EP4114636A1

EP4114636A1 - Verfahren zur herstellung eines getrieberads für eine elektromechanische hilfskraftlenkung

Info

Publication number: EP4114636A1
Application number: EP21709367.3A
Authority: EP
Inventors: Philipp GOTTWALD; Alexander Sulzer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2023-01-11
Also published as: CN115243858A; CN115243858B; DE102020202922A1; WO2021175750A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Getrieberads umfassend eine Hohlwelle (4), die mit einem koaxial mit radialem Abstand umlaufenden Zahnkranz (5) über einen im Kunststoff-Spritzguss eingespritzten Verbindungskörper (6) verbunden ist, bei dem der Zahnkranz (5) und die Hohlwelle (4) im Formhohlraum (73) einer Spritzgießform (7) in einer auswerferseitigen Formhälfte (72) positioniert werden, die durch eine düsenseitige Formhälfte (71) axial geschlossen wird, und durch mindestens eine Einspritzdüse (77,79) in der düsenseitigen Formhälfte (71) schmelzflüssiger Kunststoff axial in den Zwischenraum (8) zwischen Zahnkranz (5) und Hohlwelle (4) eingespritzt wird. Um ein Verfahren anzugeben, welches weniger aufwendig ist und breitere Anwendungsmöglichkeiten bietet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei geschlossener Spritzgießform (7) eine stirnseitige axiale Öffnung (43) der Hohlwelle (4) von der düsenseitigen Formhälfte (71) geschlossen wird und zum Zwischenraum (8) abgedichtet wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Getrieberads für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Getrieberads umfassend eine Hohl welle, die mit einem koaxial mit radialem Abstand umlaufenden Zahnkranz über einen im Kunststoff-Spritzguss eingespritzten Verbindungskörper verbunden ist, bei dem der Zahn kranz und die Hohlwelle im Formhohlraum einer Spritzgießform in einer auswerferseitigen Formhälfte positioniert werden, die durch eine düsenseitige Formhälfte axial geschlossen wird, und durch mindestens eine Einspritzdüse in der düsenseitigen Formhälfte schmelzflüs siger Kunststoff axial in den Zwischenraum zwischen Zahnkranz und Hohlwelle eingespritzt wird. Ein nach dem Verfahren hergestelltes Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfs kraftlenkung ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Bei elektromechanischen Hilfskraftlenkungen wird ein Hilfsdrehmoment von einem Elektro motor erzeugt, welches zur Unterstützung eines manuellen Lenkmoments über ein Getriebe in eine Lenkwelle eingekoppelt wird. Das Getriebe ist als Untersetzungsgetriebe ausgebildet und umfasst ein mit der Motorwelle gekuppeltes erstes Getriebeelement, beispielsweise eine drehfest mit der Motorwelle verbundene Schnecke, und ein damit in Getriebeeingriff stehen des Getrieberad, beispielsweise ein Schneckenrad, welches drehmomentschlüssig mit der Lenkwelle verbunden ist.

Das Getrieberad weist in der gattungsgemäß zugrunde gelegten Bauform eine Nabe auf, die zumindest abschnittweise als Hohlwelle ausgebildet ist, die in dem Getriebe um eine Getrie beachse drehbar gelagert und mit der Lenkwelle drehmomentschlüssig verbindbar ist. Der Zahnkranz, der beispielsweise eine Schneckenverzahnung aufweisen kann, umgibt die Hohl welle koaxial, und ist mit dieser über einen radial dazwischen angeordneten Verbindungskör per drehfest verbunden.

Zur Optimierung der Betriebseigenschaften ist es bekannt, die Hohlwelle und den Zahnkranz aus unterschiedlichen, für die jeweiligen Beanspruchungen angepassten Materialien auszu bilden, beispielsweise die Hohlwelle aus Stahl, und den Zahnkranz aus Kunststoff oder Bunt metall, und drehfest miteinander zu verbinden. Hierzu ist es beispielsweise aus der EP 1 777439 A1 bekannt, im Kunststoff-Spritzgussverfahren einen schmelzflüssigen ther moplastischen Kunststoff zwischen Hohlwelle und Zahnkranz einzuspritzen, der nach dem Erstarren einen mit Hohlwelle und Zahnkranz bevorzugt Stoff- und formschlüssig verbunde nen Verbindungskörper bildet.

In der EP 1 777 439 A1 wird ein Spritzgießverfahren vorgeschlagen, bei dem die Nabe und der Zahnkranz im Formhohlraum einer zweiteiligen Spritzgießform in einer auswerferseitigen Formhälfte positioniert werden, die durch die düsenseitige Formhälfte geschlossen wird, und den Verbindungskörper im Schirmanguss zu erzeugen. Dabei wird der Zwischenraum durch eine ringförmig koaxial zur Getriebeachse umlaufende Einspritzdüse in der düsenseitigen Formhälfte mit der Kunststoffschmelze gefüllt. Infolge dessen entsteht ein kegelmantelförmi ger Anguss, der von dem fertig erstarrten Verbindungskörper durch Nachbearbeitung, bei spielsweise spanend entfernt werden muss, was fertigungstechnisch aufwendig ist. Weiter hin ist es erforderlich, beim Spritzgießvorgang ein Eindringen von Kunststoffschmelze in die stirnseitige Öffnung der Hohlwelle zu vermeiden. Hierzu wird vorgeschlagen, einen Kern von der auswerferseitigen Formhälfte durch die Öffnung hindurchzutauchen, um diese auszufül len und zu schließen. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Öffnung glatt und mit gleichblei bendem Querschnitt durch die Nabe axial durchgeht, und keine Querschnittsänderungen o- der Hinterschnitte aufweist, die eine Entformung der auswerferseitigen Formhälfte unmöglich machen würden. Dadurch wird die Anwendung prinzipiell auf eine einfache Nabengeometrie eingeschränkt.

Außerdem ist eine toleranzarme Einpassung des Kerns erforderlich, um Eindringen von Kunststoff in den Spalt zwischen Kern und Öffnung zu vermeiden, was ebenfalls aufwendig ist. Zudem lässt sich auch durch den durchgesteckten Kern nicht verhindern, dass die Hohl welle düsenseitig außen zumindest teilweise mit Kunststoff in Kontakt kommt, der nachträg lich entfernt werden muss.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Getrieberads mit einem eingespritzten Verbin dungskörper anzugeben, welches weniger aufwendig ist und breitere Anwendungsmöglich keiten bietet.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Getrieberads umfassend eine Hohlwelle, die mit ei nem koaxial mit radialem Abstand umlaufenden Zahnkranz über einen im Kunststoff-Spritz guss eingespritzten Verbindungskörper verbunden ist, bei dem der Zahnkranz und die Hohl welle im Formhohlraum einer Spritzgießform in einer auswerferseitigen Formhälfte positio niertwerden, die durch eine düsenseitige Formhälfte axial geschlossen wird, und durch min destens eine Einspritzdüse in der düsenseitigen Formhälfte schmelzflüssiger Kunststoff axial in den Zwischenraum zwischen Zahnkranz und Hohlwelle eingespritzt wird, wird erfindungs gemäß vorgeschlagen, dass bei geschlossener Spritzgießform eine stirnseitige axiale Öff nung der Hohlwelle von der düsenseitigen Formhälfte geschlossen wird und zum Zwischen raum abgedichtet wird.

Die Nabe wird gebildet durch eine Hohlwelle, die sich axial in Richtung der Getriebeachse erstreckt, und die eine stirnseitige axiale Öffnung aufweist, die eine axial durchgehende Durchgangsöffnung bilden kann, aber auch eine Sackbohrung sein kann, die innerhalb der Hohlwelle geschlossen sein kann.

Die zweiteilige Spritzgießform weist eine düsenseitige und eine auswerferseitige Formhälfte auf, die zum Schließen der Spritzgießform in axialer Richtung - bezogen auf die Getriebe achse - zusammengesetzt werden, bis sie bei geschlossener Spritzgießform in der Trenn ebene gegeneinander anliegen.

Vor dem Schließen wird in axialer Richtung die Hohlwelle, die beispielweise aus Stahl be steht, zentral in die auswerferseitige Formhälfte eingesetzt, und koaxial dazu der Zahnkranz eingelegt, der beispielsweise aus Kunststoff oder Buntmetall gebildet ist. Anschließend wird die Spritzgießform durch axiales Ansetzen der düsenseitigen Formhälfte geschlossen. In die sem geschlossenen Zustand wird durch die düsenseitige Formhälfte nicht nur der zusammen mit der auswerferseitigen Formhälfte gebildete Formhohlraum nach außen begrenzt und ge schlossen, sondern erfindungsgemäß wirkt die düsenseitige Formhälfte derart mit der Hohl welle zusammen, dass sie die düsenseitig offene axiale Öffnung dicht verschließt. Folglich ist der verbleibende Zwischenraum axial zwischen den Formflächen der düsenseitigen und der auswerferseitigen Formhälfte, und radial zwischen dem Zahnkranz und der Außenfläche der Hohlwelle begrenzt. Dadurch, dass die düsenseitige Öffnung der Hohlwelle durch die düsen seitige Formhälfte dicht verschlossen ist, ist der Innenraum der Öffnung zum Zwischenraum hin dicht geschlossen.

Im nächsten Schritt wird schmelzflüssiger Kunststoff, die Kunststoffschmelze, durch eine ge eignete Einspritzdüsenanordnung durch die düsenseitige Formhälfte axial, d.h. in Richtung der Getriebeachse, in den Zwischenraum eingespritzt. Nach dem Erstarren bildet der Kunst stoff das Verbindungsteil, welches stoffschlüssig, und zusätzlich durch in den Kunststoff ein gebettete Formschlusselemente formschlüssig mit der Hohlwelle und/oder dem Zahnkranz verbunden sein kann. Durch die erfindungsgemäße Abdichtung der Öffnung wird verhindert, dass Kunststoffschmelze in das Innere der Hohlwelle eindringt. Dadurch werden Anguss reste im Bereich der Öffnung weitgehend vermieden, und entsprechend wird in vorteilhafter Weise der Aufwand für die Nachbearbeitung verringert.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber dem genannten Stand der Technik mit dem durch die Öffnung von der Auswerferseite her hindurchtauchenden Kern ist, dass die Öff nung unabhängig vom Durchgangsquerschnitt, und gegebenenfalls vorliegenden Formände rungen, Querschnittsänderungen oder Hinterschnitten sicher durch die düsenseitige Form hälfte geschlossen werden kann. Falls die Öffnung durch eine Sackbohrung gebildet wird, kann sie ebenfalls einfach und sicher geschlossen werden, was im Stand der Technik nicht möglich ist. Dadurch ergeben sich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bezüglich der Aus gestaltung der Hohlwelle.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Öffnung als Durchgangsöffnung mit ei nem durch die Hohlwelle axial durchgehenden Durchgangsquerschnitt ausgebildet ist, der düsenseitig größer ist als auswerferseitig. Durch einen innen gestufte Bohrung kann bei spielsweise eine Gewichtsoptimierung realisiert werden, oder auch eine optimierte Anpas sung zur Verbindung mit einer Lenkwelle.

Bevorzugt weisen die düsenseitige Formhälfte und die Hohlwelle korrespondierende axiale Dichtflächen auf, die bei geschlossener Spritzgießform dicht gegeneinander anliegen. Dadurch, dass die axial wirkende Schließkraft der Spritzgießform auf die axialen Dichtflä chen wirkt, kann eine besonders sichere Abdichtung der Öffnung gegen den Zwischenraum realisiert werden.

Zusätzlich oder alternativ können die düsenseitige Formhälfte und die Hohlwelle korrespon dierende radiale Dichtflächen aufweisen, die bei geschlossener Spritzgießform spielarm ge geneinander anliegen.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist, dass die korrespondierenden Dichtflächen an der düsenseitigen Formhälfte und der Hohlwelle zumindest abschnittweise konisch ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Hohlwelle eine konisch zur Düsenseite zusammenlaufende Dichtfläche aufweisen, und die düsenseitige Formhälfte eine korrespondierende, dagegen abdichtende konische oder zylindrische Öffnung. Die konischen Dichtflächen können kegel förmig, oder auch ballig oder gerundet geformt sein. Derartig konische Dichtflächen haben den Vorteil, dass die in axialer Richtung wirkende Schließkraft der Spritzgießform zur Ab dichtung genutzt werden kann.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die düsenseitige Formhälfte bei geschlosse ner Spritzgießform stirnseitig dicht gegen die Hohlwelle anliegt. Beispielsweise kann am stirnseitigen Rand der Öffnung eine koaxial umlaufende axiale, radiale und/oder konische Dichtfläche ausgebildet sein, die eine korrespondierende Dichtfläche an der Innenwandung der düsenseitigen Formhälfte dicht kontaktiert.

Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass ein stirnseitig von dem Verbindungskörper und/oder dem Zahnkranz axial vorstehender Hohlwellenabschnitt der Hohlwelle in einer Aus nehmung der düsenseitigen Formhälfte aufgenommen wird. Die Hohlwelle kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten einen axial vorstehenden Abschnitt aufweisen, der beispiels weise ausgestaltet sein kann mit Verbindungsmitteln zur drehmomentschlüssigen Verbin dung mit einer Lenkwelle, beispielsweise Bohrungen und/oder Wellenzapfen mit rundem o- der unrundem Querschnitt zur Realisierung von kraft- und/oder formschlüssigen Verbindun gen. Dadurch, dass ein düsenseitig axial vorstehender Hohlwellenabschnitt bei geschlosse ner Spritzgießform in die Ausnehmung der düsenseitigen Formhälfte eintaucht, kann eine einfache Anpassung an unterschiedliche Geometrien und Abmessungen des Getrieberads erfolgen. Die erfindungsgemäße Abdichtung kann im stirnseitigen Endbereich, oder auch im Verlauf des vorstehenden Hohlwellenabschnitts erfolgen. Hierzu können beispielsweise wie oben beschrieben axialen, konische und/oder radiale Dichtflächen vorgesehen sein.

Es kann vorteilhaft zur Durchführung des Verfahrens sein, dass eine Mehrzahl von Punkan güssen über den Umfang verteilt angeordnet ist. Die Punktangüsse weisen axial in den Zwi schenraum einmündende Einspritzdüsen auf. Für jeden Punktanguss wird durch eine Ein spritzdüse die Kunststoffschmelze in den Zwischenraum eingespritzt, wodurch eine gleich mäßige, an die Geometrie angepasste Füllung realisiert werden kann. Dadurch kann ein gleichmäßiger, spannungsarmer und hoch belastbarer Verbindungskörper erzeugt werden.

Es können drei, vier, sechs, acht, zwölf oder mehr Punktangüsse - bevorzugt gleichmäßig - über den Umfang verteilt angeordnet sein. Fertigungstechnisch haben Punktangüsse den Vorteil, dass der Angussquerschnitt, der durch den Düsenquerschnitt der Einspritzdüse ge geben ist, derart - nahezu punktförmig - gering sein kann, dass der Angusskanal beim Ent- formen durch geringe Querkräfte abreißt oder abschert. Dadurch, dass die Punktangüsse nah an der düsenseitigen axialen Oberfläche des Verbindungskörpers positioniert werden, ist in der Regel keine mechanische Nachbearbeitung der Angüsse erforderlich, wodurch der Fertigungsaufwand gegenüber einem Schirmanguss reduziert werden kann.

Um das Abtrennen des oder der Angusspunkte durch Abscheren oder Abreißen zu erzeu gen, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass nach dem Erstarren des Kunststoffs die auswerferseitige Formhälfte von der düsenseitigen Form hälfte durch eine axial-translatorische und eine rotatorische Bewegung voneinander getrennt werden, bevorzugt überlagert als schraubenförmige Bewegung. Zum Entformen werden die beiden Formhälften entgegen der axialen Schließrichtung voneinander getrennt, wobei der Formhohlraum geöffnet wird und das fertige Getrieberad aus der auswerferseitigen Form hälfte ausgeworfen werden kann. Dadurch, dass bei der Trennung die beiden Formhälften schraubenförmig relativ zueinander bewegt werden, wirkt durch die rotatorische Bewegungs komponente auf die im Bereich der Einspritzdüsen gebildeten Angüsse eine Scherkraft in Umfangsrichtung, wodurch diese beim Entformen abgeschert bzw. abgerissen werden, und eine Nachbearbeitung entfallen kann. Es ist auch denkbar und möglich, dass die Formhälften durch ein rein axial-translatorische Bewegung voneinander getrennt werden können.

Es ist unter Umständen auch möglich, dass der Zwischenraum im Schirmanguss gefüllt wird, beispielsweise um spezielle Geometrien optimiert zu spritzen. Weiterhin ist es denkbar und möglich, dass der Zwischenraum im Ringanguss gefüllt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass der Zwischenraum mit einer gleichmäßigen Wanddicke hergestellt werden kann.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Schneckenrad für eine elektromechanische Hilfskraftlen kung, umfassend eine als Hohlwelle ausgebildete Nabe, die mit einem koaxial mit radialem Abstand umlaufenden Zahnkranz über einen im Kunststoff-Spritzguss eingespritzten Verbin dungskörper aus einem thermoplastischem Kunststoff verbunden ist, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorangehend beschrieben hergestellt ist. Die Nabe und/o der der Zahnkranz können aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoff ausge bildet sein. Es ist weiterhin denkbar und möglich, das Schneckenrad für ein Steer-by-Wire Lenksystem vorzusehen, bei welcher eine Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rä dern über elektrische Signale erfolgt. Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnun gen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung,

Figur 2 ein Hilfskraftantrieb des Lenksystems gemäß Figur 1 in einer schematischen

Darstellung,

Figur 3 ein Getrieberad eines Hilfskraftantriebs in perspektivischer Ansicht,

Figur 4 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Spritzgießform,

Figur 5 eine schematische Darstellung des Schmelzeflusses in einer Spritzgießform gemäß Figur 4,

Figur 6 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Spritzgießform in einer zweiten Ausführung,

Figur 7 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Spritzgießform in einer drit ten Ausführung.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Kraftfahrzeuglenkung 100. Diese umfasst eine Lenkwelle 1, in die ein Fahrer über ein Lenkrad 102 ein manuelles Lenk-Drehmoment oder Lenkmoment als Lenkbefehl einbringen kann. Das Lenkmoment wird über die Lenkwelle 1 auf ein Lenkritzel 104 übertragen, welches in einem Lenkgetriebe mit einer Zahnstange 106 kämmt. Eine Drehung des Lenkritzels 104 wird darin in eine lineare Verlagerung der Zahn stange 106 umgesetzt, die dann ihrerseits über die Spurstangen 108 einen Lenkeinschlag der lenkbaren Räder 110 des Kraftfahrzeugs bewirkt. Eine elektrische Hilfskraftunterstützung kann in Form eines eingangsseitig mit der Lenkwelle 1 gekoppelten Hilfskraftantriebs 112, eines mit dem Ritzel 104 gekoppelten Hilfskraftantriebs 114 und/oder eines mit der Zahnstange 106 gekoppelten Hilfskraftantriebs 116 vorgesehen sein. Der jeweilige Hilfskraftantrieb 112, 114 oder 116 koppelt ein Hilfsdrehmoment in die Lenkwelle 1 und/oder das Lenkritzel 104 und/oder eine Hilfskraft in die Zahnstange 106 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen, in der Fi gur 1 dargestellten Hilfskraftantriebe 112, 114 und 116 zeigen mögliche Positionen für deren Anordnung.

Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einem Hilfskraftantrieb 112, 114 oder 116 belegt. Das Hilfsdrehmoment bzw. die Hilfskraft, welche zur Unterstützung des Fahrers mittels des jeweiligen Hilfskraftantriebs 112, 114 oder 116 aufgebracht werden soll, wird unter Berücksichtigung eines von einem Drehmomentsensor 118 ermittelten, vom Fah rer manuell eingebrachten Lenkmoments bestimmt. Alternativ oder in Kombination mit der Einbringung des Hilfsdrehmoments kann von einem Hilfskraftantrieb 112, 114, 116 ein zu sätzlicher Lenkwinkel in das Lenksystem 100 eingebracht werden, der sich mit dem vom Fahrer über das Lenkrad 102 aufgebrachten Lenkwinkel summiert.

Die Lenkwelle 1 weist eingangsseitig eine mit dem Lenkrad 102 verbundene Eingangswelle 10 und ausgangsseitig eine mit der Zahnstange 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 Drehmo ment immer dann zu einer Relativdrehung der Eingangswelle 10 bezüglich der Ausgangs welle 12, wenn die Ausgangswelle 12 sich nicht exakt synchron zu der Eingangswelle 10 dreht. Diese Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 kann über einen Drehwinkelsensor gemessen werden und entsprechend aufgrund der bekannten Torsi onssteifigkeit des Drehstabes ein entsprechendes Eingangsdrehmoment relativ zur Aus gangswelle 12 bestimmt werden. Auf diese Weise wird durch die Bestimmung der Relativ drehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 der Drehmomentsensor 118 ausgebildet. Ein solcher Drehmomentsensor 118 ist prinzipiell bekannt und kann beispiels weise eine elektromagnetische Sensoranordnung, oder durch eine andere Messung der Re lativverdrehung realisiert werden.

Entsprechend wird ein Lenkmoment, 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 einen der Hilfskraftantriebe 112, 114, 116 bewirken, wenn die Ausgangswelle 12 gegen den Drehwiderstand des Drehstabs relativ zu der Eingangswelle 10 verdreht wird.

Der Drehmomentsensor 118 kann auch alternativ an der Position 118‘ angeordnet sein, wo bei dann die Durchbrechung der Lenkwelle 1 in Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 und die drehelastische Kopplung über den Drehstab entsprechend an einer anderen Posi tion vorliegt, um aus der Relativverdrehung der über den Drehstab mit der Eingangswelle 10 gekoppelten Ausgangswelle 12 eine Relativdrehung und damit entsprechend ein Eingangs drehmoment und/oder ein einzubringendes Hilfsdrehmoment bestimmen zu können.

Die Lenkwelle 1 gemäß Figur 1 umfasst weiterhin mindestens ein kardanisches Gelenk 120, mittels welchem der Verlauf der Lenkwelle 1 im Kraftfahrzeug an die räumlichen Gegeben heiten angepasst werden kann.

In Figur 2 ist beispielhaft ein elektromechanischer Hilfsmomentantrieb 2 dargestellt, der als ein Hilfskraftantrieb 112 oder 114 eingesetzt werden kann zur Einkopplung eines Hilfsmo ments in die Lenkwelle 1.

Der Hilfsmomentantrieb 2 weist ein Getriebe 21 auf, welches eine Schnecke 22 aufweist, die mit einem als Schneckenrad ausgebildeten Getrieberad 3 in Getriebeeingriff steht.

Das Getrieberad 3 ist mit der Lenkwelle 1 drehfest verbunden, und mit diesem um die Getrie beachse L, welche hier identisch ist mit der Längsachse der Lenkwelle 1, drehbar in dem Getriebe 21 gelagert.

Die Schnecke 22 ist mit der Motorwelle 23 eines Elektromotors 24 gekuppelt, und von die sem drehend antreibbar, wobei durch den Getriebeeingriff das Getrieberad 3 um die Getrie beachse L in Drehung versetzt wird.

Das Getrieberad 3 ist in Figur 3 separat perspektivisch dargestellt. Es weist eine als Hohl welle 4 ausgebildete Nabe auf, die koaxial zur Getriebeachse L von einem Zahnkranz 5 um geben ist. Die Hohlwelle 4 ist über einen im Kunststoff-Spritzguss in den radialen Zwischen raum eingespritzten Verbindungskörper 6 aus thermoplastischem Kunststoff mit dem Zahn kranz 5 fest verbunden.

Die Hohlwelle 4 weist einen stirnseitig axial vorstehenden ersten Hohlwellenabschnitt 41 auf, und einen sich von der anderen Seite axial erstreckenden Hohlwellenansatz 42. Zwischen den Hohlwellenabschnitten 41, 42 ist ein Einlegeteil 400 vorgesehen. Das Einlegeteil 400 ist einstückig mit der Nabe 4 ausgebildet. Eine stirnseitig des Hohlwellenabschnitts 41 offene Öffnung 43 geht als Durchgangsbohrung durch die gesamte Hohlwelle 4 hindurch, wie in dem in Figur 4 gezeigten Längsschnitt entlang der Getriebeachse L erkennbar ist. Dem ist entnehmbar, dass der Öffnungsquerschnitt der Öffnung 43 über die Länge gestuft ist, wobei der Innendurchmesser D im Hohlwellenabschnitt 41 größer ist als im Hohlwellenansatz 42.

Figur 4 zeigt das Getrieberad 3 in einem Längsschnitt während der Fertigung in einer zwei teiligen Spritzgießform 7, die eine auf der Düsenseite - in der Zeichnung links - angeordnete düsenseitige Formhälfte 71 , und eine auf der Auswerferseite - in der Zeichnung rechts - an geordnete auswerferseitige Formhälfte 72 aufweist. In dem gezeigten geschlossenen Zu stand liegen die Formhälften 71 und 71 in der Trennebene T gegeneinander an.

Die Formhälften 71 und 72 umschließen einen Formhohlraum 73, der im gezeigten Beispiel überwiegend in der auswerferseitigen Formhälfte 72 ausgebildet ist.

Zur Fertigung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der separat bereitgestellte Zahnkranz 5 und die Hohlwelle 4, insbesondere im Bereich des Einlegeteils 400, in dem Formhohlraum 73 der auswerferseitigen Formhälfte 72, wie gezeigt, positioniert. Anschlie ßend wird die düsenseitige Formhälfte 71 axial, d.h. in Richtung der Getriebeachse L mit der auswerferseitigen Formhälfte 72 in der Trennebene T zusammengesetzt, wobei der Form hohlraum 73 mit der Schließkraft F geschlossen wird, wie in Figur 4 mit den Pfeilen einge zeichnet. Dabei verbleibt radial zwischen der Hohlwelle 4 und dem Zahnkranz 5 ein Zwi schenraum 8, dessen Querschnitt mit dem Verbindungskörper 6 korrespondiert.

Bei geschlossener Spritzgießform 7 taucht der nun zur Düsenseite hin vorstehende Hohlwel lenabschnitt 41 in eine Ausnehmung 74 in der düsenseitigen Formhälfte 71 ein. Dabei liegt eine stirnseitig an dem Hohlwellenabschnitt 41 angeordnete axiale Dichtfläche 44 dicht an der düsenseitigen Formhälfte 71 gegen eine korrespondierende axiale Dichtfläche 75 an, die hier am Grund der Ausnehmung 74 angeordnet ist. Dadurch ist der Zwischenraum 8 gegen die Öffnung 43 abgedichtet. Die Dichtflächen 44,76 können weiterhin in einem Bereich des Formhohlraums 73 vorgesehen sein, in welchem das Einlegeteil 400 und die düsenseitigen Formhälfte 71 und die auswerferseitigen Formhälfte 72 angrenzen.

Die düsenseitige Formhälfte 71 weist eine Mehrzahl von Einspritzdüsen 76 auf, die - bevor zugt gleichmäßig - über den Umfang verteilt axial in den Zwischenraum 8 einmünden, zur Bildung von Punktangüssen. Die Einspritzdüsen 76 können über sternförmig oder über den gesamten Umfang angeordnete Verteilerkanäle 77 von einem zentralen Speisekanal 78 mit Kunststoffschmelze beaufschlagt werden.

Beim eigentlichen Spritzgießvorgang wird flüssige Kunststoffschmelze durch den Speiseka nal 78, die Verteilerkanäle 77 und die Einspritzdüsen 76 in den Zwischenraum 8 eingespritzt, wie schematisch in Figur 5 dargestellt ist. Nach dem Erstarren bildet der Kunststoff den Kunststoffkörper 6, der den Zwischenraum 8 im Wesentlichen ausfüllt, und mit der Hohlwelle 4 und dem Zahnkranz 5 stoffschlüssig und bevorzugt auch formschlüssig fest verbunden ist.

Durch die Einspritzdüsen 76 werden über den düsenseitigen axialen Umfang des Verbin dungskörpers Punktangüsse mit relativ kleinem Querschnitt gebildet. Zum Entformen wird die düsenseitige Formhälfte 71 entgegen der Schließkraft F entlang der Getriebeachse L axial von der auswerferseitigen Formhälfte 72 entfernt, wobei sie gleichzeitig um die Getrie beachse L rotiert wird, so dass eine Art schraubenförmige Bewegung erfolgt. Dadurch wer den die Punktangüsse im Bereich der Einspritzdüsen 76 an der axialen Stirnseite des Ver bindungskörpers abgeschert. Eine weitere Nachbearbeitung ist nicht erforderlich.

Figur 6 und 7 zeigen ähnliche Ansichten wie Figur 4, wobei die auswerferseitige Form hälfte 72 weggelassen ist.

In der Ausführung von Figur 6 ist anstelle der punktförmigen Einspritzdüsen 76 von Figur 4 eine koaxial ringförmig umlaufende Einspritzdüse 79 vorgesehen. Dabei erfolgt das Einsprit zen der Kunststoffschmelze in den Zwischenraum 8 axial durch einen umlaufenden Ring spalt. Dadurch kann das Füllverhalten angepasst werden.

Bei der in Figur 7 gezeigten Ausführung ist, ähnlich wie in Figur 4, eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Einspritzdüsen 76 vorgesehen, die jedoch nicht unmittelbar als Punk tangüsse in den Zwischenraum 8 einmünden, sondern in eine axial davor ausgebildete Vor kammer 81. Diese Vorkammer 81 kann als koaxialer Ringraum ausgebildet sein, der mit dem Zwischenraum 8 verbunden ist. Dabei wird zunächst die Vorkammer 81 mit Kunststoff gefüllt und anschließend der Zwischenraum 8. Die Vorkammer wird abschließend zerspanend ent fernt. Dadurch kann das Einspritzen der Kunststoffschmelze angepasst und die Füllung opti miert werden. Bezugszeichenliste

1 Lenkwelle

10 Eingangswelle

100 Kraftfahrzeuglenkung

102 Lenkrad

104 Lenkritzel

106 Zahnstange

108 Spurstangen

110 Rad

112,114,116 Hilfskraftantrieb 118 Drehmomentsensor

12 Ausgangswelle

120 Gelenk

2 Hilfsmomentantrieb

21 Getriebe

22 Schnecke

23 Motorwelle

24 Elektromotor

4 Hohlwelle

41 Hohlwellenabschnitt

42 Hohlwellenansatz

43 Öffnung

44 Dichtfläche

5 Zahnkranz

6 Verbindungskörper

7 Spritzgießform 71, 72 Formhälfte

73 Formhohlraum

74 Ausnehmung

75 Dichtfläche

76 Einspritzdüsen (Punktangüsse)

77, 79 Einspritzdüse

8 Zwischenraum

81 Vorkammer

L Getriebeachse

T Trennebene

F Schlließkraft

D, d Durchmesser

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Getrieberads umfassend eine Hohlwelle (4), die mit einem koaxial mit radialem Abstand umlaufenden Zahnkranz (5) über einen im Kunst stoff-Spritzguss eingespritzten Verbindungskörper (6) verbunden ist, bei dem der Zahnkranz (5) und die Hohlwelle (4) im Formhohlraum (73) einer Spritzgießform (7) in einer auswerferseitigen Formhälfte (72) positioniert werden, die durch eine düsensei tige Formhälfte (71) axial geschlossen wird, und durch mindestens eine Einspritzdüse (77,79) in der düsenseitigen Formhälfte (71) schmelzflüssiger Kunststoff axial in den Zwischenraum (8) zwischen Zahnkranz (5) und Hohlwelle (4) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Spritzgießform (7) eine stirnseitige axiale Öffnung (43) der Hohlwelle (4) von der düsenseitigen Formhälfte (71) geschlossen wird und zum Zwi schenraum (8) abgedichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die düsenseitige Form hälfte (71) und die Hohlwelle (4) korrespondierende axiale, radiale und/oder konische Dichtflächen (44) aufweisen, die bei geschlossener Spritzgießform (7) dicht gegenei nander anliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die düsenseitige Form hälfte (71) bei geschlossener Spritzgießform (7) stirnseitig dicht gegen die Hohlwelle (4) anliegt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stirnseitig von dem Verbindungskörper (6) und/oder dem Zahnkranz (5) axial vorstehender Hohlwellenabschnitt (41) der Hohlwelle (4) in einer Ausnehmung (74) der düsenseitigen Formhälfte (71) aufgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (43) als Durchgangsöffnung mit einem Durchgangsquerschnitt aus gebildet ist, der düsenseitig größer ist als auswerferseitig.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Punktangüssen (76) über den Umfang verteilt angeordnet ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erstarren des Kunststoffs die auswerferseitige Formhälfte (72) von der düsenseitigen Formhälfte (71) durch eine axial-translatorische und eine rotatori sche Bewegung voneinander getrennt werden, bevorzugt überlagert als schrauben- förmige Bewegung.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (8) im Schirmanguss gefüllt wird.

9. Schneckenrad (3) für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung, umfassend eine als

Hohlwelle (4) ausgebildete Nabe, die mit einem koaxial mit radialem Abstand umlau fenden Zahnkranz (5) über einen im Kunststoff-Spritzguss eingespritzten Verbin dungskörper (6) aus einem thermoplastischem Kunststoff verbunden ist, dadurch ge kennzeichnet, dass es nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.

10. Schneckenrad (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) und/oder der Zahnkranz () aus einem metallischem Werkstoff gebildet sind.

11. Schneckenrad (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) und/oder der Zahnkranz (5) aus einem Kunststoff gebildet sind.