DE10122144A1 - Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus Kunstharz - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades wird, nachdem auf einer äußeren Umfangsfläche einer Kunstharz-Randabschnittsschicht (2) ein Zahnrad-Schnitt angewandt wird, der eine Schneidrichtung hin zum Anguß-bildenden Abschnitt (3) aufweist, der Anguß-bildende Abschnitt (3) abgeschnitten und entfernt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel­ len eines Zahnrades aus Kunstharz, welches vorzugsweise in einem Hochbelastungs-Übertragungssystem, wie beispielsweise einer Servolenkvorrichtung oder dergleichen, benutzt wird.

Üblicherweise wird in einem Übertragungssystem zum Übertragen einer Antriebskraft eines Motors auf eine Lenksäule ein Schneckenrad zur Übertragung der Antriebskraft des Motors auf die Lenksäule verwendet, um die Lenkkraft mittels einer Servo­ lenkvorrichtung zu unterstützen.

Nachdem das Schneckenrad für ein Hochbelastungs-Übertragungs­ system wie beispielsweise eine Servosteuervorrichtung verwen­ det wird, ist es so aufgebaut, daß zur Gewährleistung der er­ forderlichen Stabilität eine Nabe und ein Steg durch ein Me­ tall-Einbauteil gebildet werden. Ein Randabschnitt mit Zähnen ist aus Kunstharz hergestellt, um das Geräusch des Eingriffs zu dämpfen.

Gemäß dem Stand der Technik, wie er in der japanischen Offen­ legungsschrift JP-A 8-145146 beschrieben ist, wird aus einem Anguß einer Metallform eine Randabschnittsschicht aus Kunst­ harz auf einem äußeren Umfang eines Metall-Einbauteils gebil­ det. An der äußeren Umfangsfläche der Kunstharz-Randab­ schnittsschicht wird ein Zahnrad-Schnitt angewandt, um ein Zahnrad zu erhalten.

Nachdem beim Stand der Technik ein Rohling erhalten wird, in welchem ein Anguß-bildender Abschnitt von einem Produkt abge­ schnitten und entfernt wird, welches von einer Kunstharz-Rand­ abschnittsschicht auf einer äußeren Umfangsfläche eines Me­ tall-Einbauteils gebildet wird, wird ein Zahnrad-Schnitt auf einer äußeren Umfangsfläche der Kunstharz-Randabschnitts­ schicht des Rohlings geschnitten. Dementsprechend ist es not­ wendig, nach dem Anwenden des Zahnrad-Schnitts die Grate zu entfernen, die an der äußeren Umfangsfläche der Kunstharz- Randabschnittsschicht aufgrund des Zahnrad-Schnitts erzeugt wurden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Anzahl der zum Erzeugen eines Kunstharz-Zahnrads erforderlichen Schritte zu reduzieren, um auf diese Weise die Kosten zu reduzieren.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus Kunstharz vorgesehen, bei dem auf einem äußeren Umfang eines Metall-Einbauteils aus einem Aasguß einer Metallform eine Kunstharz-Randabschnittsschicht gebildet wird und ein Zahnrad-Schnitt an der äußeren Umfangs­ fläche der Randabschnittsschicht angewandt wird, um auf diese Weise ein Zahnrad zu bilden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

• - Ausbilden eines Aasguß-bildenden Abschnitts an einer Sei­ tenfläche in einer Angußseite der Kunstharz-Randab­ schnittsschicht und bis zu mindestens einer äußeren Um­ fangsseite,
• - Anwenden eines Zahnrad-Schnitts auf einer äußeren Um­ fangsfläche der Kunstharz-Randabschnittsschicht mit einer Zahnrad-Schnittrichtung zu einer Seite des Anguß-bilden­ den Abschnitts, und
• - danach Schneiden und Entfernen des Anguß-bildenden Ab­ schnitts.

Die Erfindung wird besser verstanden werden auf der Basis der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefaßt werden sollten, sondern vielmehr nur der Erläuterung und dem Verständnis der Erfindung dienen sollen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht, die eine elektrische Servolen­ kungsvorrichtung in teilweise aufgebrochener Dar­ stellung zeigt,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3A und 3B ein Schneckenrad, wobei Fig. 3A eine Seiten­ ansicht und Fig. 3B eine Schnittansicht ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Schrittes des Setzens eines Metall-Einbauteils,

Fig. 5 eine Schnittansicht des Schrittes des Spritzgießens,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des gegossenen Pro­ dukts,

Fig. 7 eine Schnittansicht des Schrittes des Zahnrad- Schnitts, und

Fig. 8A und 8B den Schritt des Schneidens und Entfernens des Angusses, wobei Fig. 8A eine Querschnittsansicht ist, die einen Zustand vor dem Schneiden zeigt, und Fig. 8B eine perspektivische Ansicht ist, die den Zustand nach dem Schneiden zeigt.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel entspricht einer Struktur, die erhalten wird, indem die vorliegende Erfindung dazu ange­ wandt wird, ein Zahnrad 40 zu verwenden, das in einer Lenkun­ terstützung einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 verwendet wird.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 10 ist, wie in Fig. 1 gezeigt, so aufgebaut, daß ein Säulengehäuse 11, welches mit dem Lenkrad verbunden ist, mit einem Getriebegehäuse 12 ver­ bunden ist. Linke und rechte Verbindungsstangen 15A und 15B sind mit einem Zwischenabschnitt einer Zahnstange 13 des Ge­ triebegehäuses 12 mittels Verbindungsbolzen 14A und 14B ver­ bunden, wodurch eine vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft des Lenkrades mittels eines säulengehäuseseitigen Motors 16 unter­ stützt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt trennt das Säulengehäuse 11 die Lenksäu­ le, an der das Lenkrad befestigt ist, in eine Eingangswelle 21 und eine Ausgangswelle 22, es verbindet die Eingangswelle 21 und die Ausgangswelle 22 mittels einer Torsionswelle 23 und es hält die Eingangswelle 21 und die Ausgangswelle 22 mittels eines Lagers 24 und Lager 25A und 25B an einem Gehäuse 26. Weiterhin ist das Säulengehäuse 11 so im Gehäuse 26 vorgese­ hen, daß ein zylindrischer Kern 28 umgeben wird, der mit zwei Nachweisspulen 27A und 27B in Eingriff steht, wodurch mit der Eingangswelle 21 und der Ausgangswelle 22 ein Drehmomentsensor 20 gebildet wird. Der Kern 28 ist mit einer vertikalen Nut 30 versehen, die mit einem Führungsstift 29 der Ausgangswelle 22 in Eingriff steht derart, daß eine Bewegung nur in axialer Richtung möglich ist und er ist mit einer spiralförmigen Nut 32 versehen, die mit einem Gleitstift 31 der Eingangswelle 21 in Eingriff steht. Wenn demnach ein auf das Lenkrad einwirken­ des Lenk-Drehmoment auf die Eingangswelle 21 ausgeübt wird und zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle aufgrund der elastischen Torsionsdeformation der Torsionsstange 23 eine relative Versetzung in Drehrichtung erzeugt wird, so versetzt die Versetzung der Eingangswelle 21 und der Ausgangswelle 22 in Drehrichtung den Kern 28 in axialer Richtung. Aufgrund ei­ ner magnetischen Veränderung im Umfang der Nachweisspulen 27A und 27B, die durch die Versetzung des Kerns 28 erzeugt wird, ändert sich die Induktivität der Nachweisspulen 27A und 27B. Das heißt, wenn sich der Kern 28 in Richtung zur Eingangswelle 21 hin bewegt, so erhöht sich die Induktivität der Nachweis­ spule 27A, zu der hin sich der Kern 28 bewegt. Im Gegensatz hierzu wird die Induktivität der Nachweisspule 27B, von der sich der Kern 28 weg bewegt, reduziert. Dementsprechend ist es möglich, aufgrund der Änderung der Induktivität das Lenk-Dreh­ moment nachzuweisen.

Weiterhin ist die Ausgangswelle 22 so strukturiert, daß ein äußerer peripherer Abschnitt in der gegenüberliegenden Seite des Drehmomentsensors 20 zu einer Triebwelle 33 gesetzt ist und die weiter oben genannte Zahnstange 13 des Getriebegehäu­ ses 12 mit der Triebwelle 33 in Eingriff steht. Wie darge­ stellt, ist eine Kappe 34 mit dem Gehäuse 26 verschraubt und eine an der Kappe 34 über eine Feder 35 abgestützte Zahnstan­ genführung 36 unterstützt eine Rückseite der Zahnstange 13.

Weiterhin befestigt das Säulengehäuse den oben genannten Motor 16 am Gehäuse 26 und trägt eine mit dem Motor 16 verbundene Kupplung und ein Schneckengetriebe 38. Das Schneckenrad 40, welches mit der Getriebeschnecke 38 in Eingriff steht, ist an einem Zwischenabschnitt der oben genannten Ausgangswelle 22 befestigt.

Das heißt, daß bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 der Antriebsstrom des Motors 16 bestimmt ist durch einen (nicht dargestellten) Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und eine (nicht dargestellte) Steuereinheit, die das nachgewiesene Re­ sultat des Drehmomentssensors 20 erhält, im Einklang mit einem vorbestimmten Kraftunterstützungsplan. Eine Antriebskraft des Motors 16, die eine geeignete Unterstützungskraft entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenk-Drehmoment darstellt, wird auf die Ausgangswelle 22 angewandt. In diesem Fall schaltet die zwischen dem Motor 16 und der Getriebeschnecke 38 vor­ gesehene Kupplung die Unterstützungskraft ab, wenn die Unter­ stützungskraft (während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs) nicht benötigt wird.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels weist das im Säulengehäuse 11 befindliche Schneckenrad 40, welches die An­ triebskraft des Motors 16 zur Ausgangswelle 22 überträgt, eine Nabe 41 auf, eine Mehrzahl von sich von der Nabe 41 radial erstreckenden Stegen 42 und einen Randabschnitt 43, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, und es ist an der äußeren Umfangs­ fläche des Randabschnitts 43 mit Zähnen 44 versehen. Das Schneckenrad 40 ist so aufgebaut, daß die Nabe 41, die Stege 42 und der Randabschnitt 43 von einem Metall-Einbauteil 45 gebildet sind, zum Zwecke der Verstärkung, und daß der mit den Zähnen 44 versehene Rand 43 von einem Kunstharz gebildet wird, um auf diese Weise das Eingriffsgeräusch mit der Getriebe­ schnecke 38 zu reduzieren.

Was das Harz betrifft, welches den Randabschnitt 43 bildet, so ist es möglich, einen verstärkten Kunststoff zu verwenden wie beispielsweise ein Polyphthal-Amid-Harz (PPA), ein Polyamid- Harz (PA), ein Polyether-Ether-Keton-Harz (PEEK), in Poly­ ether-Nitryl-Harz (PEN) oder ähnliches, in den vorher eine . Verstärkungsfaser wie beispielsweise Carbonfaser, Glasfaser oder dergleichen gemischt wurde.

Weiterhin ist es klar, daß das Kunstharz, in welches keine verstärkende Fasern gemischt wurden, also das Polyphthal-Amid- Harz (PPA), das Polyamid-Harz (PA), das Polyether-Ehter-Keton- Harz (PEEK) und das Polyether-Nitryl-Harz (PEN), so, wie es ist, als Harz verwendet werden kann, welches den Randabschnitt 43 des Schneckenrades mit einer geringen erforderlichen Wider­ standsfähigkeit darstellen kann.

Als Metall, welches das Metall-Einbauteil 45 darstellt, ist es möglich, ein gesintertes Metall, Stahl oder dergleichen zu verwenden.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Schnecken­ rades beschrieben (Fig. 4 bis 8B).

Das Schneckenrad 40 kann entsprechend den folgenden Schritten (1) bis (4) hergestellt werden:

• 1. Das Metall-Einbauteil 45, das die Nabe 41, die Stege 42 und den Randabschnitt 43 bildet, wird an einem unteren Stempel 51 einer Metallform 50 (Fig. 4) befestigt. Der untere Stempel 51 ist mit einem Nabenloch-Passabschnitt (51A) versehen, der an ein zentrales Loch 41A der Nabe des Metall-Einbauteils 45 angepaßt ist. Weiterhin ist der untere Teil 51 mit einem Stegloch-Passabschnitt 51B ver­ sehen, der an eine Vielzahl von Steglöchern 42A innerhalb des Metall-Einbauteils 45 angepaßt ist. Die Metallform 50 ist so aufgebaut, daß ein Seitenstempel 52, der auf einer oberen Fläche des unteren Stempels 51 angeordnet ist, und ein oberer Stempel 53 miteinander verbunden sind, derart, daß sie in einem Hohlraum 54 um das Metall-Einbauteil 45 herum einen Randabschnitt entsprechend dem Abschnitt 54A bilden.
  Im Falle des Ausführungsbeispiels ist der obere Stempel 53 in einem mittleren Abschnitt mit einer Spule bzw. ei­ nem Ring 55 versehen und er ist weiterhin mit einem di­ rekten Anguß 56 versehen, der sich von der Spule 55 zu einem äußeren Umfangsabschnitt ausdehnt. Der direkte An­ guß 56 ist mit einem scheibenartig vorstehenden Abschnitt 56A versehen, der sich zu einer Seite eines äußeren Um­ fangsabschnitts der Seitenfläche im Randabschnitt ent­ sprechend dem Abschnitt 54A des Hohlraums 54 erstreckt.
• 2. Geschmolzener Kunstharz wird direkt von der Spule 55 im mittleren Abschnitt des oberen Stempels 53 in der Metall­ form 50 über den direkten Anguß 56, der sich zum äußeren peripheren Abschnitt ausdehnt, in den Hohlraum 54 einge­ füllt, um das gegossene Produkt (Fig. 5) spritzzugießen.
  Dementsprechend wird im gegossenen Produkt 1 die Randab­ schnittsschicht 2 aus Kunstharz in einer äußeren Periphe­ rie des Metall-Einbauteils 45 durch den Randabschnitt entsprechend dem Abschnitt 54A des Hohlraums 54 gebildet. Der Anguß-bildende Abschnitt 3, der sich zur äußeren Um­ fangs-Seitenfläche erstreckt, ist an der Seitenfläche in der Seite des direkten Angusses 56 der Randabschnitts­ schicht 2 aus Kunstharz vom scheibenartigen vorstehenden Abschnitt 56A des direkten Angusses 56 gebildet.
• 3. Das gegossene Produkt 1, welches abgekühlt und sich in der Metallform 50 verfestigt hat, wird aus der Metallform 50 herausgenommen (Fig. 6).
• 4. Ein Zahnrad-Schnitt, bei dem die Zahnrad-Schnittrichtung zur Seite des Anguß-bildenden Abschnitts 3 gerichtet ist, wird auf die äußere Umfangsfläche der Kunstharz-Randab­ schnittsschicht 2 angewandt, indem das Schneidwerkzeug einer Fräsmaschine oder dergleichen verwendet wird (Fig. 7). Dementsprechend werden auf der äußeren Umfangsfläche der Randabschnittsschicht 2 aus Kunstharz Zähne 44 ausge­ bildet. Hierbei erzeugt das Schneidwerkzeug 61 Grate 3A an der äußeren Umfangsfläche des Anguß-bildenden Ab­ schnitts 3.
• 5. Unter Verwendung einer Schneidklinge 62 beispielsweise einer Drehbank o. dgl. wird das gegossene Produkt 1, wie in Fig. 8A und 8B schematisch gezeigt, entlang einer Sei­ tenfläche der Randabschnittsschicht 2 aus Kunstharz im gegossenen Produkt 1 und entlang einer inneren Umfangs­ fläche hiervon geschnitten (einer in einer Ebene liegenden Grenzlinie 63 und einer ringförmigen Grenzlinie 64 bezüglich des Anguß-bildenden Abschnitts 3). Der Anguß­ bildende Abschnitt 3 wird vom gegossenen Produkt 1 abge­ schnitten und entfernt. Der Anguß-bildende Abschnitt 3, der entlang den Grenzlinien 63 und 64 mittels der Schneidklinge 62 abgeschnitten wurde, wird vom Metall- Einsatzteil 45 des gegossenen Produkts 1 entfernt. Dem­ entsprechend kann man das Schneckenrad 40 erhalten, wel­ ches den Metall-Einsatzteil 45, der die Nabe 41, die Ste­ ge 42 und den Randabschnitt 43 darstellt, umfaßt und Zäh­ ne 44 aufweist, die auf der äußeren Umfangsfläche des Randabschnitts 43 ausgebildet sind.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bzw. der vorliegenden Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:

• 1. Die Grate 3A, die beim Schneiden der Zähne erzeugt wer­ den, können gleichzeitig mit dem Schneiden und Entfernen des Anguß-bildenden Abschnitts 3 entfernt werden, der die Seitenfläche auf der äußeren Umfangsseite der Kunstharz- Randabschnittsschicht 2 umfaßt, nachdem der Zahnrad- Schnitt auf die äußere Umfangsfläche der Kunstharz-Rand­ abschnittsschicht 2 angewandt wurde. Dementsprechend ist das Entfernen von Graten 3A, die beim Schneiden der Zähne erzeugt wurden, im Schritt des Schneidens und Entfernens des Anguß-bildenden Abschnitts 3 eingeschlossen, so daß es möglich ist, die Anzahl der Schritte zur Erzeugung von Kunstharz-Zahnrädern zu reduzieren und damit die Kosten zu reduzieren.
• 2. Nachdem der Anguß-bildende Abschnitt 3 an der seitlichen Oberfläche in der Seite des direkten Angusses 56 der Kunstharz-Randabschnittschicht 2 und zumindest bis zum äußeren Umfangsseite ausgebildet ist, ist es möglich, an der äußeren Umfangsfläche der Kunstharz-Randabschnitts­ schicht 2 eine gewünschte Zahnbreite zu sichern, nachdem der Aasguß-bildende Abschnitt 3 einschließlich der Seitenfläche der Kunstharz-Randabschnittsschicht 2 entsprechend dem oben erwähnten Punkt (1) geschnitten und entfernt worden ist.

Wie weiter vorne bereits erläutert, wurde ein Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Die spezifischen Konfigu­ rationen der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist ein Kunstharz-Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf eine solche Struktur beschränkt, bei der eine Mehr­ zahl von Stegen, die vom Metall-Einbauteil gebildet werden, sich radial erstrecken, vielmehr kann der Aufbau auch so sein, daß anstelle der Stege eine Scheibe vorgesehen ist, die sich kontinuierlich in Umfangsrichtung erstreckt oder mit Verstär­ kungsrippen versehen ist.

Im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen eines Kunst­ harz-Zahnrades ist die Struktur nicht auf einen Direkt-Anguß beschränkt und es kann beispielsweise auch ein Stift-Punkt- Anguß (Pin-Point-Gate) verwendet werden.

Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Verfah­ ren zur Herstellung eines Schneckenrades beschränkt, sie kann vielmehr auch angewandt werden auf ein Verfahren zum Herstel­ len anderer Räder bzw. Zahnräder wie beispielsweise Spurräder, Stirnräder, Zahnkränze oder dergleichen.

Wie weiter oben erwähnt, ist es gemäß der Erfindung möglich, die Anzahl der Schritte, die zum Herstellen der Kunstharz- Zahnräder nötig ist, zu reduzieren und es ist daher möglich, die Kosten zu reduzieren.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ beispiele erläutert wurde, ist es für den Fachmann klar, daß vielerlei Änderungen, Hinzufügungen und Fortlassungen möglich sind, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist daher nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbei­ spiele beschränkt.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades wird, nachdem auf einer äußeren Umfangsfläche einer Kunstharz-Randabschnitts­ schicht 2 ein Zahnrad-Schnitt angewandt wird, der eine Schneidrichtung hin zum Anguß-bildenden Abschnitt 3 aufweist, der Anguß-bildende Abschnitt 3 abgeschnitten und entfernt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunstharz-Zahnrades (40), bei dem aus einem Anguß einer Metallform auf dem äußeren Um­ fang eines Metall-Einbauteils (45) eine Randabschnittsschicht (2) aus Kunstharz ausgebildet wird, und bei dem auf einer äußeren Umfangsfläche der Randabschnittschicht (2) ein Zahn­ rad-Schneidverfahren angewandt wird, um das Zahnrad auszubil­ den, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• - Ausbilden eines Anguß-bildenden Abschnitts (3) an einer Seitenfläche in einer Aasguß-Seite der Randabschnitts­ schicht (2) aus Kunstharz und bis zumindest einer äußeren Umfangsseite,
• - Anwenden des Zahnrad-Schneidverfahrens auf einer äußeren Umfangsfläche der Randabschnittsschicht (2) aus Kunst­ stoff mit einer Schnittrichtung in Richtung zum Anguß­ bildenden Abschnitt (3) hin, und
• - anschließendes Abschneiden und Entfernen des Anguß-bil­ denden Abschnitts (3).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anguß-bildende Abschnitt (3) da­ durch abgeschnitten und entfernt wird, daß ein Kantenwerkzeug (62) von zwei Richtungen her entlang einer Seitenfläche (63) in der Anguß-Seite der Kunstharz-Randabschnittsschicht (2) und einer inneren Umfangsfläche (64), die die genannte Seiten­ fläche kreuzt, eingeführt wird.