DE102009027441A1

DE102009027441A1 - Schraubrad für ein Getriebe

Info

Publication number: DE102009027441A1
Application number: DE102009027441A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Kneer; Jürgen BIEBER
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-05
Also published as: WO2011000666A3; WO2011000666A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schraubrad (1) für ein Getriebe eines Lenksystems mit einer Welle (2), auf der eine Nabe (3) und ein Zahnkranz (4) des Schraubrads (1) drehfest festgelegt sind. Um ein Schraubrad zu schaffen, das einfach herstellbar ist und dessen Rundlauf verbessert ist, ist vorgesehen, dass der Zahnkranz (4) mit der Nabe (3) und der Welle (2) als einstückiges Formteil (5) einer zumindest teilweise um die Welle (2) gelegten Form, die mit einem flüssigen Werkstoff gefüllt ist, der nach dem Befüllen der Form erstarrt, gebildet ist und mit der Welle (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubrad für ein Getriebe eines Lenksystems mit einer Welle, auf der eine Nabe und ein Zahnkranz des Schraubrads drehfest festgelegt sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der DE 197 52 075 A1 ist eine Zahnstangenhilfskraftlenkung offenbart, die von einem über ein Schneckenradgetriebe mit dem Lenkgetriebe der Zahnstangenhilfskraftlenkung verbundenen Servomotor eine Lenkhilfskraft bereitgestellt bekommt. Das Schneckenrad- oder Schraubradgetriebe besteht aus einer in einem Gehäuse gelagerten Schnecke und einem mit einer Lenksäule verbundenen Schraub- oder Schneckenrad. Nach der EP 133 9596 B1 offenbarten elektrischen Servolenkung mit einem Schneckengetriebe kann ein Zahnrad, welches mit einer Schnecke in Eingriff ist, aus mehreren Teilen gebaut sein.
Die WO 01/44694 A1 beschreibt ein gebautes Zahnrad mit einem zweigeteilten Zahnkranz, der auf einer Nabe verschraubt ist. Die Nabe weist an einem axialen Ende einen ringförmigen Bund auf. Mit einer Scheibe, die in axialer Richtung des gebauten Zahnrads auf der gegenüberliegenden Seite des ringförmigen Bunds angeordnet ist, wird der Zahnkranz formschlüssig an der Nabe gehalten. Sowohl die Scheibe als auch der ringförmige Bund der Nabe weisen einen ringförmigen Vorsprung auf, der in axialer Richtung des gebauten Zahnrads jeweils in eine Ringnut an den Seitenflächen des Zahnkranzes eingreift und den Zahnkranz in radialer Richtung sichert. Zur Übertragung des Drehmoments von dem Zahnkranz auf die Nabe oder umgekehrt, sind Schraubbolzen durch die Scheibe, den Zahnkranz und den ringförmigen Bund der Nabe geführt. Die Drehmomentübertragung ist nicht gleich um den Umfang der Nabe. Eine Selbstzentrierung der einzelnen Bauteile des Zahnrads und insbesondere der Schraubbolzen ist nicht gegeben, weshalb die Kraftübertragung in dem gebauten Zahnrad und der Montageablauf des gebauten Zahnrads nicht optimiert sind. Es ergeben sich Rundlauffehler des Schnecken- oder Schraubrades, die die Getriebefunktion stören und durch weitere Maßnahmen in einer Getriebebaugruppe kompensiert werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubrad zu schaffen, das einfach herstellbar ist und dessen Rundlauf verbessert ist.
Die Aufgabe wird mit einem Schraubrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass der Zahnkranz, die Nabe und die Welle als einstückiges Formteil gebildet sind und als Formteil aus einer Form in die die Welle des Schraubrades oder auch ein separat gebildeter Zahnkranz gelegt wurden und von dem in die Form gefüllten oder gespritzten Werkstoff umgeben ist, gebildet ist, ist ein montageloser Verbund zwischen der Welle und dem einstückig aus Nabe und Zahnkranz gebildeten Schraubrad gegeben, der wesentlich engere Toleranzen ermöglicht. Das Schraubrad besteht somit aus der Welle und dem darauf gespritzten oder gegossenen Formteil als Ganzes. Der Rundlauf der Anordnung aus Welle und Schraubrad verbessert sich erheblich, da die Toleranzkette insgesamt wesentlich verkürzt ist. Es lassen sich dadurch Kosten sparen, da Kompensationsmaßnahmen für den Rundlauf entfallen und umgebende Getriebebauteile einfacher konstruiert werden können.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Werkstoff, aus dem die Nabe und der Zahnkranz um die Welle geformt sind, kann ein Metallwerkstoff sein, wobei sowohl ein Eisenmetallwerkstoff, als auch ein Leichtmetallwerkstoff wie Aluminium oder Magnesium oder Titan und seine Legierungen in Frage kommen, wobei vorrangig bei der Wahl eines Metallwerkstoffs Aluminium und seine Legierungen in Frage kommen. Vorzugsweise ist die Welle aus Stahl gebildet.
Besonders zweckmäßig ist die Anwendung von thermoplastischen Kunststoffen zur Darstellung der Schraubrad-Komponenten außerhalb der Welle. Insbesondere eignen sich hier Spritzgussverfahren, wobei die Welle in die Form in der Art eines Kernes gelegt wird und der Zahnkranz und die Nabe als einstückiges Bauteil um die Welle gespritzt werden.
Der thermoplastische Kunststoff – möglich ist auch der Einsatz von Duroplasten – kann strukturverstärkt sein, etwa durch Zusatz von Glaskurzfasern oder Bor- oder Kevlarfasern oder Aramidfasern und dergleichen.
Besonders geeignet sind die wichtigsten technischen Thermosplaste, die Polyamide, wobei sich beim Einsatz von Thermoplasten auch die Möglichkeit ergibt, die Festigkeit oder Härte des Schraubrads über dessen radiale Erstreckung zu variieren. Polyamide besitzen hohe bis mittlere Festigkeit und mittlere Steifigkeit, geringe Härte, sowie gute Gleit- und Verschleißeigenschaften und Schlagzähigkeit. Es kommen neben dem Spritzgussverfahren auch Gießverfahren für Polyamide und viele andere Thermoplaste in Betracht.
Es kann zweckmäßig sein, einen Ethylen-/Tetrafluorethylen-Kunststoff zu wählen, der im Vergleich zu Polytetrafluor-Ethylen größere zwischenmolekulare Kräfte und dadurch größere mechanische Festigkeiten aufweist. Es kann ferner zweckmäßig sein, zur Darstellung des Schraubrades, Polyoxymethylen-Kunststoff, insbesondere POM-Homopolymerisate zu verwenden. Polyoxymethylen eignet sich besonders zum Herstellen eng tolerierter, maßhaltiger Kleinteile. Solche Kunststoffe lassen sich ferner durch Blockpfropfcopolymerisation, durch Legieren bzw. Mischen mit anderen Polymeren oder durch Zusatz verschiedenster Additive modifizieren. Dadurch lässt sich eine bessere Verschleißfestigkeit und Wärmestabilität erreichen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schraubrad als Schneckenrad gebildet und dient als Abtriebsglied in einem Aktuator eines Fremd- oder Hilfskraftlenksystems. An der Welle kann ein Ritzel drehfest festgelegt sein oder die Welle selbst kann als Ritzel gestaltet sein.
Bezugszeichenliste

1: Schraubrad
2: Welle
3: Nabe
4: Zahnkranz
5: Formteil
6: Schneckenrad
7: Ritzel
8: Lagersitz

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schraubrades mit einer als Ritzel ausgeführten Welle.
In 1 ist in einer schematisierten perspektivischen Schrägansicht, ein Schraubrad 1 mit einer Welle 2, die als Ritzel 7 gebildet ist, gezeigt. Das Schraubrad 1 ist als Schneckenrad 6 gebildet und für den Verzahnungseingriff einer Schnecke eines elektrischen Servomotors vorgesehen. Der Servomotor ist Teil einer elektrischen Hilfskraftlenkung und von einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung in Abhängigkeit von einem, an einem Torsionselement in einer Lenkwelle gemessenen Lenkmoment angesteuert. Mit Hilfe des gezeigten Schraubrads 1 wird ein Lenkhilfsmoment auf eine Lenkwelle oder ein Lenkgetriebe eingegeben.
Die das schrägverzahnte Ritzel 7 bildende Welle 2 ist aus Stahl gebildet und weist an den jeweiligen axialen Enden des Ritzels 7 Lagersitze 8 für Wälzlager auf, wobei die Wälzlager nicht gezeigt sind. Die Lagersitze 8 haben unterschiedliche Außendurchmesser, wobei derjenige in der Nähe des Schraubrads 1 etwa einen Durchmesser aufweist, den die Welle 2 auch in dem Schraubrad 1 einnimmt. Das Schraubrad 1 ist in Hybridbauweise einstückig erstellt, indem die vorgefertigte Stahlwelle 2 in eine Spritzgussform gelegt wird. Nach Schließen der, die gesamte Gestalt des Schraubrads 1, also dessen Nabenanteil 3 und dessen Zahnkranz 4, definierenden Spritzgussform, wird ein Polyamid 6-Kunststoff eingespritzt und ein Kraft- und/oder Formschluss mit der Welle 2 erzeugt. Das Schraubrad 1 läßt sich auch dadurch bilden, dass ein Zahnkranz 4 separat in einer Form erstellt wird und der Zahnkranz 4 und die Welle 2 anschließend in eine Spritzgussform oder dergleichen positioniert werden und der Freiraum zwischen Welle 2 und Zahnkranz 4 anschließend mit einem Werkstoff, der von dem der Welle 2 und des Zahnkranzes 4 verschieden sein kann, verfällt wird. Dadurch entsteht ein einstückiges Schraubrad 1 mit unter Umständen aus Komponenten aus drei verschiedenen Werkstoffen oder zumindest aus Werkstoffen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschafen. Das Schraubrad 1 ist somit als einstückiges Formteil 5 aus Kunststoff erstellt. Das Schraubrad 1 ermöglicht eine einfache Bauweise mit sehr engen Toleranzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19752075 A1 [0002]
- EP 1339596 B1 [0002]
- WO 01/44694 A1 [0003]

Claims

Schraubrad für ein Getriebe eines Lenksystems mit einer Welle (2), auf der eine Nabe (3) und ein Zahnkranz (4) des Schraubrades (1) drehfest festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (4) mit der Nabe (3) und der Welle (2) als einstückiges Formteil (5) einer zumindest teilweise um die Welle (2) gelegten Form, die mit einem flüssigen Werkstoff gefüllt ist, der nach dem Befüllen der Form erstarrt, gebildet ist, und mit der Welle (2) verbunden ist.
Schraubrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus einem Metallwerkstoff gebildet sind.
Schraubrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus einem Leichtmetallwerkstoff gebildet sind.
Schraubrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus einem Eisenmetallwerkstoff gebildet sind.
Schraubrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff gebildet sind.
Schraubrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff strukturverstärkt ist.
Schraubrad nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff über die radiale Erstreckung des Schraubrades (1) unterschiedliche Festigkeit oder Härte aufweist.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) des Schraubrades (1) Spritzgussteile aus einem Polyamid 6-Typ oder Polyamid 12-Typ oder aus einem anderen teilkristallinen Polyamid-Typ sind.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus Ethylen/Tetrafluorethylen-Kunststoff gebildet sind.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus Polyoxymethylen-Kunststoff gebildet sind.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Zahnkranz (4) aus teilkristallinem Polyethylenterephtalat (C-PET) gebildet sind.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubrad (1) ein Schneckenrad (6) für ein Lenkgetriebe ist.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) ein Ritzel (7) trägt.
Schraubrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubrad (1) Teil einer Fremd- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs ist.