DE102014115804A1

DE102014115804A1 - Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE102014115804A1
Application number: DE102014115804.0A
Authority: DE
Inventors: Ives Schnellmann
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: EP3212970A1; CN107000273A; CN107000273B; DE102014115804B4; WO2016066291A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneckenrad (4) für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung zur Anordnung auf einer Lenkwelle (1), umfassend einen Einleger (40), der zur Ausbildung eines Zahnkranzes (48) mit einem Kunststoff umspritzt ist, wobei der Zahnkranz (48) mindestens einen Anspritzabschnitt (45) umfasst, in dem mindestens ein Anspritzpunkt (44) angeordnet ist und der eine, in Richtung der Schneckenradachse (400) gemessen, erste Materialdicke aufweist, und der Zahnkranz (48) mindestens einen Rückstauabschnitt (43) umfasst, der eine, in Richtung der Schneckenradachse (400) gemessen, relativ zum Anspritzabschnitt reduzierte Materialdicke aufweist, wobei der Rückstauabschnitt (43) reduzierter Materialdicke zwischen einem Anspritzpunkt (44) und der äußeren Oberfläche der umlaufenden Verzahnung (49) angeordnet ist., wobei der Rückstauabschnitt (43) reduzierter Materialdicke durch mindestens ein Rückstauelement (42, 56) zum Aufstauen des Kunststoffs während des Umspritzens gebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung zur Anordnung auf einer Welle, wobei das Schneckenrad einen Einleger aufweist, der zur Ausbildung eines Zahnkranzes mit einem Kunststoff umspritzt ist.
Stand der Technik
Für den Einsatz elektromechanischer Hilfskraftlenkungen werden unter anderem Getriebe benötigt, welche ein Hilfsdrehmoment von einem Elektromotor auf eine Lenkwelle übertragen. Für gewöhnlich treibt der Elektromotor eine Schnecke an, welche mit einem auf der Lenkwelle drehfest angeordneten Schneckenrad in Eingriff steht. Das Schneckenrad umfasst in der Regel mindestens zwei Bauteilkomponenten, nämlich einen Einleger, welcher auf einer zu unterstützenden Welle drehfest angeordnet ist, und einem Kunststoffzahnkranz, welcher auf den Einleger aufgespritzt ist. Der Kunststoffzahnkranz ermöglicht es, Verzahnungslaufgeräusche gering zu halten sowie einen geringen Zahnflankenverschleiß über die gesamte Lebensdauer bereitzustellen. Dabei werden Einleger und Zahnkranz entweder aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Kunststoffen gefertigt. Um eine möglichst homogenes Kunststoffgefüge im Zahnkranz zu erhalten, wird dieser häufig mittels eines Schirmangusses gefertigt.
Die EP 1 780 445 A1 zeigt beispielsweise ein Zahnrad mit einem Einlegeteil, welches eine radiale Erhebung aufweist, wobei dieses Einlegeteil mit einem durch Umspritzen ausgebildeten Zahnkranz ergänzt ist. Nachteil der Lösung ist die radiale Anordnung der Erhebung, wodurch ungünstige Strömungsverhältnisse im Kunststoff beim Einspritzen entstehen, was zu einem inhomogenen Gefüge führen kann.
Die DE 10 2012 102 778 A1 und die DE 10 2012 102 780 A1 zeigen ein Zahnrad mit einem Zahnkranz, wobei dieser Zahnkranz entweder durch einen Schirmanguss oder durch einen Strangguss ausgebildet ist. Nachteilig an diesen Lösungen ist der hohe technische Aufwand zur Einhaltung hoher Toleranzanforderungen sowie die Problematik, eine ausreichend hohe Homogenität der Kunststoffumpritzung zu erreichen, um Bauteile mit einer hohen Lebensdauer bereitzustellen.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Schneckenrads mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Entsprechend wird Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung vorgeschlagen, das einen Einleger umfasst, der zur Ausbildung eines Zahnkranzes mit einem Kunststoff umspritzt ist, wobei der Zahnkranz konzentrisch zu einer Schneckenradachse angeordnet ist und an seiner äußeren Oberfläche eine umlaufende Verzahnung aufweist, wobei der Zahnkranz mindestens einen Anspritzabschnitt umfasst, in dem mindestens ein Anspritzpunkt angeordnet ist und der eine, in Richtung der Schneckenradachse gemessen, erste Materialdicke aufweist, und der Zahnkranz mindestens einen Rückstauabschnitt umfasst, der eine, in Richtung der Schneckenradachse gemessen, relativ zum Anspritzabschnitt reduzierte Materialdicke aufweist, wobei der Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke zwischen einem Anspritzpunkt und der äußeren Oberfläche der umlaufenden Verzahnung angeordnet ist.
Unter dem Einleger wird ein Grundkörper des Schneckenrades verstanden, der zur Ausbildung des Schneckenrades mit einem Zahnkranz mit einem Kunststoff umspritzt ist und weiterhin mit einer Welle verbindbar ist, beispielsweise einer Lenkwelle, um ein Moment, welches in das Schneckenrad eingetragen wird, übertragen zu können.
Unter einem Anspritzabschnitt wird ein Abschnitt verstanden, in dem sich zumindest ein Anspritzpunkt befindet. Unter einem Rückstauabschnitt wird ein von einem Anspritzabschnitt unterschiedlicher Abschnitt reduzierter Materialdicke verstanden.
Die Materialdicke des Zahnkranzes im Anspritzabschnitt und im Rückstauabschnitt wird in Richtung der Schneckenradachse jeweils zwischen der äußeren Oberfläche des Schneckenrads, d.h. des Zahnkranzes, und der an den Einleger angrenzenden Oberfläche des Zahnkranzes, d.h. der Oberfläche des Einlegers, gemessen.
Dadurch, dass zur Bildung des Zahnkranzes beim Aufspritzen des Kunststoffs auf den Einleger der Kunststoff mindestens einen Rückstauabschnitt mit reduzierter Materialdicke zwischen einem Anspritzpunkt und der äußeren Oberfläche der umlaufenden Verzahnung aufweist, lässt sich eine gleichmäßigere Ausbildung des Zahnkranzes, insbesondere der Zähne, erreichen. Entsprechend wird der Kunststoff in flüssiger Form auf den Einleger aufgebracht und zum Teil durch den Rückstauabschnitt mit reduzierter Materialdicke beim Durchströmen zurückgehalten. Fließt der Kunststoff während des Umspritzens zwischen dem Einleger und einem Werkzeug in radialer Richtung nach außen um eine Kavität zwischen dem Einleger und dem Werkzeug zu füllen, strömt die Kunststoffschmelze durch den Anspritzpunkt zunächst in den Anspritzabschnitt. Sobald der Anspritzabschnitt zumindest teilweise gefüllt ist, ist der Kunststoff gezwungen, den zumindest einen Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke zu passieren. Dabei bildet der zumindest eine Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke, der als Rückstauelement wirkt, eine Verengung der Kavität zwischen dem Einleger und dem Werkzeug, in radialer Richtung gesehen. Der Effekt der gleichmäßigeren Ausbildung des Zahnkranzes manifestiert sich auch darin, dass die Anzahl unterschiedlicher Fließfronten, die sich treffen, reduziert werden kann und entsprechend eine verbesserte innere Struktur des Kunststoffwerkstoffs erreicht werden kann.
Mit Aufspritzen des Kunststoffs ist gemeint, dass der Kunststoff in Form einer Kunststoffschmelze in ein Werkzeug eingebracht wird.
Durch den zumindest einen zweiten Abschnitt reduzierter Materialdicke ist eine gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes möglich. Durch den Rückstau können Kunststoffströme, welche von verschiedenen Anspritzpunkten ausgehen, schnell und unter einem definierten Druck zusammenfließen, so dass die Bildung von Trennlinien im Gefüge des Zahnkranzes verringert werden kann. Daraus ergeben sich verbesserte Festigkeitseigenschaften des Zahnkranzes, die in der äußeren Form des Schneckenrads mit dem axial dickeren und axial dünneren Segment ihren Niederschlag finden. Mit anderen Worten wird durch die vorgegebene Form ein homogeneres Kunststoffgefüge mit entsprechenden Festigkeiten erreicht, welches sonst nur mittels vergleichsweise aufwendiger anderer Verfahren erreicht werden kann.
Des Weiteren ermöglicht die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs zur Bildung des Zahnkranzes eine Verringerung des Auftretens von Rundlaufabweichungen oder Wälzsprüngen. Dadurch können die akustischen Eigenschaften des Zahnkranzes verbessert und Nebenerscheinungen, wie ein erhöhtes Durchdrehmoment vermieden werden.
Durch die Verwendung von zwei oder mehreren Rückstauabschnitten mit reduzierter Materialdicke als Rückstauelemente kann erreicht werden, dass die Fließfront des flüssigen Kunststoffs erst dann in die Bereiche der Zähne eintritt, wenn um den gesamten Umfang des Einlegers herum Kunststoffmaterial vorliegt, welches dann gemeinsam zur Ausbildung der Zähne verwendet wird.
Entsprechend wird bevorzugt ein Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung vorschlagen, das einen Einleger umfasst, der zur Ausbildung eines Zahnkranzes mit einem Kunststoff umspritzt ist, wobei der Zahnkranz konzentrisch zu einer Schneckenradachse angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß der Zahnkranz mindestens einen Abschnitt umfasst, der eine in Richtung der Schneckenradachse reduzierte Materialdicke aufweist, wobei der Abschnitt reduzierter Materialdicke durch mindestens zwei Rückstauelemente zum Aufstauen des Kunststoffs während des Umspritzens gebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Einleger mindestens ein Rückstauelement auf, welches in Richtung der Schneckenradachse hervorsteht, zur Darstellung des Rückstauabschnitts mit reduzierter Materialdicke.
Dabei bildet das mindestens eine Rückstauelement eine Verengung der Kavität zwischen dem Einleger und dem Werkzeug, in radialer Richtung gesehen. Dieser Bereich bildet somit den Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke zwischen einem Anspritzpunkt und der äußeren Oberfläche der umlaufenden Verzahnung des fertigen Zahnkranzes aus. Aufgrund des verringerten Abstands zwischen dem Einleger und dem Werkzeug, welcher auf das mindestens eine Rückstauelement zurückzuführen ist, ist eine gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes möglich.
Dadurch, dass der Einleger mindestens ein Rückstauelement aufweist, kann die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs bei der Bildung des Zahnkranzes durch die Geometrie des Einlegers begünstigt werden. Entsprechend weist der Einleger einen Bereich auf, nämlich im Anspritzabschnitt, in dem ein Anspritzpunkt angeordnet ist und welcher zur Aufnahme des Kunststoffs dient und welcher näher an der Schneckenradachse des Schneckenrads liegt. In diesem Bereich bildet sich entsprechend ein Rückstauabschnitt erhöhter Materialdicke aus. In radialer Richtung nach außen weist der Einleger bevorzugt das mindestens eine, in Richtung der Schneckenradachse hervorstehende Rückstauelement auf. Die Oberfläche eines Werkzeugs, welches dem Einleger gegenüber liegt und gemeinsam mit diesem die Kavität zur Bildung des Zahnkranzes bildet, kann eben sein. Entsprechend bedarf es keiner weiteren Modifikation des Werkzeugs zur Rückstauung des Kunststoffs unter Verwendung des Rückstauelements.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Zahnkranz mindestens eine Einformung in Richtung der Schneckenradachse auf, die gebildet wird durch ein Werkzeug zur Herstellung des Zahnkranzes, welches mindestens ein in Richtung der Schneckenradachse auf den Einleger zu hervorstehendes Rückstauelement aufweist, zur Darstellung des Rückstauabschnitts mit reduzierter Materialdicke.
Entsprechend wird die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs, welche auf dessen Rückstauung zurückzuführen ist, durch die Geometrie des Werkzeugs definiert. So stellt das Werkzeug einen Anspritzabschnitt bereit, welcher näher zu der Schneckenradachse liegt und welcher zur Aufnahme des Kunststoffs dient. Dieser Anspritzabschnitt bildet den Abschnitt erhöhter Materialdicke des Kunststoffmaterials nach dem Umspritzen aus. In radialer Richtung nach außen von diesem Anspritzabschnitt stellt das Werkzeug das mindestens eine Rückstauelement bereit, welches von dem Werkzeug in Richtung der Schneckenradachse auf den Einleger zu hervorsteht und dadurch den Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Einleger verringert. Dieser Abschnitt bildet den Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke des Kunststoffmaterials nach dem Umspritzen aus.
Die vorteilhaften Auswirkungen, welche sich aus dem Zurückstauen des Kunststoffs ergeben, können somit unabhängig von der Geometrie des Einlegers erzielt werden. Die Oberfläche des Zahnkranzes weist an der Stelle, an der das mindestens eine Rückstauelement bei der Herstellung angelegen hat, eine Einformung bzw. Einbuchtung auf. Die Einformung bzw. Einbuchtung weist entsprechend die negative Form des mindestens einen Rückstauelements auf.
Bevorzugt ist eine Anordnung, bei der zwei oder mehrere Rückstauabschnitte der reduzierten Materialdicke umfangsverteilt um die Schneckenradachse herum angeordnet sind. Dabei weist in einer bevorzugten Weiterbildung der durch die Rückstauelemente ausgebildeten Rückstauabschnitte reduzierter Materialdicke einen Radius auf, dessen Mittelpunkt in der Schneckenradachse liegt, wobei die Materialdicke des die Rückstauelemente ausgebildeten Rückstauabschnitts konstant oder variabel ist und bevorzugt in einer Mitte des Rückstauabschnitts am geringsten und von dort ausgehend in Umfangsrichtung allmählich ansteigend ausgebildet sind.
Der Radius des Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke resultiert aus einem Radius, welchen das mindestens eine Rückstauelement aufweist. Bei der Herstellung des Zahnkranzes kann sich der Kunststoff, welcher auf einen radialen Bereich aufgespritzt wird, der näher an der Schneckenradachse des Schneckenrads liegt, dadurch in radialer Richtung nach außen hin gleichförmig verteilen. So führt ein gekrümmtes Rückstauelement dazu, dass der Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke des Zahnkranzes, welcher in Folge des Aufspritzens des Kunststoffs ausgebildet wird, nahezu einen konstanten Abstand in radialer Richtung zu der Schneckenradachse des Schneckenrads aufweist. Entsprechend ergeben sich nahezu gleich lange Fließwege beziehungsweise Fließzeiten des Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes.
Insgesamt ermöglicht die gekrümmte Ausgestaltung des mindestens einen Rückstauelements nahezu gleich lange Fließwege beziehungsweise Fließzeiten für den Kunststoff von dem Anspritzbereich, an welchem der Kunststoff auf den Einleger aufgebracht wird, hin zu einem äußeren Umfangsbereich zur Ausbildung der Zähne der umlaufenden Verzahnung des Zahnkranzes.
Die sich in Umfangsrichtung verändernde Materialdicke des Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke ist auf eine sich verändernde Höhe des mindestens einen Rückstauelements zurückzuführen. Dies führt bei der Herstellung des Zahnkranzes zu einer gleichmäßigeren Verteilung des auf den Einleger aufgespritzten Kunststoffs. Der Kunststoff, welcher sich in der Regel von mindestens einem Anspritzpunkt aus auf dem Einleger verteilt, hat unterschiedlich weite Wege von dem Anspritzpunkt aus zurückzulegen, um zu dem äußeren Umfangsbereich des Zahnkranzes zu gelangen. Die unterschiedliche Höhe des in Umfangsrichtung angeordneten Rückstauelements begünstigt trotz unterschiedlich langer Fließwege eine nahezu gleichmäßige Ausbreitung einer Fließfront des Kunststoffs. Die unterschiedliche Höhe des mindestens einen Rückstauelements führt zu einem unterschiedlichen Abstand zwischen dem Einleger und dem Werkzeug im Bereich des Rückstauelements. Entsprechend ist es vorteilhaft das mindestens eine Rückstellelement derart zu gestalten, dass der geringste Fließweg des Kunststoffs radial nach außen hin zu dem Bereich der Zähne des Zahnkranzes den höchsten Punkt des Rückstauelements passieren muss und der längste Fließweg des Kunststoffs radial nach außen hin zu dem Bereich der Zähne des Zahnkranzes den niedrigsten Punkt des mindestens einen Rückstauelements passieren muss.
Je niedriger die Höhe des mindestens einen Rückstauelements ausfällt, umso mehr Kunststoff kann zur gleichen Zeit zwischen dem Einleger und dem Werkzeug in radialer Richtung nach außen hin zu dem Bereich der Zähne des Zahnkranzes strömen. Auf diese Weise können unterschiedlich lange Fließwege, welche der Kunststoff von einem Anspritzpunkt, welcher näher zur Mittenachse des Schneckenrads, auch Schneckenradachse genannt, liegt, hin zu dem äußeren Umfangsbereich des Zahnkranzes ausgeglichen werden, so dass sich der Kunststoff mit einer nahezu möglichst gleichmäßig ausbreitenden Fließfront zur Ausbildung des Zahnkranzes verteilt.
Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass ein maximal langer Fließweg vom Anspritzpunkt des Kunststoffs hin zu einem äußeren Umfangsbereich des auszubildenden Zahnkranzes kein Rückstauelement passieren muss und beispielsweise an diesem vorbei verläuft. Insgesamt kann so die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes positiv durch die Geometrie des mindestens einen Rückstauelements, insbesondere durch dessen Höhe, beeinflusst werden.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der durch das mindestens eine Rückstauelement ausgebildete Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke ein Kreisring oder ein Kreisringabschnitt, welcher konzentrisch zu der Schneckenradachse angeordnet ist. So lässt sich eine symmetrische Ausbildung des Rückstauelements erreichen und eine noch gleichmäßigere Ausbreitung der Kunststofffließfront erreichen.
Weiterhin bevorzugt weist der Einleger radial nach innen jedes durch das mindestens eine Rückstauelement ausgebildeten Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke mindestens einen Anspritzpunkt zum Aufspritzen des Kunststoffs auf, wobei der mindestens eine Anspritzpunkt mittig zu dem durch das mindestens eine Rückstauelement ausgebildeten Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke angeordnet ist.
Da der Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke durch ein Rückstauelement gebildet ist, wird sichergestellt, dass der Fließweg des Kunststoffs hin zu dem Randbereich des auszubildenden Zahnkranzes über das mindestens eine Rückstauelement verläuft. Für den Fall, dass mehrere Rückstauelemente bereitgestellt sind und für jedes Rückstauelement ein Anspritzpunkt vorgesehen ist, kann jedes Rückstauelement an den jeweiligen Anspritzpunkt angepasst sein. Das heißt, jedes Rückstauelement kann in Bezug auf Höhe, Krümmung und dergleichen derart geformt sein, dass es für eine sich noch gleichmäßigere ausbreitende Fließfront des Kunststoffs in radialer Richtung nach außen hin zu dem Bereich der Zähne des Zahnkranzes auf einen entsprechenden Anspritzpunkt abgestimmt ist.
Durch die mittige Anordnung des Anspritzpunkts ist eine gleichmäßige Ausbreitung der Fließfront des Kunststoffs nach dem Rückstauelement radial nach außen hin möglich. Insbesondere kann sich der Kunststoff dadurch, nachdem er das mindestens eine Rückstauelement passiert hat, in Bezug auf die Mitte des Rückstauelements symmetrisch ausbreiten und somit zur verbesserten Homogenität des Kunststoffgefüges im Zahnkranz beitragen.
Bei der Herstellung des Schneckenrads ist der Kunststoff, welcher in einem Bereich auf den Einleger aufgespritzt wird, welcher näher zu der Schneckenradachse des Schneckenrads liegt, und radial nach außen hin zur Ausbildung des Zahnkranzes strömt, gezwungen, das Rückstauelement zu passieren, so dass zwangsläufig ein Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke erzeugt wird.
Bevorzugt ist ein radial nach innen gegenüber dem Rückstauabschnitt reduzierter Materialdicke angeordneter Anspritzabschnitt erhöhter Materialdicke vorgesehen. In dem Anspritzabschnitt erhöhter Materialdicke kann der Kunststoff beim Umspritzen zunächst den Einleger umfließen, bevor er in den Bereich der Zähne fließt.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Einleger radial nach innen zu dem mindestens einen Rückstauelement eine radial umlaufende oder in Teilsegmente unterteilte Nut zum Aufnehmen des Kunststoffs beim Umspritzen, wobei die Nut bevorzugt einen Anspritzabschnitt erhöhter Materialdicke des Zahnkranzes ausbildet.
Dadurch kann der auf den Einleger aufgebrachte Kunststoff noch gleichmäßiger vor dem mindestens einen Rückstauelement verteilt werden. Entsprechend gelangt der Kunststoff, beispielsweise in Form eines Freistrahls, zunächst in die auf dem Einleger angeordnete Nut und beginnt sich erst an Rückstauelement anzustauen, nachdem sich der Kunststoff in der Nut verteilt hat.
Die Nut kann in mindestens einem Teilsegment, welches beispielsweise der Länge des mindestens einen Rückstauelements entspricht, oder ringförmig um die Mittenachse des Schneckenrads in dem Einleger angeordnet sein.
Dadurch, dass sich die umlaufende oder in Teilsegmente unterteilte Nut über die gesamte Länge des mindestens einen Rückstauelements erstreckt, kann sich der Kunststoff gleichmäßig über die gesamte Länge des mindestens einen Rückstauelements anstauen, bevor er über dieses hinweg in radialer Richtung nach außen hin zu dem Bereich der auszubildenden Zähne des Zahnkranzes fließt.
Entsprechend wird die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes zusätzlich durch die Bereitstellung einer umlaufenden oder in Teilsegmente unterteilten Nut begünstigt. Da sich die Fließfront des Kunststoffs, von der Nut aus, welche nahezu parallel zu dem mindestens einen Rückstauelement verläuft, ausbildet, ist es möglich, das mindestens eine Rückstauelement mit einer konstanten Höhe auszubilden. Insgesamt kann aufgrund einer gleichmäßigen Verteilung des Kunststoffs, bevor dieser sich an dem mindestens einen Rückstauelement anstaut, sowie einer gleichmäßigen Verteilung des Kunststoffs, nachdem dieser das mindestens eine Rückstauelement passiert hat, ein Zahnkranz mit einem annähernd homogenen Kunststoffgefüge gebildet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Materialdicke des Anspritzabschnitts erhöhter Materialdicke in einem inneren radialen Bereich näher zu der Schneckenradachse größer als eine Materialdicke des durch das mindestens eine Rückstauelement ausgebildeten Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke.
Über den Verlauf der Materialdicke in radialer Richtung nach außen können die mechanischen Eigenschaften des Schneckenrads und insbesondere die des Zahnkranzes festgelegt werden. Nimmt die Materialdicke in radialer Richtung nach außen hin zu, ist der Zahnkranz, und insbesondere die Zähne des Zahnkranzes, stärker von den mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs, welcher zur Ausbildung des Zahnkranzes dient, geprägt, als wenn Materialdicke in radialer Richtung nach außen konstant gering gehalten wird. In letzterem Fall werden mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise die Steifigkeit des Schneckenrads, im Wesentlichen durch das Material des Einlegers definiert.
Darüber hinaus kann durch die Wahl des Verlaufes der Materialdicke in radialer Richtung nach außen hin auch auf das Fließverhalten beziehungsweise Erstarrungsverhalten des aufgespritzten Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes Rücksicht genommen werden.
Weiterhin ist es dadurch möglich, dass bei der Herstellung des Zahnkranzes der Kunststoff, welcher zur Ausbildung des Zahnkranzes dient, sich zunächst in dem inneren radialen Bereich näher zur Schneckenradachse des Zahnkranzes ansammelt, nämlich im Anspitzbereich. Dieser Bereich wird in Bezug auf die Richtung der Schneckenradachse des Schneckenrads von der Oberfläche des Einlegers und einer inneren Oberfläche des Werkzeugs festgelegt. In radialer Richtung nach außen hin grenzt dieser Bereich an das mindestens eine, in axialer Richtung hervorstehende Rückstauelement an, an welchem sich der Kunststoff anstaut, bevor er durch den deutlich geringeren Abstand zwischen Werkzeug und Einleger über das Rückstauelement in radialer Richtung nach außen hin zu dem Bereich der Zähne des Zahnkranzes fließt.
Je größer die Dicke des Anspritzabschnitts erhöhter Materialdicke zwischen dem Einleger und der Stirnseite des Zahnkranzes im inneren radialen Bereich näher zur Mittenachse des Schneckenrads ist, im Vergleich zu der Dicke des Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke zwischen dem Einleger und der Stirnseite des Zahnkranzes in einem äußeren radialen Bereich näher zu einem Schneckenradzahn, welcher dem Bereich entspricht, der durch das Rückstauelement erzeugt worden ist, umso größer ist der Druck, mit welchem der Kunststoff über das Rückstauelement in radialer Richtung nach außen zur Ausbildung der Zähne des Zahnradkranzes geströmt ist. Durch Erhöhung des Drucks, mit welchem der Kunststoff durch den Abstand zwischen dem Einleger und der Stirnseite des auszubildenden Zahnkranzes beziehungsweise der inneren Oberfläche eines Werkzeugs fließt, kann einer Lunkerbildung oder einer ungewollten vorzeitigen Erstarrung des Kunststoffs entgegengewirkt werden.
Versuche haben gezeigt, dass die Materialdicke des Anspritzabschnitts erhöhter Materialdicke in einem inneren radialen Bereich näher zu der Schneckenradachse bevorzugt dreifach so groß ist, wie die Materialdicke des durch das Rückstauelement ausgebildeten Rückstauabschnitts reduzierter Materialdicke.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schneckenrads gemäß einem der vorhergehenden Aspekte angegeben, wobei ein Einleger auf einer Welle oder Nabe angeordnet wird, und der Einleger zur Ausbildung eines Zahnkranzes mit einem Kunststoff umspritzt wird. Erfindungsgemäß wird der Kunststoff während des Umspritzens an einem Rückstauelement gestaut.
Mit Hilfe dieses Verfahrens werden auch die oben bezüglich des Schneckenrads dargestellten Vorteile erreicht.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Rückstauelement am Einleger angeordnet. Dadurch kann die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs bei der Bildung des Zahnkranzes durch die Geometrie des Einlegers begünstigt werden. Entsprechend weist der Einleger einen radialen Bereich auf, welcher zur Aufnahme des Kunststoffs dient und näher an einer Schneckenradachse des Schneckenrads liegt. In radialer Richtung nach außen daran angrenzend weist der Einleger das mindestens eine, in axialer Richtung hervorstehende Rückstauelement auf. Die Oberfläche eines Werkzeugs, welches dem Einleger gegenüber liegt und gemeinsam mit diesem die Kavität zur Bildung des Zahnkranzes bildet, kann eben sein. Entsprechend bedarf es keiner weiteren Modifikation des Werkzeugs zur Rückstauung des Kunststoffs.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Rückstauelement an einem Werkzeug bevorzugt an einem Oberwerkzeug, angeordnet.
Entsprechend wird die annähernd gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs, welche auf dessen Rückstauung zurückzuführen ist, durch die Geometrie des Werkzeugs definiert. So stellt das Werkzeug ein radiales Segment bereit, welches näher zu der Schneckenradachse des Schneckenrads liegt und zur Aufnahme des Kunststoffs dient. In radialer Richtung nach außen stellt das Werkzeug das mindestens eine Rückstauelement bereit, welches in axialer Richtung, in Bezug auf das Schneckenrad, hervorsteht, und den Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Einleger verringert. Die vorteilhaften Auswirkungen, welche sich aus dem Zurückstauen des Kunststoffs ergeben, können somit unabhängig von der Geometrie des Einlegers erzielt werden. Die Oberfläche des fertigen Zahnkranzes weist an der Stelle, an der das Rückstauelement bei der Herstellung angelegen hat, eine Einformung bzw. Einbuchtung auf. Die Einformung bzw. Einbuchtung weist entsprechend die negative Form des mindestens einen, nicht mehr am fertigen Bauteil vorhandene, Rückstauelements auf.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs mit einer Hilfskraftunterstützung;
2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Hilfskraft in einer Kraftfahrzeuglenkung;
3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Schneckenrads;
4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Einlegers zur Herstellung eines Schneckenrads;
5 eine schematische Draufsicht eines Schneckenrads;
6 schematisch eine Schnittansicht des Schneckenrads der vorstehenden Figur entlang des in 5 gezeigten Schnitts A-A;
7 schematisch eine Detailansicht eines Schnitts durch ein Schneckenrad der vorstehenden Figuren, wobei das Schneckenrad von einem Werkzeug umgeben ist;
8 schematisch eine Teilansicht eines Einlegers zur Herstellung eines Schneckenrads der vorstehenden Figuren;
9 schematisch einen Einleger zur Herstellung eines Schneckenrads der vorstehenden Figuren, welcher auf einer Lenkwelle angeordnet ist;
10 schematisch eine Detailansicht eines Schnitts eines Schneckenrads der vorstehenden Figuren, wobei das Schneckenrad von einem Werkzeug umgeben ist; und
11 schematisch eine Teilansicht eines Einlegers zur Herstellung eines Schneckenrads der vorstehenden Figuren.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.
In 1 ist eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeuglenkung 100 gezeigt, wobei ein Fahrer über ein Lenkrad 102 ein entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in eine Lenkwelle 1 einbringen kann. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 1 auf ein Lenkritzel 104 übertragen, welches mit einer Zahnstange 106 kämmt, die dann ihrerseits über entsprechende Spurstangen 108 den vorgegebenen Lenkwinkel auf die lenkbaren Räder 110 des Kraftfahrzeugs überträgt.
Eine elektrische und/oder hydraulische Hilfskraftunterstützung kann in Form der mit der Lenkwelle 1 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 112, der mit dem Ritzel 104 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 114 und/oder der mit der Zahnstange 106 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 116 vorgesehen sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 trägt eine Hilfskraft in die Lenkwelle 1, das Lenkritzel 104 und/oder die Zahnstange 106 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in der 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 112, 114 und 116 zeigen mögliche Positionen für deren Anordnung.
Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Hilfskraft, welche zur Unterstützung des Fahrers mittels der jeweiligen Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 aufgebracht werden soll, wird unter Berücksichtigung eines von einem Drehmomentsensor 118 ermittelten Eingangsdrehmoments bestimmt. Alternativ oder in Kombination mit der Einbringung der Hilfskraft kann mit der Hilfskraftunterstützung 112, 114, 116 ein zusätzlicher Lenkwinkel in das Lenksystem eingebracht werden, der sich mit dem vom Fahrer über das Lenkrad 102 aufgebrachten Lenkwinkel summiert.
Die Lenkwelle 1 weist eine mit dem Lenkrad 102 verbundene Eingangswelle 10 und eine mit der Zahnstage 106 über das Lenkritzel 104 verbundene Ausgangswelle 12 auf. Die Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 12 sind drehelastisch über einen in der 1 nicht zu erkennenden Drehstab miteinander gekoppelt. Damit führt ein von einem Fahrer über das Lenkrad 102 in die Eingangswelle 10 eingetragenes Drehmoment immer dann zu einer Relativdrehung der Eingangswelle 10 bezüglich der Ausgangswelle 12, wenn die Ausgangswelle 12 sich nicht exakt synchron zu der Eingangswelle 10 dreht. Diese Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 kann beispielsweise über einen Drehwinkelsensor gemessen werden und entsprechend aufgrund der bekannten Torsionssteifigkeit des Drehstabes ein entsprechendes Eingangsdrehmoment relativ zur Ausgangswelle bestimmt werden. Auf diese Weise wird durch die Bestimmung der Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 der Drehmomentsensor 118 ausgebildet. Ein solcher Drehmomentsensor 118 ist prinzipiell bekannt und kann beispielsweise in Form eines Drehschiebeventils, einer elektromagnetischen oder anderen Messung der Relativverdrehung realisiert werden.
Entsprechend wird ein Drehmoment, welches von dem Fahrer über das Lenkrad 102 auf die Lenkwelle 1 beziehungsweise die Eingangswelle 10 aufgebracht wird, nur dann den Eintrag eines Hilfsdrehmoments durch eine der Hilfskraftunterstützungen 112, 114, 116 hervorrufen, wenn die Ausgangswelle 12 gegen den Drehwiderstand des Drehstabs relativ zu der Eingangswelle 10 verdreht wird.
Der Drehmomentsensor 118 kann auch alternativ an der Position 118‘ angeordnet sein, wobei dann die Durchbrechung der Lenkwelle 1 in Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 und die drehelastische Kopplung über den Drehstab entsprechend an einer anderen Position vorliegt, um aus der Relativverdrehung der über den Drehstab mit der Eingangswelle 10 gekoppelten Ausgangswelle 12 eine Relativdrehung und damit entsprechend ein Eingangsdrehmoment und/oder eine einzutragende Hilfskraft bestimmen zu können.
Die Lenkwelle 1 in der 1 umfasst weiterhin mindestens ein kardanisches Gelenk 120, mittels welchem der Verlauf der Lenkwelle 1 im Kraftfahrzeug an die räumlichen Gegebenheiten angepasst werden kann.
In 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung 2 zum Aufbringen einer Hilfskraft in einer Kraftfahrzeuglenkung gezeigt. Ein Schneckenrad 4 ist vorgesehen, welches mit einer Lenkwelle 1, die schematisch gezeigt ist, verbunden ist. Eine Drehung des Schneckenrades 4 um seine Rotationsachse, die auch als Schneckenradachse 400 bezeichnet wird, die hier durch die Lenkwelle 1 ausgebildet ist, bewirkt den Eintrag einer Hilfskraft beziehungsweise einer Zusatzkraft auf die Lenkwelle 1, um entsprechend eine Hilfskraft beziehungsweise einen Zusatzlenkwinkel in den Lenkstrang einzubringen.
Das Schneckenrad 4 wird über eine Antriebsschnecke 22 angetrieben, welche ihrerseits über einen schematisch dargestellten Elektromotor 24 angetrieben ist, wobei der Abtrieb 240 des Elektromotors 24 entsprechend zur Drehmomentübertragung mit der Antriebsschnecke 22 gekoppelt ist. Die Achse der Antriebsschnecke 220 und die Schneckenradachse 400 schneiden sich dabei nicht. Die Antriebsschnecke 22 ist bevorzugt aus gehärtetem Stahl gefertigt.
In der Schnittdarstellung der 2 ist ein Gehäuse 3 der Vorrichtung zum Aufbringen einer Hilfskraft 2 gezeigt, wobei das Gehäuse 3 ein erstes Wälzlager 26 aufnimmt, welches die Abtriebswelle 240 des Elektromotors 24 radial abstützt. Weiterhin ist ein zweites Wälzlager 28 vorgesehen, in welchem das antriebsseitige Ende der Antriebsschnecke 22 radial abgestützt ist.
Das dem Abtrieb 240 des Elektromotors 24 gegenüberliegende Ende der Antriebsschnecke 22 ist in einer Lagervorrichtung 29 gelagert, welche neben der radialen Lagerung der Antriebsschnecke 22 auch einen Winkelausgleich ermöglicht.
3 zeigt ein Schneckenrad 4, welches auf einer Lenkwelle 1 angeordnet ist. Das Schneckenrad 4 weist einen Einleger 40 und einen Zahnkranz 48 auf, der konzentrisch zur Schneckenradachse 400 angeordnet ist und der durch Umspritzen des Einlegers 40 mit einem Kunststoff ausgebildet ist. Der Zahnkranz 48 kämmt im Betrieb mit der Antriebsschnecke 22.
Der Einleger 40 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoff, welcher auf die Lenkwelle 1 aufgespritzt worden ist. Alternativ kann der Einleger 40 auch unabhängig von der Lenkwelle 1 erzeugt werden und in einem weiteren Verfahrensschritt drehfest auf der Lenkwelle 1 angeordnet werden. Der auf der Lenkwelle 1 angeordnete Einleger 40 ist mit einem Kunststoff umspritzt, welcher den eigentlichen Zahnkranz 48 bildet, der dann mit der Antriebsschnecke 22 in Verbindung kommt. Dabei handelt es sich bei den verwendeten Kunststoffen für den Einleger 40 und den Zahnkranz 48 um unterschiedliche Kunststoffe oder auch Hochleistungskunststoffe.
Alternativ können für den Einleger 40 und den Zahnkranz 48 auch der gleiche Kunststoff verwendet werden.
4 zeigt den Einleger 40 in einer Rohform, in welcher dieser noch nicht mit dem Kunststoff zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 umspritzt worden ist. Der Einleger 40 weist an einer äußeren Umfangsoberfläche die Grundform einer Schrägverzahnung für das herzustellende Schneckenrad 4 auf. In der Mitte des Einlegers 40 befindet sich eine Nabe 41 zur Anbindung an die Lenkwelle. Auf einer Stirnseite des Einlegers 40 sind mehrere Anspritzpunkte 44 zum Aufspritzen des Kunststoffs zur Bildung des Zahnkranzes angeordnet. Die Anspritzpunke 44 sind zueinander unter einem Winkel von 60° beabstandet und liegen auf derselben Kreisbahn, welche konzentrisch zur Schneckenradachse 400 umläuft. Alternativ können die Anspritzpunkte 44 auch unter einem anderen Winkel in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein.
Darüber hinaus sind die Anspritzpunkte 44 in einer umlaufenden Nut 46 auf dem Einleger 40 angeordnet. Die Nut 46 bildet einen Anspritzabschnitt und ermöglicht, dass der zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 aufgespritzte Kunststoff sich ausgehend von den Anspritzpunkten 44 um den ganzen Umfang des Einlegers 40 herum verteilen kann. Entsprechend wird beim Aufspritzen des Kunststoffs zunächst die Nut 46 gefüllt, so dass ein radiales Ausströmen der Kunststoffschmelze um den Umfang des Einlegers 40 herum gleichmäßig stattfinden kann.
In radialer Richtung von der Nut 46 nach außen sind Rückstauelemente 42 zum Anstauen des über die Anspritzpunkte 44 in die Nut 46 aufgespritzten Kunststoffs angeordnet. Die Rückstauelemente 42 sind sich in Umfangsrichtung erstreckende, in Richtung der Schneckenradachse 400 hervorstehende Vorsprünge, welche dazu dienen, den Abstand zwischen dem Einleger 40 und einem Werkzeug zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 zu verringern und somit den aufgespritzten Kunststoff in dem inneren Bereich vor dem Rückstauelement 42 anzustauen. Die Rückstauelemente 42 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung auf einem gemeinsamen Kreisumfang angeordnet, dessen Mittelpunkt die Schneckenradachse 400 bildet. Dabei ist der Mittelpunkt eines Rückstauelements 42 von dem Mittelpunkt eines benachbarten Rückstauelements um 60° beabstandet. Alternativ kann zwischen den Mittelpunkten der Rückstauelemente 42 auch ein anderer Abstand vorliegen.
Ferner weist der Einleger 40 eine innenliegende Fließbegrenzung 47 auf, welche sich in axialer Richtung, also in Richtung der Schneckenradachse 400, erstreckt und eine ringförmige Barriere bildet, welche verhindert, dass aufgespritzter Kunststoff radial nach innen in Richtung der Schneckenradachse 400 beziehungsweise in Richtung der Nabe 41 fließen kann. Die Fließbegrenzung 47 schließt entsprechend mit dem Werkzeug abdichtend ab.
5 zeigt ein Schneckenrad 4, wobei auf den Einleger 40 der Zahnkranz 48 aufgespritzt ist. Von der Nabe 41 erstreckt sich ringförmig radial nach außen der Einleger 40. Die Fließbegrenzung 47 des Einlegers 40 bildet an einer Oberfläche des Schneckenrads 4 die Grenze zu dem Zahnkranz 48. Auf dem Zahnkranz 48 sind die Anspritzpunkte 44 zu erkennen, welche nach dem Erstarren des Kunststoffs, welcher den Zahnkranz 48 bildet, nachbearbeitet worden sind, beziehungsweise von einem Anguss getrennt worden sind. Die Anspritzpunkte 44 sind auf einem Kreisumfang mit einem Kreismittelpunkt in der Schneckenradachse 400 um 60° gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet. Der Zahnkranz 48 weist in einem äußeren Umfangsbereich eine fertige Form der Schrägverzahnung auf, welche im Betrieb mit der Antriebsschnecke 22 in Eingriff kommen.
6 zeigt eine Schnittansicht des Schneckenrads 4 entlang des Schnitts A-A aus 5. Der Einleger 40 ist in seinem äußeren Umfangsbereich vollständig von dem Zahnkranz 48 umgeben. Der Kunststoff des Zahnkranzes 48 bildet dabei die Oberfläche jedes Zahns der umlaufenden Verzahnung 49. Der ausgehärtete Kunststoff des Zahnkranzes 48 grenzt an die Fließbegrenzung 47 und erstreckt sich über das Rückstauelement 42 hinweg in radialer Richtung nach außen.
Die Nut 46 des Einlegers 40 ist vollständig mit dem ausgehärteten Kunststoff 48 gefüllt und bildet einen Anspritzabschnitt 45 erhöhter Materialdicke aus. Zwischen dem Boden der Nut 46 und einer Oberseite des Zahnkranzes 48 besteht entsprechend eine Materialdicke S in Richtung der Schneckenradachse 400. Zwischen dem Rückstauelement 42 und der Oberseite des Zahnkranzes 48 ist ein Rückstauabschnitt 43 reduzierter Materialdicke t ausgebildet.
Die Materialdicke S zwischen dem Boden der Nut 46 und der Oberseite des Zahnkranzes 48 ist ca. doppelt so großrim Vergleich zur Materialdicke t, die durch den Abstand des Rückstauelements 42 von der Oberseite des Zahnkranzes 48 gebildet ist. Mit anderen Worten weist der Kunststoff des Zahnkranzes 48, mittels welchem der Einleger 40 umspritzt ist, unterschiedliche Materialdicken auf und weist besonders einen Rückstauabschnitt 43 reduzierter Materialdicke t in dem Bereich auf, in welchem das Rückstauelement 42 vorgesehen ist.
7 zeigt eine Detailansicht, in welcher sich der Einleger 40 in einem Werkzeug 5 befindet. Das Werkzeug 5 besteht aus einem Oberwerkzeug 50 und einem Unterwerkzeug 52. In dem Oberwerkzeug 50 ist ein Anguss 54 bereitgestellt, durch welchen der Kunststoff auf den Einleger 40 aufgespritzt wird. Zwischen dem Werkzeug 5 und dem Einleger 40 ist eine Kavität bereitgestellt, in welcher der Kunststoff fließen kann. Die Pfeile in 7 zeigen dabei die Fließrichtung des Kunststoffs an.
In dem in 7 gezeigten Zustand ist ein entfernter Bereich der Kavität auf Höhe des Unterwerkzeugs 52 zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 bereits mit Kunststoff gefüllt.
Den Pfeilen ist zu entnehmen, dass der vom Anguss 54 strömende Kunststoff zunächst die Nut 46 ausfüllt, bevor er in den engeren Bereich zwischen dem Rückstauelement 42 und dem Oberwerkzeug 50 fließt. Entsprechend wird der Kunststoff aufgrund des Rückstauelements 42 zunächst im Bereich der Nut 46 zurückgehalten. Durch den anschließenden Fluss des Kunststoffs durch den verengten Bereich zwischen dem Rückstauelement 42 und dem Oberwerkzeug 50 ist eine gleichmäßige Verteilung des Kunststoffs zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 mit einer annähernd homogenen Fließfront in Umfangsrichtung möglich. Nachdem der Kunststoff das Rückstauelement 42 passiert hat, fließt er von den verschiedenen Anspritzpunkten 44 kommend schnell und unter einem gewissen Druck zusammen, wodurch die Bildung von Trennlinien verringert werden kann.
8 zeigt eine Teilansicht des Einlegers 40 die zeigt, wie der aufgespritzte Kunststoff, ausgehend von dem Anspritzpunkt 44 auf der Oberfläche des Einlegers 40 fließt. Die Fließwege des Kunststoffs sind dabei durch Pfeile angedeutet. Die gestrichelten Pfeile stellen die Fließwege des Kunststoffs, ausgehend von den Anspritzpunkten 44 über die Rückstauelemente 42 hin zu dem Umfangsbereich des auszubildenden Zahnkranzes 48 dar. Die durchgezogenen Pfeile stellen die Fließwege des Kunststoff, ausgehend von den Anspritzpunkten 44 entlang zwischen den Rückstauelementen 42 und der Fließbegrenzung 47 hin zu einem äußeren Umfangsbereich zur Ausbildung des Zahnkranzes 48, dar. Dabei tritt der Kunststoff an einer Stelle des Einlegers in radialer Richtung nach außen, an welcher der Einleger kein Rückstauelement 42 aufweist.
Die Rückstauelemente 42 bewirken, dass trotz unterschiedlich langer Fließwege der Kunststoff umlaufend nahezu zeitgleich in dem äußeren Umfangsbereich zur Ausbildung der Zähne der umlaufenden Verzahnung 49 des Zahnkranzes 48 strömt. Entsprechend wird der Kunststoff, welcher entlang der kürzeren Fließwege, welche über die gestrichelten Pfeile dargestellt sind, fließt, zunächst an den Rückstauelementen 42 zurückgehalten, um die Ausbreitung in radialer Richtung nach außen hin zur Ausbildung der Zähne der umlaufenden Verzahnung 49 des Zahnkranzes 48 zu verzögern.
Um auch eine möglichst gleichmäßige Ausbreitung des Kunststoffs über die Länge der Rückstauelemente 42 hinweg zu ermöglichen, können diese eine variierende Höhe aufweisen.
Derartige Rückstauelemente 42 sind auf dem Einleger 40 in 9 gezeigt. Die Rückstauelemente 42 weisen jeweils in der Mitte einen höchsten Punkt auf und fallen zu ihren Enden in Umfangsrichtung hin ab. Die Anspritzpunkte 44 liegen in den Anspritzabschnitten 45 stets dem höchsten Punkten der Rückstauelemente 42 gegenüber. Da die Rückstauwirkung der Rückstauelemente 42 umso größer ist, umso höher das Rückstauelement ist, kann der höchste Punkt des Rückstauelements 42, welcher in radialer Richtung nach außen mit dem kürzesten Fließweg des Kunststoffs in Verbindung steht, eine maximale Rückstauwirkung entfalten. Durch die Reduktion der Höhe der Rückstauelemente 42 in Umfangsrichtung, ausgehend von dem Mittelpunkt der Rückstauelemente 42, reduziert sich auch die Rückstauwirkung der Rückstauelemente 42. Die Rückstauwirkung an einem Punkt eines Rückstauelements 42 ist demnach umso kleiner, umso weiter der Punkt des Rückstauelements 42 von dem Mittelpunkt des Rückstauelements 42 entfernt ist. Dadurch wird ermöglicht, dass der von den Anspritzpunkten 44 ausströmende Kunststoff umlaufend nahezu zeitgleich in den äußeren Randbereich des Einlegers 40 zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 gelangt. Durch das gleichmäßige Füllen zur Ausbildung des Zahnkranzes 48 kann ein besonders homogenes Kunststoffgefüge erzeugt werden.
10 zeigt eine Schnittansicht durch einen Teil des Einlegers 40, welcher in einem Werkzeug 5 aufgenommen ist. Das Werkzeug 5 besteht aus einem Oberwerkzeug 50 und einem Unterwerkzeug 52, wobei das Oberwerkzeug 50 neben einem Anguss 54 auch ein Rückstauelement 56 aufweist. Das Rückstauelement 56 steht in axialer Richtung des Einlegers 40 hervor und verringert den Abstand zwischen dem Oberwerkzeug 50 und dem Einleger 40.
Der Fließweg des aufgespritzten Kunststoffs ist in der 10 durch Pfeile markiert. Der Kunststoff trifft durch den Anguss 54 auf den Anspritzpunkt 44 des Einlegers und wird an dem Rückstauelement 46, welches die Kavität verengt, angestaut. Anschließend fließt der Kunststoff durch den verengten Bereich der Kavität zwischen dem Rückstauelement 56 des Oberwerkzeugs 50 und dem Einleger 40 in Richtung des äußeren Umfangsbereichs des Einlegers 40, um einen Zahn des Zahnkranzes 48 auszubilden.
11 zeigt eine Teilansicht des Einlegers 40, auf welchem die Rückstauelemente 56 des Oberwerkzeugs angedeutet sind. Die Fließwege des Kunststoffs sind dabei durch Pfeile angedeutet. Die gestrichelten Pfeile stellen die Fließwege des Kunststoffs, ausgehend von den Anspritzpunkten 44 über die Rückstauelemente 56 hin zu dem Umfangsbereich des auszubildenden Zahnkranzes 48, dar. Die durchgezogenen Pfeile stellen die Fließwege des Kunststoff, ausgehend von den Anspritzpunkten 44 entlang zwischen den Rückstauelementen 56 und der Fließbegrenzung 47 hin zu einem äußeren Umfangsbereich zur Ausbildung des Zahnkranzes 48, dar.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkwelle
10: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
100: Kraftfahrzeuglenkung
102: Lenkrad
104: Lenkritzel
106: Zahnstange
108: Spurstange
110: lenkbares Rad
112: Hilfskraftunterstützung
114: Hilfskraftunterstützung
116: Hilfskraftunterstützung
118: Drehmomentsensor
118’: Drehmomentsensor
120: kardanisches Gelenk
2: Vorrichtung zum Aufbringen einer Hilfskraft
22: Antriebsschnecke
24: Elektromotor
26: Wälzlager der Abtriebswelle des Elektromotors
28: Wälzlager für die Antriebsschnecke
29: Lagervorrichtung
220: Achse der Antriebsschnecke
240: Abtrieb des Elektromotors
3: Gehäuse
4: Schneckenrad
41: Nabe
40: Einleger
42: Rückstauelement
43: Rückstauabschnitt (Abschnitt reduzierter Materialdicke)
44: Anspritzpunkt
45: Anspritzabschnitt (Abschnitt erhöhter Materialdicke)
46: Nut
47: Fließbegrenzung
48: Zahnkranz
49: Verzahnung
400: Schneckenradachse
5: Werkzeug
50: Oberwerkzeug
52: Unterwerkzeug
54: Anguss
56: Rückstauelement
S: Dicke
t: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1780445 A1 [0003]
DE 102012102778 A1 [0004]
DE 102012102780 A1 [0004]

Claims

Schneckenrad (4) für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung, umfassend einen Einleger (40), der zur Ausbildung eines Zahnkranzes (48) mit einem Kunststoff umspritzt ist, wobei der Zahnkranz (48) konzentrisch zu einer Schneckenradachse (400) angeordnet ist und an seiner äußeren Oberfläche eine umlaufende Verzahnung (49) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (48) mindestens einen Anspritzabschnitt (45) umfasst, in dem mindestens ein Anspritzpunkt (44) angeordnet ist, und der eine, in Richtung der Schneckenradachse (400) gemessen, erste Materialdicke aufweist, und der Zahnkranz (48) mindestens einen Rückstauabschnitt (43) umfasst, der eine, in Richtung der Schneckenradachse (400) gemessen, relativ zum Anspritzabschnitt (45) reduzierte Materialdicke aufweist, wobei der Rückstauabschnitt (43) reduzierter Materialdicke zwischen einem Anspritzpunkt (44) und der äußeren Oberfläche der umlaufenden Verzahnung (49) angeordnet ist.
Schneckenrad (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (40) mindestens ein Rückstauelement (42) aufweist, welches in Richtung der Schneckenradachse (400) hervorsteht, zur Darstellung des Rückstauabschnitts (43) mit reduzierter Materialdicke.
Schneckenrad (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (48) mindestens eine Einformung in Richtung der Schneckenradachse (400) aufweist, die gebildet wird durch ein Werkzeug (5) zur Herstellung des Zahnkranzes (48), welches mindestens ein in Richtung der Schneckenradachse (400) auf den Einleger zu hervorstehendes Rückstauelement (56) aufweist, zur Darstellung des Rückstauabschnitts (43) mit reduzierter Materialdicke.
Schneckenrad (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Rückstauelement (42, 56) ausgebildete Rückstauabschnitt (43) reduzierter Materialdicke einen Radius aufweist, dessen Mittelpunkt in der Schneckenradachse (400) liegt, wobei die Materialdicke (t) des durch das mindestens eine Rückstauelement (42, 56) ausgebildeten Rückstauabschnitts (43) konstant oder variabel ist und bevorzugt in einer Mitte des Rückstauabschnitts (43) am geringsten und von dort ausgehend in Umfangsrichtung allmählich ansteigend ausgebildet ist.
Schneckenrad (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das mindestens eine Rückstauelement (42, 56) ausgebildete Rückstauabschnitt (43) reduzierter Materialdicke ein Kreisring oder ein Kreisringabschnitt ist, welcher konzentrisch zu der Schneckenradachse (400) angeordnet ist.
Schneckenrad (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial nach innen gegenüber dem Rückstauabschnitt (43) reduzierter Materialdicke angeordneter Anspritzabschnitt (45) erhöhter Materialdicke vorgesehen ist.
Schneckenrad (4) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (40) radial nach innen zu dem Rückstauelement (42, 56) eine radial umlaufende oder in Teilsegmente unterteilte Nut (46) zum Aufnehmen des Kunststoffs beim Umspritzen umfasst, wobei die Nut (46) bevorzugt einen Anspritzabschnitt (45) erhöhter Materialdicke des Zahnkranzes (48) ausbildet.
Schneckenrad (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke (S) des Aanspritzabschnitts (45) erhöhter Materialdicke in einem inneren radialen Bereich näher zu der Schneckenradachse (400) größerals eine Materialdicke (t) des durch das mindestens eine Rückstauelement (42, 56) ausgebildeten Rückstauabschnitts (43) reduzierter Materialdicke.
Verfahren zur Herstellung eines Schneckenrads (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Einleger (40) auf einer Welle oder Nabe angeordnet wird, und der Einleger (40) zur Ausbildung eines Zahnkranzes (48) mit einem Kunststoff umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff während des Umspritzens an einem Rückstauelement (42, 56) gestaut wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstauelement (42) am Einleger (40) angeordnet ist und/oder das Rückstauelement (42) an einem Werkzeug (5) angeordnet ist.