WO2017157697A1 - Schneckenrad und fahrzeug-lenkvorrichtung mit einem schneckenrad - Google Patents

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WO2017157697A1
WO2017157697A1 PCT/EP2017/055022 EP2017055022W WO2017157697A1 WO 2017157697 A1 WO2017157697 A1 WO 2017157697A1 EP 2017055022 W EP2017055022 W EP 2017055022W WO 2017157697 A1 WO2017157697 A1 WO 2017157697A1
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WO
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worm wheel
wheel according
ring gear
carrier part
teeth
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Application number
PCT/EP2017/055022
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Jordan
Original Assignee
Trw Automotive Gmbh
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.)
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • 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 invention relates to a worm wheel for a vehicle steering device and a vehicle steering device with a worm wheel.
  • Worm wheels for vehicle steering devices are known and consist of the prior art of several parts of different materials.
  • the support member which is attached to a hub made of metal, is made of metal or a reinforced plastic, to ensure the necessary structural stability and effective power transmission.
  • a sprocket made of an elastic plastic molded, which has a helical toothing, which leads in combination with the elastic properties of the plastic material to a high smoothness and low noise of the worm wheel.
  • the choice of the elastic plastic for the sprocket decisively determines the properties of the worm wheel.
  • torques can be transmitted more efficiently and friction losses can be minimized.
  • the noise can be optimized by a particularly soft plastic.
  • the properties are opposite to each other, therefore, it is necessary in the prior art to make a compromise between high torque transmission and high smoothness.
  • the object of the invention is to provide a worm wheel which is designed for the transmission of high torques and at the same time has improved coefficients of friction and reduced noise development.
  • a worm wheel for a vehicle steering device with a hub, a support member which may be molded on the hub, and a prefabricated, relative to the support member forming a separate part elastic ring gear, the support member with the ring gear torque transmitting connected is.
  • the support member has teeth on an outer periphery, and the ring gear is located on the outer periphery the carrier part in sections radially, wherein between the support member and the ring gear in the radial direction sections interspaces are formed, in which the ring gear can deform elastically under radial load in the radial direction. Because of these gaps, the sprocket can deform much more elastic in the radial direction.
  • a material with lower elasticity can be selected in order to minimize the coefficients of friction and to ensure a desired structural strength, without at the same time adversely affecting the smoothness of the worm wheel.
  • intermediate spaces and contact points on which the toothed rim rests on the carrier part preferably alternate.
  • the sprocket has over the entire circumference approximately constant elastic properties.
  • the sprocket on the outside of a helical toothing which favors a particularly quiet and quiet running of the worm wheel.
  • a straight toothing may also be provided.
  • the sprocket is applied to the support member so that it can absorb the forces occurring during operation by the helical gearing in both the left and right. This ensures that the ring gear does not slip from the carrier part in both directions of running, in particular not in the axial direction.
  • the support part on its outer periphery teeth for example with a helical toothing, on.
  • the teeth may have a constant tooth thickness over at least 90% of their height, especially over their entire height.
  • the teeth on the support member cause a reliable transmission of torque to the sprocket.
  • the teeth can be optimally adapted to the externally also helical toothed ring by their optional helical toothing and thus promote a particularly high smoothness of the worm wheel.
  • the teeth may be linear, elongated extensions in the sense of teeth of gears or merely arbitrarily shaped extensions.
  • the support member has on its outer periphery axially long teeth which extend from an axial end of the support member to an opposite axial end of the support member, and axially short teeth which begin at an axial end of the support member, but that not reach other axial end and in particular 60% to 80% of the axial thickness of the support member bridge.
  • the space left free by the short teeth can thus be used for additional features, such as fasteners.
  • Long and short teeth may alternate in their sequence over at least 90% of the outer circumference. This ensures a particularly uniform and smooth running.
  • the ring gear on its inner circumference to the teeth of the support member has adapted recesses for receiving the teeth.
  • the teeth and recesses are in particular designed to be complementary in sections and matched in height and width to one another that the resulting elasticity of the worm wheel leads to low coefficients of friction and is necessary for the use of structural strength.
  • the ring gear can be pushed for mounting on the support member in the axial direction, wherein between the support member and ring gear a locking device is formed, which extends in the circumferential direction.
  • the sprocket may further comprise in particular locking elements with locking edges on its inner circumference and the support part locking elements with locking edges on its outer periphery, with which the sprocket and the support part lock together in the axial direction without play.
  • the latching elements of the ring gear and the locking elements of the support member may have chamfers, which facilitate the pushing. This allows a simple installation of the worm wheel and a cost-effective production of the components.
  • the locking device ensures that the sprocket is securely mounted on the support member and in particular can not slip in the axial direction of the support member during operation.
  • the support member preferably has at least one locking groove extending in the circumferential direction, into which a latching projection on the inner circumference of the toothed rim projects, in particular wherein the locking groove merges into at least one tooth gap between adjacent teeth of the support member and wherein the locking groove ends radially further inside than the tooth gap.
  • the transition between the at least one locking groove and the at least one tooth gap can be designed as a slope.
  • the at least one latching projection on the ring gear protrudes inward in the radial direction and engages in the latching groove on the carrier part, which may be formed in the circumferential direction.
  • At least one of the intermediate spaces, into which the toothed rim can deform elastically under radial load, results radially between the latching projection and the latching groove.
  • the latching projection is, for example, clamped axially in the latching groove. In this way, axial forces can be absorbed, whereby a secure fit of the ring gear is ensured on the support member.
  • At least one of the intermediate spaces is present radially between the tooth gap and the ring gear. This design improves the elastic properties of the sprocket and leads to a smoother running.
  • the latching projection may merge integrally into an adjacent, recesses delimiting extension on the sprocket, wherein the locking projection ends radially further inside than the extension. The fact that the latching projection projects radially inwardly, it can lock with the locking groove on the support member.
  • the sprocket is in the region of the transition of the locking projection to the extension on the support member in the region of the transition of the locking groove to the tooth gap in the radial direction that in the radial direction sections are formed, in which deform the sprocket under radial load can.
  • the contact area between the respective transitions in the axial direction may be less than 50%, preferably less than 30%, and in particular less than 10%, of the width of the surfaces in the axial direction.
  • the contact surfaces serve as bearings on which the ring gear is mounted radially on the support member.
  • the sprocket is mounted without radial and / or axial play on the support member.
  • the play-free Storage leads to a higher stability of the worm wheel and a lower noise level.
  • the hub may be a part of metal which is separate from the carrier part and / or the carrier part is a plastic part with reinforcing fibers, in particular glass fibers. Additionally or alternatively, the ring gear may consist of a plastic or have a plastic portion.
  • a separate hub makes it possible to manufacture these inexpensively from a metal, which leads, for example due to its high strength to a better fit on the shaft and thus to a better torque transmission.
  • a fiber-reinforced carrier part made of plastic can be produced inexpensively and strength-optimized even with complex structures.
  • To produce the sprocket of an elastic, preferably low-friction plastic has the advantage that the production is possible at low cost and the material gives the sprocket the desired elastic properties. According to the invention is to solve the above problem also a
  • Vehicle steering device provided with a worm wheel.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a worm wheel according to the invention
  • FIG. 2 is a plan view of the worm wheel of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a sectional view of the worm wheel of FIG. 2, FIG.
  • FIG. 4 shows a detailed view of the sectional view of the worm wheel from FIG. 3
  • FIG. 5 shows a schematic view of a worm wheel according to the invention
  • - Figure 6 is a schematic view of a vehicle steering apparatus according to the invention in the embodiment of the pinion drive steering
  • - Figure 7 is a schematic view of a vehicle steering apparatus according to the invention in the embodiment double pinion drive steering.
  • a worm wheel 10 is shown, which is constructed of a hub 12, a support member 14 and a ring gear 16, which are connected to each other concentrically and torque transmitting.
  • the hub 12 is preferably made of metal and is rotationally symmetrical to the rotation axis R designed as a hollow cylinder. At its axial sides, the hub 12 has a stepwise, radial taper 18, which is formed symmetrically on both mutually opposite sides.
  • the support member 14 is made of a fiber-reinforced plastic and has a circular cylindrical basic shape with a spoke-like structure 20 and a central circular recess 22 for receiving the hub 12, wherein at both axial ends of the recess 22 each have a ring 24 is arranged, which is for fastening the Hub 12 is used.
  • the support member 14 has long, linearly extending teeth 28 extending from a first axial end 30 to an opposite, second axial end 32 of the support member 14, and short teeth extending linearly and parallel to the teeth 28 34, which all begin at the first axial end 30 and whose length is about 2/3 of the axial thickness d.
  • the teeth 28, 34 are helically toothed, and between each two adjacent teeth 28, 34 a tooth gap 36 is formed.
  • a locking groove 38 is provided, which extends in the circumferential direction and is interrupted only by the long teeth 28.
  • the latching groove 38 merges into at least one tooth gap 36, wherein the latching groove 38 extends radially further inward than the tooth gap 36.
  • the second axial end 32 has a circumferential chamfer 40 which, like the locking groove 38 is interrupted only by long teeth 28.
  • a circumferential chamfer 40 which, like the locking groove 38 is interrupted only by long teeth 28.
  • the ring gear 16 is manufactured separately and mounted on the carrier part 14 in a subsequent step.
  • the ring gear 16 is annular, preferably has an outside helical toothing 44 and consists of an elastic and low-friction plastic.
  • the ring gear 16 On its inner circumference 46, the ring gear 16 is partially complementary to the outer periphery 26 of the support member 14 and has the teeth 28, 34 of the support member 14 adapted recesses 48 for receiving the teeth 28, 34, wherein the recesses 48 are bounded by extensions 50 ,
  • circumferentially extending latching projections 52 are provided, which protrude in the mounted state in the locking groove 38 of the support member 14 and integrally into adjacent extensions 50 on the sprocket 16 pass.
  • the projections 50 protrude radially less far inward than the locking projections 52nd
  • the locking projections 52 are circumferentially arranged on the inner periphery 46 and are spaced from the recesses 48 for the long teeth 28 in the circumferential direction.
  • the support member 14 may be made in one piece with the hub 12 and, for example, consist of fiber-reinforced plastic.
  • the worm wheel 10 is shown in the assembled state in a side view, are shown in the interstices 54 which are formed between the support member 14 and the ring gear 16 in the radial direction in sections and into which the ring gear 16 at radial load in the radial direction can deform elastically into it. Without load is in the spaces 54 air or fat. The deformation is limited in the radial direction by the support part 14 and in the circumferential direction by the teeth 28, 34.
  • spoke-like structure 20 can be easily recognized, but this represents only one of many possible design possibilities of these.
  • FIG. 3 shows a sectional view through the plane A of the worm wheel 10 from FIG. 2, which shows how the hub 12, the carrier part 14 and the ring gear 16 are connected to one another.
  • the hub 12 is seated without play in the recess 22 of the support member 14 and is held without play in the axial direction by the rings 24 which abut the respective taper 18. So that large torques can be transmitted from the hub 12 to the support member 14, both components, depending on the material used, either connected via a press fit or cohesively with each other. Additionally or alternatively, these can also be positively connected, for example by a tooth structure, torque-transmitting with each other.
  • the ring gear 16 is located on the outer periphery 26 of the support member 14 in the radial
  • the latching projection 52 is in this case in the axial direction at the inner tooth end 56 of a short tooth 34 and on the opposite flank of the locking groove 38, whereby the ring gear 16 is clamped axially in the locking groove 38 and thus secured without play in the axial direction on the support member 14.
  • the sprocket 16 is in particular mounted so that it can absorb the forces occurring during operation by the helical gearing 44 both in the left and in the clockwise direction.
  • FIG. 4 shows a detail view of the sector B from FIG. 3, which shows a latching device 58 which is formed by the latching groove 38 and the latching projection 52 engaging in the latching groove 38.
  • the transition 60 of the locking projection 52 to the extension 50 on the sprocket 16 and the transition 62 of the locking groove 38 to the tooth gap 36 on the support member 14 are formed as bevels.
  • the ring gear 16 is located in the region of the transitions 60, 62 and at the transition 62 opposite flank of the locking groove 38 on the support member 14, whereby at least one gap 54 results radially between latching projection 52 and locking groove 38.
  • the axial extent of the contact surface between the two transitions 60, 62 is less than 10% of the axial thickness d of the support member 14. Further, between the tooth gap 36 and the ring gear 16 at least one further gap 54 is formed, in which the sprocket 16 at can deform radially load into it.
  • FIG. 5 shows a vehicle steering device 70 according to the invention with a worm wheel 10 according to the invention, which is embodied as a steering column steering system (EPS Column Drive).
  • EPS Column Drive steering column steering system
  • the vehicle steering device 70 has a steering wheel 71, which is connected via a steering shaft 72 with a first pinion 73.
  • the first pinion 73 meshes with a rack shaft 74, so that it is acted upon by an applied on the steering wheel 71, manual steering torque.
  • a steering sensor 75 is arranged, which detects steering movements and can measure steering torque.
  • FIG. 6 shows a further vehicle steering device 80 according to the invention with a worm wheel 10 according to the invention, which is designed as a pinion drive (EPS Pinion Drive).
  • EPS Pinion Drive a pinion drive
  • the vehicle steering device 80 corresponds to the vehicle steering device 70 shown in FIG. 5, except that the worm wheel 10 and the steering sensor 75 are disposed on the first pinion 73.
  • FIG. 7 shows a further vehicle steering device 90 according to the invention with a worm wheel 10 according to the invention, which is designed as a double pinion drive (EPS dual pinion drive).
  • EPS dual pinion drive a double pinion drive
  • the vehicle steering device 90 corresponds to the vehicle steering device 80 shown in FIG. 6, except that the worm wheel 10 is disposed on a second pinion 77 provided on the rack shaft 74 in addition to the first pinion 73.

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Abstract

Ein Schneckenrad (10) für eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung umfasst eine Nabe (12), ein Trägerteil (14) und einen vorgefertigten, gegenüber dem Trägerteil (14) ein separates Teil bildenden, elastischen Zahnkranz (16), wobei das Trägerteil (14) mit dem Zahnkranz (16) drehmomentübertragend verbunden ist. Das Trägerteil (14) weist an einem äußeren Umfang (26) Zähne (28, 34) auf, und der Zahnkranz (16) liegt an dem äußeren Umfang (26) des Trägerteils (14) abschnittsweise radial an, wobei zwischen dem Trägerteil (14) und dem Zahnkranz (16) in radialer Richtung abschnittsweise Zwischenräume gebildet sind, in die sich der Zahnkranz (16) bei radialer Belastung in radialer Richtung elastisch hinein verformen kann. Des Weiteren ist eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung mit einem solchen Schneckenrad (10) vorgesehen.

Description

Schneckenrad und Fahrzeug-Lenkvorrichtung mit einem Schneckenrad
Die Erfindung betrifft ein Schneckenrad für eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung sowie eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung mit einem Schneckenrad.
Schneckenräder für Fahrzeug-Lenkvorrichtungen sind bekannt und bestehen nach dem Stand der Technik aus mehreren Teilen aus unterschiedlichen Materialien. Das Trägerteil, das an einer Nabe aus Metall angebracht ist, wird aus Metall oder einem verstärkten Kunststoff hergestellt, um die notwendige strukturelle Stabilität und eine effektive Kraftübertragung sicher zu stellen. Am Umfang des Trägerteils ist ein Zahnkranz aus einem elastischen Kunststoff angespritzt, der eine Schrägverzahnung aufweist, welche in Kombination mit den elastischen Eigenschaften des Kunststoffmaterials zu einer hohen Laufruhe und geringen Geräuschentwicklung des Schneckenrads führt.
Die Wahl des elastischen Kunststoffs für den Zahnkranz bestimmt dabei entscheidend die Eigenschaften des Schneckenrads. Auf der einen Seite können durch eine hohe Festigkeit des Kunststoffs Drehmomente effizienter übertragen und Reibungsverluste minimiert werden. Auf der anderen Seite kann die Geräuschentwicklung durch einen besonders weichen Kunststoff optimiert werden. Die Eigenschaften sind einander entgegengesetzt, daher ist es beim Stand der Technik notwendig, einen Kompromiss zwischen hoher Drehmomentübertragung und hoher Laufruhe einzugehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneckenrad bereitzustellen, das für die Übertragung hoher Drehmomente ausgelegt ist und gleichzeitig verbesserte Reibwerte sowie eine verringerte Geräuschentwicklung aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Schneckenrad für eine Fahrzeug- Lenkvorrichtung vorgesehen, mit einer Nabe, einem Trägerteil, das an der Nabe angespritzt sein kann, und einem vorgefertigten, gegenüber dem Trägerteil ein separates Teil bildenden elastischen Zahnkranz, wobei das Trägerteil mit dem Zahnkranz drehmomentübertragend verbunden ist. Das Trägerteil weist an einem äußeren Umfang Zähne auf, und der Zahnkranz liegt an dem äußeren Umfang des Trägerteils abschnittsweise radial an, wobei zwischen dem Trägerteil und dem Zahnkranz in radialer Richtung abschnittsweise Zwischenräume gebildet sind, in die sich der Zahnkranz bei radialer Belastung in radialer Richtung elastisch hinein verformen kann. Aufgrund dieser Zwischenräume kann sich der Zahnkranz deutlich stärker elastisch in radialer Richtung verformen. Somit kann für den Zahnkranz ein Material mit geringerer Elastizität gewählt werden, um die Reibwerte zu minimieren und eine gewünschte strukturelle Festigkeit sicherzustellen, ohne damit gleichzeitig die Laufruhe des Schneckenrads negativ zu beeinflussen. Vorzugsweise wechseln sich in Umfangsrichtung Zwischenräume und Kontaktstellen, an denen der Zahnkranz am Trägerteil anliegt, ab. Auf diese Weise wird eine sichere, spielfreie Führung gewährleistet, und der Zahnkranz weist über den gesamten Umfang annähernd konstante elastische Eigenschaften auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Zahnkranz außenseitig eine Schrägverzahnung auf, die einen besonders geräuscharmen und ruhigen Lauf des Schneckenrads begünstigt. Alternativ hierzu kann aber auch eine Geradverzahnung vorgesehen sein.
Es ist von Vorteil, wenn der Zahnkranz so auf dem Trägerteil aufgebracht ist, dass er die im Betrieb durch die Schrägverzahnung auftretenden Kräfte sowohl im Links- als auch im Rechtslauf aufnehmen kann. Somit wird sichergestellt, dass der Zahnkranz in beiden Laufrichtungen nicht vom Trägerteil rutscht, insbesondere nicht in axialer Richtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerteil an seinem äußeren Umfang Zähne, z.B. mit einer Schrägverzahnung, auf. Die Zähne können eine konstante Zahndicke über wenigstens 90% ihrer Höhe, insbesondere über ihre gesamte Höhe, aufweisen. Die Zähne am Trägerteil bewirken eine zuverlässige Übertragung des Drehmoments auf den Zahnkranz. Darüber hinaus können die Zähne durch ihre optionale Schrägverzahnung optimal an den außenseitig ebenfalls optional schrägverzahnten Zahnkranz angepasst werden und begünstigen somit eine besonders hohe Laufruhe des Schneckenrads. Die Zähne können lineare, langgestreckte Fortsätze im Sinne von Zähnen von Zahnrädern sein oder lediglich beliebig gestaltete Fortsätze. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerteil an seinem äußeren Umfang axial lange Zähne auf, die von einem axialen Ende des Trägerteils bis zu einem entgegengesetzten axialen Ende des Trägerteils verlaufen, sowie axial kurze Zähne, die an einem axialen Ende des Trägerteils beginnen, aber das andere axiale Ende nicht erreichen und insbesondere 60% bis 80% der axialen Dicke des Trägerteils überbrücken. Der von den kurzen Zähnen freigelassene Raum, kann so für zusätzliche Merkmale, wie beispielsweise Befestigungseinrichtungen, genutzt werden.
Lange und kurze Zähne können sich in ihrer Abfolge über mindestens 90% des äußeren Umfangs abwechseln. Hierdurch wird ein besonders gleichförmiger und ruhiger Lauf sichergestellt.
Es ist von Vorteil, wenn der Zahnkranz an seinem Innenumfang an die Zähne des Trägerteils angepasste Ausnehmungen zur Aufnahme der Zähne hat. Die Zähne und Ausnehmungen sind dabei insbesondere abschnittsweise komplementär gestaltet und von Höhe und Breite so aufeinander abgestimmt, dass die sich daraus ergebende Elastizität des Schneckenrads zu geringen Reibwerten führt und die für den Einsatz notwendige strukturelle Festigkeit gegeben ist.
Bevorzugt kann der Zahnkranz zur Montage auf das Trägerteil in axialer Richtung aufgeschoben werden, wobei zwischen Trägerteil und Zahnkranz eine Rastvorrichtung ausgebildet ist, die sich in Umfangsrichtung erstreckt. Der Zahnkranz kann ferner insbesondere Rastelemente mit Rastkanten an seinem Innenumfang und das Trägerteil Rastelemente mit Rastkanten an seinem Außenumfang aufweisen, mit denen der Zahnkranz und das Trägerteil miteinander in axialer Richtung spielfrei verrasten. Dabei können die Rastelemente des Zahnkranzes als auch die Rastelemente des Trägerteils Fasen aufweisen, die das Aufschieben erleichtern. Dies ermöglicht eine einfach Montage des Schneckenrads sowie eine kostengünstige Fertigung der Bauteile. Die Rastvorrichtung gewährleistet, dass der Zahnkranz sicher auf dem Trägerteil angebracht ist und im Betrieb insbesondere nicht in axialer Richtung vom Trägerteil rutschen kann.
Das Trägerteil hat vorzugsweise wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Rastnut, in die ein Rastvorsprung am Innenumfang des Zahnkranzes ragt, insbesondere wobei die Rastnut in zumindest eine Zahnlücke zwischen benachbarten Zähnen des Trägerteils übergeht und wobei die Rastnut radial weiter innen endet als die Zahnlücke. Der Übergang zwischen der wenigstens einen Rastnut und der zumindest einen Zahnlücke kann dabei als Schräge ausgeführt sein. Der wenigstens eine Rastvorsprung am Zahnkranz steht in radialer Richtung einwärts hervor und greift in die Rastnut am Trägerteil ein, die in Umfangsrichtung ausgebildet sein kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich radial zwischen Rastvorsprung und Rastnut zumindest einer der Zwischenräume, in den sich der Zahnkranz bei radialer Belastung elastisch hinein verformen kann.
Der Rastvorsprung ist beispielsweise axial in der Rastnut geklemmt. Auf diese Weise können axiale Kräfte aufgenommen werden, wodurch ein sicherer Sitz des Zahnkranzes auf dem Trägerteil gewährleistet ist.
Vorzugsweise ist radial zwischen der Zahnlücke und dem Zahnkranz zumindest einer der Zwischenräume vorhanden. Diese Gestaltung verbessert die elastischen Eigenschaften des Zahnkranzes und führt zu einer höheren Laufruhe.
Der Rastvorsprung kann einstückig in einen benachbarten, Ausnehmungen begrenzenden Fortsatz am Zahnkranz übergehen, wobei der Rastvorsprung radial weiter innen endet als der Fortsatz. Dadurch, dass der Rastvorsprung radial nach innen absteht, kann dieser mit der Rastnut am Trägerteil verrasten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der Zahnkranz im Bereich des Übergangs des Rastvorsprungs zum Fortsatz derart am Trägerteil im Bereich des Übergangs der Rastnut zur Zahnlücke in radialer Richtung an, dass in radialer Richtung abschnittsweise Zwischenräume gebildet sind, in die sich der Zahnkranz bei radialer Belastung hinein verformen kann. Die Kontaktfläche zwischen den jeweiligen Übergängen in axialer Richtung kann dabei weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% und insbesondere bevorzugt weniger als 10% der Breite der Oberflächen in axialer Richtung betragen. Die Kontaktflächen dienen hierbei als Lager, auf denen der Zahnkranz radial auf dem Trägerteil gelagert ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Zahnkranz ohne radiales und/oder ohne axiales Spiel auf dem Trägerteil gelagert. Die spielfreie Lagerung führt zu einer höheren Stabilität des Schneckenrads und einer geringeren Geräuschentwicklung.
Die Nabe kann ein gegenüber dem Trägerteil separates Teil aus Metall sein und/oder das Trägerteil ist ein Kunststoffteil mit Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern. Zusätzlich oder alternativ kann der Zahnkranz aus einem Kunststoff bestehen oder einen Kunststoffabschnitt aufweisen. Eine separate Nabe ermöglicht es, diese kostengünstig aus einem Metall zu fertigen, welches beispielsweise aufgrund seiner hohen Festigkeit zu einem besseren Sitz auf der Welle und damit zu einer besseren Drehmomentübertragung führt. Ein faserverstärktes Trägerteil aus Kunststoff kann auch mit komplexen Strukturen kostengünstig sowie festigkeitsoptimiert hergestellt werden. Den Zahnkranz aus einem elastischen, vorzugweise reibungsarmen Kunststoff herzustellen, hat den Vorteil, dass die Fertigung zu geringen Kosten möglich ist und das Material dem Zahnkranz die gewünschten elastischen Eigenschaften verleiht. Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch eine
Fahrzeug-Lenkvorrichtung mit einem Schneckenrad vorgesehen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 in einer Explosionsansicht ein erfindungsgemäßes Schneckenrad,
- Figur 2 in einer Draufsicht das Schneckenrad aus Figur 1 ,
- Figur 3 in einer Schnittansicht das Schneckenrad aus Figur 2,
- Figur 4 eine Detailansicht der Schnittansicht des Schneckenrads aus Figur 3, - Figur 5 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Fahrzeug-Lenkvorrichtung in der Ausführungsform Lenksäulenlenk- system,
- Figur 6 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fahrzeug-Lenkvorrichtung in der Ausführungsform Ritzelantriebslenkung, und - Figur 7 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fahrzeug-Lenkvorrichtung in der Ausführungsform Doppelritzel- antriebslenkung.
In Figur 1 ist ein Schneckenrad 10 gezeigt, das aus einer Nabe 12, einem Trägerteil 14 und einem Zahnkranz 16 aufgebaut ist, die miteinander konzentrisch sowie drehmomentübertragend verbunden sind.
Die Nabe 12 besteht vorzugsweise aus Metall und ist rotationssymmetrisch zur Rotationsachse R als Hohlzylinder ausgeführt. An ihren axialen Seiten weist die Nabe 12 eine stufenweise, radiale Verjüngung 18 auf, die an beiden zueinander entgegengesetzten Seiten symmetrisch ausgebildet ist.
Das Trägerteil 14 besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff und besitzt eine kreiszylindrische Grundform mit einer speichenartigen Struktur 20 sowie einer zentralen, kreisförmigen Ausnehmung 22 zur Aufnahme der Nabe 12, wobei an beiden axialen Enden der Ausnehmung 22 jeweils ein Ring 24 angeordnet ist, der zur Befestigung der Nabe 12 dient.
An seinem äußeren Umfang 26 weist das Trägerteil 14 lange, linear verlaufende Zähne 28, die sich von einem ersten axialen Ende 30 bis zu einem entgegengesetzten, zweiten axialen Ende 32 des Trägerteils 14 erstecken, sowie kurze, linear und parallel zu den Zähnen 28 verlaufende Zähne 34 auf, die alle am ersten axialen Ende 30 beginnen und deren Länge ungefähr 2/3 der axialen Dicke d beträgt. Die Zähne 28, 34 sind schrägverzahnt, und zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen 28, 34 ist eine Zahnlücke 36 ausgebildet.
Am zweiten axialen Ende 32 des äußeren Umfangs 26 ist eine Rastnut 38 vorgesehen, die in Umfangsrichtung verläuft und nur von den langen Zähnen 28 unterbrochen wird.
Die Rastnut 38 geht in zumindest eine Zahnlücke 36 über, wobei sich die Rastnut 38 radial weiter nach innen erstreckt als die Zahnlücke 36.
Um ein axiales Aufschieben des Zahnkranzes 16 auf das Trägerteil 14 bei der Montage zu erleichtern, weist das zweite axiale Ende 32 eine umlaufende Fase 40 auf, die wie die Rastnut 38 nur durch lange Zähne 28 unterbrochen wird. Abhängig davon, ob das Trägerteil 14 eine gerade oder ungerade Anzahl von Zähnen 28, 34 aufweist, gibt es eine Stelle 42 am äußeren Umfang 26, an der zwei gleich lange Zähne 28, 34 direkt aufeinander folgen. Über den restlichen äußeren Umfang 26 wechseln sich die kurzen und langen Zähne 28, 34 in ihrer Folge ab.
Im Gegensatz zu dem Trägerteil 14, das an der Nabe 12 angespritzt sein kann, wird der Zahnkranz 16 separat gefertigt und in einem nachfolgenden Schritt auf dem Trägerteil 14 montiert. Der Zahnkranz 16 ist ringförmig, weist vorzugsweise eine außenseitige Schrägverzahnung 44 auf und besteht aus einem elastischen und reibungsarmen Kunststoff.
An seinem Innenumfang 46 ist der Zahnkranz 16 abschnittsweise komplementär zum äußeren Umfang 26 des Trägerteils 14 gestaltet und weist an die Zähne 28, 34 des Trägerteils 14 angepasste Ausnehmungen 48 zur Aufnahme der Zähne 28, 34 auf, wobei die Ausnehmungen 48 durch Fortsätze 50 begrenzt werden.
Am Innenumfang 46 sind ferner radial abstehende, umfangsmäßig verlaufende Rastvorsprünge 52 vorgesehen, die im montierten Zustand in die Rastnut 38 des Trägerteils 14 ragen und einstückig in benachbarte Fortsätze 50 am Zahnkranz 16 übergehen. Dabei ragen die Fortsätze 50 radial weniger weit nach innen als die Rastvorsprünge 52.
Die Rastvorsprünge 52 sind in Umfangsrichtung am Innenumfang 46 angeordnet und werden von den Ausnehmungen 48 für die langen Zähne 28 in Umfangsrichtung beabstandet.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Trägerteil 14 mit der Nabe 12 einstückig gefertigt sein und beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.
In Figur 2 ist das Schneckenrad 10 in zusammengebautem Zustand in einer Seitenansicht gezeigt, in der Zwischenräume 54 dargestellt sind, die zwischen dem Trägerteil 14 und dem Zahnkranz 16 in radialer Richtung abschnittsweise gebildet sind und in die sich der Zahnkranz 16 bei radialer Belastung in radialer Richtung elastisch hinein verformen kann. Ohne Belastung ist in den Zwischenräumen 54 Luft oder Fett. Die Verformung wird in radialer Richtung durch das Trägerteil 14 und in Umfangsrichtung durch die Zähne 28, 34 begrenzt.
Die Zwischenräume 54 und von Hause aus vorhandene Kontaktstellen 56 (siehe Figur 3), an denen der Zahnkranz 16 am Trägerteil 14 anliegt, wechseln sich in Umfangsrichtung ab.
Ferner ist in dieser Ansicht die speichenartige Struktur 20 gut zu erkennen, die jedoch nur eine von vielen möglichen Gestaltungsmöglichkeiten dieser darstellt.
In Figur 3 ist eine Schnittansicht durch die Ebene A des Schneckenrads 10 aus Figur 2 dargestellt, die zeigt, wie die Nabe 12, das Trägerteil 14 und der Zahnkranz 16 miteinander verbunden sind.
Die Nabe 12 sitzt spielfrei in der Ausnehmung 22 des Trägerteils 14 und wird in axialer Richtung durch die Ringe 24, die an der jeweiligen Verjüngung 18 anliegen, spielfrei gehalten. Damit auch große Drehmomente von der Nabe 12 auf das Trägerteil 14 übertragen werden können, sind beide Bauteile, je nach verwendetem Werkstoff, entweder über eine Presspassung oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Zusätzlich oder alternativ können diese auch formschlüssig, beispielsweise durch eine Zahnstruktur, drehmomentübertragend miteinander in Verbindung stehen. Der Zahnkranz 16 liegt am äußeren Umfang 26 des Trägerteils 14 in radialer
Richtung spielfrei an, wobei die Zwischenräume 54 gebildet sind.
Der Rastvorsprung 52 liegt hierbei in axialer Richtung am innenliegenden Zahnende 56 eines kurzen Zahns 34 sowie an der gegenüberliegenden Flanke der Rastnut 38 an, wodurch der Zahnkranz 16 axial in der Rastnut 38 geklemmt und damit spielfrei in axialer Richtung am Trägerteil 14 befestigt ist.
Der Zahnkranz 16 ist insbesondere so gelagert, dass er die im Betrieb durch die Schrägverzahnung 44 auftretenden Kräfte sowohl im Links- als auch im Rechtslauf aufnehmen kann.
In Figur 4 ist eine Detailansicht des Sektors B aus der Figur 3 dargestellt, die eine Rastvorrichtung 58 zeigt, welche durch die Rastnut 38 und den in die Rastnut 38 eingreifenden Rastvorsprung 52 ausgebildet ist. Der Übergang 60 des Rastvorsprungs 52 zum Fortsatz 50 am Zahnkranz 16 sowie der Übergang 62 der Rastnut 38 zur Zahnlücke 36 am Trägerteil 14 sind als Schrägen ausgebildet.
Der Zahnkranz 16 liegt im Bereich der Übergange 60, 62 sowie an der dem Übergang 62 gegenüberliegenden Flanke der Rastnut 38 am Trägerteil 14 an, wodurch sich radial zwischen Rastvorsprung 52 und Rastnut 38 zumindest ein Zwischenraum 54 ergibt. Die axiale Ausdehnung der Kontaktfläche zwischen den beiden Übergängen 60, 62 beträgt dabei weniger als 10% der axialen Dicke d des Trägerteils 14. Ferner ist zwischen der Zahnlücke 36 und dem Zahnkranz 16 zumindest ein weiterer Zwischenraum 54 gebildet, in den sich der Zahnkranz 16 bei radialer Belastung hinein verformen kann.
In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Fahrzeug-Lenkvorrichtung 70 mit einem erfindungsgemäßen Schneckenrad 10 gezeigt, welche als Lenksäulenlenksystem (EPS Column Drive) ausgeführt ist.
Die Fahrzeug-Lenkvorrichtung 70 weist ein Lenkrad 71 auf, das über eine Lenkspindel 72 mit einem ersten Ritzel 73 verbunden ist. Das erste Ritzel 73 kämmt mit einer Zahnstangenachse 74, sodass diese durch ein am Lenkrad 71 aufgebrachtes, manuelles Lenkmoment beaufschlagt wird. An der Lenkspindel 72 ist ein Lenksensor 75 angeordnet, der Lenkbewegungen erkennt und Lenkmomente messen kann.
Ferner ist ein Antriebsmotor mit Schneckenwelle 76 vorgesehen, um das an der Lenkspindel 72 angeordnete Schneckenrad 10 anzutreiben und so die Lenkbewegung zu unterstützen. In Figur 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Fahrzeug-Lenkvorrichtung 80 mit einem erfindungsgemäßen Schneckenrad 10 gezeigt, welche als Ritzelantriebslenkung (EPS Pinion Drive) ausgeführt ist.
Die Fahrzeug-Lenkvorrichtung 80 entspricht der in Figur 5 gezeigten Fahrzeug-Lenkvorrichtung 70, mit dem Unterschied, dass das Schneckenrad 10 und der Lenksensor 75 am ersten Ritzel 73 angeordnet sind. In Figur 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Fahrzeug-Lenkvorrichtung 90 mit einem erfindungsgemäßen Schneckenrad 10 gezeigt, welche als Doppelritzelantriebslenkung (EPS Dual Pinion Drive) ausgeführt ist.
Die Fahrzeug-Lenkvorrichtung 90 entspricht der in Figur 6 gezeigten Fahrzeug-Lenkvorrichtung 80, mit dem Unterschied, dass das Schneckenrad 10 an einem zweiten Ritzel 77 angeordnet ist, das zusätzlich zum ersten Ritzel 73 an der Zahnstangenachse 74 vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Schneckenrad (10) für eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung (70, 80, 90), mit einer Nabe (12), einem Trägerteil (14) und einem vorgefertigten, gegenüber dem Trägerteil (14) ein separates Teil bildenden elastischen Zahnkranz (16), wobei das Trägerteil (14) mit dem Zahnkranz (16) drehmomentübertragend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (14) an einem äußeren Umfang (26) Zähne (28, 34) aufweist und der Zahnkranz (16) an dem äußeren Umfang (26) des Trägerteils (14) abschnittsweise radial anliegt, wobei zwischen dem Trägerteil (14) und dem Zahnkranz (16) in radialer Richtung abschnittsweise Zwischenräume (54) gebildet sind, in die sich der Zahnkranz (16) bei radialer Belastung in radialer Richtung elastisch hinein verformen kann.
2. Schneckenrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich in Umfangsrichtung Zwischenräume (54) und Kontaktstellen, an denen der Zahnkranz (16) am Trägerteil (14) anliegt, abwechseln.
3. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (16) außenseitig eine Schrägverzahnung (44) aufweist.
4. Schneckenrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (16) so auf dem Trägerteil (14) aufgebracht ist, dass er die im Betrieb durch die Schrägverzahnung (44) auftretenden Kräfte sowohl im Links- als auch im Rechtslauf aufnehmen kann.
5. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (14) an seinem äußeren Umfang (26) Zähne (28, 34), insbesondere mit einer Schrägverzahnung, aufweist.
6. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (14) an seinem äußeren Umfang (26) axial lange Zähne (28) aufweist, die von einem ersten axialen Ende (30, 32) des Trägerteils (14) bis zu einem entgegengesetzten zweiten axialen Ende (30, 32) des Trägerteils (14) verlaufen, sowie axial kurze Zähne (34), die an einem axialen Ende (30, 32) des Trägerteils (14) beginnen, aber das andere axiale Ende (30, 32) nicht erreichen und insbesondere 60% bis 80% der axialen Dicke (d) des Trägerteils (14) überbrücken.
7. Schneckenrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich lange und kurze Zähne (28, 34) in ihrer Abfolge über mindestens 90% des äußeren Umfangs (26) abwechseln.
8. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (16) an seinem Innenumfang (46) an die
Zähne (28, 34) des Trägerteils (14) angepasste Ausnehmungen (48) zur Aufnahme der Zähne (28, 34) hat.
9. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (16) zur Montage auf das Trägerteil (14) in axialer Richtung aufgeschoben werden kann und zwischen Trägerteil (14) und Zahnkranz (16) eine Rastvorrichtung (58) ausgebildet ist.
10. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (14) wenigstens eine Rastnut (38) hat, in die ein Rastvorsprung (52) am Innenumfang (46) des Zahnkranzes (16) ragt, insbesondere wobei die Rastnut (38) in zumindest eine Zahnlücke (36) zwischen benachbarten Zähnen (28, 34) des Trägerteils (14) übergeht und wobei die Rastnut (38) radial weiter innen endet als die Zahnlücke (36).
1 1 . Schneckenrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich radial zwischen Rastvorsprung (52) und Rastnut (38) zumindest einer der Zwischenräume (54) ergibt.
12. Schneckenrad nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rastvorsprung (52) axial in der Rastnut (38) geklemmt ist.
13. Schneckenrad nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen der Zahnlücke (36) und dem Zahnkranz
(16) zumindest einer der Zwischenräume (54) vorhanden ist.
14. Schneckenrad nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastvorsprung (52) einstückig in einen benachbarten, Ausnehmungen (48) begrenzenden Fortsatz (50) am Zahnkranz (16) übergeht und wobei der Rastvorsprung (52) radial weiter innen endet als der Fortsatz (50).
15. Schneckenrad nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (16) im Bereich des Übergangs (60) des Rastvorsprungs (52) zum Fortsatz (50) derart am Trägerteil (14) im Bereich des Übergangs (62) der Rastnut (38) zur Zahnlücke (36) in radialer Richtung anliegt, dass in radialer Richtung abschnittsweise Zwischenräume (54) gebildet sind, in die sich der Zahnkranz (16) bei radialer Belastung hinein verformen kann.
16. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (16) ohne radiales und/oder ohne axiales Spiel auf dem Trägerteil (14) gelagert ist.
17. Schneckenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (12) ein gegenüber dem Trägerteil (14) separates Teil aus Metall ist und/oder das Trägerteil (14) ein Kunststoffteil mit Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern, ist und/oder der Zahnkranz (16) aus einem Kunststoff besteht.
18. Fahrzeug-Lenkvorrichtung (70, 80, 90) mit einem Schneckenrad (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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