DE10192745B4

DE10192745B4 - Elektrische Hilfskraftvorrichtung

Info

Publication number: DE10192745B4
Application number: DE10192745T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Maebashi Chikaraishi; Masamichi Maebashi Ohshima
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2021-06-16
Also published as: DE10192745T1; US6805017B2; GB0204326D0; US20020112555A1; WO2001098678A1; GB2369872A; GB2369872B

Abstract

Elektrische Hilfskraftlenkvorrichtung, mit einem Drehmomentbegrenzer, der ein Ringglied (10) aufweist, das zwischen einem Schneckenzahnrad (4; 101; 130; 140; 150) und einer Ausgangswelle (7; 106) montiert ist und zum Aufbringen einer elastischen Kraft bzw. zur elastischen Kraftübertragung dazwischen dient, wobei ein Zahnabschnitt (4a; 103; 104) des Schneckenzahnrades (4; 101; 130; 140; 150) aus einem Kunstharzmaterial hergestellt ist und wobei ein metallischer Kernabschnitt (4b; 102) des Schneckenzahnrades (4; 101; 130; 140; 150) aus einem Metallmaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (7; 106) aus Eisenmaterial hergestellt ist und -dass der metallische Kernabschnitt (4b; 102) des Schneckenzahnrades (4; 101; 130; 140; 150) aus einem Metallmaterial hergestellt ist, dessen spezifisches Gewicht klein und dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient groß in Bezug auf das Eisenmaterial ist, wodurch ein Grenzmoment des Drehmomentbegrenzers bei einer hohen Temperatur niedrig und bei einer niedrigen Temperatur hoch ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Hilfskraftlenkvorrichtung bzw. eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie bekannt ist aus der DE 696 09 120 T2 . Die JP-07-119 810 A offenbart ein Zahnrad, dessen gesamte Oberfläche mit einer Harzschicht versehen ist und dessen Kern aus Metall besteht.

Beim Betrieb einer elektrischen Hilfskraftlenkvorrichtung (nachstehend EPS-Vorrichtung, "electrically powered assist steering") wird eine Rotationskraft eines elektrischen Motors in ein Hilfslenkdrehmoment umgesetzt. Hierdurch wird die Lenkleistung eines Fahrers zum Drehen eines Lenkrades zum Steuern von Fahrzeugrädern unterstützt. Die Rotationskraft des elektrischen Motors wird von einem Getriebe zu einer Ausgangswelle übertragen. Wenn der elektrische Motor abgebremst wird, beispielsweise wenn das Lenkrad gegen einen Lenkanschlag bzw. Hubanschlag einer Zahnstange gedreht wird und der Lenkvorgang abrupt unterbrochen wird, ist es so, daß der Motor aufgrund der Trägheitskräfte nicht sofort anhalten kann. Dann wird in dem abgebremsten Getriebeabschnitt ein überschüssiges Drehmoment erzeugt. Um die abbremsenden Zahnräder gegen das überschüssige bzw. übermäßige Drehmoment zu schützen, wird gewöhnlich ein Drehmomentbegrenzer, der eine Reibplatte verwendet, zwischen einem Motor und einer Schnecke vorgesehen, oder ein Drehmomentbegrenzer, der ein Ringelement zum Aufbringen einer elastischen Kraft bzw. zur elastischen Kraftübertragung zwischen einer Ausgangswelle und einem Schneckenzahnrad verwendet. Hierdurch wird zum Zeitpunkt der Erzeugung eines übermäßigen Drehmomentes ein Schlupf zwischen diesen Gliedern erzeugt, um zu verhindern, daß das übermäßige Drehmoment weiter übertragen wird.

Bei einer EPS-Vorrichtung ist eine Schnecke generell aus Eisenmaterial hergestellt und ein Schneckenzahnrad ist hergestellt, indem ein Getriebe- bzw. Zahnabschnitt aus Harzmaterial integral an der äußeren Umfangsfläche eines Kernabschnittes aus festem Eisenmaterial angeformt wird, mittels Klebstoff, Verschmelzen oder durch Spritzguß. Ferner ist eine Ausgangswelle, an der das Schneckenzahnrad montiert ist, aus demselben Eisenmaterial gebildet wie der Metallkern.

Auf diesem Gebiet des Standes der Technik wird das Ringelement zum Übertragen einer elastischen Kraft zwischen der Ausgangswelle und dem Schneckenzahnrad als der Drehmomentbegrenzer verwendet und wird Rotationsübertragungsglied oder Drehmomenteinstellglied genannt, etc. Ferner ist das Ringglied auch als Toleranzring bekannt (Handelsname: Rencol Toleranzringe).

Da, wie oben erwähnt, der metallische Kernabschnitt des Schneckenzahnrades, das bei der herkömmlichen EPS-Vorrichtung das Zahnrad oder einen Teil hiervon bildet, aus einem festen Eisenmaterial gebildet ist, entstehen die folgenden Probleme. Zunächst, wenn versucht wird, eine Anpassung an eine hohe Ausgangsleistung der EPS-Vorrichtung zu erzielen, ist es notwendig, das Schneckenzahnrad aus Gründen einer hohen Festigkeit und einer hohen Modul-Fähigkeit mit einem großen Durchmesser zu versehen. In diesem Fall erhöht sich jedoch das Gewicht des metallischen Kernabschnittes und die Trägheitskraft beim Lenken wird erhöht, so daß das Lenkgefühl beim Drehen des Lenkrades und beim Schneiden bzw. Einlenken des Lenkrades verschlechtert ist. Ferner wird bei einer Vergrößerung des Durchmessers des metallischen Kernabschnittes der Durchmesser des Getriebeabschnittes bzw. Zahnabschnittes aus Harz vergrößert, wobei sich die Genauigkeit der Zähne verschlechtern kann, was einen Anstieg der Betriebsgeräusche der Zähne hervorruft, da die Veränderungen der Abmessungen des Kunstharzes aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit und bei Temperaturänderungen groß sind. Ferner kann sich die Festigkeit des Zahnrades verringern, da die Gefahr besteht, daß beim Spritzgießen Hohlstellen bzw. Lunker in dem Kunstharzabschnitt auftreten. Folglich ist es bei der herkömmlichen EPS-Vorrichtung problematisch, den Durchmesser des Schneckenzahnrades zu vergrößern.

Der Zahnabschnitt aus Kunstharz hat eine solche Charakteristik, daß seine Festigkeit sich, bezogen auf eine gewöhnliche Umgebungstemperatur, bei hohen Temperaturen verringert und bei niedrigen Temperaturen erhöht. Die herkömmliche Ausgangswelle und der herkömmliche metallische Kernabschnitt sind jedoch aus Eisenmaterial hergestellt und die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Glieder sind etwa gleich groß, so daß das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers gegenüber der Temperatur konstant ist. Das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers muß folglich auf die maximale Betriebstemperatur eingestellt werden, und zwar auf einen niedrigen Wert, wodurch die Differenz zwischen dem Grenzdrehmoment und dem Übertragungsdrehmoment klein wird. Wenn der Ring abnutzt und sich das Grenzdrehmoment im Langzeitgebrauch der EPS-Vorrichtung verringert, kann es vorkommen, daß eine Drehmomentübertragung nicht stattfindet. Folglich ist es schwierig, eine solche Konstruktion herzustellen.

Ein Schneckenzahnrad ist beispielsweise offenbart in der JP-7-215227 A. Wie es in den 15A und 15B gezeigt ist, weist das Schneckenzahnrad einen Metallkern X19 und einen Kunstharzring X20 auf. Die gesamte äußere Umfangsfläche des Metallkerns 19A ist in der Form eines Zahnrades ausgebildet, mit Ungleichförmigkeiten bzw. Stoßstellen X19a, die aus Sperrzacken X19b zum Sperren in Drehrichtung und aus Sperrvorsprüngen X19c zum Sperren in axialer Richtung gebildet sind. Der Kunstharzring X20, der an seiner äußeren Umfangsfläche Zähne aufweist, wird auf die Ungleichmäßigkeiten X19a des Metallkerns X19 aufgepaßt. Wenn die Dicke des Kunstharzringes X20 geeignet gewählt ist, ist es möglich, zwischen den Zahnrädern ein geeig netes Spiel aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.

Ferner ist ein Schneckenzahnrad offenbart in der JP 11-192955 A. Bei diesem Schneckenzahnrad wird ein etwa zahnradförmiger Metallkern zur Verbesserung der Festigkeit der Zähne verwendet und der zahnradförmige Nabenabschnitt bzw. Randabschnitt des Metallkerns wird durch Spritzguß mit einem Kunstharz bedeckt, so daß der Querschnitt des Kunstharzes in axialer Richtung ein Rechteck bildet. Die Bindung des Randabschnittes und des Kunstharzes hängt von der Festigkeit der abgekühlten und ausgehärteten dünnen Kunstharzschicht ab.

Bei dem herkömmlichen Schneckenzahnrad, das in der JP-7-215227 A offenbart ist, ist der Kunstharzring X20 jedoch auf die Ungleichmäßigkeiten X19a aufgepaßt, die an der äußeren Umfangsfläche des metallischen Metallkerns 19X ausgebildet sind. Da die mechanische Festigkeit des Kunstharzes jener von Metall jedoch unterlegen ist, muß das Modul im Vergleich zu einem Metallzahnrad vergrößert werden; ferner muß die Dicke der Zähne größer werden als jene des metallischen Abschnittes, wodurch ein Problem dahingehend auftritt, daß der abbremsende Mechanismus vergrößert wird.

Ferner hat das Kunstharz bei der großen Dicke unterlegene Eigenschaften hinsichtlich der Fähigkeit zur Wärmeabführung. Folglich ist die Dicke des Kunstharzes geeignet eingestellt, es besteht dann jedoch ein Problem dahingehend, daß das Kunstharz stärker abgenutzt wird, aufgrund von Wärme, die beim Eingriff der Zahnräder erzeugt wird. Insbesondere dann, wenn das Schneckenzahnrad, wie es in 16 gezeigt ist, in der EPS-Vorrichtung aufgenommen und im Motorraum angeordnet ist, liegen harte Temperaturbedingungen vor und es ist schwierig, die Dauerhaltbarkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur zu gewährleisten. (Die Struktur einer EPS-Vorrichtung, wie sie in 16 gezeigt ist, erfolgt später bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und wird folglich hier weggelassen).

Da die Bindungsleistung bzw. -kraft des Metallkernes X19 und des Kunstharzringes X20 von dem mechanischen Eingriff der Ungleichförmigkeiten 19a abhängt, ist es notwendig, die Dicke des Kunstharzringes X20 groß zu wählen, um zu erreichen, daß der Kunstharzring X20 einer Abrutschkraft widersteht. Im Falle von Kunstharz aus der Nylon-Familie werden aufgrund der wasserabsorbierenden Eigenschaften die dimensionsmäßigen Veränderungen, die durch Expansion aufgrund von Wasserabsorption hervorgerufen werden, um so größer, je größer das Volumen des Kunstharzes wird. Bei der EPS-Vorrichtung wird, wenn ein Fahrer ein Lenkrad dreht, eine Lenkhilfskraft über den verzögernden Mechanismus übertragen, wodurch die Drehrichtungen in dem verzögernden Mechanismus schwierig umgekehrt werden. Um Rauschen bzw. Rasseln von den Zahnflächen der Zahnräder zu vermeiden, ist es notwendig, die Abmessungen so zu steuern, daß das Spiel extrem klein wird. Wie oben erwähnt, wenn das Volumen des Kunstharzes groß ist, sind die dimensionsmäßigen Veränderungen aufgrund von Wasserabsorption beträchtlich. Daher besteht ein Problem dahingehend, daß dann, wenn das Kunstharz Wasser absorbiert und sich bis auf das Maß erweitert, bei dem das Spiel verlorengegangen ist, die Betriebsbereitschaft verschlechtert ist.

Ferner wirkt bei dem Schneckenzahnrad, das in der JP 1-192955 A offenbart ist, eine externe Kraft, die aufgrund des Eingriffs der Zahnräder erzeugt wird, auf die dünne Kunstharzschicht als Dehnungsbeanspruchung, so daß das Kunstharz leicht bricht und es schwierig ist, Festigkeit zu erzielen. Ferner wird in einem Fall, bei dem der Metallkern als der Einsatz in einem Spritzgußschritt verwendet wird, dann, wenn das auf hohe Temperatur gebrachte Kunstharz abkühlt und sich zusammenzieht, eine verbleibende Dehnungsbeanspruchung erzeugt. In diesem Fall beruht die Verbindung zwischen dem Kunstharz und dem Metallkern auf dem mechanischen Eingriff und wenn nur ein Abschnitt des Kunstharzes bricht, wird die herausgebrochene Fläche aufgrund interner Beanspruchungen bzw. Spannungen vergrößert, so daß die Bindungskraft verlorengeht.

Es werden zwei Typen von Schneckenzahnrädern aus Kunstharz massenproduziert: Kunstharz vom Typ MC-Nylon und Kunstharz von einem Typ, der Glasfasern enthält. Im Falle des Schneckenzahnrades aus MC-Nylon, das oben zuerst erwähnt wurde, werden dann, wenn ein rohrartiger MC-Nylon-Teil und ein Metallkern mit Ungleichförmigkeiten (Rändelungen) an seiner äußeren Umfangsfläche., wie oben beschrieben, einer Hochfrequenz-Induktionserwärmung ausgesetzt werden, ihre Verbindungsabschnitte in enge Berührung gebracht und mit einem Klebstoff verbunden ("bonded"). Die Kosten von MC-Nylon sind jedoch sehr hoch und es ist bis zu 80°C widerstandsfähig gegen Wärme.

Andererseits wird das zuletzt genannte Schneckenzahnrad erzeugt, indem das Kunstharz auf die Ungleichförmigkeiten an der äußeren Umfangsfläche eines Metallkernes im Spritzgußverfahren aufgebracht wird, der deutlich größer ist als jener bei dem Typ aus MC-Nylon, und indem das Kunstharz hierdurch mechanisch an den Ungleichförmigkeiten festgelegt wird. Da in diesem Fall erwärmtes Kunstharz gespritzt wird, zieht sich das Kunstharz zusammen, wenn es abgekühlt wird, und auf die Schnittstelle zwischen den Kunstharz und dem Metallkern wirken Dehnungsbeanspruchungen. Selbst wenn nur ein Teil eines Lunkers bzw. einer Hohlstelle und einer Schweißlinie bricht, breitet sich demzufolge ein Bruch aus und die Haltekraft zwischen dem Metallkern und dem Kunstharz geht verloren. Obgleich das Kunstharz bis zu 120°C wärmebeständig ist, besteht ein Problem dahingehend, daß die Betriebsbereitschaft verringert wird, und zwar aufgrund der Ausdehnung des Kunstharzes, hervorgerufen durch Wasserabsorption.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Hilfskraftlenkvorrichtung anzugeben, die mit einem Leistungsübertragungsmechanismus eines elektrischen Antriebsabschnittes ausgestattet ist, der für hohe Ausgangsleistungen ausgelegt ist und in der Lage ist, in Übereinstimmung mit einer Veränderung in der Betriebstemperatur ein vorbestimmtes Schlupfdrehmoment zu erzielen.

Zur Lösung der ersten Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Hilfskraftlenkvorrichtung (EPS-Vorrichtung) gemäß Anspruch 1 bereitgestellt, die mit einem Drehmomentbegrenzer versehen ist, der ein Ringglied aufweist, das dazu dient, zwischen einem Schneckenzahnrad und einer Ausgangswelle eine elastische Kraft aufzubringen bzw. zu übertragen; dabei ist die Ausgangswelle aus Eisenmaterial hergestellt, ein Zahnabschnitt des Schneckenzahnrades ist aus einem Kunstharzmaterial hergestellt und ein metallischer Kernabschnitt davon ist aus einem Metallmaterial hergestellt, dessen spezifisches Gewicht klein und dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient groß in bezug auf das Eisenmaterial ist, wodurch ein Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers bei einer hohen Temperatur niedrig und bei einer niedrigen Temperatur hoch ist.

Da ein Metallkern und ein Kunstharz mit einer starken Bindungskraft miteinander verbunden ("bonded") sind, sind die Eigenschaften zur Abführung von Wärme bevorzugt und es ist eine Miniaturisierung möglich durch die Verwendung einer minimalen Menge an Kunstharz.

Vorzugsweise ist der Metallkern aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt.

Bei der obigen Struktur wird die Bindung des Zahnabschnittes des Metallkernes und des Kunstharzes stark und selbst wenn die Dicke des Kunstharzes klein gemacht wird, ist es schwierig, Dehnungsbeanspruchungen zu bekommen, und zwar aufgrund des Eingriffs der Zahnräder. Folglich wird verhindert, daß das Kunstharz bricht und die Menge an Kunstharz kann verringert werden, wodurch die dimensionsmäßigen Veränderungen des Zahnrades aufgrund von Absorption von Wasser beträchtlich verringert werden. Wenn der Metallkern aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, wird Wärme leicht abgeführt, und er kann bei vergleichsweise hohen Temperaturen verwendet werden. Insbesondere dann, wenn der Metallkern aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und als das Schneckenzahnrad in der EPS-Vorrichtung aufgenommen ist, hat er den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie das Getriebegehäuse aus Aluminiumguß, wobei eine Veränderung des Spiels der Zahnräder aufgrund der thermischen Ausdehnung extrem verringert wird, was möglich macht, den bevorzugten Betrieb der Zahnräder konstant aufrechtzuerhalten.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Teilschnittansicht eines wesentlichen Abschnittes einer elektrischen Hilfskraftlenkvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d.h. ein Leistungsübertragungsmechanismus in einem elektrischen Antriebsabschnitt;
2 ist eine Schnittansicht des Leistungsübertragungsmechanismus in 1 entlang der Linie X-X;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ringelementes zum Aufbringen einer elastischen Kraft;
4 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die das Ringelement zum Aufbringen einer elastischen Kraft im montierten Zustand zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Deformation des Ringelementes in radialer Richtung und dessen Kraft in radialer Richtung zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Drehmoment und Temperaturveränderung zeigt;
7A ist eine Seitenansicht eines Schneckenzahnrades einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 7A entlang von Linien, die durch Pfeile C und D angegeben sind;
8 ist eine perspektivische Ansicht des Schneckenzahnrades der 7A;
9 ist eine Schnittansicht einer EPS-Vorrichtung, die das Schneckenzahnrad der 7A enthält;
10 ist eine Schnittansicht einer EPS-Vorrichtung, die das Schneckenzahnrad der 7A enthält, mit einem Drehmomentbegrenzer gemäß einer dritten Ausführungsform;
11A ist eine Seitenansicht eines Schneckenzahnrades gemäß einer vierten Ausführungsform;
11B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 11 entlang von Linien, die durch Pfeile C und D angegeben sind;
12 ist eine perspektivische Ansicht des Schneckenzahnrades der 11A;
13A ist eine Schnittansicht eines Schneckenzahnrades gemäß einer fünften Ausführungsform;
13A ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 13A entlang von Linien, die durch die Pfeile C und D angegeben sind;
14A ist eine Seitenansicht eines Schneckenzahnrades gemäß einer sechsten Ausführungsform;
14B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 14A entlang von Linien, die durch die Pfeile C und D angegeben sind;
15A ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Schneckenzahnrades;
15B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 14A in radialer Richtung; und
16 ist eine Schnittansicht einer EPS-Vorrichtung, die das Schneckenzahnrad der 15A enthält.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Struktur einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 1 ist eine Teilschnittansicht des wesentlichen Teils einer EPS-Vorrichtung der ersten Ausführungsform, d.h. der Leistungsübertragungsmechanismus eines elektrischen Antriebsabschnittes, wobei der Schnitt in axialer Richtung liegt. 2 ist eine Schnittansicht des Leistungsübertragungsmechanismus entlang der Linie X-X von 1. In den 1 und 2 zeigt die Bezugsziffer 1 einen elektrischen Motor zum Aufbau einer Hilfskraft zum Lenken, und die Bezugsziffer 2 eine Ausgangswelle des elektrischen Motors 1. 3 ist eine Schnecke, die mit der Ausgangswelle 2 durch einen Kerbeingriff ("serration engagement") oder eine Fügerverbindung verbunden ist, und 3a ist der Zahnabschnitt der Schnecke 3. 4 ist ein Schneckenzahnrad mit einem metallischen Kernabschnitt 4b, der ein Loch 4c in seiner Mitte sowie einen Zahnabschnitt 4a aufweist, der einstückig an der äußeren Umfangsfläche des metallischen Kernabschnittes 4b ausgebildet ist. Der Zahnabschnitt 3a der Schnecke 3 kämmt mit dem Zahnabschnitt 4a des Schneckenzahnrades 4. 5 ist eine Eingangswelle, die mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) verbunden ist. 6 ist ein zylindrisches Gehäuse, um die Eingangswelle 5 um ihre Achse drehbar zu lagern. 7 ist eine Ausgangswelle. 8 sind Lager zum drehbaren Lagern der Ausgangswelle 7. 9 ist ein Gehäuse zum La gern der Lager 8. 10 ist ein Ringglied bzw. Ringelement, das zwischen der äußeren Umfangsfläche der Ausgangswelle 7 und dem Loch 4c des metallischen Kernabschnittes 4b des Schneckenzahnrades 4 montiert ist, um eine elastische Kraft in radialer Richtung aufzubringen. 11 und 12 sind Lager zum Lagern der Schnecke 3 und 13 ist ein Gehäuse. Die Eingangswelle 5 und die Ausgangswelle 7 sind über einen (nicht gezeigten) Torsionsstab verbunden.
Folglich ist der elektrische Antriebsabschnitt der vorliegenden EPS-Vorrichtung gebildet durch den obigen Leistungsübertragungsmechanismus. Wenn die Ausgangswelle 2 mittels des elektrischen Motors 1 gedreht wird, wird das Schneckenzahnrad 4 mittels der Schnecke 3 gedreht und die Leistung des elektrischen Motors 1 wird auf die Ausgangswelle 7 übertragen.
Bei dem obigen Leistungsübertragungsmechanismus ist die Ausgangswelle 7 aus Eisenmaterial gebildet. Andererseits ist der metallische Kernabschnitt 4b des Schneckenzahnrades 4 aus einem Material wie Aluminium oder dergleichen gebildet, wenigstens mit einem spezifischen Gewicht kleiner jenem des Eisenmaterials der Ausgangswelle 7 und einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der größer ist als jener des Eisenmaterials. Ferner ist der Zahnabschnitt 4a aus einem Kunstharzmaterial wie Nylon oder dgl. gebildet, das hart ist und eine exzellente Formbarkeit aufweist. Folglich werden mit dem Schneckenzahnrad 4 des Leistungsübertragungsmechanismus der vorliegenden EPS-Vorrichtung eine Gewichtsreduzierung, eine Verbesserung der Festigkeit und eine Geräuschverhinderung erzielt.
Ferner sind der metallische Kernabschnitt 4b aus Aluminium des Schneckenzahnrades 4 und der Zahnabschnitt 4a aus Kunstharz mittels Klebstoff als ein Teil ausgebildet, oder die äußere Umfangsfläche des metallischen Kernabschnittes 4b wird einer Bombierungs-, Rändel- oder einer Keil- bzw. Zackenverarbeitung unterzogen, so daß er Ungleichförmigkeiten bzw. Stoßstellen aufweist. Folglich sind Maßnahmen getroffen, damit die äußere Umfangsfläche des metallischen Kernabschnittes 4b geeignet von der inneren Umfangsfläche des Zahnabschnittes 4a aus Kunstharz ergriffen wird. Wenn demgemäß der Zahnabschnitt 4a als ein Teil auf der äußeren Umfangsfläche des metallischen Kernabschnittes 4b montiert wird, um das Schneckenzahnrad 4 zu bilden, und zwar mittels Spritzguß, Schmelzverarbeitung, einer Preßpassung oder dgl., so wird für beide Teile eine hinreichende Festigkeit erzielt, wodurch ein Schlupfdrehmoment und Festigkeit gegenüber Abstreifen bzw. Abrutschen sichergestellt sind.
Das Ringelement 10 ist beispielsweise aus einem bekannten Element gebildet, wie es in der perspektivischen Ansicht der 3 zu sehen ist. Das heißt, das Ringelement 10 ist gebildet, indem eine dünne metallische Platte in eine angenäherte Zylinderform gebogen wird, wobei ein Zwischenraum C verbleibt. Die innere Umfangsfläche des Ringgliedes 10 ist in axialer Richtung mit einer Vielzahl von Vertiefungen 10a ausgebildet, wohingegen die äußere Umfangsfläche des Ringgliedes mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 10b ausgebildet ist, die in radialer Richtung vorspringen. Das Ringglied 10 ist an der Ausgangswelle 7 derart montiert, daß die Vertiefungen 10a an Vorsprüngen (nicht gezeigt) angreifen bzw. mit diesen in Eingriff treten, die an der äußeren Umfangsfläche der Ausgangswelle 7 vorgesehen sind. Die Vorsprünge 10b sind aus Federstahl oder dgl. gebildet und weisen Elastizität auf. Wenn das Schneckenzahnrad 4 an den Vorsprüngen 10b montiert ist, wie es in einer vergrößerten Schnittansicht in 4 zu sehen ist, kommen die Vorsprünge 10b in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des metallischen Kernabschnittes 4b, wobei eine geeignete Reibkraft zwischen dem Ringglied 10 und der Ausgangswelle 7 angelegt wird. Folglich wird ein Drehmomentbegrenzer gebildet durch das Ringglied 10, das in radialer Richtung eine elastische Kraft aufbringt.
Bei der EPS-Vorrichtung wird das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers bestimmt, indem der Unterschied im linearen Wärmeausdehnungskoeffizient der Ausgangswelle 7 und des Schneckenzahnrades 4 berücksichtigt wird, insbesondere von dessen metallischem Kernabschnitt 4b. Während die Ausgangswelle 7 aus einem Eisenmaterial gebildet ist, ist der metallische Kernabschnitt 4b aus einem Aluminiummaterial gebildet, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient mehr als zweimal so groß ist wie jener des Eisenmaterials. Folglich verändert sich aufgrund eines Ansteigens und Abfallens der Betriebstemperatur der Abstand zwischen diesen, d.h. die linearen Abmessungen in radialer Richtung ändern sich. Wie es in 4 gezeigt ist, wenn der Abstand zwischen der äußeren Umfangsfläche der Ausgangswelle 7 und der inneren Umfangsfläche des metallischen Kernabschnittes 4b gleich D ist, wird der Abstand D der maximale Abstand D (max), wenn die Betriebstemperatur die maximale Temperatur ist, und wird der minimale Abstand D (min), wenn die Betriebstemperatur minimal ist. Demzufolge ist das Grenzdrehmoment so eingestellt, daß das Grenzdrehmoment bei der maximalen Betriebstemperatur, nämlich im Falle des maximalen Abstandes D (max) mit der vorbestimmten Interferenz bzw. dem vorbestimmten Übermaß des Ringgliedes 10 zusammenfällt.
Das Verfahren zum Einstellen des Grenzdrehmomentes wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, die eine Beziehung zwischen dem Betrag der Deformation des Ringgliedes in radialer Richtung (horizontale Achse) und der Kraft (Drehmoment) in radialer Richtung (vertikale Achse) zeigt. In 5 stellen A und B die Weite der Veränderung des Grenzdrehmomentes des Drehmomentbegrenzers bzw. die Weite der Änderung des Übermaßes aufgrund der Veränderung der Temperatur dar. Ferner stellen die Punkte T0, T1 und T2 den eingestellten Wert bei der gewöhnlichen Temperatur, den eingestellten Wert bei der maximalen Betriebstemperatur bzw. den eingestellten Wert bei der minimalen Betriebstemperatur dar. Ferner beziehen sich Linien Na und Nb auf die Energie abgebende Drehkraft des elektrischen Motors 1 bzw. auf das Bruchdrehmoment des Kunstharzmaterials. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, ist die Weite A der Veränderung des Grenzdrehmomentes des Drehmomentbegrenzers eingestellt in den Bereich der Weite B der Veränderung des Übermaßes aufgrund der Temperaturveränderung, und zwar eingestellt innerhalb eines Bereiches plastischer Deformation zwischen der gewöhnlich verwendeten, spezifische Energie übertragenden Drehkraft Na und dem Bruchdrehmoment Nb des Kunstharzmaterials, das sich mit der Temperatur ändert, d.h. zwischen dem eingestellten Wert T1 bei der maximalen Betriebstemperatur und dem eingestellten Wert T2 bei der minimalen Betriebstemperatur.
6 ist eine detaillierte schematische Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Temperaturveränderung (horizontale Achse) und dem Drehmoment (vertikale Achse) zeigt. In der Zeichnung stellen die Linien No und Np das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers der vorliegenden EPS-Vorrichtung bzw. das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers einer herkömmlichen EPS-Vorrichtung dar, die aus einer Ausgangswelle aus Eisen und einem metallischen Kernabschnitt aus Eisen besteht. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, ist das Grenzdrehmoment Np des Drehmomentbegrenzers der herkömmlichen EPS-Vorrichtung über der Temperatur konstant, wie oben beschrieben, wohingegen das Grenzdrehmoment No des Drehmomentbegrenzers der vorliegenden EPS-Vorrichtung eingestellt ist zwischen der energieversorgenden Drehkraft Na des elektrischen Motors 1, die mit der Temperatur veränderlich ist, und dem Bruchdrehmoment Nb des Kunstharzmaterials.
Demzufolge ist die vorliegende EPS-Vorrichtung so ausgebildet, daß ein Schlupfdrehmoment in Übereinstimmung mit der Betriebstemperatur erhalten wird.
Ferner hat die Differenz der Betriebstemperatur einen Einfluß auf den Zahnabschnitt 4a aus Kunstharz. Dessen Festigkeit ist bei niedrigen Temperaturen erhöht und ist bei der maximalen Betriebstemperatur am geringsten.
Die obige erste Ausführungsform beschreibt den Leistungsübertragungsmechanismus, der durch eine Kombination der Schnecke und des Schneckenzahnrades konstruiert ist, der Leistungsübertragungsmechanismus kann jedoch auch durch eine Kombination verschiedener Zahnräder konstruiert sein, wie ein Hypoidzahnrad, ein Kegelzahnrad, ein Schraubenzahnrad, etc.
Bei der elektrischen Hilfskraftlenkvorrichtung der ersten Ausführungsform ist das Gewicht des Schneckenzahnrades reduziert, da der metallische Kernabschnitt des Schneckenzahnrades, das den Leistungsübertragungsmechanismus des elektrischen An triebsabschnittes bildet, aus einem metallischen Material gebildet ist, dessen spezifisches Gewicht kleiner ist als jenes des Eisenmaterials. Obgleich der Durchmesser des Schneckenzahnrades größer ist, ist folglich die Trägheitskraft beim Lenken verringert und das Gefühl des Fahrers beim Lenken zum Zeitpunkt des Einlenkens bzw. Kurvenlenkens ("cut") des Lenkrades ist verbessert, was es möglich macht, einer hohen Ausgangsleistung der EPS-Vorrichtung zu entsprechen. Wenn der Durchmesser des derart gewichtsreduzierten metallischen Kernabschnittes vergrößert ist, kann der Durchmesser des Zahnabschnittes aus Kunstharz verringert werden, wodurch Probleme gelöst werden betreffend die Formbarkeit bei einer derartigen dimensionsmäßigen Veränderung, Hohlstellen bzw. Lunker, etc., und zwar aufgrund der Vergrößerung des Durchmessers des Abschnittes aus Kunstharz. Wenn Aluminium als Material für den metallischen Kernabschnitt gewählt wird, dessen spezifisches Gewicht etwa ein Drittel von jenem von Eisenmaterial beträgt, lassen sich diese Wirkungen noch weiter steigern.
Die Struktur einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
7A ist eine Seitenansicht eines Schneckenzahnrades einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades entlang einer Linie, die in 7A durch Pfeile C und D angegeben ist. 8 ist eine perspektivische Ansicht des Schneckenzahnrades der 7A. 9 ist eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer EPS-Vorrichtung, die das Schneckenzahnrad der 7A mit einem Drehmomentbegrenzer enthält. 11A ist eine Schnittansicht eines Schneckenzahnrades gemäß einer vierten Ausführungsform. 11B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 11A entlang einer Linie, die durch Pfeile C und D angegeben ist. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Schneckenzahnrades der 11. 13A ist eine Seitenansicht eines Schneckenzahnrades gemäß einer fünften Ausführungsform. 13B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 13A entlang einer Linie, die durch Pfeile C und D angegeben ist. 15A ist eine Seitenansicht eines Schneckenzahnrades gemäß einer sechsten Ausführungsform. 14B ist eine Schnittansicht des Schneckenzahnrades der 14A entlang einer Linie, die durch Pfeile C und D angegeben ist.
In den 7A, 7B und 8 weist ein Schneckenzahnrad 101 einen Metallkern 102 und ein Kunstharz 103 auf. Die äußere Umfangsfläche des Metallkerns 102 ist in der Form eines Schrägstirnrades gebildet und das Kunstharz 103 ist auf die gesamte Zahnoberfläche des Metallkerns 102 gefügt.
Das Fügen des Kunstharzes 103 auf die Zahnoberfläche des Metallkerns 102 wird mittels einer Verbundformtechnik auf der Grundlage einer chemischen Bindung durchgeführt, z.B. die TRI-Verbundherstellung von Toa Denka Corporation. Mit dem Abschluß des Fügevorganges wird ein Schrägstirnrad gebildet, dessen gesamte Zahnoberfläche aus Kunstharz 103 gebildet ist. Hiernach wird die maschinelle Bearbeitung ausgeführt unter Verwendung eines Wälzfräsers, um das Schneckenzahnrad 101 endzubearbeiten.
Die obige TRI-Verbundherstellung ist eine Technik, Metall wie eine Aluminiumlegierung, eine Stahllegierung etc. und Kunststoff in einer Metallform mittels einer chemischen Bindung zu binden, wobei eine spezielle elektrochemische Verarbeitung an der Metalloberfläche ausgeführt wird und indem ein Einsatz-Spritzgußvorgang durchgeführt wird ("insert injection molding"). Die Kraft der Bindung ist fest und es wird kein Klebstoff verwendet, so daß kleinste Komponenten frei konstruiert werden können.
Bei dem Fügevorgang des Metallkerns 102 und des Kunstharzes 103 mittels der TRI-Verbundherstellung wird zunächst die Zahnoberfläche (die gesamte äußere Umfangsfläche) des Metallkerns einer organischen Plattierungsverarbeitung unterzogen, um eine chemische Reaktion in einem inneren Abschnitt direkt unterhalb der Zahnoberfläche hervorzurufen. Als nächstes wird der Metallkern 102 in eine metallische Spritzgußform eingesetzt und geschmolzenes Kunstharz wird in die metallische Form eingespritzt, um den Einsatz-Formvorgang durchzuführen. Hierdurch wird das Kunstharz 103 auf die Zahnoberfläche des Metallkerns 102 gefügt.
9 zeigt eine EPS-Vorrichtung vom Hilfskrafttyp mittels Ritzel, wobei die Vorrichtung das Schneckenzahnrad 101 beinhaltet, das durch die Verwendung der TRI-Verbundherstellung gebildet ist. In der Zeichnung ist ein Lenkrad (nicht gezeigt) mit dem linken Endabschnitt einer Eingangswelle 107 verbunden und der andere Endabschnitt der Eingangswelle 107 ist mit einer Ausgangswelle (Ritzelwelle) 106 über einen Torsionsstab 111 verbunden. Der Metallkern 102 des Schneckenzahnrades 101 ist auf einen Verbindungsabschnitt der Ausgangswelle 106 aufgepaßt und daran festgelegt, und eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung wird für den Metallkern 102 verwendet. Das Schneckenzahnrad 101 kämmt mit einem Schneckenrad 105 und diese Räder sind in einem Getriebegehäuse 115 aufgenommen. Ein Ritzel 106a ist an der anderen Seite der Ausgangswelle 106 ausgebildet und steht in Eingriff mit einer Zahnstange 109. Wenn die Ausgangswelle 106 gedreht wird, wird die Zahnstange 109 in einer Richtung senkrecht zu der Papierebene der Zeichnung versetzt. In dem Abschnitt des Eingriffs der Zahnstange 109 und des Ritzels 106a wird die Zahnstange 109 von einer Zahnstangenführung 112 angedrückt und abgestützt, die mittels einer Feder 108 elastisch vorgespannt ist. Die Zahnstange 109 ist mit Fahrzeugrädern über eine Spurstange und einen (nicht gezeigten) Gelenkmechanismus verbunden. Wenn das Lenkrad betätigt wird und die Eingangswelle 107 nach links oder rechts gedreht wird, wird die Zahnstange 109 nach links oder rechts versetzt, um die Fahrzeugräder nach links oder rechts zu lenken. Die Eingangswelle 107 und die Ausgangswelle 106 sind jeweils positioniert und drehbar gelagert mittels eines Kugellagers 113 bzw. mittels Kugellagern 110 und 114.
Das Schneckenzahnrad 101 ist derart geformt, daß das Kunstharz 103 mittels einer chemischen Bindung lediglich auf die Zahnoberfläche des Metallkernes 102 gefügt ist. Selbst wenn die Schicht des Kunstharzes 103 dünn ist, besteht nur eine geringe Gefahr eines Bruchs, wobei die Kraft des Eingriffs der Zahnräder als Scherbelastung an der Fügeoberfläche trägt bzw. auftritt. Ferner wird bei dem Spritzguß, wenn das Kunstharz von hoher Temperatur abkühlt und sich zusammenzieht, eine verbleibende Zugbeanspruchung bzw. Dehnungsbeanspruchung erzeugt. Der Bruch eines Abschnittes ruft jedoch keine Vergrößerung der herausgebrochenen Fläche hervor, so daß die Bindungskraft nicht verlorengeht.
Da für den Metallkern 102 die Aluminiumlegierung oder die Kupferlegierung mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit verwendet wird, kann Wärme, die aufgrund des Eingriffs der Zahnräder erzeugt wird, leicht abgeführt werden. Es ist daher möglich, diese in einer Umgebung mit einer vergleichsweisen hohen Temperatur zu verwenden, wie in einem Motorraum. Insbesondere dann, wenn die Aluminiumlegierung verwendet wird, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient derselbe wie jener des aus Aluminiumdruckguß hergestellten Getriebegehäuses 115 (s. 9), so daß eine Veränderung des Zahnspiels aufgrund der thermischen Ausdehnung extrem verringert ist, was es möglich macht, den bevorzugten Betrieb der Zähne aufrechtzuerhalten. Ferner kann die Menge des verwendeten Kunstharzes im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Zähne des Zahnrades an einem ringartigen Kunstharzteil ausgebildet sind, auf ein Minimum begrenzt werden. Es ist daher möglich, dimensionsmäßige Veränderungen aufgrund von Absorption von Wasser zu verringern und ein ruhiger Betrieb der Zahnräder kann aufrechterhalten werden. Da der Metallkern 102 den meisten Teil des gesamten Volumens des Schneckenzahnrades einnimmt, läßt sich die Festigkeit des Zahnrades mittels des Metallkernes 102 erhalten bzw. bestimmen, wodurch die Größe des Zahnmodules verringert werden kann. Es ist daher möglich, eine Miniaturisierung der Vorrichtung bei geringen Kosten zu realisieren.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der Fügevorgang des Metallkerns 102 und des Kunstharzes 103 mittels der chemischen Bindung gemäß der TRI-Verbundtechnologie durchgeführt, ist jedoch nicht hierauf eingeschränkt. Selbst wenn diese Glieder durch Verwendung eines geeigneten Klebstoffes mit hoher Klebefestigkeit und hohem Wärmewiderstand aneinandergefügt werden, läßt sich dieselbe Wirkung erwarten. In diesem Fall ist die Bindungskraft jedoch geringer als im Falle einer chemischen Bindung.
Ferner ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallkerns 102, für dessen Material die Aluminiumlegierung oder Kupferlegierung verwendet wird, unterschiedlich von jenem der Ausgangswelle 106 aus Eisen, so daß es nicht möglich ist, mittels einer herkömmlichen Preßpassung eine hinreichende Haltekraft zu erzielen. Daher wird die Ausgangswelle, wie es in 9 gezeigt ist, in einen inneren Paßabschnitt (Loch) 116 des Metallkerns 102 eingeführt, und zwar mittels einer Zacken- bzw. Keilpreßpassung.
10 zeigt eine Struktur einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist ein Drehmomentbegrenzer zwischen dem Schneckenzahnrad 101 und der Ausgangswelle 106 einer EPS-Vorrichtung vorgesehen und abgesehen von diesem Abschnitt ist die EPS-Vorrichtung dieselbe wie jene der zweiten Ausführungsform. Als Drehmomentbegrenzer, der zwischen dem Loch des Metallkerns 102 des Schneckenzahnrades 101 und der äußeren Umfangsoberfläche der Ausgangswelle 106 montiert ist, wird ein bekannter Toleranzring 117 zum Aufbringen einer elastischen Kraft in radialer Richtung verwendet, wodurch zum Zeitpunkt des Auftretens eines übermäßigen Drehmomentes sich zwischen dem Schneckenzahnrad 101 und der Ausgangswelle 106 ein Schlupf entwickelt und die Übertragung des übermäßigen Drehmomentes verhindert werden kann. In bezug auf die Ausgangswelle 106, die aus dem Eisenmaterial gebildet ist, wie oben erwähnt, wird dann, wenn der Metallkern 102 aus einem Material mit einem kleinen spezifischen Gewicht und einem großen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist, z.B. bevorzugt eine Aluminiumlegierung (oder eine Kupferlegierung), das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers bei hohen Temperaturen niedrig eingestellt und bei niedrigen Temperaturen hoch, wodurch sich das vorbestimmte Schlupfdrehmoment in Übereinstimmung mit Änderungen der Betriebstemperatur erhalten läßt. Wie oben ist es möglich, jene Struktur zu nehmen, die das Schneckenzahnrad der vorliegenden Erfindung und den Drehmomentbegrenzer kombiniert. Folglich kann zusätzlich zu den Wirkungen, die bei der zweiten Ausführungsform beschrieben worden sind, die EPS-Vorrichtung dieser Ausführungsform verhindern, daß ein überschüssiges bzw. übermäßiges Drehmoment übertragen wird.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 11A, 11B und 12 beschrieben. Ein Schneckenzahnrad 130 der vierten Ausführungsform ist etwa dasselbe wie eines der zweiten Ausführungsform und identische Glieder sind mit identischen Bezugsziffern versehen. Der Unterschied ist jener, daß ein Kunstharz 104 nicht an der gesamten Zahnoberfläche des Metallkerns 102 angebracht ist, sondern nur an einem Abschnitt hiervon.
Zum Zeitpunkt des Kunstharz-Spritzens des Schneckenzahnrades 130 wird ein Abschnitt 102 der Zahnoberfläche in eine Spritzguß-Metallform eingesetzt, um eine Phasenanpassung durchzuführen, und das Kunstharz wird auf einen verbleibenden Abschnitt 102b der Zahnoberfläche gefügt. Hiernach wird das Schneckenzahnrad 130 einer Schneckenzahn-Schneidverarbeitung unterzogen, und zwar mittels eines Wälzfräsers. Der Herstellungsvorgang ist im übrigen derselbe wie bei der zweiten Ausführungsform und dessen Beschreibung wird hier weggelassen. In diesem Fall ist das Volumen 104 des Harzes geringer als im Fal le des Kunstharzes 103, so daß dimensionsmäßige Veränderungen aufgrund von Absorption von Wasser verringert werden können.
13A und 13B zeigen eine fünfte Ausführungsform. Ein Schneckenzahnrad 140 dieser Ausführungsform ist etwa dasselbe wie jenes der zweiten Ausführungsform und gleichen Gliedern sind die gleichen Bezugsziffern gegeben. Ein Unterschied ist jener, daß eine Seite des Metallkerns 102 in axialer Richtung mit dem Kunstharz 103 bedeckt ist, das eine konstante Dicke aufweist, und zwar mittels der TRI-Verbundherstellungstechnologie. Wenn demgemäß Grate, die bei der Bearbeitung des Zahnschneidens mittels des Wälzfräsers erzeugt werden, mittels einer Drehmaschine entfernt werden, kann das Entgraten leicht erfolgen.
Eine sechste Ausführungsform ist in den 14A und 14B gezeigt. Ein Schneckenzahnrad 150 dieser Ausführungsform ist annähernd dasselbe wie jenes der zweiten Ausführungsform und identische Glieder sind mit denselben Bezugsziffern versehen. Der Unterschied ist der, daß der Metallkern 118 in anderen Abschnitten als einem Lagerabschnitt 118a dünn ausgebildet ist. Hierdurch läßt sich die Fähigkeit zur Wärmeabfuhr weiter verbessern und es wird eine Gewichtsreduzierung erzielt.
Die obige zweite, vierte, fünfte und sechste Ausführungsform beschreiben die Strukturen und die Herstellungsprozesse der Kunstharzzähne bzw. -zahnräder als die Schneckenzahnräder, die in den EPS-Vorrichtungen aufgenommen sind, diese Strukturen und Herstellungsprozesse sind jedoch nicht auf Schneckenzahnräder begrenzt und sind in weitem Maße auf Kunstharz-Zahnräder bzw. -Zähne anwendbar.
Wie oben beschrieben, bei dem Kunstharz-Zahn bzw. -Zahnrad, bei dem die dünne Kunstharzlage auf die gesamte äußere Umfangsfläche des Zahnabschnittes des zahnradförmigen Metallkerns gefügt ist, nimmt aufgrund der Tatsache, daß dieser Fügevorgang mittels der chemischen Bindung gemäß der Verbundformtechnik oder durch Klebstoff durchgeführt wird, das Kunstharz-Zahnrad bzw. der Kunstharz-Zahn eine Kraft auf, die aufgrund des Eingriffs der Zahnräder als Scherbelastung an dem Fügeabschnitt aufgebracht wird. Obgleich die Kunstharzschicht dünn ausgebildet wird, kann daher deren Bruch bis zum äußersten verhindert werden. Ferner wird im Falle des Spritzgusses dann, wenn das Kunstharz hoher Temperatur abgekühlt wird und sich zusammenzieht, eine verbleibende Dehnungsbeanspruchung erzeugt, ein gebrochener Abschnitt ruft jedoch keine Vergrößerung der herausgebrochenen Oberfläche hervor und die Bindekraft wird beibehalten, so daß die Betriebssicherheit verbessert wird.
Da eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung für den Metallkern verwendet wird, wird aufgrund des Eingriffs der Zahnräder erzeugte Wärme leicht abgeführt, was dessen Verwendung in Umgebungen mit vergleichsweiser hoher Temperatur möglich macht.
Wenn der Metallkern des Schneckenzahnrades aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und das Schneckenzahnrad in der EPS-Vorrichtung aufgenommen ist, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumlegierung derselbe wie jener des Getriebegehäuses aus Aluminiumguß bzw. -druckguß, wobei eine Veränderung des Spiels der Zahnräder aufgrund von Wärmeausdehnung außerordentlich reduziert wird, so daß ein bevorzugter Betrieb der Zahnräder unveränderlich aufrechterhalten werden kann.
Bei einem Vergleich mit einem Fall, bei dem ein Zahnrad in einem ringartigen Kunstharzteil ausgebildet ist, läßt sich die Menge des verwendeten Kunstharzes auf einem Minimum halten. Folglich können dimensionsmäßige Veränderungen aufgrund von Absorption von Wasser extrem reduziert werden, was es möglich macht, einen ruhigen Betrieb der Zahnräder zu sichern und Kosten zu reduzieren.
Ferner läßt sich aufgrund der Tatsache, daß das Schneckenzahnrad so strukturiert ist, daß der Metallkern den meisten Teil des gesamten Volumens des Schneckenzahnrades einnimmt, die Festigkeit des Zahnrades bzw. der Zähne mittels des Metallkerns erhalten, so daß die Größe des Zahnrad- bzw. Zahn-Moduls ("gear module") verringert werden kann, was dazu beiträgt, daß die Vorrichtung miniaturisiert werden kann.

Claims

Elektrische Hilfskraftlenkvorrichtung, mit einem Drehmomentbegrenzer, der ein Ringglied (10) aufweist, das zwischen einem Schneckenzahnrad (4; 101; 130; 140; 150) und einer Ausgangswelle (7; 106) montiert ist und zum Aufbringen einer elastischen Kraft bzw. zur elastischen Kraftübertragung dazwischen dient, wobei ein Zahnabschnitt (4a; 103; 104) des Schneckenzahnrades (4; 101; 130; 140; 150) aus einem Kunstharzmaterial hergestellt ist und wobei ein metallischer Kernabschnitt (4b; 102) des Schneckenzahnrades (4; 101; 130; 140; 150) aus einem Metallmaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (7; 106) aus Eisenmaterial hergestellt ist und -dass der metallische Kernabschnitt (4b; 102) des Schneckenzahnrades (4; 101; 130; 140; 150) aus einem Metallmaterial hergestellt ist, dessen spezifisches Gewicht klein und dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient groß in Bezug auf das Eisenmaterial ist, wodurch ein Grenzmoment des Drehmomentbegrenzers bei einer hohen Temperatur niedrig und bei einer niedrigen Temperatur hoch ist.
Hilfskraftlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenzahnrad (101; 130; 140; 150) dazu dient, um gemeinsam mit einem Schneckenrad (105) eine Antriebskraft eines Motors (1) als Hilfslenkkraft zu übertragen, wobei das Schneckenzahnrad (101; 130; 140; 150) gebildet ist durch Aufbringen einer dünnen Lage (103; 104) aus dem Kunstharzmaterial auf wenigstens einen Teil einer äußeren Oberfläche eines Zahnabschnittes eines zahnradförmigen Metallkerns (102), und zwar mittels einer chemischen Bindung in Übereinstimmung mit einer Verbundformtechnik oder durch Klebstoff.
Hilfskraftlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (102) bzw. der metallische Kernabschnitt (4b) aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.