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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Globoidschnecke für ein Schneckengetriebe, das in einem Lenksystem, insbesondere einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein solches Schneckengetriebe.
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Stand der Technik
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Schneckengetriebe, die auch als Schraubradgetriebe bezeichnet werden, stellen eine Art eines Schraubwälzgetriebes dar. Solche Schneckengetriebe umfassen eine schraubenförmige Schnecke bzw. ein Schraubrad, die bzw. das bei Drehbewegungen ein in diese bzw. dieses eingreifendes Zahnrad bzw. Schneckenrad dreht. Schneckengetriebe sind somit Zahnradgetriebe mit im Allgemeinen rechtwinklig gekreuzten Achsen. Die in der Regel treibende Schnecke mit üblicherweise zylindrischer Ausgestaltung wirkt mit dem zugehörigen, in der Schnecke kämmenden Schneckenrad mit entsprechender Verzahnung zusammen. Dabei findet die Berührung von Schnecke und Schneckenrad in Linien innerhalb eines Eingriffsfelds statt. Hierzu verfügen Schnecken über einen oder mehrere Zähne, die wie Gänge von Schrauben unter gleichbleibender Steigung um die Schneckenachse gewunden sind.
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Derartige Schneckengetriebe werden in Lenkvorrichtungen, wie bspw. Servolenkungen, zur Übertragung von Lenkmomenten auf die Zahnstange des Lenksystems eingesetzt. Servolenkungen wiederum werden zur Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs beim Lenken im Stand, beim Rangieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten erforderlich ist, eingesetzt. Dabei unterstützt die Servolenkung den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft durch ein zusätzlich aufgebrachtes Moment, bspw. von einem Elektromotor oder einer Hydraulikpumpe bereitgestellt, verstärkt wird.
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Es werden hierin globoidisch ausgeführte Schnecken betrachtet, die auch als Globoidschnecken bezeichnet werden. Diese erweisen sich in der Anwendung gegenüber Schnecken mit zylindrischer Verzahnung als vorteilhaft, da diese eine höhere Tragfähigkeit und bessere Wirkungsgrade haben. Allerdings erweist sich die Herstellung dieser Schnecken, insbesondere bei zerspanenden Verfahren, als sehr aufwändig.
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Üblicherweise werden Globoidschnecken bzw. globoidisch ausgeführte Schnecken mittels sehr komplexer Fertigungsverfahren, die sehr aufwändig und teuer sind, hergestellt.
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Die Druckschrift
DE 26 03 597 beschreibt ein Globoidschneckengetriebe und ein Verfahren zur Herstellung einer Globoidschnecke. Bei dem Verfahren wird durch Abwälzen eines Globoidschneckenrohlings und eines rotierenden Abtragswerkzeugs aufeinander mit anschließender Finishbearbeitung der Windungsflanken der Globoidschnecke diese hergestellt. Dabei wird als rotierendes Abtragswerkzeug ein Fräser verwendet, bei dem die Schneidkanten der Zähne auf einer Erzeugungsfläche angeordnet sind, die die Form der Flanken der Zähne des Schneckenstirnrads des Globoidschneckengetriebes aufweist, wobei die Finishbearbeitung mittels einer Honahle durchgeführt wird, deren Zahnflanken den Flanken der Zähne des Schneckenstirnrads entsprechen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2013 013 606 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung globoider Schnecken mit Zahnprofil zum Umformen bekannt. Bei dem Verfahren wird die zu fertigende Schnecke von mindestens einer Walze mit Zähnen durch eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung in Walzenachsenrichtung und eine gleichzeitige Drehung der Schnecke um die Schneckenachse so umgeformt, dass ein Zahnprofil auf der Schneckenachse entsteht. Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass zwei Walzen gegenüberliegend angeordnet sind.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Schneckengetriebe nach Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Das beschriebene Verfahren zum Herstellen einer Globoidschnecke für ein Schneckengetriebe, das in einem Lenksystem, insbesondere einem Lenkgetriebe, eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen kann, sieht vor, dass die Globoidschnecke mittels Feinguss hergestellt wird.
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Es wird somit ein einfaches und kostengünstiges Herstellverfahren für Globoidschnecken bzw. globoidisch ausgeführte Schnecken beschrieben. Die Herstellung der Schnecke erfolgt dabei mittels Feinguss bzw. Feingießens nach dem Wachsausschmelzverfahren.
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Feingießen ist ein Verfahren zum Herstellen von Gussteilen, mit dem auch sehr kleine Teile formgetreu und bei geringer Nachbearbeitung hergestellt werden können. Die hergestellten Gussstücke zeichnen sich durch Detailstärke, Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität aus. Eine spanende Bearbeitung kann dann entfallen. Das Wachsausschmelzverfahren ist ein Formverfahren für den Metall- und Glasguss, bei dem Modelle, die aus Wachs hergestellt sein können, typischerweise zerstört werden.
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Beim Feingießen wird typischerweise ein Modell aus einem speziell geeigneten Wachs oder aus ähnlichen Thermoplasten hergestellt. Mehrere Modelle können dann zu sogenannten Modelltrauben zusammengefügt werden. Diese Modelltrauben werden dann mit einer bspw. keramischen Masse zur Herstellung einer Form bzw. Formschale umgeben, bspw. durch Eintauchen in einen sogenannten Schlicker. Nach Ausschmelzen der Modelle und Brennen der Form wird dann über Anschlusskanäle geschmolzenes Metall in die Form gegossen. Nach Erstarren des Metalls wird die Form zerschlagen, so dass der Rohguss entnommen werden kann. Mit diesem Verfahren kann nahezu jede Metall-Legierung hergestellt werden. Es zeichnet sich zudem durch eine hohe Maßgenauigkeit, Standard- Toleranzen ca. ±0.4 % und eine hohe Oberflächenqualität aus.
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In einer Ausführung des Verfahrens werden zuerst entsprechende Modelle aus geeigneten Wachsen oder Thermoplasten z. B. im Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt. Danach werden diese Modelle inklusive Angusssystem zu einer Modelltraube zusammengefasst. Diese Modelltraube wird anschließend mit z. B. einer keramischen Masse überzogen, so dass eine feuerfeste Formschale erhalten wird, und danach besandet, bis eine ausreichende Stabilität vorhanden ist. Nun werden die Wachsmodelle ausgeschmolzen und die Form gebrannt. Jetzt kann die Form abgegossen werden und nach dem Abkühlen können die Bauteile entformt werden. In den meisten Fällen sind die Bauteile danach ohne aufwändige Nacharbeit verwendbar.
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In einer Ausführung wird eine Nachbearbeitung bzw. Endbearbeitung zumindest der Zahnflanken der Schnecke vorgenommen. Diese Endbearbeitung wird auch als Finishing bezeichnet. Dabei kann ein Rollieren, ein Streamfinishing, ein Gleitschleifen, ein Bandschleifen oder ein Bürsten als Finishing-Prozess eingesetzt werden.
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Es wird weiterhin ein Schneckengetriebe vorgestellt, das ein Schneckenrad und eine Schnecke, die nach dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, umfasst. Das Schneckenrad kann ein Kunststoff-Zahnrad sein. Hierfür kann auch ein Zahnrad mit Kunststoff-Verzahnung eingesetzt werden, das dann mit der Schnecke, die wie hierin beschrieben gefertigt wird, kombiniert wird. In diesem Fall ist das E-Modul der Verzahnung des Schneckenrads niedriger als dasjenige der Schnecke, so dass die Verzahnung sich der feingegegossenen Schnecke anpassen kann.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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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.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführung eines Schneckengetriebes nach dem Stand der Technik.
- 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführung eines Schneckengetriebes der hierin beschriebenen Art.
- 3 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des beschriebenen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Ausführung eines Schneckengetriebes nach dem Stand der Technik, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das Schneckengetriebe 10 umfasst ein Schneckenrad 12 und eine Schnecke 14, die zusammenwirken. Zu beachten ist, dass die Schnecke 14 eine zylindrische Verzahnung hat.
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2 zeigt eine Ausführung eines Schneckengetriebes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieses Schneckengetriebe 50 umfasst ein Schneckenrad 52 und eine Globoidschnecke 54, die zur Kraftübertragung zusammenwirken. Die Globoidschnecke 54 ist mittels Feinguss, wie dies hierin beschrieben ist, hergestellt. Das Schneckenrad 52 weist eine Verzahnung 56 auf, die aus Kunststoff gefertigt ist und somit weicher als das metallische Material der Globoidschnecke 54 ist, d. h. das E-Modul der Verzahnung 56 ist niedriger als das E-Modul der Globoidschnecke 54.
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Es wird somit ein Schraubrad- bzw. Schneckengetriebe 50 mit Globoidschnecke 54 bzw. globoidisch ausgeführter Schnecke für Lenksysteme mit elektromechanischer Lenkunterstützung vorgestellt.
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Zu beachten ist, dass die Verwendung von Globoidschnecken bzw. globoidisch ausgeführten Schnecken wesentliche Vorteile bezüglich der Leistungsdichte bzw. Tragfähigkeit derartiger Getriebe hat. Durch die im Vergleich zu zylindrisch ausgeführten Schraubritzeln bzw. Schnecken, wie diese in 1 dargestellt ist, größere Überdeckung, d. h. es sind mehr Zähne im Eingriff, können Getriebe mit Globoidschnecken bzw. globoidisch ausgeführten Schnecken größere Drehmomente bei gleichem Getriebebauraum übertragen. Dies bedeutet auch, dass bei identischen Vorgaben hinsichtlich Drehmoment Getriebe mit Globoidschnecken bzw. globoidisch ausgeführten Schnecken im Vergleich mit zylindrisch ausgeführten Schraubritzeln bzw. Schnecken kleiner ausgeführt werden können, was sich vorteilhaft auf den Getriebebauraum auswirkt.
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Ein weiterer Vorteil von Globoidschnecken bzw. globoidisch ausgeführten Schnecken in Verbindung mit einem Gegenrad aus Kunststoff, das ebenfalls zylindrisch oder globoidisch ausgebildet sein kann, ist die im Vergleich zu zylindrisch ausgeführten Schraubritzeln bzw. Schnecken reduzierte Zahnflanken-Kontaktpressung im Eingriffsbereich zwischen den beiden Verzahnungspartnern. Daraus folgend ist die plastische Deformation der Kunststoff-Zahnflanken des Gegenrads, insbesondere bei großen Drehmomenten und hohen Temperaturen, weniger stark ausgeprägt.
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3 zeigt in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführung des Verfahrens. In einem ersten Schritt 100 wird ein Modell der herzustellenden Globoidschnecke gebildet. Dies kann eine Form aus Wachs oder einem ähnlichen Thermoplast sein, die bspw. im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Hierzu werden Einfach- oder Mehrfachwerkzeuge verwendet. Alternativ kann das Modell auch mit einem 3D-Drucker hergestellt werden.
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In einem nächsten Schritt 102 werden Modelle, die typischerweise gleich sind, mit einem Gießsystem zu sogenannten Modelltrauben zusammengefügt. Diese Modelltrauben werden in einem nachfolgenden Schritt 104 in einen Schlicker getaucht, der bspw. eine keramische Masse zur Herstellung einer Formschale aus feinem feuerfesten Mehl als Formgrundstoff mit einem Bindemittel umfasst. Die mit Schlicker benetzte Traube wird dann in einem Schritt 106 besandet. Das Tauchen und Besanden wird so oft wiederholt, bis die Formschale ausreichen stabil ist.
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Es folgt in einem Schritt 108 ein Ausschmelzen der Modelle und in einem Schritt 110 ein Brennen der Form. Dann folgt in einem Schritt 112 ein Ausgießen der Form über Angusskanäle. Anschließend wird in einem Schritt 114 das Gussstück entformt. Auf diese Weise wird eine Anzahl von feingegossenen Globoidschnecken erhalten.
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Die hergestellten Globoidschnecken zeichnen sich dadurch aus, dass diese in der Regel einbaufertig sind oder nur einer sehr geringen Nach- oder Endbearbeitung bedürfen. Das Feingießen erweist sich insbesondere bei einem komplex gestalteten Bauteil, wie der hergestellten Globoidschnecke, als vorteilhaft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2603597 [0006]
- DE 102013013606 A1 [0007]
