EP3212970A1 - Schneckenrad für eine elektromechanische hilfskraftlenkung - Google Patents

Schneckenrad für eine elektromechanische hilfskraftlenkung

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Publication number
EP3212970A1
EP3212970A1 EP15747432.1A EP15747432A EP3212970A1 EP 3212970 A1 EP3212970 A1 EP 3212970A1 EP 15747432 A EP15747432 A EP 15747432A EP 3212970 A1 EP3212970 A1 EP 3212970A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
material thickness
plastic
insert
worm wheel
backflow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15747432.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ives Schnellmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3212970A1 publication Critical patent/EP3212970A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C45/14549—Coating rod-like, wire-like or belt-like articles
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • B29C2045/0049—Details relating to the filling pattern or flow paths or flow characteristics of moulding material in the mould cavity the injected material flowing against a mould cavity protruding part
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    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F16H2055/065—Moulded gears, e.g. inserts therefor

Definitions

  • the present invention relates to a worm wheel for an electromechanical power steering system for mounting on a shaft, wherein the worm wheel has an insert, the
  • Training a sprocket is encapsulated with a plastic.
  • transmissions are required which transmit an auxiliary torque from an electric motor to a steering shaft.
  • the electric motor drives a worm, which engages with a rotatably mounted on the steering shaft worm wheel.
  • the worm wheel usually comprises at least two component components, namely an insert, which is arranged rotationally fixed on a shaft to be supported, and a plastic toothed ring, which is sprayed onto the insert.
  • the plastic sprocket makes it possible to keep gear running noise low and to provide low tooth flank wear over the entire service life.
  • the insert and ring gear are made of either the same or different plastics.
  • EP 1 780 445 A1 shows a toothed wheel with an insert which has a radial elevation, this insert being supplemented by a toothed ring formed by extrusion molding.
  • Disadvantage of the solution is the radial arrangement of the survey, whereby unfavorable flow conditions in the plastic arise during injection, which can lead to an inhomogeneous structure.
  • the DE 10 2012 102 778 A1 and DE 10 2012 102 780 A1 show a gear with a ring gear, said ring gear is formed either by a Schirmanguss or by a continuous casting.
  • a disadvantage of these solutions is the high technical complexity to comply with high tolerance requirements and the problem, a sufficiently high
  • worm wheel for an electromechanical power steering system comprising an insert which is encapsulated with a plastic to form a ring gear, wherein the ring gear is arranged concentrically to a Schneckenradachse and on its outer surface has a circumferential toothing, wherein the ring gear at least one Anspritzabêt in which at least one injection point is arranged and which has a first material thickness measured in the direction of the worm wheel axis, and the ring gear comprises at least one backflow section which has a material thickness reduced relative to the injection section measured in the direction of the worm wheel axis, wherein the
  • Backflow section of reduced material thickness between an injection point and the outer surface of the circumferential toothing is arranged.
  • a basic body of the worm wheel is understood, which is encapsulated to form the worm wheel with a ring gear with a plastic and further connected to a shaft, such as a steering shaft to a moment, which in the
  • a Anspritzabrough is a section understood in which at least one
  • a backflow section is understood to mean a section of material of a reduced thickness that is different from a Anspritzabschnitt.
  • the material thickness of the ring gear in the injection section and in the back pressure section is in the direction of the Schneckenradachse between each of the outer surface of the worm wheel, i. of the sprocket, and the surface of the sprocket adjacent to the insert, i. the surface of the insert, measured.
  • the plastic Due to the fact that, to form the sprocket during the spraying of the plastic onto the insert, the plastic has at least one backflow section with a reduced material thickness between one Having injection point and the outer surface of the circumferential toothing, a more uniform formation of the ring gear, in particular of the teeth, can be achieved. Accordingly, the plastic is applied in liquid form to the insert and partly through the
  • the plastic melt first flows into the Anspritzabêt through the injection point.
  • the plastic is forced to pass the at least one backflow section of reduced material thickness.
  • the at least one backflow section of reduced material thickness which acts as a backflow element, forms a constriction of the cavity between the insert and the tool, viewed in the radial direction.
  • spraying the plastic is meant that the plastic is introduced in the form of a plastic melt in a tool.
  • Sprocket can be reduced. This results in improved strength properties of the ring gear, which are reflected in the outer shape of the worm wheel with the axially thicker and axially thinner segment. In other words, a more homogeneous plastic structure with corresponding strengths is achieved by the predetermined shape, which otherwise can only be achieved by means of comparatively complicated other methods.
  • the uniform distribution of the plastic to form the sprocket allows a reduction in the occurrence of concentricity deviations or rolling jumps.
  • the acoustic properties of the ring gear can be improved and by-effects, such as an increased torque can be avoided.
  • Plastic material is present, which is then used together to form the teeth.
  • a worm wheel for an electromechanical power steering system will preferably suggest that comprises an insert, which is encapsulated with a plastic to form a ring gear, wherein the ring gear is arranged concentrically to a worm gear, wherein according to the invention the ring gear comprises at least one section, which in the direction the worm wheel axis has reduced material thickness, wherein the portion of reduced material thickness is formed by at least two backflow elements for damming the plastic during the encapsulation.
  • the insert has at least one backflow element, which protrudes in the direction of the worm wheel axis, for the representation of the backflow section with reduced material thickness.
  • the at least one backflow element forms a constriction of the cavity between the insert and the tool, viewed in the radial direction.
  • This area thus forms the backflow section of reduced material thickness between an injection point and the outer surface of the circumferential toothing of the finished ring gear. Due to the reduced distance between the insert and the tool, which on the at least one
  • the insert has at least one back-up element, the uniform distribution of the plastic in the formation of the ring gear can be favored by the geometry of the insert. Accordingly, the depositor has an area, namely in
  • the insert preferably has the at least one backstop element projecting in the direction of the worm wheel axis.
  • the surface of a tool, which lies opposite the insert and together with it forms the cavity for forming the ring gear, can be flat. Accordingly, it requires no further modification of the tool for backflow of the plastic using the backwater element.
  • the sprocket has at least one indentation in the direction of the worm wheel, which is formed by a tool for producing the
  • Sprocket which has at least one in the direction of Schneckenradachse on the insert to projecting backflow element, to represent the backwater with a reduced material thickness.
  • the tool provides a Anspritzabêt which is closer to the Schneckenradachse and which serves to receive the plastic.
  • This Anspritzabrough forms the portion of increased material thickness of the plastic material after encapsulation.
  • the tool provides the at least one backwater element which protrudes from the tool in the direction of the worm wheel axis onto the insert and thereby reduces the distance between the tool and the insert.
  • This section forms the backflow section of reduced material thickness of the plastic material after encapsulation.
  • the advantageous effects resulting from the backlogging of the plastic can thus be achieved independently of the geometry of the insert.
  • the surface of the sprocket has at the point at which the at least one backwater has created in the production, a indentation or indentation.
  • the indentation or indentation correspondingly has the negative shape of the at least one backflow element.
  • Worm wheel axis is, wherein the material thickness of the backpressure formed in the back pressure section is constant or variable and are preferably formed in a center of the backflow section least and starting from there in the circumferential direction gradually increasing.
  • the radius of the backflow section of reduced material thickness results from a radius which has the at least one backflow element.
  • the plastic which is sprayed onto a radial region, the closer to the
  • a curved backwater element causes the backflow section of reduced material thickness of the ring gear, which as a result of the injection of the plastic is formed, having almost a constant distance in the radial direction to the worm wheel axis of the worm wheel.
  • flow paths or flow times of the plastic of almost the same length result in the formation of the toothed rim.
  • the curved configuration of the at least one backflow element allows almost equally long flow paths or flow times for the plastic of the
  • the circumferentially changing material thickness of the backflow section of reduced material thickness is due to a changing height of the at least one backwater element. This results in the production of the ring gear to a more uniform
  • the plastic which is generally distributed from at least one injection point on the insert, has to travel different distances from the injection point to get to the outer peripheral portion of the ring gear.
  • the different height of the arranged in the circumferential direction backwater element favors despite varying length flow paths a nearly uniform propagation of a flow front of the plastic.
  • the different height of the at least one backwater element leads to a different distance between the insert and the tool in the region of the backwater element.
  • the at least one return element such that the smallest flow path of the plastic must pass radially outwardly towards the region of the teeth of the ring gear the highest point of the backwater and the longest flow path of the plastic radially outward to the region of Teeth of the ring gear must pass the lowest point of at least one backwater element.
  • different lengths of flow paths, which the plastic from an injection point, which is closer to the center axis of the worm wheel, also called Schneckenradachse is compensated towards the outer peripheral portion of the ring gear, so that the plastic with a nearly uniformly spreading flow front distributed to form the sprocket.
  • a maximum long flow path from the injection point of the plastic towards an outer peripheral region of the toothed ring to be formed does not have to pass through a backflow element and, for example, runs past it.
  • the uniform distribution of the plastic for the formation of the ring gear can be positively influenced by the geometry of the at least one backwater element, in particular by its height.
  • the backflow section of reduced material thickness formed by the at least one backflow element is a circular ring or a circular ring section, which is arranged concentrically to the worm wheel axis. This makes it possible to achieve a symmetrical design of the backflow element and to achieve even more uniform propagation of the plastic flow front.
  • the insert has radially inwardly each through the at least one
  • Backstop formed backflow section of reduced material thickness at least one injection point for spraying the plastic, wherein the at least one injection point is arranged centrally to the backstop formed by the at least one backwater of reduced material thickness. Since the backflow section of reduced material thickness is formed by a backpressure element, it is ensured that the flow path of the plastic extends to the edge region of the toothed ring to be formed via the at least one backflow element. In the event that a plurality of backflow elements are provided and for each backpressure an injection point is provided, each backpressure element may be adapted to the respective injection point.
  • each backwater element may be shaped with respect to height, curvature, and the like to match a more uniformly propagating flow front of the plastic radially outwardly toward the region of the teeth of the ring gear to a corresponding injection point. Due to the central arrangement of the injection point is a uniform propagation of the flow front of the plastic after the backwater element radially outward possible.
  • the plastic can thus, after it has passed the at least one backwater element, spread symmetrically with respect to the center of the backwater element and thus contribute to the improved homogeneity of the plastic structure in the ring gear.
  • an injection section of increased material thickness arranged radially inwards relative to the backflow section of reduced material thickness is provided.
  • the plastic during encapsulation may first flow around the insert before it flows into the region of the teeth.
  • the insert comprises radially inwardly to the at least one backflow element a radially encircling or subsegmented groove for receiving the plastic during encapsulation, wherein the groove preferably forms a Anspritzabrough increased material thickness of the sprocket.
  • the plastic applied to the insert can be evenly distributed in front of the at least one backflow element. Accordingly, the plastic, for example in the form of a free jet, first passes into the groove arranged on the insert and begins to accumulate on the backstop element after the plastic has been distributed in the groove.
  • the groove may be arranged in at least one sub-segment, which corresponds for example to the length of the at least one backflow element, or annularly around the center axis of the worm wheel in the insert.
  • the plastic can accumulate evenly over the entire length of the at least one backwater element before it over this time in the radial direction outwards to the area the trainee teeth of the sprocket flows.
  • the uniform distribution of the plastic for the formation of the ring gear is additionally facilitated by the provision of a circumferential or divided into sub-segments groove. Since the flow front of the plastic, from the groove, which runs almost parallel to the at least one backwater element, forms, it is possible to form the at least one backwater element with a constant height. Overall, due to a uniform distribution of the plastic before it accumulates on the at least one backwater element, as well as a uniform distribution of the plastic after it has passed the at least one backwater element, a sprocket with an approximately homogeneous plastic structure are formed.
  • the material thickness of the An mousseabitess is increased
  • Material thickness in an inner radial region closer to the Schneckenradachse greater than a material thickness of the formed by the at least one backwater reservoir backflow section of reduced material thickness.
  • the mechanical properties of the worm wheel and in particular those of the ring gear can be determined. If the material thickness in the radial direction increases toward the outside, the ring gear is, and
  • the teeth of the ring gear more strongly influenced by the mechanical properties of the plastic, which serves to form the ring gear, as if the material thickness is kept constantly low in the radial direction to the outside.
  • mechanical properties such as the stiffness of the worm wheel, are essentially defined by the material of the insert.
  • the material thickness of the Anspritzabitess increased material thickness in an inner radial region closer to the Schneckenradachse is preferably three times as large as the material thickness of the formed by the backwater condenser backflow section of reduced material thickness.
  • a method for producing a worm wheel wherein an insert is placed on a shaft or hub, and the insert is encapsulated with a plastic to form a ring gear.
  • the plastic is jammed during the extrusion coating on a backwater element.
  • the backwater element is arranged on the insert.
  • the insert has a radial area which serves to receive the plastic and is located closer to a worm wheel axis of the worm wheel. Adjacent thereto in the radial direction, the insert has at least one backstop element projecting in the axial direction.
  • the surface of a tool, which lies opposite the insert and together with it forms the cavity for forming the ring gear, can be flat. Accordingly, it requires no further
  • the backflow element is preferably arranged on a tool on an upper tool.
  • the approximately uniform distribution of the plastic which is due to its backlog, defined by the geometry of the tool.
  • the tool provides a radial segment which is closer to the worm wheel axis of the
  • Worm wheel is located and serves to accommodate the plastic.
  • the tool provides the at least one backwater element which protrudes in the axial direction with respect to the worm wheel and reduces the distance between the tool and the insert.
  • Indentation accordingly has the negative shape of the at least one, no longer on the finished component existing, backwater.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a steering system of a
  • Figure 2 is a schematic sectional view through a device for applying a
  • Figure 3 is a schematic perspective view of a worm wheel
  • Figure 4 is a schematic perspective view of an insert for producing a
  • Figure 5 is a schematic plan view of a worm wheel
  • Figure 6 is a schematic sectional view of the worm wheel of the preceding figure along the section AA shown in Figure 5;
  • Figure 7 shows schematically a detail of a section through a worm wheel of the preceding figures, wherein the worm wheel is surrounded by a tool;
  • Figure 8 shows schematically a partial view of an insert for producing a worm wheel of the preceding figures
  • Figure 9 schematically shows an insert for producing a worm wheel of the above
  • FIG. 10 schematically shows a detailed view of a section of a worm wheel of the above
  • Figure 1 schematically a partial view of an insert for producing a worm wheel of the preceding figures.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle steering system 100, wherein a driver can introduce a corresponding torque as a steering command into a steering shaft 1 via a steering wheel 102. The torque is then transmitted via the steering shaft 1 to a steering pinion 104, which meshes with a rack 106, which in turn transmits via appropriate tie rods 108 the predetermined steering angle to the steerable wheels 1 10 of the motor vehicle.
  • An electric and / or hydraulic power assistance may be provided in the form of the power assistance 1 12 coupled to the steering shaft 1, the power assistance 1 14 coupled to the gear 104, and / or the power assistance 16 coupled to the rack 106.
  • the respective power assistance 1 12, 1 14 or 1 16 enters an auxiliary power in the steering shaft 1, the steering pinion 104 and / or the rack 106, whereby the driver in the steering work is supported.
  • the three different auxiliary power supports 1 12, 1 14 and 1 16 shown in FIG. 1 show possible positions for their arrangement.
  • auxiliary power which is to be applied to assist the driver by means of the respective power assistance 1 12, 1 14 or 1 16, is taking into account one of
  • Torque sensor 1 18 determined input torque. Alternatively or in
  • auxiliary power can be introduced with the power assistance 1 12, 1 14, 1 16 16 an additional steering angle in the steering system, which adds up with the applied by the driver via the steering wheel 102 steering angle.
  • the steering shaft 1 has an input shaft 10 connected to the steering wheel 102 and an output shaft 12 connected to the teeth 106 via the steering pinion 104.
  • the input shaft 10 and the output shaft 12 are rotationally coupled to each other via a torsion bar not visible in FIG.
  • a torque entered by a driver via the steering wheel 102 into the input shaft 10 always leads to a relative rotation of the
  • This relative rotation between the input shaft 10 and the output shaft 12 can be measured, for example, via a rotation angle sensor and, accordingly, a corresponding input torque relative to the output shaft can be determined on the basis of the known torsional rigidity of the torsion bar. In this way, by determining the relative rotation between the input shaft 10 and output shaft 12 of the
  • Torque sensor 1 18 formed.
  • Such a torque sensor 1 18 is known in principle and can be realized for example in the form of a rotary slide valve, an electromagnetic or other measurement of the relative rotation.
  • the torque sensor 1 18 can also be arranged alternatively at the position 1 18 ', in which case the aperture of the steering shaft 1 in the input shaft 10 and output shaft 12 and the torsionally flexible coupling on the torsion bar is present at a different position to from the relative rotation of the over Torsion bar coupled to the input shaft 10 Output shaft 12 to be able to determine a relative rotation and thus corresponding to an input torque and / or an auxiliary power to be entered.
  • the steering shaft 1 in the figure 1 further comprises at least one gimbal joint 120, by means of which the profile of the steering shaft 1 in the motor vehicle can be adapted to the spatial conditions.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a device 2 for applying an auxiliary power in a motor vehicle steering system.
  • a worm wheel 4 is provided, which is connected to a steering shaft 1, which is shown schematically.
  • a rotation of the worm wheel 4 about its axis of rotation, which is also referred to as Schneckenradachse 400, which is formed here by the steering shaft 1, causes the entry of an auxiliary force or an additional force on the steering shaft 1, respectively to introduce an auxiliary force or an additional steering angle in the steering line ,
  • the worm wheel 4 is driven via a drive worm 22, which in turn is driven via a schematically illustrated electric motor 24, the output 240 of the
  • Electric motor 24 is coupled according to torque transmission with the drive screw 22.
  • the axis of the drive worm 220 and the worm gear 400 do not intersect.
  • the drive worm 22 is preferably made of hardened steel.
  • a housing 3 of the device for applying an auxiliary power 2 is shown, wherein the housing 3 receives a first rolling bearing 26 which the
  • Output shaft 240 of the electric motor 24 radially supported. Furthermore, a second roller bearing 28 is provided, in which the drive-side end of the drive worm 22 is radially supported.
  • the output 240 of the electric motor 24 opposite end of the drive screw 22 is mounted in a bearing device 29, which also allows an angular compensation in addition to the radial support of the drive worm 22.
  • FIG. 3 shows a worm wheel 4, which is arranged on a steering shaft 1.
  • the worm wheel 4 has an insert 40 and a sprocket 48, which is arranged concentrically to the worm gear 400 and which is formed by molding the insert 40 with a plastic.
  • the ring gear 48 meshes with the drive screw 22 during operation.
  • the insert 40 consists in the embodiment shown of a plastic which has been sprayed onto the steering shaft 1. Alternatively, the insert 40 can also be generated independently of the steering shaft 1 and arranged rotatably on the steering shaft 1 in a further method step.
  • the arranged on the steering shaft 1 insert 40 is overmolded with a plastic 5, which forms the actual sprocket 48, which then comes into contact with the drive worm 22.
  • the plastics used for the insert 40 and the ring gear 48 are different plastics or high-performance plastics.
  • the same plastic can be used for the insert 40 and the ring gear 48.
  • FIG. 4 shows the insert 40 in a raw form, in which it has not yet been overmoulded with the plastic for forming the toothed ring 48.
  • the insert 40 has, on an outer circumferential surface, the basic shape of a helical toothing for the worm wheel 4 to be produced.
  • a hub 41 for connection to the steering shaft.
  • On 15 of an end face of the insert 40 a plurality of injection points 44 are arranged for spraying the plastic to form the ring gear.
  • the Anspritzpunke 44 are spaced from each other at an angle of 60 ° and lie on the same circular path, which concentric to the Schneckenradachse 400 rotates. Alternatively, the injection points 44 may be spaced apart at a different angle in the circumferential direction.
  • the injection points 44 are arranged in a circumferential groove 46 on the insert 40.
  • the groove 46 forms a Anspritzabêt and allows that sprayed to form the ring gear 48 plastic can be distributed starting from the injection points 44 around the entire circumference of the insert 40 around. Accordingly, the groove 46 is first filled during spraying of the plastic, so that a radial outflow of the plastic melt around the circumference of the insert 40 can take place around evenly.
  • backflow elements 42 are arranged for accumulating the injected over the injection points 44 in the groove 46 plastic.
  • protruding projections which serve to reduce the distance between the insert 40 and a tool for forming the ring gear 48 and thus accumulate the sprayed plastic in the inner region in front of the back pressure element 42.
  • Backflow elements 42 are in the embodiment shown in the circumferential direction on a
  • Backflow elements 42 are also available at a different distance.
  • the insert 40 has an internal flow restriction 47, which extends in the axial direction 5, ie in the direction of the worm wheel axis 400, and forms an annular barrier which prevents sprayed-on plastic radially inward in the direction of the
  • Worm wheel axis 400 and can flow in the direction of the hub 41.
  • FIG. 5 shows a worm wheel 4, the gear rim 48 being sprayed onto the insert 40. From the hub 41 extends radially outwardly of the insert 40. The flow restriction 47 of the insert 40 forms on a surface of the worm wheel 4, the boundary with the ring gear 48. On the ring gear 48, the injection points 44 can be seen, which after solidification of the Plastic, which forms the sprocket 48, have been reworked, or of
  • the injection points 44 are arranged circumferentially distributed on a circumference with a circle center in the Schneckenradachse 400 by 60 °.
  • the ring gear 48 has in an outer peripheral region of a finished form of
  • FIG. 6 shows a sectional view of the worm wheel 4 along the section A-A from FIG. 5.
  • the insert 40 is completely surrounded by the ring gear 48 in its outer circumferential region.
  • the plastic of the ring gear 48 forms the surface of each tooth of the circumferential toothing 49.
  • the cured plastic of the ring gear 48 is adjacent to the flow restriction 47 and extends beyond the backflow element 42 away in the radial direction to the outside.
  • the groove 46 of the insert 40 is completely filled with the cured plastic 48 and forms a Anspritzabrough 45 increased material thickness. Between the bottom of the groove 46 and a top of the ring gear 48 is correspondingly a material thickness S in the direction of
  • the material thickness S between the bottom of the groove 46 and the top of the ring gear 48 is about twice as large compared to the material thickness t, which is formed by the distance of the backwater element 42 from the top of the ring gear 48.
  • the plastic of the ring gear 48 by means of which the insert 40 is encapsulated, has different material thicknesses and particularly has a backflow section 43 of reduced material thickness t in the region in which the backwater element 42 is provided.
  • FIG. 7 shows a detailed view in which the insert 40 is located in a tool 5.
  • the tool 5 consists of an upper tool 50 and a lower tool 52.
  • FIG. 8 shows a partial view of the insert 40 showing how the sprayed plastic flows from the injection point 44 on the surface of the insert 40. The flow paths of the plastic are indicated by arrows.
  • the dashed arrows represent the flow paths of the plastic, starting from the injection points 44 on the backwater elements 42 toward the peripheral region of the toothed ring 48 to be formed.
  • the solid arrows represent the flow paths of the plastic, starting from the injection points 44 along between the
  • Back pressure elements 42 and the flow restriction 47 toward an outer peripheral region for the formation of the ring gear 48 is.
  • the plastic occurs at a point of the insert in the radial direction to the outside, on which the insert has no backwater element 42.
  • the backflow elements 42 cause, despite different long flow paths of the plastic circumferentially almost simultaneously in the outer peripheral region to form the teeth of the circumferential toothing 49 of the ring gear 48 flows. Accordingly, the plastic flowing along the shorter flow paths shown by the dashed arrows is first retained at the backwater elements 42 to retard the radial outward propagation to form the teeth of the circumferential teeth 49 of the ring gear 48 ,
  • backwater elements 42 may have a varying height. Such backwater elements 42 are shown on the insert 40 in FIG.
  • the backflow elements 42 each have a highest point in the middle and fall to their ends in
  • Flow path of the plastic is in communication, unfold a maximum backflow effect.
  • the backflow effect at a point of a backflow element 42 is therefore the smaller, the further the point of the backflow element 42 of the Center of the backwater element 42 is removed. This makes it possible for the plastic flowing out from the injection points 44 to circulate almost simultaneously into the outer edge region of the insert 40 to form the toothed ring 48. Due to the uniform filling for the formation of the ring gear 48, a particularly homogeneous plastic structure can be produced.
  • FIG. 10 shows a sectional view through part of the insert 40, which is received in a tool 5.
  • the tool 5 consists of an upper tool 50 and a lower tool 52, wherein the upper tool 50 in addition to a sprue 54 and a backwater element 56 has.
  • the backwater element 56 protrudes in the axial direction of the insert 40 and reduces the distance between the upper tool 50 and the insert 40.
  • the flow path of the sprayed-on plastic is marked by arrows in FIG.
  • the plastic hits through the sprue 54 on the injection point 44 of the insert and is on the
  • Backflow element 46 which narrows the cavity, accumulated. Subsequently, the plastic flows through the constricted region of the cavity between the backflow element 56 of the upper tool 50 and the insert 40 toward the outer peripheral portion of the insert 40 to form a tooth of the ring gear 48.
  • Figure 1 1 shows a partial view of the insert 40, on which the backwater elements 56 of the upper tool are indicated.
  • the flow paths of the plastic are indicated by arrows.
  • the dashed arrows represent the flow paths of the plastic, starting from the injection points 44 via the back pressure elements 56 toward the peripheral region of the
  • the solid arrows represent the flow paths of the plastic, starting from the injection points 44 along between the backwater elements 56 and the flow restriction 47 toward an outer peripheral region for forming the ring gear 48, is.

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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

Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung
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, weicher 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:
Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Lenksystems eines
Kraftfahrzeugs mit einer Hilfskraftunterstützung; Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zum Aufbringen einer
Hilfskraft in einer Kraftfahrzeuglenkung;
Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Schneckenrads;
Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Einlegers zur Herstellung eines
Schneckenrads;
Figur 5 eine schematische Draufsicht eines Schneckenrads;
Figur 6 schematisch eine Schnittansicht des Schneckenrads der vorstehenden Figur entlang des in Figur 5 gezeigten Schnitts A-A; Figur 7 schematisch eine Detailansicht eines Schnitts durch ein Schneckenrad der vorstehenden Figuren, wobei das Schneckenrad von einem Werkzeug umgeben ist;
Figur 8 schematisch eine Teilansicht eines Einlegers zur Herstellung eines Schneckenrads der vorstehenden Figuren;
Figur 9 schematisch einen Einleger zur Herstellung eines Schneckenrads der vorstehenden
Figuren, welcher auf einer Lenkwelle angeordnet ist;
Figur 10 schematisch eine Detailansicht eines Schnitts eines Schneckenrads der vorstehenden
Figuren, wobei das Schneckenrad von einem Werkzeug umgeben ist; und
Figur 1 1 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 Figur 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 1 10 des Kraftfahrzeugs überträgt.
Eine elektrische und/oder hydraulische Hilfskraftunterstützung kann in Form der mit der Lenkwelle 1 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 1 12, der mit dem Ritzel 104 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 1 14 und/oder der mit der Zahnstange 106 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 1 16 vorgesehen sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 1 12, 1 14 oder 1 16 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 Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 1 12, 1 14 und 1 16 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 1 12, 1 14 oder 1 16 aufgebracht werden soll, wird unter Berücksichtigung eines von einem
Drehmomentsensor 1 18 ermittelten Eingangsdrehmoments bestimmt. Alternativ oder in
Kombination mit der Einbringung der Hilfskraft kann mit der Hilfskraftunterstützung 1 12, 1 14, 1 16 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 Figur 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 1 18 ausgebildet. Ein solcher Drehmomentsensor 1 18 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 1 12, 1 14, 1 16 hervorrufen, wenn die Ausgangswelle 12 gegen den Drehwiderstand des Drehstabs relativ zu der Eingangswelle 10 verdreht wird.
Der Drehmomentsensor 1 18 kann auch alternativ an der Position 1 18' 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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.
Figur 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 5 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.
10
Figur 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 15 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.
20
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 25 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
30 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
35 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 5 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.
10 Figur 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
15 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.
20 Figur 6 zeigt eine Schnittansicht des Schneckenrads 4 entlang des Schnitts A-A aus Figur 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.
25
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 30 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.
Figur 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 Figur 7 zeigen dabei die Fließrichtung des Kunststoffs an.
In dem in Figur 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. Figur 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 Figur 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.
Figur 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 Figur 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.
Figur 1 1 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.
Bezuqszeichenliste
1 Lenkwelle
10 Eingangswelle
5 12 Ausgangswelle
100 Kraftfahrzeuglenkung
102 Lenkrad
104 Lenkritzel
106 Zahnstange
10 108 Spurstange
1 10 lenkbares Rad
1 12 Hilfskraftunterstützung
1 14 Hilfskraftunterstützung
1 16 Hilfskraftunterstützung
15 1 18 Drehmomentsensor
1 18' Drehmomentsensor
120 kardanisches Gelenk
2 Vorrichtung zum Aufbringen einer Hilfskraft
22 Antriebsschnecke
20 24 Elektromotor
26 Wälzlager der Abtriebswelle des Elektromotors
28 Wälzlager für die Antriebsschnecke
29 Lagervorrichtung
220 Achse der Antriebsschnecke
25 240 Abtrieb des Elektromotors
3 Gehäuse
4 Schneckenrad
41 Nabe
40 Einleger
30 42 Rückstauelement
43 Rückstauabschnitt (Abschnitt reduzierter Materialdicke)
44 Anspritzpunkt
45 Anspritzabschnitt (Abschnitt erhöhter Materialdicke )
46 Nut
35 47 Fließbegrenzung
48 Zahnkranz 49 Verzahnung
400 Schneckenradachse
5 Werkzeug
50 Oberwerkzeug
52 Unterwerkzeug
54 Anguss
56 Rückstauelement
S Dicke
t Dicke

Claims

1 Ansprüche
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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. 2
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.
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