DE102007000923A1

DE102007000923A1 - Getrieberad für eine elektrische Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE102007000923A1
Application number: DE102007000923A
Authority: DE
Inventors: Jürgen BIEBER; Richard Kaisser; Ekkehard Kneer
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebesrades aus Kunststoff für eine elektrische Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge mit folgenden Schritten: . Dem Ausgangsgranulat wird ein Vernetzungsmittel beigemischt; . das Granulat wird in eine Spritzgussmaschine gefüllt; . das Getrieberad wird aus dem Granulat durch die Spritzgussmaschine hergestellt; . das Getrieberad wird mit einer energiereichen Strahlung bestrahlt, um eine Nachvernetzung des Werkstoffs zu erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Getrieberades für elektrische Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge und ein Getrieberad, das nach einem solchen Verfahren hergestellt ist.
Elektrische Lenkvorrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, weisen eine Eingangswelle auf, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient. Ein Ausgangsglied steht mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung. Ein Elektromotor, durch den direkt oder indirekt eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Eingangswelle und das Ausgangsglied sind über ein drehelastisches Glied derart miteinander verbunden, dass zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist. Bei Lenkvorrichtungen mit Zahnstangengetriebe ist das Ausgangsglied als Antriebsritzel ausgebildet und steht über eine Zahnstange mit den lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung.
In der DE 197 52 075 A1 steht die Zahnstange über ein als Schneckengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe mit einem als Elektromotor ausgeführten Servomotor in Wirkverbindung. Das Ausgangsglied ist über das Schneckengetriebe mit einem Elektromotor verbunden. Das Schneckenradgetriebe besteht aus einer in einem Gehäuse gelagerten Schnecke und einem mit der Lenksäule verbundenen Schneckenrad.
In der DE 10 2004 059 461 A1 ist ein Elektromotor parallel zur Lenksäule angeordnet. Die auf der Motorwelle des Motors und auf der Lenksäule angeordneten Riemenscheiben sind durch einen Zahnriemen miteinander verbunden. Um ein hohes Untersetzungsverhältnis zu realisieren, kann zwischen der Motorwelle und der Lenksäule mindestens eine weitere Welle mit einer Riemenscheibe parallel angeordnet werden, welche mit den anderen Wellen durch Riemen verbunden ist. Auf diese Weise kann ein mehrstufiges Riemengetriebe verwirklicht werden.
Die EP 1457405 B1 offenbart eine Servolenkung bei der ein Elektromotor parallel zu einer Schubstange angeordnet ist. Die Schubstange dient zum Auslenken der Fahrzeugräder. Die Ausgangswelle des Elektromotors und die Schubstange weisen jeweils eine Riemenscheibe auf und sind mittels eines Riemens antriebsmäßig verbunden. Nach der in der EP 1339596 B1 offenbarten elektrischen Lenkunterstützung mit einem Schneckengetriebe kann das Zahnrad, welches mit der Schnecke in Eingriff steht, auch aus mehreren Teilen zusammengebaut sein. In diesem Beispiel sind auf jeder Seite von dem Zahnrad jeweils ein Abstandshalter und ein Flansch angeordnet, wodurch hier eine Torsionsdämpfung erzielt wird.
Solche in den genannten 4 Druckschriften beschriebenen Getrieberäder werden meist aus Polyamid verwendet. Der Werkstoff ist bis ca. 100°C einsetzbar. Bei höheren Temperaturen verliert er allerdings an Festigkeit. Durch die bei diesen Temperaturbereichen zu übertragenden hohen Kräfte hat das Getrieberad eine begrenzte Lebensdauer.
In Zukunft sollen von der Servounterstützung noch größere Momente zur Zahnstange übertragen werden. Zusätzlich fordern die Automobilhersteller ein sicheres Funktionieren der Hilfskraftlenkung bei Umgebungstemperaturen über 100°C im Motorraum über die gesamte Lebensdauer des Getrieberades. Dabei darf der erforderliche Bauraum nicht größer werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getrieberad für elektrische Zahnstangenlenkungen, welches eine sehr hohe thermische Belastbarkeit sowie einen geringen Verschleiß bietet und ein Herstellverfahren für ein solches Getrieberad anzugeben, mit dem das Getrieberad aus Polyamid hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren und durch das in Anspruch 6 gekennzeichnete Schraubrad gelöst.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine dem Spritzgussprozess nachfolgende Bestrahlung mit einer energiereichen Strahlung. Dadurch kann der Werkstoff chemisch vernetzt werden. Die daraus resultierende Änderung des molekularen Aufbaus führt zu einer Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften. Die Eigenschaften des strahlenvernetzten Polyamids zeichnen sich gegenüber den unvernetzten durch eine höhere Dauereinsatztemperatur, höhere Festigkeit, geringeren Verschleiß und eine bessere Formbeständigkeit aus. Daraus resultiert, dass das Getrieberad aus strahlenvernetzten Kunststoff einen höheren Reibleistungseintrag oder höhere Umgebungstemperaturen ertragen kann.
Das Verfahren zum Herstellen eines solchen Getrieberades beginnt damit, dass dem Ausgangsgranulat ein für die Vernetzung erforderliches Vernetzungsmittel beigemischt wird. Das Granulat wird in die Spritzgussmaschine gefüllt und das Getrieberad wird gespritzt. Anschließend wird das Getrieberad einer energiereichen Strahlung, z. B. einer Röntgenstrahlung ausgesetzt um den Werkstoff nachzuvernetzen. Die energetische Anregung ermöglicht unter Bildung freier Radikale eine erweiterte Vernetzungsreaktion der Polymerketten über funktionelle Gruppen der Recktanten.
Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 5 angegeben.
Das Getrieberad kann in den Bereichen, in denen keine Steigerung der Festigkeit erwünscht ist, während des Bestrahlens mit einer Maske aus einem absorbierenden Werkstoff abgedeckt werden. Dadurch wird das Getrieberad nur im Randschichtbereich nachvernetzt. Der Kern bleibt zäh, wodurch das Getrieberad auch bei sehr tiefen Temperaturen leistungsfähig bleibt.
Das Getrieberad, das nach dem Spritzgießen durch eine energiereiche Strahlung nachvernetzt wurde, kann anschließend konditioniert werden. Durch die Wasseraufnahme erhöht sich die Schlagzähigkeit des Materials.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Aufbau einer elektrischen Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge in schematischer Darstellung,
2 den Längsschnitt durch den Elektromotor aus 1,
3 eine Explosionsdarstellung einer gebauten Ausführungsformen des Schneckenrades aus 2
4 ein weiteres Beispiel einer elektrischen Lenkvorrichtung mit einem Riemengetriebe
Die elektrische Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge enthält in dem Ausführungsbeispiel nach 1 ein Lenkgetriebe einer Zahnstangenlenkung 1. Eine solche Zahnstangenlenkung 1 ist allgemein bekannt und wird deshalb hier nicht näher erläutert. Eine Eingangswelle 2, die – beispielsweise über eine mit Kreuzgelenken versehene Lenksäule 3 – mit einem Lenkhandrad 4 in Wirkverbindung steht, trägt ein nicht dargestelltes Antriebsritzel der Zahnstangenlenkung.
Eine nicht dargestellte Zahnstange der Zahnstangenlenkung 1 bildet zusammen mit zwei Lenkschubstangen 5 und 6 ein Ausgangsglied, das mit nicht dargestellten, zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung steht. Die Zahnstange bildet außerdem das Antriebsteil der Lenkung. Mit einer solchen Lenkvorrichtung kann ein Lenkmoment von dem Lenkhandrad 4 zu den lenkenden Rädern übertragen werden. Durch einen Elektromotor 7 kann ein unterstützendes Moment auf die Eingangswelle 2 ausgeübt werden. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Elektromotor 7 derart angeordnet, dass seine Achse senkrecht zu der Achse der Eingangswelle 2 steht. Seine Achse kann aber auch parallel oder unter einem anderen Winkel zur Achse der Eingangswelle 2 stehen.
Der Elektromotor 7 ist als Asynchronmotor ausgebildet. Da ein solcher Motor keine Permanentmagnete benötigt, wird bei einer Störung im elektrischen bzw. elektronischen Teil der Lenkvorrichtung beim Drehen des Rotors kein Magnetfeld erzeugt, welches die Drehbewegung des Rotors beeinflussen bzw. hemmen würde. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kraftfluss vom Lenkhandrad 4 zu den gelenkten Rädern bei einem Störfall nicht beeinträchtigt wird.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment über ein Schneckengetriebe, bestehend aus Schnecke 8 und Schneckenrad 9, auf die Eingangswelle 2 übertragen.
In 3 ist eine Explosionsdarstellung einer gebauten Ausführungsform des Schneckenrades aus 2 gezeigt. Dieses weist einen Zahnkranz 12 auf, wobei die Zähne nicht dargestellt sind, in welche die Schnecke 8 eingreift. Auf jeder Seite des Schneckenrades sind jeweils ein Abstandshalter 11, 14 und ein Flansch 10, 13 angeordnet. Der Flansch 10 ist drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden.
4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit einem Elektromotor 15, der parallel zu einer Lenksäule 16 angeordnet ist. Auf einer Motorwelle 17 ist eine kleine Riemenscheibe 18 und auf der Lenksäule 16 ist eine große Riemenscheibe 14 montiert. Die kleine Riemenscheibe 13 und die große Riemenscheibe 19 sind mit einem Zahnriemen 20 miteinander verbunden. Durch die Anordnung der kleinen Riemenscheibe 18 auf der Motorwelle 17 und der großen Riemenscheibe 19 auf der Lenksäule 16 wird eine Untersetzung der Drehzahl des Elektromotors 15 erreicht.

1: Zahnstangenlenkung
2: Eingangswelle
3: Lenksäule
4: Lenkhandrad
5: Lenkschubstange
6: Lenkschubstange
7: Elektromotor
8: Schnecke
9: Schneckenrad
10: Flansch
11: Abstandshalter
12: Zahnkranz
13: Flansch
14: Abstandshalter
15: Elektromotor
16: Lenksäule
17: Motorwelle
18: Kleine Riemenscheibe
19: Große Riemenscheibe
20: Zahnriemen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19752075 A1 [0003]
- DE 102004059461 A1 [0004]
- EP 1457405 B1 [0005]
- EP 1339596 B1 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Getrieberades aus Kunststoff für eine elektrische Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge mit folgenden Schritten: • dem Ausgangsgranulat wird ein Vernetzungsmittel beigemischt; • das Granulat wird in eine Spritzgussmaschine gefüllt • das Getrieberad wird aus dem Granulat durch die Spritzgussmaschine hergestellt • das Getrieberad wird mit einer energiereichen Strahlung bestrahlt um eine Nachvernetzung des Werkstoffs zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestrahlung zur Nachvernetzung eine Röntgenstrahlung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestrahlung zur Nachvernetzung eine ultraviolette Strahlung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des Getrieberades, in denen eine Steigerung der Festigkeit nicht erwünscht ist, während des Bestrahlens mit einer Maske aus einem absorbierenden Werkstoff abgedeckt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bestrahlung bzw. Nachvernetzung in einem weiteren Schritt eine Konditionierung des Werkstoffes stattfindet.
Getrieberad aus Kunststoff für elektrische Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass es durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.
Getrieberad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getrieberad ein Zahnrad ist, welches ein Teil eines Schneckengetriebes für eine elektrische Zahnstangenlenkungen ist.
Getrieberad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getrieberad ein Riemenrad ist, welches ein Teil eines Riemengetriebes für eine elektrische Zahnstangenlenkungen ist.