WO2011127919A1 - Schneckengetriebe - Google Patents

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Andreas Eisenhuth
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ZF Lenksysteme GmbH
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    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/22—Toothed members; Worms for transmissions with crossing shafts, especially worms, worm-gears
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F16H55/0853—Skewed-shaft arrangement of the toothed members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2015/00—Gear wheels or similar articles with grooves or projections, e.g. control knobs
    • B29L2015/003—Gears

Definitions

  • the invention relates to a worm wheel with a globoidisch trained teeth having teeth.
  • the globoidisch trained teeth have along the width of the worm wheel on a concave curvature.
  • the gap width between two opposing teeth varies along the width of the worm wheel.
  • the gap width between the teeth is minimal, whereas it is largest in the middle region between the end faces.
  • the invention has the object to improve a generic worm wheel to the effect that it can be removed from a tool axially.
  • the thickness of the teeth decreases from one end face of the worm wheel to the other end face.
  • the thickness of the teeth preferably decreases monotonously.
  • the worm wheel can be manufactured by casting or injection molding and removed axially from a tool in a direction in which the thickness of the teeth increases.
  • the globoidische formation of the teeth, through which the teeth are concavely curved along its width improves a snug between a worm, which can engage the worm wheel, and the worm wheel, resulting in an optimization of the load capacity of the tooth roots and tooth flanks and a reduction of wear of the Teeth results.
  • the benefits of the globoidally-formed teeth can be fully realized when the concave curvature has an ideal radius of curvature.
  • the ideal radius of curvature provides a linear contact between the worm wheel and the worm.
  • the ideal radius of curvature is problematic in practice, since he regards assembly inaccuracies of the spur gear or with This engaging gears or screws is critical, so it may cause malfunction of a transmission. Therefore, it is better to use a real radius of curvature deviating from the ideal radius of curvature, which is larger than the ideal radius of curvature. In this way, a trouble-free operation of the transmission is ensured, since even with a high-precision gearbox mounting is always expected with more or less low assembly inaccuracies.
  • the end faces of the worm wheel may have different diameters.
  • the worm wheel can be demolded axially in the direction of the end face with the larger diameter.
  • the worm wheel can be made of a plastic and produced in an injection molding tool.
  • the invention also relates to a transmission, in particular for steering a motor vehicle, with a worm wheel which engages in a worm, and according to the invention a worm wheel according to one of claims 1 to 5.
  • the invention relates to a steering, in particular for a motor vehicle, in which according to the invention a transmission is provided according to claim 6.
  • the steering may preferably be a steering with auxiliary electric power assistance.
  • the transmission may be a transmission for converting a torque of an electric motor into a torque for auxiliary power assistance.
  • FIGS. 1 a and 1 b is a sectional view of a transmission with a worm wheel and a worm according to the prior art
  • FIGS. 2a and 2b show a sectional view of a transmission with a worm wheel according to the invention and a matching worm;
  • Fig. 3 is an enlarged view of the view of Fig. 2b.
  • FIG. 1 a shows a worm wheel 10 according to the prior art, which engages in a worm 1 1.
  • Fig. 1 b shows a sectional view through three teeth 12 of the worm wheel 10.
  • the teeth 12 are formed globoidisch.
  • the teeth 12 along the width of the worm wheel 10 have a concave curvature. Consequently, the gap width between two adjacent teeth 12 in the region of end faces 13 and 14 is minimal, whereas it is maximum in the central region between the end faces 1 3 and 14.
  • An axial demolding of the worm wheel 14 from a tool, as is customary for casting or injection molding, is not possible due to the gap widths between the adjacent teeth 12 decreasing towards the end faces 13 and 14.
  • FIG. 2 a shows a worm wheel 20 according to the invention, which engages in a worm 21.
  • FIG. 2b shows a sectional view through three teeth 22 of the worm wheel 20.
  • the thickness of the teeth 22 decreases monotonically from the end face 24 to the end face 23. Consequently, the gap width between two adjacent teeth 22 increases monotonically from the end face 24 to the end face 23. It is the smallest in the area of the end face 24 and largest in the area of the end face 23.
  • the worm wheel 20 is very suitable for production by casting or injection molding, since its removal from the mold to the right without any hindrance is possible.
  • lines 25, 26 and 27 are shown in Fig. 2b.
  • the lines 25 and 27 correspond to the end faces 13 and 14 of the known from the prior art worm wheel 10 (see Fig. 1 b).
  • On the line 26 and a line 28 are points at which a pressure-free contact between the worm wheel 10 and 20 and the worm 1 1 or 21 results during operation.
  • the lines 26 and 28 are in the middle of the worm wheel 10 or 20. Left and right of the lines 26 and 28 results between the teeth 12 or 22 of the worm wheel
  • FIG. 2b shows that, due to the monotonous decrease in the thickness of the teeth 22, from the end face 24 to the end face 23, the line 26 representing the pressure-free contact shifts to the right towards the line 28.
  • the teeth 22 are also designed so that they also have the concave curvature along the width of the worm wheel 20.
  • the illustrated curvature corresponds to a real radius of curvature as used in practice.
  • FIG. 3 shows two ideal bends 30 and 31 on the central tooth 22, which are shown by broken lines.
  • the ideal curvatures 30 and 31 correspond to an ideal radius of curvature
  • the real curvatures of the teeth 22 correspond to a real radius of curvature.
  • Between the bends 30 and 31 and the teeth 22 are wedge-shaped portions 32, 33, 34 and 35. The larger the difference between the real and the ideal radius of curvature, the larger are the wedge-shaped portions 32, 33, 34 and 35.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneckenrad (20) mit einer globoidisch ausgebildete Zähne (22) aufweisenden Verzahnung. Ein solches Schneckenrad lässt sich nicht axial aus einem Werkzeug, wie es zum Gießen oder Spritzgießen verwendet wird, entformen. Deshalb nimmt bei dem erfindungsgemäßen Schneckenrad (20) die Dicke der Zähne (22) von einer Stirnseite (24) des Schneckenrads (20) zur anderen Stirnseite (23) hin ab.

Description

Getriebe
Die Erfindung betrifft ein Schneckenrad mit einer globoidisch ausgebildete Zähne aufweisenden Verzahnung.
Die globoidisch ausgebildeten Zähne weisen entlang der Breite des Schneckenrads eine konkave Krümmung auf. Folglich variiert die Lückenweite zwischen zwei gegenüberliegenden Zähnen entlang der Breite des Schneckenrads. Im Bereich der Stirnseiten des Schneckenrads ist die Lückenweite zwischen den Zähnen minimal, wohingegen sie im mittleren Bereich zwischen den Stirnseiten am größten ist. Somit ist eine Herstellung des Schneckenrads durch Gießen oder Spritzgießen nach dem Stand der Technik nicht oder nur mit größtem Aufwand möglich. Eine axiale Entformung des Schneckenrads aus einem Werkzeug ist ausgeschlossen.
Die Erfindung hat die Aufgabe ein gattungsgemäßes Schneckenrad dahingehend zu verbessern, dass es axial aus einem Werkzeug entformt werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Schneckenrad der eingangs genannten Art, bei dem erfindungsgemäß die Dicke der Zähne von einer Stirnseite des Schneckenrads zu anderen Stirnseite hin abnimmt. Die Dicke der Zähne nimmt vorzugsweise monoton ab. Somit kann das Schneckenrad durch Gießen oder Spritzgießen hergestellt und axial aus einem Werkzeug in einer Richtung, in der die Dicke der Zähne zunimmt, entformt werden. Die globoidische Ausbildung der Zähne, durch welche die Zähne entlang ihrer Breite konkav gekrümmt sind, verbessert eine Anschmiegung zwischen einer Schnecke, in die das Schneckenrad eingreifen kann, und dem Schneckenrad, woraus eine Optimierung der Tragfähigkeit von Zahnfüßen und Zahnflanken und eine Reduzierung des Verschleißes der Zähne resultiert.
Die Vorteile der globoidisch ausgebildeten Zähne können in vollem Umfang zum Tragen kommen, wenn die konkave Krümmung einen idealen Krümmungsradius aufweist. Der ideale Krümmungsradius sorgt für eine linienförmige Berührung zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke. Der ideale Krümmungsradius ist jedoch in der Praxis problematisch, da er hinsichtlich Montageungenauigkeiten des Stirnrades oder von mit diesem in Eingriff stehenden Zahnrädern oder Schnecken kritisch ist, so dass es zu Funktionsstörungen eines Getriebes kommen kann. Deshalb ist es besser, einen vom idealen Krümmungsradius abweichenden realen Krümmungsradius zu verwenden, der größer ist als der ideale Krümmungsradius. Auf diese Weise ist ein störungsfreier Betrieb des Getriebes sichergestellt, da auch bei einer hoch präzisen Getriebemontage immer mit mehr oder weniger geringen Montageungenauigkeiten zu rechnen ist.
Besonders gute Ergebnisse erreicht man in der Praxis, wenn das Verhältnis aus den Werten des realen Krümmungsradiusses und des idealen Krümmungsradiusses zwischen den Werten 1 ,5 und 3 liegen.
Um die axiale Entformbarkeit des Schneckenrads weiter zu verbessern, können die Stirnseiten des Schneckenrads unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Somit kann das Schneckenrad in Richtung der Stirnseite mit dem größeren Durchmesser axial entformt werden.
Zweckmäßigerweise kann das Schneckenrad aus einem Kunststoff gefertigt und in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Getriebe, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schneckenrad, das in eine Schnecke eingreift, und erfindungsgemäß ein Schneckenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei der erfindungsgemäß ein Getriebe nach Anspruch 6 vorgesehen ist. Bei der Lenkung kann es sich vorzugsweise um eine Lenkung mit elektrischer Hilfskraftunterstützung handeln. Das Getriebe kann ein Getriebe zur Umsetzung eines Drehmoments eines Elektromotors in ein Drehmoment zur Hilfskraftunterstützung sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen: Fign. 1 a und 1 b eine Schnittansicht auf ein Getriebe mit einem Schneckenrad und einer Schnecke gemäß dem Stand der Technik;
Fign. 2a und 2b eine Schnittansicht auf ein Getriebe mit einem erfindungsgemäßen Schneckenrad und einer dazu passenden Schnecke;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Ansicht von Fig. 2b.
Fig. 1 a zeigt ein Schneckenrad 10 gemäß dem Stand der Technik, das in eine Schnecke 1 1 eingreift. Fig. 1 b zeigt eine Schnittansicht durch drei Zähne 12 des Schneckenrads 10. Die Zähne 12 sind globoidisch ausgebildet. Im Zuge der globoidischen Ausbildung weisen die Zähne 12 entlang der Breite des Schneckenrads 10 eine konkave Krümmung auf. Folglich ist die Lückenweite zwischen zwei benachbarten Zähnen 12 im Bereich von Stirnseiten 13 und 14 minimal, wohingegen sie im mittleren Bereich zwischen den Stirnseiten 1 3 und 14 maximal ist. Eine axiale Entformung des Schneckenrads 14 aus einem Werkzeug, wie es zum Gießen oder Spritzgießen üblich ist, ist aufgrund der zu den Stirnseiten 13 und 14 hin abnehmenden Lückenweiten zwischen den benachbarten Zähnen 12 nicht möglich.
Fig. 2a zeigt ein erfindungsgemäßes Schneckenrad 20, das in eine Schnecke 21 eingreift. Fig. 2b zeigt eine Schnittansicht durch drei Zähne 22 des Schneckenrads 20. Die Dicke der Zähne 22 nimmt von der Stirnseite 24 zur Stirnseite 23 hin monoton ab. Folglich nimmt die Lückenweite zwischen zwei benachbarten Zähnen 22 von der Stirnseite 24 zur Stirnseite 23 hin monoton zu. Sie ist im Bereich der Stirnseite 24 am kleinsten und im Bereich der Stirnseite 23 am größten. Somit eignet sich das Schneckenrad 20 sehr gut zur Herstellung durch Gießen oder Spritzgießen, da seine Entformung nach rechts aus dem Werkzeug ohne jede Behinderung möglich ist.
Zum Vergleich sind in Fig. 2b Linien 25, 26 und 27 dargestellt. Die Linien 25 und 27 entsprechen den Stirnseiten 13 und 14 des aus dem Stand der Technik bekannten Schneckenrads 10 (siehe Fig. 1 b). Auf der Linie 26 und einer Linie 28 liegen Punkte, an denen sich im Betrieb ein druckloser Kontakt zwischen dem Schneckenrad 10 beziehungsweise 20 und der Schnecke 1 1 beziehungsweise 21 ergibt. Die Linien 26 und 28 befinden sich in der Mitte des Schneckenrads 10 oder 20. Links und rechts von den Linien 26 und 28 ergibt sich zwischen den Zähnen 12 oder 22 des Schneckenrads
10 oder 20 im Betrieb eine unter Druck stattfindende Anschmiegung an die Schnecke
1 1 oder 21 . Die Fig. 2b zeigt, dass sich durch die monotone Abnahme der Dicke der Zähne 22 von der Stirnseite 24 zur Stirnseite 23 hin die den drucklosen Kontakt darstellende Linie 26 nach rechts zur Linie 28 verschiebt.
Die Zähne 22 sind ebenfalls globoidisch ausgeführt, so dass sie entlang der Breite des Schneckenrads 20 auch die konkave Krümmung aufweisen. Die dargestellte Krümmung entspricht einem realen Krümmungsradius, wie er in der Praxis verwendet wird. Fig. 3 zeigt am mittleren Zahn 22 zwei ideale Krümmungen 30 und 31 , die durch unterbrochene Linien dargestellt sind. Den idealen Krümmungen 30 und 31 entspricht ein idealer Krümmungsradius, wohingegen den realen Krümmungen der Zähne 22 ein realer Krümmungsradius entspricht. Zwischen den Krümmungen 30 und 31 und den Zähnen 22 befinden sich keilförmige Bereiche 32, 33, 34 und 35. Je größer der Unterschied zwischen dem realen und dem idealen Krümmungsradius ist, umso größer sind die keilförmigen Bereiche 32, 33, 34 und 35. Je größer die keilförmigen Bereiche 32, 33, 34 und 35 sind, umso unempfindlicher ist das Schneckenrad 20 hinsichtlich Montageungenauigkeiten. Je kleiner die keilförmigen Bereiche 32, 33, 34 und 35 sind, umso besser kann sich das Schneckenrad 20 mit seinen Zähnen 22 an die Schnecke 21 anschmiegen.
Bezugszeichenliste
10 Schneckenrad
1 1 Schnecke
12 Zahn
13 Stirnseite
14 Stirnseite
20 Schneckenrad
21 Schnecke
22 Zahn
23 Stirnseite
24 Stirnseite
25 Linie
26 Linie
27 Linie
28 Linie
30 Krümmung
31 Krümmung
32 Bereich
33 Bereich
34 Bereich
35 Bereich

Claims

Ansprüche
1 . Schneckenrad (20) mit einer globoidisch ausgebildete Zähne (22) aufweisenden Verzahnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zähne (22) von einer Stirnseite (24) des Schneckenrads (20) zur anderen Stirnseite (23) hin abnimmt.
2. Schneckenrad (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein realer Krümmungsradius der globoidisch ausgebildeten Zähne (22) vom idealen Krümmungsradius abweicht und größer ist als dieser.
3. Schneckenrad (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus den Werten des realen Krümmungsradiusses und des idealen Krümmungsradiusses zwischen den Werten 1 ,5 und 3 liegen.
4. Schneckenrad (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass seine Stirnseiten (23, 24) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
5. Schneckenrad (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Kunststoff gefertigt ist.
6. Getriebe, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schneckenrad (20), das in eine Schnecke (21 ) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schneckenrad (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
7. Lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Getriebe nach Anspruch 6 aufweist.
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