WO2018206169A1 - Method for producing a gear wheel - Google Patents

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WO2018206169A1
WO2018206169A1 PCT/EP2018/054408 EP2018054408W WO2018206169A1 WO 2018206169 A1 WO2018206169 A1 WO 2018206169A1 EP 2018054408 W EP2018054408 W EP 2018054408W WO 2018206169 A1 WO2018206169 A1 WO 2018206169A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
outer part
extrudate
connecting part
plastic
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054408
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens-Uwe Hafermalz
Ekkehard Kneer
Dennis Fuechsel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D15/00—Producing gear wheels or similar articles with grooves or projections, e.g. control knobs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/09—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
    • 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 method for producing a gear and such a gear, which is used in particular in a power steering.
  • a gear is a wheel that carries uniformly distributed teeth over its circumference.
  • Such gears are, for example, in power steering systems, which are formed, for example. As electric steering devices used.
  • Power steering aids the driver in steering by increasing the force applied by the driver when steering.
  • Such power steering systems reduce the force required by the driver, e.g. B. when maneuvering or at low speeds, must be applied.
  • an electric motor is used to apply an assist torque, this is also referred to as an electric steering device.
  • an electric steering device for motor vehicles has a helical gear with a helical gear, which has an inner part, a connecting part and an outer part.
  • the outer part carries teeth
  • the connecting part has spiral-shaped ribs. These ribs can run in both directions from one origin.
  • the electric steering device is advantageous due to the use of the presented helical gear in terms of cost and weight.
  • the use of plastic for the outer part causes improved damping.
  • Gears that are used in power steering for example, consist of polyamide rings that are glued to a metal hub. In these, the teeth are then brought by milling in the cast polyamide ring.
  • gears for power steering systems are known which consist of several parts.
  • These multi-part gears are positively and non-positively connected by connecting elements in order to transmit the torque from the ring gear to the shaft can.
  • toothed wheels which have an outer part with a toothing and an insert part as a hub, which are connected to one another by a connecting part.
  • the document DE 10 2014 104 284 AI describes a gear with an inner part, an outer part and a connecting part.
  • the outer part carries on the circumference teeth of the gear.
  • the connecting part connects the inner part with the outer part. It is further provided that the connecting part in the region of at least one end face encloses the teeth of the outer part at least in sections.
  • the outer part may consist of an unreinforced plastic.
  • the inner part in turn may consist of a steel material.
  • the document further describes an electromechanical steering device with such a gear.
  • the described gear wheel is characterized in that its outer part, which comprises the toothed rim or is formed as such, is produced by extrusion.
  • the outer part is made of a plastic, for example.
  • a thermoplastic material such as. For example, polyamide.
  • materials with higher viscosity can be used. So are in design Materials with a viscosity number higher than 300 can be used.
  • the extrusion does not entail a substantial reduction in the viscosity number, in contrast to the injection molding process.
  • the proposed gear can be produced by the following method steps. It is produced in a first step, an outer part with teeth on the outer periphery and thus a sprocket by means of a plastic extrusion process. During extrusion, solid to viscous curable masses are continuously extruded under pressure from a forming orifice, also referred to as die, die or mouthpiece. In this way, bodies are formed whose cross section corresponds to the shape of the opening and which are also referred to as extrudate. These bodies can theoretically have any length.
  • extruders such as, for example, piston extruders or screw extruders
  • the pressure for extruding the material is generated by means of a worm shaft. This is done in a worm cylinder. At the front end of the worm cylinder is the shaping opening.
  • the screw can be divided into three zones, namely in the rear area the so-called feed zone, then the compression zone and finally the discharge zone or metering zone.
  • the material for example a free-flowing granulate, is typically filled through a machine hopper and then heated so that the material melts and gives a moldable mass. This is then pressed through the opening.
  • the machine funnel can be fed with the material by means of corresponding upstream system components.
  • the extruder may be provided with electrical heating bands, which in different segments a different temperature control of the extruder or of the cylinder in which the material is taken up. In a particular embodiment, a temperature control is provided.
  • a plastic cylinder with a defined profile thus comes from the plastic extrusion machine, with the teeth of the toothed ring of the toothed wheel already finished and, consequently, the toothing of the finished toothed ring need not be reworked.
  • This is advantageous because the teeth could possibly be damaged in a post-processing.
  • it is advantageous that the viscosity of the material used during extrusion, in contrast to the injection molding process, not significantly reduced.
  • the extrudate after pressing inside and outside is supported until it has cooled sufficiently so that it does not deform.
  • the extrudate can be tempered or cooled in a calibration region continuously or else stepwise. In this area, a temperature control can be provided. In this way it is avoided that the extrudate deforms. This is particularly important because the extrudate, which forms the basis or the starting material for the outer part or the sprocket, no longer needs to be processed.
  • the cylinder or the extrudate is then shortened to the required size, according to the intended width of the gear.
  • various processing methods can be used, such as, for example, turning, milling, water jet cutting, laser beam cutting, etc.
  • a material for the outer part is an extrusive plastic, z.
  • a highly viscous plastic such as, polyamide provided.
  • the manufacturing process used also allows the use of a very ductile plastic for the toothing of a gear.
  • the outer part can then in the screen sprue method or in Stangen proportion. Point-casting method by a connecting part with the inner part, which may be a hub or a shaft, radially enclosed.
  • the gear is thus in this embodiment of at least three parts, namely outer part, Connecting part and inner part, made. But it is also conceivable another structure of a gear with outer part.
  • the inner part can be made of a metallic material which forms a positive connection to the connecting part, which can transmit the torque and also the axial force.
  • the connecting part is made of an unreinforced or reinforced plastic with a high strength and low thermal expansion. Due to the shrinkage of the connecting part during cooling additionally creates a frictional connection to the inner part.
  • the outer part is also made of a plastic that can be unreinforced or reinforced. The outer part is fixed to the connecting part via a positive and non-positive connection.
  • the materials of the gear are preferably chosen so that the strength from outside to inside is getting bigger.
  • Figure 1 shows an extrudate
  • Figure 2 shows an embodiment of a sprocket with extrusion profile.
  • Figure 3 shows an embodiment of a gear in an exploded view.
  • Figure 4 shows an embodiment of a gear.
  • Figure 5 shows the gear of Figure 4 in a first sectional view.
  • FIG. 6 shows the gear of FIG. 4 in a second sectional view.
  • Figure 1 shows an embodiment of an extrudate, which is generally designated by the reference numeral 10.
  • This extrudate 10 represents a cylindrical body as it is extruded from an extruder.
  • the width 12 of the extrudate 10 can be chosen almost arbitrarily.
  • the cross-section of the extrudate 10 is defined by the shape of the exit orifice of the extruder.
  • the illustration shows that the extrudate 10 has a kind of zig-zag profile and thus carries radially outwardly projecting teeth 16 at its circumference.
  • This extrudate 10 represents the starting material for an outer part of a toothed wheel to be produced. For this purpose, this only has to be shortened, so that its width corresponds to the width of the toothed wheel to be produced. It should be noted that from the extrudate 10 also several outer parts can be made.
  • FIG. 2 shows an outer part 20, which was produced from the extrudate 10 from FIG. 1 by shortening.
  • This outer part 20 represents a sprocket which carries at its periphery the outwardly projecting teeth 16. Due to the zigzag profile, a recess 22, which is open inwards, is also provided between two adjacent teeth 16. This recess 22 takes in one embodiment, the material of the connecting part and thus serves to transmit the torque in the use of the gear.
  • Figure 3 shows an exploded view of an embodiment of a gear, which is designated overall by the reference numeral 30.
  • the illustration shows the outer part 20 with the radially outwardly projecting teeth 16 and the radially inwardly directed recesses 22.
  • the teeth 16 are arranged uniformly over the circumference of the outer part 20.
  • This outer part 20, which forms a sprocket, was produced by means of an extrusion process.
  • the illustration also shows a connecting part 32 and an inner part 34, which is typically made of a metallic material.
  • the inner part 34 forms a positive connection to the connecting part 32, so that the torque and also the axial force is transmitted.
  • the connecting part 32 is typically made of an unreinforced or reinforced plastic. During manufacture, the connecting part 32 is injected between the inner part 34 and the outer part 20, so that they are securely connected to each other. The recesses 22 in the outer part 20 are thereby filled with material of the connecting part 32, so that a good transmission of torque and axial force is ensured between these two components.
  • the gearwheel 30 with the outer part 20 manufactured in accordance with the presented method here has a three-part construction. But there are also other constructions, for example. A two-part construction conceivable.
  • Figure 4 shows the gear 30 of Figure 3 with the outer part 20, the connecting part 32 and the inner part 34, which is also referred to as an insert part, in the mounted state.
  • This gear 30 is used, for example, in a power steering of a motor vehicle.
  • Figure 5 shows a first sectional view of the gear 30 of Figure 4. Again, the outer part 20, the connecting part 32 and the inner part 34 are clearly visible.
  • Figure 6 shows a further sectional view of the gear 30 with the outer part 20, the connecting part 32 and the inner part 34th

Abstract

The invention relates to a method for producing a gear wheel (30) and to said type of gear wheel. The gear wheel comprises an outer part (20) which is formed using an extrusion method.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads  Method for producing a gear
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads und ein solches Zahnrad, das insbesondere in einer Servolenkung eingesetzt wird. The invention relates to a method for producing a gear and such a gear, which is used in particular in a power steering.
Stand der Technik State of the art
Ein Zahnrad ist ein Rad, das über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Zähne trägt. Solche Zahnräder werden bspw. in Servolenkungen, die bspw. als elektrische Lenkvorrichtungen ausgebildet sind, eingesetzt. A gear is a wheel that carries uniformly distributed teeth over its circumference. Such gears are, for example, in power steering systems, which are formed, for example. As electric steering devices used.
Servolenkungen unterstützen den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer beim Lenken aufgebrachte Kraft verstärkt wird. Somit reduzieren solche Servolenkungen die Kraft, die vom Fahrer, z. B. beim Rangieren oder bei geringen Geschwindigkeiten, aufgebracht werden muss. Wird ein Elektromotor zum Aufbringen eines Unterstützungsmoments verwendet, spricht man auch von einer elektrischen Lenkvorrichtung. Power steering aids the driver in steering by increasing the force applied by the driver when steering. Thus, such power steering systems reduce the force required by the driver, e.g. B. when maneuvering or at low speeds, must be applied. If an electric motor is used to apply an assist torque, this is also referred to as an electric steering device.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 102 777 AI ist eine elektrische Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Diese weist ein Schraubradgetriebe mit einem Schraubrad auf, das ein Innenteil, ein Verbindungsteil und ein Außenteil aufweist. Das Außenteil trägt Zähne, das Verbindungsteil weist spiralförmige Rippen auf. Diese Rippen können von einem Ursprung aus in beide Richtungen verlaufen. Die elektrische Lenkvorrichtung ist bedingt durch den Einsatz des vorgestellten Schraubrads hinsichtlich der Kosten und des Gewichts vorteilhaft. Die Verwendung von Kunststoff für das Außenteil bewirkt eine verbesserte Dämpfung. Zahnräder, die in Servolenkungen eingesetzt werden, bestehen bspw. aus Polyamid-Ringen, die mit einer Metallnabe verklebt werden. Bei diesen wird anschließend die Verzahnung durch Fräsen in den Gusspolyamid-Ring gebracht. Weiterhin sind Zahnräder für Servolenkungen bekannt, die aus mehreren Teilen bestehen. Diese mehrteiligen Zahnräder werden durch Verbindungselemente form- und kraftschlüssig verbunden, um das Drehmoment vom Zahnkranz auf die Welle übertragen zu können. Es gibt auch Zahnräder, die ein Außenteil mit einer Verzahnung besitzen und ein Einlegeteil als Nabe haben, welche durch ein Ver- bindungsteil miteinander verbunden werden. From the document DE 10 2012 102 777 AI an electric steering device for motor vehicles is known. This has a helical gear with a helical gear, which has an inner part, a connecting part and an outer part. The outer part carries teeth, the connecting part has spiral-shaped ribs. These ribs can run in both directions from one origin. The electric steering device is advantageous due to the use of the presented helical gear in terms of cost and weight. The use of plastic for the outer part causes improved damping. Gears that are used in power steering, for example, consist of polyamide rings that are glued to a metal hub. In these, the teeth are then brought by milling in the cast polyamide ring. Furthermore, gears for power steering systems are known which consist of several parts. These multi-part gears are positively and non-positively connected by connecting elements in order to transmit the torque from the ring gear to the shaft can. There are also toothed wheels which have an outer part with a toothing and an insert part as a hub, which are connected to one another by a connecting part.
Die Druckschrift DE 10 2014 104 284 AI beschreibt ein Zahnrad mit einem Innenteil, einem Außenteil und einem Verbindungsteil. Das Außenteil trägt am Umfang Zähne des Zahnrads. Das Verbindungsteil verbindet das Innenteil mit dem Außenteil. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Verbindungsteil im Bereich mindestens einer Stirnfläche die Zähne des Außenteils zumindest abschnittsweise umschließt. Das Außenteil kann aus einem unverstärkten Kunststoff bestehen. Das Innenteil wiederum kann aus einem Stahl Werkstoff bestehen. Die Druckschrift beschreibt weiterhin eine elektromechanische Lenkvorrichtung mit einem solchen Zahnrad. The document DE 10 2014 104 284 AI describes a gear with an inner part, an outer part and a connecting part. The outer part carries on the circumference teeth of the gear. The connecting part connects the inner part with the outer part. It is further provided that the connecting part in the region of at least one end face encloses the teeth of the outer part at least in sections. The outer part may consist of an unreinforced plastic. The inner part in turn may consist of a steel material. The document further describes an electromechanical steering device with such a gear.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Zahnrad gemäß Anspruch 1 und ein Verfah- ren nach Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung. Es werden weiterhin eine Servolenkung mit einem solchen Zahnrad sowie die Verwendung eines solchen Zahnrads in einer Servolenkung vorgestellt. Das beschriebene Zahnrad zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Außenteil, das den Zahnkranz umfasst oder als solcher ausgebildet ist, mittels Extrusion hergestellt wird. Das Außenteil ist dabei aus einem Kunststoff, bspw. einem thermoplastischen Kunststoff, wie z. B. Polyamid, hergestellt. Im Gegensatz zu bekannten Außenteilen, die mittels Spritzguss hergestellt werden, können dabei Materialien mit höherer Viskosität verwendet werden. So sind in Ausgestaltung Materialien mit einer Viskositätszahl höher als 300 einsetzbar. Darüber hinaus ist zu beachten, dass das Extrudieren keine wesentliche Verringerung der Viskositätszahl, im Gegensatz zum Spritzgussverfahren, mit sich bringt. Against this background, a gear according to claim 1 and a method according to claim 9 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description. There is also presented a power steering with such a gear and the use of such a gear in a power steering. The described gear wheel is characterized in that its outer part, which comprises the toothed rim or is formed as such, is produced by extrusion. The outer part is made of a plastic, for example. A thermoplastic material, such as. For example, polyamide. In contrast to known outer parts, which are produced by injection molding, thereby materials with higher viscosity can be used. So are in design Materials with a viscosity number higher than 300 can be used. In addition, it should be noted that the extrusion does not entail a substantial reduction in the viscosity number, in contrast to the injection molding process.
Gemäß einer Ausführung kann das vorgestellte Zahnrad durch folgende Verfahrensschritte hergestellt werden. Es wird in einem ersten Schritt ein Außenteil mit Zähnen am äußeren Umfang und somit ein Zahnkranz mittels eines Kunststoff- Extrusionsverfahren hergestellt. Bei der Extrusion werden feste bis dickflüssige härtbare Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung, die auch als Düse, Matrize oder Mundstück bezeichnet wird, herausgepresst. Auf diese Weise werden Körper gebildet, deren Querschnitt der Form der Öffnung entspricht und die auch als Extrudat bezeichnet werden. Diese Körper können theoretisch eine beliebige Länge haben. According to one embodiment, the proposed gear can be produced by the following method steps. It is produced in a first step, an outer part with teeth on the outer periphery and thus a sprocket by means of a plastic extrusion process. During extrusion, solid to viscous curable masses are continuously extruded under pressure from a forming orifice, also referred to as die, die or mouthpiece. In this way, bodies are formed whose cross section corresponds to the shape of the opening and which are also referred to as extrudate. These bodies can theoretically have any length.
Es können unterschiedliche Arten von Extrudern, wie bspw. Kolbenextruder oder Schneckenextruder, eingesetzt werden. Bei einem Schneckenextruder wird der Druck zum Herauspressen des Materials mittels einer Schneckenwelle erzeugt. Diese ist in einem Schneckenzylinder geführt. Am vorderen Ende des Schneckenzylinders befindet sich die formgebende Öffnung. Different types of extruders, such as, for example, piston extruders or screw extruders, can be used. In a screw extruder, the pressure for extruding the material is generated by means of a worm shaft. This is done in a worm cylinder. At the front end of the worm cylinder is the shaping opening.
Die Schnecke kann in drei Zonen aufgeteilt sein, nämlich im hinteren Bereich die sogenannte Einzugszone, daran anschließend die Kompressionszone und abschließend die Austragszone bzw. Meteringzone. The screw can be divided into three zones, namely in the rear area the so-called feed zone, then the compression zone and finally the discharge zone or metering zone.
Bei der Extrusion werden somit feste bis dickflüssige härtbare Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung gepresst. Auf diese Weise entstehen Körper mit dem Querschnitt der Öffnung. During extrusion, solid to viscous curable compositions are thus pressed under pressure continuously from a shaping opening. In this way, bodies are created with the cross section of the opening.
Das Material, bspw. ein rieselfähiges Granulat, wird typischerweise durch einen Maschinentrichter eingefüllt und anschließend erwärmt, so dass das Material aufschmilzt und eine formbare Masse ergibt. Diese wird dann durch die Öffnung gepresst. Der Maschinentrichter kann durch entsprechende stromaufwärts liegende Anlagenkomponenten mit dem Material gefüttert werden. Zum Erwärmen des Materials kann der Extruder mit elektrischen Heizbändern versehen sein, die in mehreren Segmenten eine unterschiedliche Temperaturführung des Extruders bzw. des Zylinders, in dem das Material aufgenommen wird, ermöglichen. In einer besonderen Ausführung ist auch eine Temperaturregelung vorgesehen. The material, for example a free-flowing granulate, is typically filled through a machine hopper and then heated so that the material melts and gives a moldable mass. This is then pressed through the opening. The machine funnel can be fed with the material by means of corresponding upstream system components. For heating the material, the extruder may be provided with electrical heating bands, which in different segments a different temperature control of the extruder or of the cylinder in which the material is taken up. In a particular embodiment, a temperature control is provided.
Aus der Kunststoff-Extrusionmaschine kommt somit vorerst ein Kunststoff- Zylinder mit einem definierten Profil, wobei die Zähne des Zahnkranzes des Zahnrads schon fertig ausgebildet sind und daraus folgend die Verzahnung des fertigen Zahnkranzes nicht nachbearbeitet werden muss. Dies ist vorteilhaft, da die Zähne bei einer Nachbearbeitung ggf. beschädigt werden könnten. Weiterhin ist vorteilhaft, dass sich beim Extrudieren die Viskositätszahl des verwendeten Materials, im Gegensatz zum Spritzgussverfahren, nicht wesentlich reduziert. For the time being, a plastic cylinder with a defined profile thus comes from the plastic extrusion machine, with the teeth of the toothed ring of the toothed wheel already finished and, consequently, the toothing of the finished toothed ring need not be reworked. This is advantageous because the teeth could possibly be damaged in a post-processing. Furthermore, it is advantageous that the viscosity of the material used during extrusion, in contrast to the injection molding process, not significantly reduced.
Von Bedeutung ist, dass das Extrudat nach dem Herauspressen innen und außen, bspw. mit einer Innenform und einer Außenform, gestützt wird, bis dieses ausreichend abgekühlt ist, so dass dieses sich nicht verformt. Nach dem Herauspressen kann das Extrudat in einem Kalibrierbereich kontinuierlich oder auch schrittweise temperiert bzw. abgekühlt werden. Auch in diesem Bereich kann eine Temperaturregelung vorgesehen sein. Auf diese Weise wird vermieden, dass das Extrudat sich verformt. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da dass Extrudat, das die Grundlage bzw. das Ausgangsmaterial für das Außenteil bzw. den Zahnkranz bildet, nicht mehr bearbeitet werden muss. Of importance is that the extrudate after pressing inside and outside, for example, with an inner mold and an outer mold, is supported until it has cooled sufficiently so that it does not deform. After pressing out, the extrudate can be tempered or cooled in a calibration region continuously or else stepwise. In this area, a temperature control can be provided. In this way it is avoided that the extrudate deforms. This is particularly important because the extrudate, which forms the basis or the starting material for the outer part or the sprocket, no longer needs to be processed.
Der Zylinder bzw. das Extrudat wird anschließend auf das benötigte Maß gekürzt, entsprechend der vorgesehenen Breite des Zahnrads. Dafür können verschiedene Bearbeitungsverfahren verwendet werden, wie bspw. Drehen, Fräsen, Wasserstrahlschneiden, Laserstrahlschneiden usw. Als Material für das Außenteil ist ein extrusionsfähiger Kunststoff, z. B. ein hochviskoser Kunststoff, wie bspw. Polyamid, vorgesehen. Das verwendete Fertigungsverfahren ermöglicht zudem die Verwendung eines sehr duktilen Kunststoffs für die Verzahnung eines Zahnrads. The cylinder or the extrudate is then shortened to the required size, according to the intended width of the gear. For this purpose, various processing methods can be used, such as, for example, turning, milling, water jet cutting, laser beam cutting, etc. As a material for the outer part is an extrusive plastic, z. As a highly viscous plastic, such as, polyamide provided. The manufacturing process used also allows the use of a very ductile plastic for the toothing of a gear.
Das Außenteil kann anschließend im Schirm-Angussverfahren oder im Stangenbzw. Punkt-Angussverfahren durch ein Verbindungsteil mit dem Innenteil, welches eine Nabe oder eine Welle sein kann, radial umschlossen. Das Zahnrad wird bei dieser Ausführung somit aus mindestens drei Teilen, nämlich Außenteil, Verbindungsteil und Innenteil, gefertigt. Es ist aber auch ein anderer Aufbau eines Zahnrads mit Außenteil denkbar. The outer part can then in the screen sprue method or in Stangenbzw. Point-casting method by a connecting part with the inner part, which may be a hub or a shaft, radially enclosed. The gear is thus in this embodiment of at least three parts, namely outer part, Connecting part and inner part, made. But it is also conceivable another structure of a gear with outer part.
Das Innenteil kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden, der ei- nen Formschluss zum Verbindungsteil bildet, der das Drehmoment und auch die axiale Kraft übertragen kann. Das Verbindungsteil wird aus einem unverstärkten oder verstärkten Kunststoff mit einer großen Festigkeit und kleiner Wärmedehnung hergestellt. Durch das Schwinden des Verbindungsteils beim Abkühlen entsteht zusätzlich ein Kraftschluss zum Innenteil. Das Außenteil besteht ebenfalls aus einem Kunststoff, der unverstärkt oder verstärkt sein kann. Das Außenteil ist mit dem Verbindungsteil über einen Form- und Kraftschluss fixiert. Die Werkstoffe des Zahnrads sind vorzugsweise so gewählt, dass die Festigkeit von außen nach innen immer größer wird. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. The inner part can be made of a metallic material which forms a positive connection to the connecting part, which can transmit the torque and also the axial force. The connecting part is made of an unreinforced or reinforced plastic with a high strength and low thermal expansion. Due to the shrinkage of the connecting part during cooling additionally creates a frictional connection to the inner part. The outer part is also made of a plastic that can be unreinforced or reinforced. The outer part is fixed to the connecting part via a positive and non-positive connection. The materials of the gear are preferably chosen so that the strength from outside to inside is getting bigger. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination specified, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt ein Extrudat. Brief Description of the Drawings Figure 1 shows an extrudate.
Figur 2 zeigt eine Ausführung eines Zahnkranzes mit Extrusionsprofil. Figure 2 shows an embodiment of a sprocket with extrusion profile.
Figur 3 zeigt eine Ausführung eines Zahnrads in Explosionsdarstellung. Figure 3 shows an embodiment of a gear in an exploded view.
Figur 4 zeigt eine Ausführung eines Zahnrads. Figure 4 shows an embodiment of a gear.
Figur 5 zeigt das Zahnrad aus Figur 4 in einer ersten Schnittdarstellung. Figure 5 shows the gear of Figure 4 in a first sectional view.
Figur 6 zeigt das Zahnrad aus Figur 4 in einer zweiten Schnittdarstellung. Ausführungsformen der Erfindung FIG. 6 shows the gear of FIG. 4 in a second sectional view. Embodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Extrudats, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieses Extrudat 10 stellt einen zylinderförmigen Körper dar, wie dieser aus einem Extruder herausgepresst wird. Die Breite 12 des Extrudats 10 kann dabei fast beliebig gewählt werden. Der Querschnitt des Extrudats 10 wird durch die Form der Austrittsöffnung des Extruders definiert. Figure 1 shows an embodiment of an extrudate, which is generally designated by the reference numeral 10. This extrudate 10 represents a cylindrical body as it is extruded from an extruder. The width 12 of the extrudate 10 can be chosen almost arbitrarily. The cross-section of the extrudate 10 is defined by the shape of the exit orifice of the extruder.
Die Darstellung zeigt, dass das Extrudat 10 eine Art Zick-Zack-Profil aufweist und somit an seinem Umfang radial nach außen ragende Zähne 16 trägt. Dieses Extrudat 10 stellt das Ausgangsmaterial für ein herzustellendes Außenteil eines Zahnrads dar. Hierzu muss dieses lediglich noch gekürzt werden, so dass dessen Breite der Breite des herzustellenden Zahnrads entspricht. Zu beachten ist, dass aus dem Extrudat 10 auch mehrere Außenteile gefertigt werden können. The illustration shows that the extrudate 10 has a kind of zig-zag profile and thus carries radially outwardly projecting teeth 16 at its circumference. This extrudate 10 represents the starting material for an outer part of a toothed wheel to be produced. For this purpose, this only has to be shortened, so that its width corresponds to the width of the toothed wheel to be produced. It should be noted that from the extrudate 10 also several outer parts can be made.
Figur 2 zeigt ein Außenteil 20, das aus dem Extrudat 10 aus Figur 1 durch Kürzen hergestellt wurde. Dieses Außenteil 20 stellt einen Zahnkranz dar, der an seinem Umfang die nach außen ragenden Zähne 16 trägt. Aufgrund des Zick- Zack-Profils sind zwischen zwei benachbarten Zähnen 16 auch jeweils eine Vertiefung 22, die nach innen offen ist, vorgesehen. Diese Vertiefung 22 nimmt in einer Ausführung das Material des Verbindungsteils auf und dient somit zu Übertragung des Drehmoments im Einsatz des Zahnrads. FIG. 2 shows an outer part 20, which was produced from the extrudate 10 from FIG. 1 by shortening. This outer part 20 represents a sprocket which carries at its periphery the outwardly projecting teeth 16. Due to the zigzag profile, a recess 22, which is open inwards, is also provided between two adjacent teeth 16. This recess 22 takes in one embodiment, the material of the connecting part and thus serves to transmit the torque in the use of the gear.
Es kann auch in einem weiteren Verfahrensschritt an das Außenteil 20 ein nach innen ragender umlaufender Steg angebracht werden, der axial ausgerichtete Erhöhungen aufweist, die im hergestellten Zustand vom Material des Verbindungsteils umgeben sind und somit ebenfalls zur Übertragung des Drehmoments dienen. Dieser Steg kann auch nach innen radial ragende Erhöhungen oder Vertiefungen aufweisen. Diese dienen ebenfalls der Übertragung des Drehmoments. In jedem Fall ist es zweckmäßig den Übergang von Außenteil 20 zu Verbin- dungsteil so zu gestalten, dass eine gute Übertragung des Drehmoments gewährleistet ist. It can also be attached in a further process step to the outer part 20 an inwardly projecting circumferential ridge having axially oriented elevations, which are surrounded in the manufactured state by the material of the connecting part and thus also serve to transmit the torque. This web can also have radially inwardly projecting elevations or depressions. These also serve to transmit the torque. In any case, it is expedient to make the transition from the outer part 20 to the connection. To make shaping part so that a good transmission of the torque is ensured.
Figur 3 zeigt in einer Explosionsdarstellung eine Ausführung eines Zahnrads, das insgesamt mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Außenteil 20 mit den radial nach außen ragenden Zähnen 16 und den nach innen radial gerichteten Vertiefungen 22. Die Zähne 16 sind dabei gleichmäßig über den Umfang des Außenteils 20 angeordnet. Dieses Außenteil 20, das einen Zahnkranz ausbildet, wurde mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt. Figure 3 shows an exploded view of an embodiment of a gear, which is designated overall by the reference numeral 30. The illustration shows the outer part 20 with the radially outwardly projecting teeth 16 and the radially inwardly directed recesses 22. The teeth 16 are arranged uniformly over the circumference of the outer part 20. This outer part 20, which forms a sprocket, was produced by means of an extrusion process.
Die Darstellung zeigt weiterhin ein Verbindungsteil 32 und ein Innenteil 34, das typischerweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt wird. Das Innenteil 34 bildet einen Formschluss zum Verbindungsteil 32, so dass das Drehmoment und auch die axiale Kraft übertragen wird. Das Verbindungsteil 32 wird typischerweise aus einem unverstärkten oder verstärkten Kunststoff gefertigt. Bei der Fertigung wird das Verbindungsteil 32 zwischen das Innenteil 34 und das Außenteil 20 gespritzt, so dass diese sicher miteinander verbunden werden. Die Vertiefungen 22 im Außenteil 20 werden dabei mit Material des Verbindungsteils 32 ausgefüllt, so dass auch zwischen diesen beiden Komponenten eine gute Übertragung von Drehmoment und axialer Kraft sichergestellt ist. The illustration also shows a connecting part 32 and an inner part 34, which is typically made of a metallic material. The inner part 34 forms a positive connection to the connecting part 32, so that the torque and also the axial force is transmitted. The connecting part 32 is typically made of an unreinforced or reinforced plastic. During manufacture, the connecting part 32 is injected between the inner part 34 and the outer part 20, so that they are securely connected to each other. The recesses 22 in the outer part 20 are thereby filled with material of the connecting part 32, so that a good transmission of torque and axial force is ensured between these two components.
Das Zahnrad 30 mit dem gemäß dem vorgestellten Verfahren gefertigten Außenteil 20 weist hier einen dreiteiligen Aufbau auf. Es sind aber auch andere Konstruktionen, bspw. ein zweiteiliger Aufbau, denkbar. The gearwheel 30 with the outer part 20 manufactured in accordance with the presented method here has a three-part construction. But there are also other constructions, for example. A two-part construction conceivable.
Figur 4 zeigt das Zahnrad 30 aus Figur 3 mit dem Außenteil 20, dem Verbindungsteil 32 und dem Innenteil 34, das auch als Einlageteil bezeichnet wird, im montierten Zustand. Dieses Zahnrad 30 wird bspw. in einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Figure 4 shows the gear 30 of Figure 3 with the outer part 20, the connecting part 32 and the inner part 34, which is also referred to as an insert part, in the mounted state. This gear 30 is used, for example, in a power steering of a motor vehicle.
Figur 5 zeigt eine erste Schnittdarstellung des Zahnrads 30 aus Figur 4. Auch hier sind deutlich das Außenteil 20, das Verbindungsteil 32 und das Innenteil 34 zu erkennen. Figur 6 zeigt eine weitere Schnittdarstellung des Zahnrads 30 mit dem Außenteil 20, dem Verbindungsteil 32 und dem Innenteil 34. Figure 5 shows a first sectional view of the gear 30 of Figure 4. Again, the outer part 20, the connecting part 32 and the inner part 34 are clearly visible. Figure 6 shows a further sectional view of the gear 30 with the outer part 20, the connecting part 32 and the inner part 34th

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads (30) mit einem Außenteil (20), das einen Zahnkranz umfasst und aus einem Kunststoff gefertigt wird, A method of manufacturing a gear (30) having an outer part (20) comprising a sprocket and made of a plastic,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Außenteil (20) mittels eines Extrusionsverfahrens gebildet wird. the outer part (20) is formed by means of an extrusion process.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Außenteil (20) mit einem Innenteil (34) über ein Verbindungsteil (32) verbunden wird. 2. The method of claim 1, wherein the outer part (20) with an inner part (34) via a connecting part (32) is connected.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Verbindungsteil (32) mittels eines Spritzgussverfahrens gebildet wird. 3. The method of claim 2, wherein the connecting part (32) is formed by means of an injection molding process.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Kunststoffmasse mit einem Extruder durch eine Öffnung herausgepresst wird, so dass ein Extrudat (10) gebildet wird, dessen Querschnitt durch die Form der Öffnung definiert wird, wobei aus dem Extrudat (10) das Außenteil (20) gebildet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a plastic mass is extruded with an extruder through an opening, so that an extrudate (10) is formed, whose cross section is defined by the shape of the opening, wherein from the extrudate (10 ) the outer part (20) is formed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Extrudat entsprechend der vorgesehenen Breite des Zahnrads (30) gekürzt wird. 5. The method of claim 4, wherein the extrudate is shortened according to the intended width of the gear (30).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Extrudat (10) nach dem Herauspressen durch eine Innenform und eine Außenform gestützt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the extrudate (10) is supported after being pressed by an inner mold and an outer mold.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Extrudat (10) nach dem Herauspressen in einem Kalibrierbereich temperiert wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the extrudate (10) is tempered after being pressed out in a calibration.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem als Kunststoff ein Polyamid verwendet wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the plastic used is a polyamide.
9. Zahnrad mit einem Außenteil (20) aus einem Kunststoff, das einen Zahnkranz umfasst, 9. gear with an outer part (20) made of a plastic, which comprises a sprocket,
dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (20) mittels eines Extrusionverfah- rens gefertigt ist. characterized in that the outer part (20) is manufactured by means of an extrusion process.
10. Zahnrad nach Anspruch 9, das ein Innenteil (34), ein Verbindungsteil (32) und das Außenteil (20) umfasst, wobei das Außenteil (20) über das Verbindungsteil (32) mit dem Innenteil (34) verbunden ist. 10. A gear according to claim 9, comprising an inner part (34), a connecting part (32) and the outer part (20), wherein the outer part (20) via the connecting part (32) with the inner part (34) is connected.
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