DE102017208193A1

DE102017208193A1 - Method for producing a gear

Info

Publication number: DE102017208193A1
Application number: DE102017208193.7A
Authority: DE
Inventors: Jens-Uwe Hafermalz; Dennis Fuechsel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads, das am äußeren Umfang eine Verzahnung trägt, deren Oberfläche zumindest abschnittsweise behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Behandlung eine Aktivierung der Oberfläche erreicht wird, so dass eine Erhöhung der Oberflächenenergie der Oberfläche in den behandelten Abschnitten erzielt wird.The invention relates to a method for producing a gear, which carries a toothing on the outer circumference, the surface of which is treated at least in sections, characterized in that the treatment achieves an activation of the surface, so that an increase in the surface energy of the surface in the treated Sections is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads und ein solches Zahnrad, das insbesondere in einer Servolenkung, bspw. als Schneckenrad eines Schneckengetriebes, eingesetzt wird.The invention relates to a method for producing a toothed wheel and such a toothed wheel, which is used in particular in a power steering, for example. As a worm wheel of a worm gear.

Stand der TechnikState of the art

Ein Zahnrad ist ein Rad, das über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Zähne trägt. Solche Zahnräder werden bspw. in Servolenkungen, die bspw. als elektrische Lenkvorrichtungen ausgebildet sind, eingesetzt.A gear is a wheel that carries uniformly distributed teeth over its circumference. Such gears are, for example, in power steering systems, which are formed, for example. As electric steering devices used.

Die Druckschrift DE 10 2014 104 284 A1 beschreibt ein Zahnrad mit einem Innenteil, einem Außenteil und einem Verbindungsteil. Das Außenteil trägt am Umfang Zähne des Zahnrads. Das Verbindungsteil verbindet das Innenteil mit dem Außenteil. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Verbindungsteil im Bereich mindestens einer Stirnfläche die Zähne des Außenteils zumindest abschnittsweise umschließt. Das Außenteil kann aus einem unverstärkten Kunststoff bestehen. Das Innenteil wiederum kann aus einem Stahlwerkstoff bestehen. Die Druckschrift beschreibt weiterhin eine elektromechanische Lenkvorrichtung mit einem solchen Zahnrad.The publication DE 10 2014 104 284 A1 describes a gear with an inner part, an outer part and a connecting part. The outer part carries on the circumference teeth of the gear. The connecting part connects the inner part with the outer part. It is further provided that the connecting part in the region of at least one end face encloses the teeth of the outer part at least in sections. The outer part may consist of an unreinforced plastic. The inner part in turn may consist of a steel material. The document further describes an electromechanical steering device with such a gear.

Das vorgestellte Zahnrad kann als Schraubrad oder als Schneckenrad ausgebildet sein. Ein solches Schneckenrad kommt typischerweise in einem Schneckengetriebe, das wiederum in einer Servolenkung eingesetzt werden kann, zur Anwendung.The proposed gear can be designed as a helical gear or as a worm wheel. Such a worm wheel is typically used in a worm gear, which in turn can be used in a power steering system.

Schneckengetriebe, die eine Art eines Schraubwälzgetriebes darstellen, umfassen eine schraubenförmige Schnecke, die bei einer Drehbewegung ein in diese greifendes Zahnrad, das sogenannte Schneckenrad, dreht. Hierbei ist im Gegensatz zu Wälzgetrieben auch ein Gleiten erforderlich. Solche Schneckengetriebe kommen bspw. in Servolenkungen zum Einsatz.Worm gears, which are a kind of a screw gear, comprise a helical worm, which rotates during rotation a gear meshing therewith, the so-called worm wheel. Here, in contrast to Wälzgetrieben also a sliding is required. Such worm gears are used, for example, in power steering systems.

Servolenkungen unterstützen den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer beim Lenken aufgebrachte Kraft verstärkt wird. Somit reduzieren solche Servolenkungen die Kraft, die vom Fahrer, z. B. beim Rangieren oder bei geringen Geschwindigkeiten, aufgebracht werden muss.Power steering aids the driver in steering by increasing the force applied by the driver when steering. Thus, such power steering systems reduce the force required by the driver, e.g. B. when maneuvering or at low speeds, must be applied.

Bei Lenkgetrieben mit einer Servounterstützung wird in vielen Fällen ein Elektromotor mit einem untersetzenden Schraubrad- oder Schneckenradgetriebe eingesetzt. Dabei wird das Schraubrad bzw. Schneckenrad aus einem Kunststoff hergestellt. Die Schnecke bzw. das Schraubritzel wird typischerweise aus Stahl hergestellt. Das Getriebe wird durch Fett geschmiert. Zu beachten ist, dass der Wirkungsgrad des Getriebes möglichst groß sein soll, so dass das Getriebe klein dimensioniert und zudem ein kleiner Elektromotor verwendet werden kann.In steering gearboxes with power assistance, an electric motor with a reducing helical or worm gear is often used. The worm wheel or worm wheel is made of a plastic. The worm or sprocket is typically made of steel. The gearbox is lubricated by grease. It should be noted that the efficiency of the transmission should be as large as possible, so that the gear is small in size and also a small electric motor can be used.

Zu berücksichtigen ist, dass Werkstoffe unterschiedliche Oberflächenenergie haben. Die Oberflächenenergie ist ein Maß für die Energie, die zum Aufbrechen der chemischen Bindungen notwendig ist, wenn eine neue Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers erzeugt wird.It has to be considered that materials have different surface energy. The surface energy is a measure of the energy necessary to break up the chemical bonds when creating a new surface of a liquid or solid.

So haben bspw. Kunststoffe gegenüber metallischen Werkstoffen eine geringe Oberflächenenergie. Wenn das Kunststoffrad im Lenkgetriebe mit dem Ritzel in Pressung kommt, wird aus dem Fett das Öl gepresst, um seine Schmierwirkung zu erzeugen. Das Öl wird auf der Kunststoffoberfläche jedoch schlecht aufgenommen und gehalten, da die Oberflächenenergie gering ist. Dadurch erhöht sich die Reibung im Getriebe, was zu einem schlechten Wirkungsgrad führt. Eine hohe Reibung im Getriebe, die auch zu einer erhöhten Temperatur führen kann, beeinflusst folgende Eigenschaften negativ:

- Lenkgefühl, bspw. hinsichtlich Fahrbahnrückmeldung, Hakeln, Klemmen usw.,
- Verschleiß, bspw. plastische Verformung der Verzahnung des Kunststoff-Schraubrads, Getriebespiel, Getriebegeräusche,
- Lebensdauer, so reduziert eine hohe Temperatur infolge von Reibung am Kunststoffschraubrad die Lebensdauer.

For example, plastics have a low surface energy compared to metallic materials. When the plastic wheel in the steering gear presses with the pinion, the oil is pressed from the grease to produce its lubricating effect. However, the oil is poorly absorbed and held on the plastic surface because the surface energy is low. This increases the friction in the gearbox, resulting in poor efficiency. A high friction in the gearbox, which can also lead to an elevated temperature, negatively affects the following properties:

Steering feel, eg regarding roadway feedback, hooking, jamming etc.,
- Wear, for example. Plastic deformation of the teeth of the plastic Schraubrads, gear play, transmission noise,
- Life, so reduces a high temperature due to friction on Kunststoffschraubrad the life.

Aus der Druckschrift DE 10 2012 102 777 A1 ist eine elektrische Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Diese weist ein Schraubradgetriebe mit einem Schraubrad auf, das ein Innenteil, ein Verbindungsteil und ein Außenteil aufweist. Das Außenteil trägt Zähne, das Verbindungsteil weist spiralförmige Rippen auf. Diese Rippen können von einem Ursprung aus in beide Richtungen verlaufen. Die elektrische Lenkvorrichtung ist bedingt durch den Einsatz des vorgestellten Schraubrads hinsichtlich der Kosten und des Gewichts vorteilhaft. Die Verwendung von Kunststoff für das Außenteil bewirkt eine verbesserte Dämpfung.From the publication DE 10 2012 102 777 A1 An electric steering device for motor vehicles is known. This has a helical gear with a helical gear, which has an inner part, a connecting part and an outer part. The outer part carries teeth, the connecting part has spiral-shaped ribs. These ribs can run in both directions from one origin. The electric steering device is advantageous due to the use of the presented helical gear in terms of cost and weight. The use of plastic for the outer part causes improved damping.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads und ein solches Zahnrad nach Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung. Das vorgestellte Zahnrad ist insbesondere als Schraubrad eines Schraubradgetriebes, bspw. als Schneckenrad eines Schneckengetriebes, ausgebildet.Against this background, a method of manufacturing a gear and such a gear according to claim 10 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description. The proposed gear is designed in particular as a helical gear of a helical gear, for example. As a worm wheel of a worm gear.

Bei dem vorgestellten Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads, das am äußeren Umfang eine Verzahnung trägt, deren Oberfläche zumindest abschnittsweise behandelt wird, ist vorgesehen, dass durch die Behandlung des behandelten Abschnitts der Oberfläche eine Aktivierung der Oberfläche erreicht wird, so dass eine Erhöhung der Oberflächenenergie der Oberfläche in den behandelten Abschnitten erzielt wird. Dabei kann die Oberfläche im gesamten Bereich behandelt werden. Bei der Behandlung kann auch berücksichtigt werden, dass nur die Abschnitte bzw. Bereiche der Oberfläche behandelt werden, die zur Kraftübertragung in Kontakt mit anderen Elementen gelangen und somit mit Schmiermittel bedeckt sein sollten.In the presented method for producing a gear, the outer periphery of a Gearing bears whose surface is treated at least in sections, it is provided that the treatment of the treated portion of the surface activation of the surface is achieved, so that an increase of the surface energy of the surface is achieved in the treated sections. The surface can be treated in the entire area. In the treatment, it can also be considered that only the portions or areas of the surface are treated, which should come into contact with other elements for power transmission and thus should be covered with lubricant.

Durch die erhöhte Oberflächenenergie der Kunststoffoberfläche wird erreicht, dass Schmierstoffe besser auf dieser haften und ein tribologisches System, das aus dem Zahnrad mit der derart behandelten Oberfläche und einem anderen Element, das mit dem Zahnrad zur Kraftübertragung zusammenwirkt, besteht, eine verringerte Reibung aufweist. Das besser verteilte Schmiermittel verringert zum einen die Reibung und gewährleistet zum anderen eine bessere Wärmeabfuhr.Due to the increased surface energy of the plastic surface is achieved that lubricants better adhere to this and a tribological system, which consists of the gear with the thus treated surface and another element which interacts with the gear for transmitting force, has a reduced friction. The better distributed lubricant reduces friction and ensures better heat dissipation.

Das vorgestellte Zahnrad, das bspw. einen dreiteiligen Aufbau mit Innenteil, Verbindungsteil und Außenteil aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die äußere Oberfläche des Außenteils zumindest abschnittsweise besonders behandelt ist. Diese Behandlung sieht eine Plasmaaktivierung der Kunststoffoberfläche des Außenteils, das einen Zahnkranz bildet, vor.The proposed gear wheel, which, for example, has a three-part construction with inner part, connecting part and outer part, is characterized in that the outer surface of the outer part is treated at least in sections. This treatment provides for plasma activation of the plastic surface of the outer member forming a sprocket.

Neben dem vorstehend beschriebenen dreiteiligen Aufbau des Zahnrads sind auch andere Konstruktionen, wie bspw. ein zweiteiliger Aufbau, denkbar. Von Bedeutung ist, dass die Oberfläche des Zahnrads, die im Betrieb in Kontakt mit einem weiteren Element kommt und mit diesem typischerweise zur Kraftübertragung zusammenwirkt, mittels Plasmaaktivierung behandelt ist.In addition to the three-part structure of the gear described above, other constructions, such as, for example, a two-part construction, are conceivable. Of importance is that the surface of the gear, which comes in contact with another element during operation and typically interacts with it for power transmission, is treated by plasma activation.

Ein Plasma stellt ein Teilchengemisch auf atomar-molekularer Ebene dar, dessen Bestandteile teilweise geladene Komponenten, Ionen und Elektronen sind. Somit enthält das Plasma freie Ladungsträger. Bei der Plasmaaktivierung wird die Oberfläche zweckmäßigerweise zuvor gereinigt und dann mit dem Plasma, das ein ionisiertes Gas darstellt, behandelt. Die im Plasma vorhandenen reaktiven Spezies erzeugen an den Molekülketten Radikalstellen, an die sich polare Gruppen anlagern können. Da regelmäßig mit einem Luftplasma gearbeitet wird, werden vornehmlich sauerstoffhaltige Gruppen in die oberste Moleküllagen eingebunden. Somit wird aus dem ursprünglich unpolaren Werkstoff ein polares Substrat, das von Schmierstoffen gut benetzt wird.A plasma represents a mixture of particles at the atomic-molecular level, the components of which are partially charged components, ions and electrons. Thus, the plasma contains free charge carriers. In plasma activation, the surface is conveniently pre-cleaned and then treated with the plasma, which is an ionized gas. The reactive species present in the plasma generate radical sites on the molecular chains to which polar groups can attach. Since work is carried out regularly with an air plasma, mainly oxygen-containing groups are incorporated into the uppermost molecule layers. Thus, the originally non-polar material becomes a polar substrate, which is well wetted by lubricants.

Die Oberflächenenergie stellt, wie bereits zuvor ausgeführt wurde, ein Maß für die Energie, die zum Aufbrechen der chemischen Bindungen notwendig ist, wenn eine neue Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers erzeugt wird, dar. Sie ist definiert als die Energie, die zum Erzeugen der Oberfläche je Flächeneinheit aufgewendet werden muss. Zu beachten ist, dass die Oberflächenenergie immer positiv ist, da Energie benötigt wird, um Bindungen aufzubrechen. Grundsätzlich haben Materialien mit starken Bindungen höhere Oberflächenenergien als schwächer gebundene Materialien.The surface energy, as previously stated, provides a measure of the energy necessary to break up the chemical bonds when creating a new surface of a liquid or a solid. It is defined as the energy needed to produce the Surface per unit area must be spent. Note that the surface energy is always positive because energy is needed to break bonds. Basically, materials with strong bonds have higher surface energies than less bonded materials.

Die Oberflächenenergie von Kunststoffteilen kann durch eine Indikatorflüssigkeit gemessen werden. Dabei wird der Randwinkel der Indikatorflüssigkeit gemessen. Je kleiner der Randwinkel ist, desto größer ist die Oberflächenenergie.The surface energy of plastic parts can be measured by an indicator liquid. The contact angle of the indicator liquid is measured. The smaller the contact angle, the greater the surface energy.

Das beschriebene Zahnrad, das am äußeren Umfang eine Verzahnung trägt, deren Oberfläche zumindest abschnittsweise behandelt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Behandlung eine Aktivierung der Oberfläche erreicht ist, so dass eine Erhöhung der Oberflächenenergie der Oberfläche in den behandelten Abschnitten vorliegt.The described gear, which carries a toothing on the outer circumference, the surface of which is treated at least in sections, is characterized in that activation of the surface is achieved by the treatment, so that there is an increase in the surface energy of the surface in the treated sections.

Dieses Zahnrad kann als Schraubrad, bspw. als Schneckenrad eines Schneckengetriebes, ausgebildet sein. Dieses Schneckengetriebe, das hierin ebenfalls vorgestellt wird, umfasst eine schraubenförmige Schnecke, die typischerweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, und ein Schneckenrad, das in diesem Fall eine Ausführung des vorgestellten Zahnrads, das zumindest im Bereich seiner Verzahnung aus Kunststoff gebildet ist, darstellt. Es sind unterschiedliche Arten von Schneckengetrieben, wie bspw. Zylinderschnecken-Getriebe, Globoid-Schneckengetriebe, Globoidgetriebe, spieleinstellbare Schneckengetriebe, Duplex-Schneckengetriebe und rollende Schneckengetriebe, bekannt. In solchen kann das beschriebene Zahnrad bzw. Schneckenrad zur Anwendung kommen.This gear can be designed as a helical gear, for example as a worm wheel of a worm gear. This worm gear, which is also presented herein, comprises a helical worm, which is typically formed of a metallic material, and a worm wheel, which in this case represents an embodiment of the imaginary gear formed at least in the region of its plastic spline. There are various types of worm gears, such as. Cylindrical worm gear, Globoid worm gear, Globoidgetriebe, play adjustable worm gear, duplex worm gear and rolling worm gear, known. In such the described gear or worm wheel can be used.

In einer Ausführung wird mit dem vorgestellten Verfahren erreicht, die vorstehend genannten negativen Eigenschaften eines Lenkgetriebes mit einem Kunststoffrad zu verbessern. Dies wird in Ausgestaltung durch eine Plasmaaktivierung der Kunststoffoberfläche erreicht. Durch die größere Oberflächenenergie des Kunststoffrads wird das Öl als Schmierstoff auf der Oberfläche gut gehalten und verteilt. Der Reibwert des Getriebes wird auf diese Weise verbessert, was zu einem hohen Wirkungsgrad des Getriebes führt. Zudem kann das Kunststoffrad mit seiner komplizierten Verzahnungsgeometrie in einer Niederdruckplasmaanlage gut aktiviert werden.In one embodiment, the presented method is achieved to improve the aforementioned negative characteristics of a steering gear with a plastic wheel. This is achieved in an embodiment by a plasma activation of the plastic surface. Due to the greater surface energy of the plastic wheel, the oil is well kept and distributed on the surface as a lubricant. The coefficient of friction of the transmission is improved in this way, resulting in a high efficiency of the transmission. In addition, the plastic wheel with its complicated tooth geometry in a low-pressure plasma system can be well activated.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Figurenlistelist of figures

1 shows a schematic representation of an embodiment of a worm gear.
2 shows an arrangement for carrying out the method.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt eine Ausführung eines Schneckengetriebes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieses umfasst eine Schecke 12 und ein Schneckenrad 14, die zusammenwirken. Die Schnecke 12 ist als Welle aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und trägt am äußeren Umfang mehrere Schraubengänge 16. Das schrägverzahnte Schneckenrad 14 weist an seinem Umfang eine Verzahnung 18 auf. Im Betrieb kämmt die Verzahnung 18 des Schneckenrads 14 in den Schraubengängen 16 der Schnecke 12. Die Achsen des Schneckenrads 14 und der Schnecke 12 sind um 90° versetzt. 1 shows an embodiment of a worm gear, the whole with the reference numeral 10 is designated. This includes a piebald 12 and a worm wheel 14 that work together. The snail 12 is made as a shaft of a metallic material and carries on the outer circumference several screw threads 16 , The helical worm wheel 14 has at its periphery a toothing 18 on. In operation, the teeth mesh 18 of the worm wheel 14 in the screw threads 16 the snail 12 , The axles of the worm wheel 14 and the snail 12 are offset by 90 °.

Das Schneckenrad 14, das eine Ausführung des hierin vorgestellten Zahnrads darstellt, und die Schnecke 12 sind in einem Gehäuse 20 aufgenommen. Das auf diese Weise gebildete Schneckengetriebe 10 kann bspw. in einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs aufgenommen sein und dient zur Kraft- bzw. Momentübertragung.The worm wheel 14 , which represents an embodiment of the gear presented herein, and the worm 12 are in a housing 20 added. The worm gear formed in this way 10 can be included, for example, in a power steering system of a motor vehicle and serves for force or moment transmission.

2 zeigt in schematischer stark vereinfachter Darstellung eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens, die insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt weiterhin ein Zahnrad 52, das an seinem äußeren Umfang eine Verzahnung 54 trägt, die zur Kraftübertragung dienen. 2 shows in schematic highly simplified representation of an arrangement for carrying out the method, in total with the reference numeral 50 is designated. The illustration also shows a gear 52 , which has a toothing on its outer periphery 54 carries, which serve for power transmission.

Die Anordnung 50 emittiert ein Plasma 55, mit dem die Oberfläche 56 des Zahnrads 50 bzw. die Oberfläche der Verzahnung zumindest abschnittsweise behandelt wird. Während der Behandlung kann das Zahnrad 52 gedreht werden es kann aber auch alternativ oder ergänzend die Anordnung 50 um das Zahnrad 52 bewegt werden.The order 50 emits a plasma 55 with which the surface 56 of the gear 50 or the surface of the toothing is treated at least in sections. During the treatment, the gear can 52 but it can also be alternatively or additionally the arrangement 50 around the gear 52 to be moved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014104284 A1 [0003]
DE 102012102777 A1 [0010]

Claims

A method for producing a toothed wheel (52) which carries a toothing (54) on the outer circumference, the surface (56) of which is treated at least in sections, characterized in that activation of the surface (56) is achieved by the treatment, so that a Increasing the surface energy of the surface (56) is achieved in the treated sections.

Method according to Claim 1 in which the activation of the surface (56) is achieved by a plasma (55).

Method according to Claim 1 or 2 in which the entire surface (56) of the toothing (54) is treated.

Method according to one of Claims 1 to 3 , which is performed on a helical gear of a helical gear.

Method according to Claim 4 which is performed on a worm wheel (14) of a worm gear (10).

Method according to one of Claims 1 to 5 in which the surface (56) is cleaned prior to activation.

Method according to one of Claims 1 to 6 in which the gear (52) is formed by injecting a connecting part between an inner part and an outer part which carries the toothing (54), so that the connecting part connects the inner part to the outer part.

Method according to Claim 7 in which the at least partial treatment of the surface (56) of the outer part takes place after connecting the outer part to the inner part.

Gear which carries on the outer circumference a toothing (54), the surface (56) is treated at least in sections, characterized in that the activation of the surface (56) is achieved by the treatment, so that an increase in the surface energy of the surface (56 ) in the treated sections.

Gear after Claim 8 in which the activation of the surface (56) is achieved by a plasma (55).

Gear after Claim 10 formed as a helical gear of a helical gear.

Gear after Claim 11 formed as a worm wheel (14) of a worm gear (10).