DE102004002847B4

DE102004002847B4 - KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe und Verfahren zum Herstellen einer solchen KFZ-Zahnradanordnung

Info

Publication number: DE102004002847B4
Application number: DE102004002847A
Authority: DE
Inventors: Stephan Oberle
Original assignee: IMS Gear SE and Co KGaA
Current assignee: IMS Gear SE and Co KGaA
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: US20050223831A1; CN1651805B; CN1651805A; US7681471B2; DE102004002847A1

Abstract

KFZ-Zahnradanordnung (1) für ein KFZ-Hilfsgetriebe mit – einem Zahnrad (14), – einer Flanschanordnung (16, 28) mit zwei Flanschen (16, 28), wobei das Zahnrad (14) zwischen den beiden Flanschen (16, 28) zur Rotation um eine gemeinsame Rotationsachse einem der Flansche (16) benachbart angeordnet ist, und – mehreren Verbindungselementen (4), die axial durch das Zahnrad (14) hindurchragen, dadurch gekennzeichnet, dass – der zumindest eine Flansch (16) aus Kunststoff besteht und eine axiale Öffnung aufweist, in die eine Nabe (3) aus Metall rotationsfest eingesetzt ist, – Stege (30–36) an einer seitlichen Oberfläche des Flansches (16) zum Verstärken des Flansches (16) ausgebildet sind, wobei Stege (34) als Verstärkungsknoten ausgebildet sind, an denen Stege (30, 31, 32) zusammenlaufen, – in den als Verstärkungsknoten ausgebildeten Stegen (34) Metallstifte angeordnet sind, und wobei – die Verbindungselemente (4) und die Stege (30–36) den unterschiedlichen Seiten des Flansches (16) angeordnet...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen KFZ-Zahnradanordnung.
Bernhard et al., WO 02/38432 A1 ( DE 100 56 133 A1 ) offenbart eine Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung weist eine Zahnradanordnung mit einem Zahnrad auf, welches zwischen einem ersten und einem zweiten Flansch als Schneckenrad eingesetzt ist. Von dem ersten Flansch ragen von dessen zentraler Rotationsachse aus beabstandet Mitnahmeelemente als Verbindungselemente zum zweiten Flansch hin. Die Mitnahmeelemente führen durch Aufnahmeöffnungen, welche in dem Zahnrad entsprechend ausgebildet sind. In der Getriebeanordnung greift eine Schnecke eines Lenkgestänges in Zähne eines Zahnkranzes am Außenumfang des Zahnrades ein.
Allgemein bevorzugt werden zum Aufbau einer solchen Zahnradanordnung Einzelkomponenten aus Metall, um eine ausreichende Stabilität zu bieten. Allgemein bekannt sind auch Zahnräder aus Kunststoff, wobei diese jedoch nur eine bedingte Stabilität aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe einerseits hinsichtlich Fertigung und verwendetem Material zu vereinfachen, andererseits aber eine trotzdem hohe Stabilität und Festigkeit zu gewährleisten. Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen verbesserten KFZ-Zahnradanordnung vorgeschlagen werden.
Vorrichtungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhaft ist somit eine KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe, beispielsweise zum Einsatz in einer elektrischen Lenkvorrichtung zum Einkoppeln einer Lenk-Hilfskraft, wenn die Zahnradanordnung ein Zahnrad, eine Flanschanordnung mit zumindest einem Flansch, wobei das Zahnrad in der Flanschanordnung zur Rotation um eine gemeinsame Rotationsachse dem Flansch benachbart angeordnet ist, und zumindest ein Verbindungselement zum Verbinden des Zahnrads mit dem zumindest einen Flansch aufweist und wenn Stege seitlich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse am Flansch zum Verstärken des Flansches ausgebildet sind.
Eine solche Anordnung mit Stegen an der Seite des Flansches bewirkt eine deutliche Erhöhung der Stabilität des Flansches gegenüber einem flächig ausgebildeten Flansch mit gleicher Flanschdicke. Gegenüber einem Flansch mit größerer Dicke des eigentlichen flächigen Flanschkörpers bieten die Stegen bei trotzdem gegebener Materialersparnis eine erhöhte Festigkeit des Flansches und letztendlich der gesamten Zahnradanordnung.
Ein solcher Flansch besteht somit aus einem Material mit einer gegenüber Metall vergleichsweise geringen Festigkeit. Zur Erhöhung der Festigkeit des eigentlichen Flanschkörpers weist dieser seitlich Stege als Verstärkungselemente auf. Dies ermöglicht insbesondere den Einsatz eines solchen Flansches aus Kunststoff anstelle, eines entsprechenden aus Metall gefertigten herkömmlichen Flansches. Die Verwendung von Kunststoff bietet neben der einfacheren Verarbeitung auch einen Gewichtsvorteil gegenüber einem Flansch aus Metall.
Weiterhin eigenständig vorteilhaft ist ein Verfahren zum Herstellen einer solchen KFZ-Zahnradanordnung mit einem Flansch gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13, wobei der Flansch bei dessen Herstellung mit an einer Seite des Flansches angeordneten Stegen als Verstärkungselementen für den Flansch ausgebildet wird. Insbesondere kann der Flansch mit den Stegen aus Kunststoff spritzgegossen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Vorteilhaft ist insbesondere eine Zahnradanordnung mit bolzenförmig ausgebildeten Verbindungselementen, zumindest einem bolzenförmig ausgebildeten Verbindungselement zum Verbinden der Flanschanordnung bzw. des zumindest einen Flansches mit dem Zahnrad, wobei der Flansch in einem Durchführungsbereich für ein solches Verbindungselement einen das Verbindungselement umlaufenden Steg aufweist. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teil der Stege als insbesondere ringförmige Stege in einem Bereich ausgebildet, in dem der Körper des Flansches eine Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Verbindungselements aufweist. Ein bolzenförmiges Verbindungselement hat somit seitlichen Halt, d. h. Halt senkrecht zu seiner Längsachse nicht nur in dem Durchtrittsbereich durch den Körper des Flansches, sondern auch in dem benachbarten verbreiteten Durchtrittsbereich, welcher durch den umlaufenden Steg ausgebildet wird. Ein solcher umlaufender Steg bildet einen Verstärkungsknoten für den Flansch aus, wobei die Bolzen bzw. Metallstifte oder sonstige Verbindungselemente durch den Verstärkungsknoten in die Zahnradanordnung eingesetzt sind. Dieser Bolzen ist vorzugsweise umspritzt, um eine feste Verbindung zwischen Kunststoff und Bolzen zu gewährleisten Vorteilhaft ist auch eine Zahnradanordnung, bei der das Verbindungselement eine Bohrung aufweist, welche von einer Stirnseite aus achsial in das Verbindungselement hineinführt und gegebenenfalls hindurch führt. Damit werden folgende Vorteile bewirkt. Im Falle des Einlegens des Bolzen in ein Spritzgusswerkzeug und anschließendem Umspritzen taucht nur ein kurzes Bolzenabschnitt in das Werkzeug ein, da falls die komplette Länge mit Kunststoff umspritzt wird. Das lange, im Werkzeug freistehende Ende mit Kopf muss dort nochmals abgestützt bzw. zentriert werden, damit beim Umspritzen der Bolzen durch die Einspritzkräfte nicht verformt oder beschädigt wird und des weiteren die Position des freien Endes mit Kopf ausreichend genau ist. Es wäre grundsätzlich auch eine Zentrierung am Außendurchmesser des Bolzens möglich, es werden dann aber die verstärkenden Stege am Verstärkungsknoten unterbrochen, so dass die Verstärkung dieser deutlich reduziert wird.
Bevorzugt wird eine Zahnradanordnung, bei der das Verbindungselement bzw. die Verbindungselemente den Flansch mit einem weiteren Flansch verbinden und durch Verbindungsöffnungen in dem zwischen den Flanschen angeordneten Zahnrad hindurchführen. Das Zahnrad ist somit zwischen den Flanschen gelagert und wird durch die Verbindungselemente beim Rotieren der Zahnradanordnung mitgeführt.
Vorteilhaft ist eine Zahnradanordnung, bei der ein solcher weiterer Flansch aus Metall gefertigt ist. Der weitere Flansch dient dabei im Wesentlichen als eine Abschlussplatte und bietet somit auch bei einer geringen Dimensionierung in achsialer Richtung eine hohe Festigkeit. Alternativ kann aber auch der weitere Flansch aus Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere kann der weitere Flansch auch mit derartigen Stegen wie der erstgenannte Flansch ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist auch eine Zahnradanordnung, bei welcher der weitere Flansch aus einer flächigen Scheibe mit Einbuchtungen bzw. Vertiefungen, insbesondere tiefer als eine Scheibendicke bzw. Mächtigkeit des Flansches, auf der einen Seite ausgebildet ist, welche entsprechende Ausbuchtungen als Mitnehmer auf der anderen dem Zahnrad zugewandten Seite ausbilden. Bildlich ausgedrückt handelt es sich somit um einen scheibenförmigen Flansch, der auf einer Seite eingedrückt ist, wodurch auf der anderen Seite gegenüberliegend Ausbuchtungen entstehen, welche eine Mitnehmerfunktion für das Zahnrad ausbilden. Das Zahnrad weist zweckmäßigerweise entsprechende Ausnehmungen in seiner seitlichen Oberfläche auf, in welche die derartig ausgebildeten Mitnehmer eingreifen.
Unter einer seitlichen Fläche der Flansche und des Zahnrades ist eine Oberfläche zu verstehen, welche sich in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse der Flansche bzw. des Zahnrads erstreckt.
Vorteilhaft ist eine Zahnradanordnung, bei welcher in eine achsiale Öffnung des aus Kunststoff gefertigten Flansches eine fertig bearbeitete Nabe aus Metall, insbesondere Stahl, zum Durchführen einer Welle oder Achse rotationsfest eingesetzt ist. Die Stahlnabe bietet ausreichende Festigkeit und Halt für eine Welle bzw. Achse und bietet weiterhin den Vorteil, bei guter Vorarbeit nicht nachbearbeitet werden zu müssen.
Vorteilhaft sind eine solche Zahnradanordnung bzw. ein solcher Flansch, wenn die Stege einteilig mit dem Flansch ausgebildet sind. Durch die einteilige Ausbildung sind die Stege besonders fest mit dem Flansch verbunden und bieten eine besonders hohe Stabilität. Außerdem ist die einteilige Fertigung mittels beispielsweise eines pulvermetallurgischen Pressverfahrens oder eines Kunststoff-Spritzgussverfahrens besonders einfach.
Vorteilhafterweise sind die Stege in Art eines für sich bekannten Fachwerks zueinander angeordnet. Eine fachwerkartige Anordnung, wie sie gattungsfremd beispielsweise aus dem Hausbau bekannt ist, bietet eine besonders hohe Stabilität.
Vorteilhafterweise sind die Stege oder ein Teil der Stege umlaufend benachbart zu einem Rand des Flansches angeordnet. Solche Stege befinden sich somit im äußeren seitlichen Umfangsbereich bzw. im inneren seitlichen Umfangsbereich, welcher der Nabe benachbart ist. Umlaufende, insbesondere auf einer Kreisbahn umlaufend ausgebildete Stege können jedoch auch zwischen den Randbereichen des Flansches zur Erhöhung der Stabilität ausgebildet sein. Insbesondere kann ein umlaufender Steg ringförmig ausgebildet sein und von einem Verstärkungsknoten zum nächsten geführt werden, um die Verstärkung der Gesamtanordnung mit Blick auf die Verbindungselemente zu erhöhen, wenn die Verbindungselemente durch die Verstärkungsknoten geführt sind.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der das Verbindungselement durch einen Flanschansatz des Flansches führt, wobei der Flanschansatz in Richtung des Zahnrades in eine Öffnung in dem Zahnrad hinein oder durch eine Öffnung in dem Zahnrad hindurch führt. Während die Stege vorzugsweise auf einer dem Zahnrad abgewandten Seite des Flansches ausgebildet sind, wird der Flanschansatz vorzugsweise in Form eines Stutzens in Richtung des Zahnrades ausgebildet. Letztendlich kann der Flanschansatz ebenfalls durch einen solchen Steg ausgebildet werden. Falls die Stege auf der Seite des Flansches angeordnet sind, welche dem Zahnrad bzw. dessen Seite zugewandt ist, kann der Flanschansatz auch durch einen erhöhten Steg ausgebildet sein, welcher in eine solche Öffnung in dem Zahnrad hineinführt und somit als Mitnehmer oder Stabilisierungselement eine Wirkfunktion zwischen dem Flansch und dem Zahnrad übernimmt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist an dem Flansch zumindest ein Angussabschnitt zum Spritzengießen des Flansches auf der Seite des Flansches angeordnet, auf welcher die Stege angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Angussabschnitt zum Spritzgießen des Flansches einer Öffnung benachbart angeordnet, wobei die Öffnung zum Durchführen eines Verbindungselementes ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, dass eventuelle Schwachstellen beim Spritzgussverfahren, welche wenn dann üblicherweise entfernt vom Angussabschnitt auftreten, weit entfernt von den Bereichen entstehen, in welchen die Verbindungselemente angeordnet werden.
Während gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform als Material für den Flansch Kunststoff verwendet wird, bieten sich die verschiedenen Vorteile vom Grundprinzip her auch bei der Verwendung eines anderen Materials, insbesondere eines Metalls wie leichtem Aluminium.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine seitliche Ansicht auf einen Flansch einer KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe, wobei der seitlich angeordnete Flansch Stege bzw. Streben als Verstärkungselemente aufweist;
2 eine seitliche Anordnung auf die Zahnradanordnung gemäß 1 von der gegenüberliegenden Seite aus; und
3 eine Ansicht einer derartigen beispielhaften Zahnradanordnung in auseinandergezogenem Perspektivschnitt.
1 zeigt eine beispielhafte bevorzugte Zahnradanordnung in seitlicher Ansicht, wobei eine Seitenwand eines ersten Flansches einer Flanschanordnung dargestellt ist, welche sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Zahnradanordnung 1 erstreckt. Im Bereich der zentralen Rotationsachse führt eine achsiale Öffnung 2 durch die gesamte Zahnradanordnung 1 zur Aufnahme einer Welle bzw. Achse hindurch, welche über eine Nabe 3 mit der Zahnradanordnung 1 rotationsfest verbunden ist bzw. wird. Die Nabe 3 ist bei der bevorzugten Ausführungsform rotationsfest in einer achsialen Öffnung des Flansches 16 eingesetzt, welcher die Rotation auf ein vorzugsweise aus Kunststoff gefertigtes Zahnrad 14 der Zahnradanordnung 1 überträgt. Die Nabe 3 wird insbesondere bei Verwendung eines Flansches 16 aus einem Kunststoffmaterial aus Metall, insbesondere aus einsatzgehärtetem Stahl ausgebildet, so dass eine Nachbearbeitung vorzugsweise entfallen kann. Das Zahnrad 14 weist in üblicher Art und Weise in radialer Richtung über seinen Außenumfang einen umlaufenden Zahnring 23 auf.
Das Zahnrad 14 ist in der Zahnradanordnung 1 zwischen dem ersten Flansch 16 und einem zweiten in 2 dargestellten Flansch 28 angeordnet. Die Verbindung der beiden Flansche 16, 28 erfolgt vorzugsweise über bolzenförmige Verbindungselemente bzw. Bolzen 4 oder Metallstifte, welche durch Durchgangsöffnungen 5 bzw. Löcher in den Flanschen 16, 28 und Durchgangsöffnungen 22 in dem dazwischen angeordneten Zahnrad 14 hindurchführen. Die Verbindungselemente 4 können die beiden Flansche 16, 18 dabei fest miteinander verbinden, beispielsweise über eine für sich bekannte Niet- oder Schraubverbindung. Besonders bevorzugt wird für den Einsatz als KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe in beispielsweise einer Lenkkraft-Unterstützungseinrichtung eine einfache Steckverbindung zwischen Bolzen und Flanschen. Bei einer solchen Steckverbindung ist der außenseitige Außenumfang der Verbindungselemente 4 an den Innenumfang der Durchgangsöffnungen 5 derart angepasst, dass eine ausreichenden Halt bietende reibschlüssige Verbindung entsteht. Während die Verbindung zwischen den Verbindungselementen 4 und dem zweiten Flansch 28 vorzugsweise radialagenietet wird, ist das gegenüberliegende Ende der Verbindungselemente 4 vorteilhafterweise mit einem breiteren Außenumfang im Endabschnitt ausgebildet und in dem Material des ersten Flansches zu dessen außenseitiger Oberfläche bündig eingelassen. Zum Einsetzen und gegebenenfalls weiteren Stabilisieren führt in die außenseitige Stirnseite der Verbindungselemente 4 in deren verbreiterten Bereich eine Öffnung 4a hinein.
Der erste Flansch 16 ist vorteilhafterweise aus einem leichten Material, insbesondere Kunststoff gefertigt. Zur Erhöhung der Stabilität bzw. zur Verstärkung des ersten Flansches 16 weist dieser auf seiner seitlichen Oberfläche Streben bzw. Stege 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 auf. Die Stege 30–36 sind dabei in Art eines Fachwerks angeordnet, wie dies beispielsweise für sich aus dem Hausbau gattungsfremd bekannt ist. Vorteilhafterweise sind die Stege 30–36 einstückig mit dem eigentlichen Hauptkörper des Flansches 16 ausgebildet, um die Verbindung zwischen Hauptkörper und Stegen besonders stabil auszubilden. Ein weiterer Vorteil der einteiligen Ausbildung von Hauptkörper und Stegen besteht in der Möglichkeit, diese in einem einzigen Arbeitsgang durch Pressen oder Spritzgießen auszubilden.
Im seitlichen Nachbarbereich zum innenseitigen Rand bzw. Umfang des Flansches 16 ist vorteilhafterweise ein ringförmiger Steg 35 als Innenring zur innenseitigen Verstärkung ausgebildet. Der innenseitige ringförmige Steg 35 ragt vorteilhafterweise weiter von der Oberfläche des Hauptkörpers des Flansches 16 weg als die übrigen Stege 30–34, 36 und umschließt die Nabe 3. Der Außenumfang der Nabe 3 ist somit über eine große Umfangsfläche hinweg mit dem ringförmigen innenseitigen Steg 35 verbunden, so dass die Fläche zur Kraftübertragung bei einer Rotation vorteilhaft groß ausgebildet ist.
Dieser ringförmige innenseitig angeordnete Steg 35 oder ein eigenständig ausgebildeter Steg erstreckt sich vorteilhafterweise auch von der gegenüberliegenden Seitenfläche des Flansches 16 als ein Stutzen 24. Der Stutzen 24 umgreift mit seinem Innenumfang wiederum den Außenumfang der Nabe 3 und greift mit seinem Außenumfang in eine zentrale Durchgangsöffnung des Zahnrades 14 hinein bzw. durch diese hindurch. Das Zahnrad 24 erfährt somit eine innenseitige Abstützung durch den Außenumfang des Stutzens 24, sofern diese nicht gemäß einer anderen Ausführungsform durch einen ringförmigen Spalt voneinander beabstandet werden.
Vorteilhafterweise ist auch im seitlichen Nachbarbereich des Außenumfangs des Flansches 16 ein solcher außenseitiger Steg 33 in Art eines außenseitigen Rings ausgebildet. Ein solcher außenseitiger ringförmiger Steg 33 verbreitert die Außenumfangsfläche des Flansches 16 in achsialer Richtung und erhöht dadurch die Stabilität des Außenumfangsbereichs.
Besonders vorteilhaft sind umlaufende ringförmige Stege 34, welche um die Durchgangsöffnungen zur Aufnahme der Verbindungselemente 4 herum auf der seitlichen Oberfläche des Flansches 16 ausgebildet sind. Derartige umlaufende ringförmige Stege 34 bilden Verstärkungsknoten und bieten den Verbindungselementen 4 einen erhöhten Halt. Neben einer erhöhten Stabilisierung und Festigkeit des ersten Flansches 16 im Bereich der Verbindungselemente 4 wird durch die stabilere Lagerung der Verbindungselemente 4 auch die gesamte Zahnradanordnung 1 stabilisiert.
Vorteilhafterweise verlaufen über die seitliche Oberfläche des Flansches 16 noch weitere Stege, insbesondere z. B. ein weiterer ringförmig bzw. kreisförmig verlaufender Steg 31. Eine Verstärkung wird außerdem durch schräg verlaufende Stege 32, 30 unterstützt. Vorteilhafterweise verlaufen diese verschiedenen Stege, d. h. die schräg verlaufenden Stege 32, 30 und der kreisförmig verlaufende Steg 31 alle jeweils durch zumindest einen Verstärkungsknoten bzw. zu einem der umlaufenden Stege 34, welche jeweils um eine Öffnung für ein Verbindungselement 4 herum verlaufen. Vorteilhaft sind auch radial verlaufende Stege 36, wobei diese besonders bevorzugt in dem Bereich zwischen jeweils zwei als Verstärkungsknoten ausbildenden Stegen 34 angeordnet sind.
Bei Ausbildung eines solchen ersten Flansches 16 aus Kunststoff wird zur Herstellung vorzugsweise ein Spritzgussverfahren verwendet. Angussabschnitte 37 zum Einspritzen des verflüssigten Kunststoffs werden vorzugsweise benachbart zu den ringförmigen Stegen 34 bzw. Verstärkungsknoten ausgebildet durch welche die Durchgangsöffnungen zum Durchführen der Verbindungselemente 4 ausgebildet sind. Der Anguss 38 erfolgt somit in zumindest einem Angussabschnitt 37 in einem Bereich des Flansches 16, in dem eine besonders hohe Stabilität erforderlich ist. Außerdem wird durch diese Anordnung der Angussabschnitte 37 eine vorteilhafte Verteilung des eingespritzten Kunststoffmaterials in die Bereiche mit den Stegen 30–36 ermöglicht. Vorteilhafterweise wird der Anguss 38 auf die Seite des Flansches 16 gelegt, auf der die Stege 30–36 von der seitlichen Oberfläche des Flansch 16 wegragen. Möglich ist aber auch die Anordnung der Angussabschnitte 37 auf der gegenüberliegenden Flanschseite.
Während bei der besonders bevorzugten Ausführungsform die Anordnung der Stege 30–36 auf der Seite des ersten Flansches 16 bevorzugt wird, welche dem Zahnrad 14 angewandt ist, ist prinzipiell auch eine Ausbildung derartiger Stege nur oder zusätzlich auf der Seite des Flansches 16 möglich, welche dem Zahnrad 14 zugewandt ist.
Wie dies aus 3 ersichtlich ist, sind auf der dem Zahnrad 14 zugewandten Seite des ersten Flansches 16 Strukturelemente 21, 24 ausgebildet, insbesondere einstückig mit dem Flansch 16 ausgebildet, welche einen funktionellen Zweck zur Verbindung mit dem Zahnrad 14 und dem zweiten Flansch 28 übernehmen.
Wie dies aus 2 ersichtlich ist, ist der zweite Flansch 28 vorteilhafterweise ebenfalls funktionell strukturiert ausgebildet. Einbuchtungen 39 in der außenseitigen Oberfläche führen zu Ausbuchtungen auf der innenseitigen, dem Zahnrad 14 zugewandten seitlichen Fläche des Flansches 28. Diese Ausbuchtungen bzw. Vorsprünge greifen z. B. in entsprechend ausgebildete Ausnehmungen mit Anlageflächen 19a, 19b in der gegenüberliegend angeordneten seitlichen Fläche des Zahnrades 14 ein und dienen somit als Mitnehmer und/oder als Führungselemente. Vorteilhafterweise sind die Strukturierungen bzw. Ein- und Ausbuchtungen 39 in dem zweiten Flansch 28 in Abschnitten angeordnet, welche den durch die Durchgangsöffnungen 5 hindurchgeführten Verbindungselementen 4 benachbart sind. Auf die Ausbuchtungen 39 einwirkende Kräfte werden somit direkt über die Bolzen 4 auf den ersten Flansch 16 bzw. in umgekehrter Richtung weiterleitbar.
Während der zweite Flansch 28 als Bauelement aus Metall dargestellt ist, ist prinzipiell auch der zweite Flansch aus Kunststoff ausbildbar. Außerdem können auch auf den seitlichen Wandungen des zweiten Flansches 28 Stege zur Verstärkung ausgebildet werden. Gemäß der dargestellten Ausführungsform weisen der Innenumfang des zweiten Flansches sowie der durch diesen führende Außenumfangsabschnitt des ersten Flansches eine ineinander eingreifende Strukturierung mit Ein- und Ausbuchtungen bzw. eine Zahnung auf, welche ebenfalls zur Kraftübertragung dient.
In 3 ist eine Explosionsdarstellung einer aus Bernhard et al. ( WO 02/38432 A1 ) für sich bekannten elastischen Ausgleichskupplung gezeigt, von der das ein Schneckenrad ausbildende Zahnrad 14 aus 1 und 2 ein Teil ausbildet. Vorzugsweise wird somit eine KFZ-Zahnradanordnung für ein KFZ-Hilfsgetriebe ausgebildet, wobei das KFZ-Hilfsgetriebe beispielsweise dazu dient, eine elektromotorische Hilfskraft zur Lenkkraftunterstützung in eine Lenkgestängeanordnung einzukoppeln.
Das Zahnrad 14 weist den Zahnkranz 23 auf, wobei die Zähne nicht dargestellt sind, in welche eine Schnecke eingreift. Das andere Kupplungsteil der elastischen Ausgleichskupplung, der erste Flansch 16, ist drehfest mit einer nicht dargestellten Eingangswelle 2 verbunden, und zwar über einen Stutzen mit einer Stirnfläche 16a und mit einer Mantelfläche 24d und die Nabe 3.
Ergänzt werden die beiden Teile, das Zahnrad 14 und der Flansch 16, der Ausgleichskupplung durch einen ringförmigen, elastischen Abstandshalter 17 mit Fortsätzen 20. Im zusammengebauten Zustand liegt eine Innenfläche 24b des Abstandshalters 17 auf der Mantelfläche 24d des Stutzens des Flansches 16. Dabei umgreifen jeweils zwei Fortsätze 20 einen der Zapfen 25 am Flansch 16.
Das Zahnrad 14 ist spiegelsymmetrisch gestaltet, hat also auf der nicht sichtbaren Rückseite dasselbe Aussehen wie auf der Vorderseite. Nach dem Zusammenbau ist das Zahnrad 14 auf dem Abstandshalter 17 gelagert, der wiederum auf dem Stutzen des Flansches 16 gelagert ist. Eine Innenfläche 24c des Zahnrades 14 liegt also auf einer Ring-Außenfläche 24a des Abstandshalters 17 auf. Für die Fortsätze 20 des Abstandshalters 17 sind Ausbuchtungen 26 von Ausnehmungen 22 in dem Zahnrad 14 vorgesehen. In diesen Ausbuchtungen 26 finden die Fortsätze 20 Platz.
Obwohl unter Umständen das Zahnrad 14, der Flansch 16 und der Abstandshalter 17 genügen würden, um die Funktion einer elastischen Ausgleichskupplung zu erfüllen, ist die Vorderseite des Zahnrades 14 noch durch einen zweiten Abstandshalter 27 und den zweiten Flansch 28 zu einer weiteren Ausgleichskupplung ergänzt. Im zusammengebauten Zustand sind die Flansche 16 und 28 durch Mitnahmeelemente bzw. Nasen 21 sowie die bolzenförmigen Verbindungselemente 4 miteinander verbunden. Außerdem greift eine Innenverzahnung des zweiten Flansches 28 in eine Verzahnung des Stutzens am Flansch 16. Der zweite elastische Abstandshalter 27 sitzt im zusammengebauten Zustand ebenfalls auf dem Stutzen des Flansches 16. Der zweite Flansch 28 weist auf seiner Rückseite dieselben Zapfen 25 auf wie der Flansch 16. Diese Zapfen des zweiten Flansches 28 ragen jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei eng benachbarte Fortsätze 20 des Abstandshalters 27. Diese Zapfen werden vorzugsweise durch die Ausbuchtungen ausgebildet, welche den Einbuchtungen 39 gegenüberliegend ausgebildet sind.
Es liegt dann beispielsweise eine frontseitige Anlagefläche 18a des zweiten Abstandshalters 27 an der Rückseite des zweiten Flansches 28 an. Eine rückseitige Anlagefläche 18b des zweiten Abstandshalters 27 liegt an einer Anlagefläche 18e einer Ausbuchtung 26 im Zahnrad 14 an. Seitliche Anlageflächen 19a, 19b der Abstandshalter 17 bzw. 27 liegen an seitlichen Anlageflächen 19c, 19d der Zapfen 25 bzw. an seitlichen Anlageflächen 19e, 19f von Ausbuchtungen 26 im Zahnrad 14 an.
Die Fortsätze 20 verhindern also, dass die Zapfen 25 die Seitenflächen der Ausbuchtungen 26 bei der Übertragung eines Drehmomentes in der einen oder anderen Richtung unmittelbar berühren können. Die Abstandshalter 17, 27 sind so breit gestaltet, dass sie eine unmittelbare Berührung des Zahnrads 14 und des Flansches 16 bzw. des Zahnrads 14 und des zweiten Flansches 28 in Axialrichtung verhindern. Da die ringförmigen Teile der Abstandshalter 17, 27 zwischen der Mantelfläche 24d des Flansches 16 und der Innenfläche 24c des Zahnrades 14 liegen, ist auch in radialer Richtung dafür gesorgt, dass eine unmittelbare Berührung zwischen dem Stutzen des Flansches 16 und dem Zahnrad 14 vermieden ist. Die Abstandshalter 17, 27 bilden also sowohl in axialer als auch in radialer und schließlich auch in tangentialer Richtung einen Puffer zwischen dem Flansch 16 und damit der Eingangswelle einerseits und andererseits dem Zahnrad 14.
Die elastische Abpufferung ist aber in tangentialer Richtung nicht unbegrenzt, denn die Ausnehmungen 22 im Zahnrad 14, durch welche die Nasen 21 des Flansches 16 greifen, sind in tangentialer Richtung nur wenig größer als die Nasen 21. Das hat zur Folge, dass die Nasen 21 und die Ausnehmungen 22 gegenseitige Anschläge bilden, die zur Wirkung kommen, wenn bei der Übertragung eines übermäßig großen Drehmomentes die Fortsetze 20 der Abstandshalter 17, 27 um einen bestimmten Betrag zusammengequetscht sind.
1 und 2 zeigen die Zahnradanordnung 1, welche z. B. in einem KFZ-Hilfsgetriebe gemäß 3 als Zahnrad 14 einsetzbar ist. Natürlich kann das Zahnrad 1 auch in anderen Getriebeanordnungen eingesetzt werden.

Claims

KFZ-Zahnradanordnung (1) für ein KFZ-Hilfsgetriebe mit – einem Zahnrad (14), – einer Flanschanordnung (16, 28) mit zwei Flanschen (16, 28), wobei das Zahnrad (14) zwischen den beiden Flanschen (16, 28) zur Rotation um eine gemeinsame Rotationsachse einem der Flansche (16) benachbart angeordnet ist, und – mehreren Verbindungselementen (4), die axial durch das Zahnrad (14) hindurchragen, dadurch gekennzeichnet, dass – der zumindest eine Flansch (16) aus Kunststoff besteht und eine axiale Öffnung aufweist, in die eine Nabe (3) aus Metall rotationsfest eingesetzt ist, – Stege (30–36) an einer seitlichen Oberfläche des Flansches (16) zum Verstärken des Flansches (16) ausgebildet sind, wobei Stege (34) als Verstärkungsknoten ausgebildet sind, an denen Stege (30, 31, 32) zusammenlaufen, – in den als Verstärkungsknoten ausgebildeten Stegen (34) Metallstifte angeordnet sind, und wobei – die Verbindungselemente (4) und die Stege (30–36) den unterschiedlichen Seiten des Flansches (16) angeordnet sind.
KFZ-Zahnradanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) eine Bohrung (4a) aufweist, welche von einer Stirnseite aus axial in das Verbindungselement (4) hineinführt.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) den einen Flansch (16) mit dem weiteren Flansch (28) verbindet.
KFZ-Zahnradanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Flansch (28) aus Metall gefertigt ist.
KFZ-Zahnradanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass der weitere Flansch (28) aus einer flächigen Scheibe mit Vertiefungen (39) auf der einen Seite ausgebildet ist, wobei die Vertiefungen entsprechende Ausbuchtungen als Mitnehmer auf der anderen, dem Zahnrad (14) zugewandten Seite ausbilden.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in eine axiale Öffnung (2) des aus Kunststoff gefertigten Flansches (16) eine insbesondere fertig bearbeitete Nabe (3) aus Metall, insbesondere aus Stahl, zum Durchführen einer Achse rotationsfest eingesetzt ist.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (30–36) einteilig mit dem Flansch (16) ausgebildet sind.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (30–36) in Art eines Fachwerks zueinander angeordnet sind.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Steg (33, 35) umlaufend benachbart zu einem Rand des Flansches (16) angeordnet ist.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (34) benachbart und umlaufend zu dem Verbindungselement (4) bzw. der Öffnung (5) für das Verbindungselement (4) des Flansches (16) angeordnet ist.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Angussabschnitt (37) zum Spritzgießen des Flansches (16) auf der Seite des Flansches angeordnet ist, auf welcher die Stege (30–36) angeordnet sind.
KFZ-Zahnradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Angussabschnitt (37) zum Spritzgießen des Flansches (16) einer Öffnung (5) zum Durchführen des Verbindungselementes (4) benachbart angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer KFZ-Zahnradanordnung (1) mit einem Flansch (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (16) mit an einer Seite des Flansches angeordneten Stegen (30–36) als Verstärkungselementen für den Flansch ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (16) mit den Stegen (30–36) aus Kunststoff spritzgegossen wird.