轮的完成步骤的视图；以及
图8：示出了穿过具有支承环的已完成的蜗轮的纵向截面。
在图1中示意性地示出了具有方向盘2的机电式机动车辆转向装置1，该方向盘2以旋转固定的方式联接至上转向轴3和下转向轴4。上转向轴3通过扭杆110功能性地连接至下转向轴4。上转向轴3以旋转固定的方式直接连接至方向盘。沿其蜗轮纵向轴线S以形状配合的方式与铰接组件接合的下转向轴4具有部分齿，所述铰接组件又通过轴连接至转向齿轮系统。下转向轴4以旋转固定的方式连接至小齿轮5。小齿轮5以已知的方式与齿条6的齿段啮合。齿条6在转向壳体中安装成可以在所述齿条6的纵向轴线的方向上移位。齿条6在其自由端部处借助于球形接头(未示出)连接至控制臂7。控制臂7本身以已知的方式借助于转向节在每种情况下都连接至机动车辆的一个转向轮8。通过转向轴3、4和小齿轮5的连接，方向盘2的旋转致使齿条6的纵向移位，并因此致使转向轮8的枢转。转向轮8由车道80被赋予与转向运动相反的反馈作用。因此，为了使车轮8枢转，需要在方向盘2处要求对应扭矩的力。提供了伺服单元10的电动马达9，以用于辅助驾驶员进行该转向运动。伺服单元10在这里可以作为叠加的转向装置布置在转向柱上，或者作为动力辅助装置布置在小齿轮5或齿条6上。
图2示出了布置在壳体100中的蜗轮系统11。提供了例如以旋转固定的方式连接至转向轴4的蜗轮12。蜗轮12通过蜗杆13驱动，该蜗杆13又通过电动马达9驱动，其中，用于传递扭矩的电动马达9的驱动输出部14相应地联接至蜗杆13。蜗杆13在其两端部处借助于滚子轴承130径向支承在壳体100中并且能够进行角度补偿。
在图3中，沿着蜗轮纵向轴线S示出了具有轮毂15、支承环16和齿轮缘17的蜗轮12。轮毂15在此处构造成与输出轴4成一体，并且在所述轮毂15的一个端部处具有用于与铰接组件形状配合连接的齿，并且而另一侧部处在朝向输入轴3的方向上敞开，从而可以将扭杆110引入轮毂15中。扭杆110也可以通过设置有铰接组件的端部引入到输出轴4中。如图6中所示，输出轴具有四叶草形的内部轮廓，从而以形状配合的方式将具有相应外部轮廓的轴接纳在其中。
如图4中所示，插入部分150构造成轮毂15。插入部分15优选地由金属制成、特别是由钢制成。齿轮缘17是单组分塑性材料部件，并且在第一处理步骤中连接至插入部分150。为此，插入部分150具有齿轮缘151，该齿轮缘151接合在齿轮缘17的内侧中的相应的凹部170中。插入部分150具有齿轮缘151，该齿轮缘151具有齿152，其中，齿152相对于蜗轮纵向轴线S径向向外地定向。在此，在每种情况下，在齿轮缘151的两个突出部或齿152之间设置有一个注射孔175。根据该实施方式，在插入部分150的齿轮缘151的突出部152与塑性材料齿轮缘17的注射孔175之间的比率对应1:2的比例。换句话说：在每种情况下，每隔一个在两个齿轮缘齿152之间形成的凹陷就设置有一个注射孔175。
图5和6中示出了具有齿轮缘17的插入部分150的组装状态。齿轮缘17具有齿171，该齿171从中央环绕的环形腹板172径向向外延伸。在两个端部侧上的加强肋173相应地从环形腹板172或从齿171沿齿轮缘中心174的方向或沿轮毂15的方向径向地延伸。加强肋173设置在注射孔175与齿轮缘17的齿171之间。在齿171与加强肋之间设置有在蜗轮竖向轴线H的方向上的间隔d，使得加强肋相对于齿轮缘齿向内偏移。因此，蜗轮在齿部171外部的端部侧构造成比在腹板172或齿部的区域中更窄。加强肋173用作齿轮缘17的加强件。在齿轮缘的侧面上的加强肋173相应地在注射孔175的方向上或在旋转轴线S的方向上变得更窄，并且具有曲率。在另一侧面上，突出的肋与较低的加强肋交替，其中，在蜗轮的纵向截面中的所述肋构造成是平坦的。在该示例性实施方式中，加强肋173没有轴向对称。齿轮缘17的在齿部区域之外的端部侧具有基本的壁厚。此外，在图3至图6中可以看到，与接合在蜗杆中的齿171相对的齿轮缘具有向内指向的齿180。齿180可以构造成燕尾形状，从而在注射成型期间保持熔化物并可以实现限定的纤维取向。向内指向的齿180用于改善与支承环16在材料上一体的和形状配合的连接。在外齿171的每个齿根之间设置有一个向内指向的齿180。齿轮缘17具有注射孔175，塑性材料被注射到该注射孔中以用于构造支承环16。
图7示意性地示出了支承环16的注射成型。将塑性材料注射到注射孔175中，并且沿着箭头将其均匀地分布在插入部分150与齿轮缘17之间的两个侧面上。由于注射孔175穿过齿轮缘17，除了喷嘴侧之外，排出器侧也被填充。
在图8的纵向截面中示出了所构造的支承环16。进行注射成型，使得固化的支承环16不会突出超过齿轮缘17的齿171的端部侧。注射的塑性材料在此流过齿轮缘17和在插入部分150的齿轮缘齿152之间的凹陷。支承环16具有向内指向的肋部161，该向内指向的肋部161在径向方向上构造成锥形并且具有底切部162，使得支承环16在生产中卡在齿轮缘17中。支承环16的肋厚度和肋间隔被选择成使得所述肋厚度和所述肋间隔在尺寸上分别小于或等于齿轮缘17或支承环16的基本壁厚。因此，该部件具有很高的刚性。此外，支承环16在外表面上不具有任何凹陷或凸起。
通过注射成型形成的支承环16实现了齿轮缘17与支承环16之间的形状配合和至少部分的材料上的整体连接。所述支承环16是可以经济地生产的高刚性的承载结构。

Claims (17)

1.一种用于机动车辆转向装置的蜗轮系统(11)的蜗轮(12)，所述蜗轮(12)包括轮毂(15)、支承元件(16)和齿轮缘(17)，其中，所述齿轮缘(17)具有多个齿(171)，所述多个齿(171)相对于蜗轮纵向轴线(S)径向向外延伸，其特征在于，所述支承元件(16)为支承环，所述支承环通过注射成型方法被注射到所述齿轮缘(17)与所述轮毂(15)之间，并且所述支承环以形状配合的方式连接所述轮毂(15)与所述齿轮缘(17)。
2.根据权利要求1所述的蜗轮，其特征在于，所述齿轮缘(17)具有加强肋(173)，所述加强肋(173)在两个端部侧上从齿(171)沿所述蜗轮纵向轴线(S)的方向径向地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的蜗轮，其特征在于，形成所述轮毂的插入部分(150)由钢制成。
4.根据前述权利要求中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述齿轮缘(17)为单组分塑性材料部件。
5.根据前述权利要求中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述插入部分(150)具有齿轮缘(151)，该齿轮缘(151)接合在所述齿轮缘(17)的内侧部的对应的凹部(170)中。
6.根据前述权利要求中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述齿轮缘(17)具有注射孔(175)，所述注射孔(175)在所述蜗轮纵向轴线(S)与所述加强肋(173)之间构造成用于注射用于构造所述支承环(16)的塑性材料。
7.根据前述权利要求中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支承环(16)不突出超过所述齿轮缘(17)的齿(171)的端部侧。
8.根据前述权利要求中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支承环(16)具有向内指向的肋部(161)，所述向内指向的肋部(161)在径向方向上构造成锥形。
9.根据权利要求8所述的蜗轮，其特征在于，所述支承环(16)的肋部(161)具有肋厚度和肋间距，所述肋厚度和所述肋间距在尺寸上小于或等于所述支承环(16)的基本壁厚。
10.根据前述权利要求中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支承环(16)具有底切部(162)，所述底切部(162)在生产中允许卡住在所述支承环(16)与所述齿轮缘(17)之间。
11.一种用于机动车辆转向装置的蜗轮系统(11)，所述蜗轮系统(11)具有如权利要求1至10中的一项所述的蜗轮(12)并且具有与所述蜗轮(12)接合的蜗杆(13)。
12.一种用于生产用于机动车辆转向装置(1)的蜗轮系统(11)的蜗轮(12)的方法，所述蜗轮系统(11)包括轮毂(15)、支承元件(16)和齿轮缘(17)，其中，所述齿轮缘(17)具有多个齿(171)，所述多个齿(171)相对于蜗轮纵向轴线(S)径向向外延伸，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
·以插入部分(150)的形式提供所述轮毂(15)；
·将所述插入部分(150)插入至所述齿轮缘(17)中；
·将用于构成所述支承元件(16)的塑性材料通过注射成型方法注射到所述齿轮缘(17)与所述插入部分(150)之间，具体地，使得呈支承环形式的所述支承元件(16)以形状配合的方式连接所述轮毂(15)与所述齿轮缘(17)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述齿轮缘(17)具有注射孔(175)，用于构造所述支承环(16)的所述塑性材料被注射到所述注射孔(175)中，具体地，使得所述塑性材料均匀地分布在所述插入部分(150)与所述齿轮缘(17)之间的两个侧面上。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述支承环(16)不突出超过所述齿轮缘(17)的齿(171)的端部侧。
15.根据权利要求12至14中的一项所述的方法，其特征在于，所述齿轮缘(17)构造成使得处于固化状态下的所述支承环(16)具有向内指向的肋部(161)，所述向内指向的肋部(161)在径向方向上构造成锥形。
16.根据权利要求12至15中的一项所述的方法，其特征在于，所述齿轮缘(17)构造成使得处于所述固化状态下的所述支承环(16)的肋部(161)具有肋厚度和肋间距，所述肋厚度和所述肋间距在尺寸上小于或等于所述支承环(16)的基本壁厚。
17.根据权利要求12至16中的一项所述的方法，其特征在于，所述齿轮缘(17)构造成使得处于所述固化状态下的所述支承环(16)具有底切部(162)，所述底切部(162)在生产中允许卡住在所述支承环(16)与所述齿轮缘(17)之间。
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