DE102011050261A1

DE102011050261A1 - Spritzgussvorrichtung für eine globoidische verzahnung und verfahren zur herstellung einer globoidischen verzahnung

Info

Publication number: DE102011050261A1
Application number: DE201110050261
Authority: DE
Inventors: Guenter Krenz; Zdenek Frcek; Martin Krystof; Jürgen Bieber
Original assignee: Robert Bosch sro; ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch sro; Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012152579A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzgussvorrichtung für eine globoidische Verzahnung, insbesondere für eine Verzahnung in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, die eine Vielzahl von Profilsegmenten (15) aufweist, die jeweils ein Teil eines Zahnprofils aufweisen und kreisförmig ausrichtbar sind, so dass sich die Profilsegmente (15) auf einer radial nach innen gerichteten Seite zu einem Hohlraum ergänzen, in dem in einem Spritzgussprozess ein Werkstück (10) mit einer globoidischen Verzahnung formbar ist. Darüberhinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer globoidischen Verzahnung sowie die Verwendung eines Werkstücks mit einer globoidischen Verzahnung in einer Lenkhilfe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgussvorrichtung für eine globoidische Verzahnung, insbesondere für eine Verzahnung in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs. Darüberhinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer globoidischen Verzahnung sowie die Verwendung eines Werkstücks mit einer globoidischen Verzahnung in einer Lenkhilfe.
Bei einer Lenkhilfe wird die Lenkbewegung des Fahrers über eine Lenksäule von einer Dreh- in eine Längsbewegung übergeleitet. Dabei kommen unterschiedliche Anordnung für unterschiedliche Fahrzeugklassen zum Einsatz, d.h. von der Kleinstwagenklasse über die Mittel- und Oberklasse bis hin zum Transporter, die verschiedene Einbaulagen und Ausführungen erfordern.
So ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, dass bei Lenkhilfen Schneckenräder eingesetzt werden können. Schneckenräder sind allgemein aus Zylinderschneckengetrieben bekannt und können mit einer zylindrischen oder mit einer globoidischen Verzahnung ausgeführt sein. Die entsprechenden Begriffe und Bestimmungsgrößen für Schneckenräder werden für Zylinderschneckengetriebe mit sich rechtwinklig kreuzenden Achsen in der DIN 3975 (2002) angegeben. Während bei zylindrischen Zahnrädern mit Geradverzahnung oder mit Schrägverzahnung die Spitzen der Zähne auf einer Zylinderfläche liegen, weist eine globoidische Verzahnung die Form eines konkaven Kreisbogens auf.
Schneckenräder mit einer zylindrischen Verzahnung können auf einfache Weise in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden. Globoidische Verzahnungen erfordern jedoch aufgrund der komplizierteren Form eine aufwendigere Herstellung, die beispielsweise mittels eines spannabhebenden Verfahrens erfolgen kann. Globoidische Verzahnungen sind jedoch bezüglich ihrer Tragfähigkeit einer zylindrischen Verzahnung überlegen.
Folglich besteht auf dem Gebiet der Technik ein Bedarf, eine einfachere Herstellung für Werkstücke mit globoidischen Verzahnungen anzugeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgussvorrichtung zu schaffen, die eine Herstellung von globoidischen Verzahnungen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Spritzgussvorrichtung für eine globoidische Verzahnung, insbesondere für eine Verzahnung in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, gelöst, die eine Vielzahl von Profilsegmenten aufweist, die jeweils ein Teil eines Zahnprofils aufweisen und kreisförmig ausrichtbar sind, so dass sich die Profilsegmente auf einer radial nach innen gerichteten Seite zu einem Hohlraum ergänzen, in dem in einem Spritzgussprozess ein Werkstück mit einer globoidischen Verzahnung formbar ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Profilsegmente jeweils mit einer Führung versehen, die ein radiales oder ein radiales/axiales Wegfahren der Profilsegmente ermöglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungen der Profilsegmente trichterförmig angeordnet sind.
Ebenso können die Führungen der Profilsegmente schwenkbar angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Profilsegmente in ihrem Außenbereich mittels eines Spannrings oder mittels eines Führungsrings positioniert sind.
Das Werkstück mit einer globoidischen Verzahnung kann ein Zahnrad, ein Schraubrad oder ein Schneckenrad sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Werkstück einen Einleger auf, insbesondere einen Einleger aus einem härteren Material, beispielsweise aus einem anderen Kunststoff, aus Stahl oder Aluminium, der von der globoidischen Verzahnung umschlossen ist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer globoidischen Verzahnung, insbesondere für eine Verzahnung in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, gelöst, bei dem ein Spritzgusswerkzeug mit einer Vielzahl von Profilsegmenten bereitgestellt wird, die jeweils ein Teil eines Zahnprofils aufweisen und kreisförmig ausgerichtet werden, so dass sich die Profilsegmente auf einer radial nach innen gerichteten Seite zu einem Hohlraum ergänzen, der nachfolgend in einem Spritzgussprozess zu einem Werkstück mit einer globoidischen Verzahnung geformt wird.
Desweiteren wird ein Werkstück bzw. eine Verwendung eines Werkstücks mit einer globoidischen Verzahnung in einer Lenkhilfe angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Schnittbild einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Seitenansicht;
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Draufsicht; und
3 eine Seitenansicht eines Schneckenrads bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Unter Bezugnahme auf 1 wird im Folgenden eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die erfindungsgemäße Spritzgussvorrichtung für eine globoidische Verzahnung ist mit Bezugszeichen 5 versehen und ist insbesondere für eine Verzahnung 10 in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt die Spritzgussvorrichtung 5 in einem Schnittbild, wobei lediglich die für die erfindungsgemäße Lehre notwendigen Bestandteile angegeben werden. Für den kundigen Fachmann ist es jedoch verständlich, die gezeigte Vorrichtung um weitere Elemente zu ergänzen, die für einen wirkungsvollen Betrieb eventuell notwendig wären.
Die Spritzgussvorrichtung 5 weist eine Vielzahl von Profilsegmenten 15 auf, die jeweils auf ihrer Innenseite mit einem Teil eines Zahnprofils versehen sind. Die einzelnen Profilsegmente 15 sind kreisförmig ausrichtbar, so dass sich die Profilsegmente 15 auf einer radial nach innen gewandet Seite zu einem Hohlraum ergänzen, in dem in einem Spritzgussprozess das Werkstück 10 mit einer globoidischen Verzahnung formbar ist.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Profilsegmente 15 jeweils mit einer Führung 20 versehen sind, die ein radiales oder ein radiales/axiales Wegfahren der Profilsegmente 15 ermöglichen. Zur Verdeutlichung des Wegfahrens der Profilsegmente 15 sind dazu die fünf dem Betrachter zugewandten Profilsegmente 15 in einer anderen Position gezeigt. Allgemein können die Profilsegmente 15 beispielsweise in eine radiale Richtung weggefahren werden. Es ist aber auch denkbar, eine Kombination von radialem und axialem Wegfahren der Profilsegmente 15 zu ermöglichen.
Die Führungen 20 der Profilsegmente 15 sind in einem Grundkörper 30 der Spritzgussvorrichtung 5 befestigt. Um das oben beschriebene radiale Wegfahren zu ermöglichen, können die Führungen im Grundkörper 30 trichterförmig angeordnet sein. Der Begriff „trichterförmig” bezieht sich dabei auf eine gedachte Umhüllende der Führungen 20, die symmetrisch um die Mittelachse des zu formenden Werkstücks angeordnet sind und einen bestimmten Neigungswinkel zu der Mittelachse bilden.
Die Führungen 20 der Profilsegmente 15 können auch schwenkbar angeordnet sein, wobei eine entsprechende Schwenkeinrichtung, beispielsweise in Form eines Gelenkes, für jede Führung 20 in dem Grundkörper 30 vorgesehen ist.
Die Profilsegmente 15 sind in ihrem Außenbereich mittels eines Spannrings 25 positioniert. Der Spannring 25 ist mit dem Grundkörper 30 verbunden und ermöglicht eine präzise Ausrichtung der Profilsegmente 15 während des Spritzgussvorgangs.
Folglich wird eine Spritzgussvorrichtung 5 mit radial angeordneten Profilsegmenten 15 geschaffen, die exakt aufeinander abgestimmt und in einem konischen Ring zueinander positioniert sind.
Nach der Entformung durch Wegfahren der Profilsegmente 15 ist das gespritzte durch die globoidische Form mit Hinterschnitt behaftete Werkstück 10 als Zahnrad, als Schraubrad oder als Schneckenrad fertiggestellt.
Unter Bezugnahme auf 2 ist die Spritzgussvorrichtung 5 in einer Draufsicht gezeigt. Wie aus 2 hervorgeht, ergänzen sich die Profilsegmente 15 zu einer kreisförmigen Spritzgussform, in der das Werkstück 10 durch Einbringen von Kunststoff beispielsweise über die Anschlüsse 35 gebildet wird.
Ein Beispiel für das Werkstück 10 ist in 3 gezeigt. Dabei handelt es sich um ein Schneckenrad, das auf seiner Außenseite eine globoidische Verzahnung aufweist. Dies ist schematisch in 3 durch die Form der zwischen den Lücken 11 angeordneten Zähnen 12 angedeutet. Dabei ist für jeden Zahn 12 der Zahnkörper in einem Außenbereich 13 und einem Zentralbereich 14 unterschiedlich dick geformt.
Das Werkstück 10 kann dabei in einem Innenbereich einen Einleger aufweisen, der von der globoidischen Verzahnung umschlossen ist. Der Einleger dient der mechanischen Versteifung des Werkstücks 10 und ist aus einem härteren Material, beispielsweise aus einem anderen Kunststoff, aus Stahl oder Aluminium gefertigt. Bei dem Werkstück 10 kann es sich aber auch um einen Kunststoffzahnkranz handeln, dessen Innenbereich freiliegt.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer globoidischen Verzahnung wird das Spritzgusswerkzeug 5 bereitgestellt und nachfolgend wird in einem Spritzgussprozess das Werkstück mit einer globoidischen Verzahnung geformt. Dies ermöglicht eine kostengünstige, spanlose Herstelltechnologie für das einbaufertige Werkstück, bei dem die Außenhaut nicht verletzt ist, was einen günstigen Einfluss auf den Getriebe-Wirkungsgrad, die Festigkeit und den Verschleiß ausübt.
Das Werkstück 10 mit der globoidischen Verzahnung kann beispielsweise in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.
Bezugszeichenliste

5: Spritgussvorrichtung
10: Werkstück
11: Lücke
12: Zahn
13: Außenbereich
14: Zentralbereich
15: Profilsegment
20: Führung
25: Spannring/Führungsring
30: Grundkörper
35: Anschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 3975 (2002) [0003]

Claims

Spritzgussvorrichtung für eine globoidische Verzahnung, insbesondere für eine Verzahnung in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, die eine Vielzahl von Profilsegmenten (15) aufweist, die jeweils ein Teil eines Zahnprofils aufweisen und kreisförmig ausrichtbar sind, so dass sich die Profilsegmente (15) auf einer radial nach innen gerichteten Seite zu einem Hohlraum ergänzen, in dem in einem Spritzgussprozess ein Werkstück (10) mit einer globoidischen Verzahnung formbar ist.
Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Profilsegmente (15) jeweils mit einer Führung (20) versehen sind, die ein radiales oder ein radiales/axiales Wegfahren der Profilsegmente (15) ermöglichen.
Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Führungen (20) der Profilsegmente (15) trichterförmig angeordnet sind.
Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Führungen (20) der Profilsegmente (15) schwenkbar angeordnet sind.
Spritzgussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Profilsegmente (15) in ihrem Außenbereich mittels eines Spannrings (25) positioniert sind oder mittels eines Führungsrings axial gehalten und fixiert sind.
Spritzgussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Werkstück (10) mit einer globoidischen Verzahnung ein Zahnrad, ein Schraubrad oder ein Schneckenrad ist
Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Werkstück (10) einen Stahleinleger aufweist, der von der globoidischen Verzahnung umschlossen ist.
Verfahren zur Herstellung einer globoidischen Verzahnung, insbesondere für eine Verzahnung in einer Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Spritzgusswerkzeug mit einer Vielzahl von Profilsegmenten (15) bereitgestellt wird, die jeweils ein Teil eines Zahnprofils aufweisen und kreisförmig ausgerichtet werden, so dass sich die Profilsegmente (15) auf einer radial nach innen gerichteten Seite zu einem Hohlraum ergänzen, in dem nachfolgend in einem Spritzgussprozess ein Werkstück (10) mit einer globoidischen Verzahnung geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Profilsegmente (15) jeweils mit einer Führung (20) versehen sind, die ein radiales oder ein radiales/axiales Wegfahren der Profilsegmente (15) nach dem Formen des Werkstücks ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Führungen (20) der Profilsegmente (15) trichterförmig angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Führungen (20) der Profilsegmente (15) schwenkbar angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der die Profilsegmente (15) in ihrem Außenbereich mittels eines Spannrings (25) positioniert werden oder die Profilsegmente (15) in ihrem Außenbereich mittels eines Führungsrings axial gehalten und fixiert werden.
Werkstücks mit einer globoidischen Verzahnung, das gemäß Ansprüchen 8 bis 12 herstellbar ist.
Verwendung des Werkstücks mit einer globoidischen Verzahnung gemäß Anspruch 12 in einer Lenkhilfe.