專利名稱：齒輪和齒輪的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有權利要求1前序部分所述特征的齒輪和具有權利要求11前序部分所述特征的制造齒輪的方法。
背景技術：
就齒輪而言，例如從助力轉向的技術領域中已知所謂的EPAS齒輪(EPAS電子助力轉向)，其作為中央元件具有大金屬輪轂，金屬輪轂的外側粘接有澆注聚酰胺圈。在此，將大金屬輪轂理解為這樣一個金屬輪轂，其外徑大于齒輪外徑的一半。隨后，通過切削去除澆注聚酰胺圈，使實際的齒環(huán)形成齒部。這樣的制造方法描施是以高成本為代價的，因為需要執(zhí)行多個昂貴的工作步驟。另一缺陷在于，作為該齒輪的置入部的金屬輪轂的外圓周與包圍置入部的齒環(huán)的粘接僅在圓周或旋轉方向上和軸向平行方向上提供有限的牢固配合。
此外，已知在制造齒輪時要利用塑料注塑包封這樣的置入部以構造齒環(huán)。尤其是，如果在此同步構造嚙合結構的話，在注射的塑料冷卻時就會給嚙合結構的自由收縮特性造成阻礙，由此使得塑料圈持久地保持在張應力下。同樣，如果利用塑料注塑包封大的置入部，大的置入部也會使收縮應力(Schwundspannung)受到較大的阻礙。這種收縮應力作用在徑向和軸向上，尤其會帶來輪齒斷裂的風險。
圖9示出了現(xiàn)有技術中置入部的透視圖和剖面圖，其中在圓周區(qū)域中沿置入部的徑向構造有突起，突起以嚙合結構的方式用于與齒圈的包圍材料形鎖合地接合。圖10示出了其它兩個與之相關的剖面圖，其中額外地示出了齒圈。正如可從圖11中看出的那樣，在注射材料的情況下，雖然材料從位于構造的齒輪的軸向上的澆口位置出發(fā)繞著這樣的突起34°流動，但在澆注材料冷卻或硬化時卻在突起34°背離澆注突緣的側面上在這樣構造的齒環(huán)2與置入部3*之間形成縫隙S。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種結構簡單且同時其各部件連接良好的齒輪。相應地還提出一種制造齒輪的方法，該方法能制造這樣的齒輪。
該目的是通過具有權利要求1特征的齒輪或具有權利要求11特征的制造齒輪的方法實現(xiàn)的。有利的構型是從屬權利要求的內容。
因此，尤其優(yōu)選這樣一種具有齒環(huán)和置入部的齒輪，置入部的外徑大于齒輪外徑的一半，其中置入部借助于傘形澆注(Schirmguss)注塑包封或根據(jù)方法在制造時注塑包封。
由此可見，這樣的連接部尤其能實現(xiàn)后接合(hintergriffige)的結構，其因較深地接合到外部件和置入部中而克服旋轉力和軸向平行力提供特別固定的嚙合。較之常規(guī)的各個部件，后接合結構能深一些地接合到外部件和置入部中，常規(guī)的各個部件是在其獨立制造之后交錯地安插的。
確切地說或優(yōu)選地，齒環(huán)借助于傘形澆注構造為包圍置入部的部件。因此，較之已知的注塑包封，就避免了從多個沿徑向分布在圓周上的注射位置出發(fā)噴射塑料時形成的接縫。這種接縫的去除使得這種優(yōu)選的齒輪在旋轉方向上提高了強度。
齒環(huán)優(yōu)選借助于傘形澆注連同外側輪齒結構在內一起構造。外側輪齒結構與齒環(huán)體一同進行的構造免除了后面的由一個實心體構造輪齒的銑削過程，且因此免除了一個完全獨立的制造步驟。
置入部可在外側具有朝向齒環(huán)的凹穴，齒環(huán)的材料嵌入該凹穴中。因此，這樣的凹穴在外側也就是尤其在置入部的徑向外側朝向齒環(huán)地構造。至少凹穴的一部分優(yōu)選構造為環(huán)面狀的凹穴。這樣尤其是環(huán)面狀的凹穴能使齒環(huán)材料特別有效地流入，此外，在齒環(huán)材料冷卻時避免了在齒環(huán)與置入部之間形或縫隙。
置入部優(yōu)選在外側具有朝向齒環(huán)的偏心突起，該突起嵌入齒環(huán)的材料中。這樣的突起在外側也就是尤其在置入部的徑向外側朝向齒環(huán)地構造。優(yōu)選偏心突起的至少一部分具有與旋轉方向成橫向伸長的延伸部，于是就在齒環(huán)與置入部之間實現(xiàn)了進行良好力傳遞的大的形鎖合接觸面。該偏心突起的至少一部分優(yōu)選朝向傘形澆注的澆口側偏心地錯置。
置入部優(yōu)選由金屬制成且外部件由塑料制成。置入部也可替換地由金屬材料注塑包封。
優(yōu)選的是，借助于傘形澆注在置入部壁上沿置入部的軸向產生側向澆注體。借助于傘形澆注沿軸向產生的側向體優(yōu)選最后被再次分離。齒環(huán)優(yōu)選已借助于傘形澆注包括外側輪齒結構在內一起構造。
不過，齒輪相應地也可這樣構造有通過齒環(huán)構造的外部件、置入部以及一個或多個形鎖合地連接外部件和置入部的連接部，其中該至少一個連接部由澆注在外部件與置入部之間的材料構成。
借助于傘形澆注注射的部件優(yōu)選通過一個阻止在旋轉方向和/或軸向平行方向上分離的嚙合結構嵌入置入部和/或外部件內，這就使置入部和外部件相對彼此良好的抗扭轉性和/或抗軸向平行移動性。這樣的嚙合結構可特別有利地由置入部外圓周上的凹穴和偏心錯置的突起構成，它們實現(xiàn)了置入部與借助于傘形澆注產生的包圍材料之間形鎖合的連接。
因此，借助于這樣一種制造方法產生了尤其可用作EPAS齒輪的齒輪。有利的是，齒輪由一個作為金屬嵌件或置入部的金屬輪轂構成，該金屬嵌件或置入部利用塑料在注塑中連同嚙合結構在內一起注塑包封，以構造齒環(huán)。由此就可免除成本昂貴的嚙合結構的切削后加工。
通過借助于傘形澆注方法進行注塑包封，齒環(huán)就變得相當堅固，因為齒環(huán)沒有接縫且因此沒有預定的額定斷裂點。
因此，有利的是，注塑包封借助于傘形澆口進行，傘形澆口隨后再除去，為此例如可使用切削加工方法。在此情況下，較之在齒環(huán)的圓周區(qū)域中切削構造各個齒時的許多單個步驟，就可在簡單的工作過程中利用切削加工除去側向的傘形澆口殘留部。
有利的是，傘形澆口的壁是很厚的，尤其是置入部側向的寬度大于齒環(huán)最大壁厚的60％尤其是約60％-150％，以便能在注塑時無縮孔或無氣泡地充填齒環(huán)。
置入部與齒環(huán)之間過渡區(qū)域中的凹穴和突起緣于由此在輪轂上形成的形鎖合而實現(xiàn)了良好的轉矩同步和軸向力傳遞，其中，還將齒環(huán)視為一個構造在實際的輪齒與置入部之間的環(huán)形部分。
包括這樣的組件的傘形澆口通常還具有較高的軸向應力。傘形澆口在傘形澆口的方向上軸向牽拉齒環(huán)圈。如此一來，在構造為鋼輪轂的置入部上的離澆口遠的突起就有限地導致齒環(huán)擴張和齒環(huán)露出置入部。因此，有利的是，在置入部外圓周離澆口近的側面上偏心地設置尤其為突起形式的軸向緊固件。優(yōu)選僅將凹穴遠離澆口地設置在置入部上尤其是在其外圓周上，于是就盡可能地避免露出。


下面借助于附圖對實施例作詳細說明。不同圖中使用的相同參考標記分別表示相同或相同作用的部件或功能特征，于是說明書也可考慮其它與之相關的附圖的說明。其中圖1示出了齒輪三個工序的部件的側視透視圖；圖2示出了齒輪三個工序的部件的側視剖面圖；圖3示出了圖1和2的示范性齒輪不同的透視圖和剖面圖；圖4示出了根據(jù)外圓周上具有偏心布置的突起的實施方式的置入部的透視圖；圖5示出了根據(jù)圖4置入部的、用以說明圓周區(qū)域上該突起的側視圖和放大剖面圖；圖6示出了圖4和5置入部的放大剖面圖；圖7示出了作為具有凹穴的置入部與借助于傘形澆注注射在其上的齒環(huán)之間過渡區(qū)域的應力圖的一放大局部剖面圖；圖8示出了在置入部的外圓周上偏心布置有突起的情況下的應力圖的放大剖面圖；圖9示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的在外圓周上具有同心突起的置入部的側視透視圖和剖面圖；圖10示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的在圓周方向上注塑有齒環(huán)的根據(jù)圖9的實施方式剖面的另一剖面圖和放大剖面圖；圖11示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的在置入部的外圓周上具有同心突起的該實施方式的放大剖面圖的應力圖。
具體實施例方式
如圖1所示，采用多個制造步驟制造示范性的齒輪1。在第一制造步驟中，提供置入部3，其用來構造實際的輪轂。置入部3優(yōu)選是由金屬尤其是鋼制成的置入部，用以例如構造本身是公知的鋼輪轂。
在下面的制造步驟中，注塑包封該置入部3以構造齒環(huán)2，其中，采用傘形澆注方法來注塑包封。相應地，中圖示出了在視向上用塑料完全注塑包封的置入部，其在圓周方向已具有輪齒結構21。這樣的輪齒結構21可直接同步澆注。在傘形澆注時，自軸X的軸向注塑包封置入部3，該軸X優(yōu)選為齒輪的旋轉軸。圖中示出了自其出發(fā)注塑包封置入部3的側面，其中，中圖示出了制造的中間步驟，在該步驟中，傘形澆口(Schirmanguss)46仍構造在置入部的側面。可看出澆口45位于中心或軸向的位置上。
傘形澆口46以這樣的厚度覆蓋置入部3位于軸向上的側壁，即，在注塑時，也可從澆口點看不見的截取區(qū)域實現(xiàn)無氣泡的注塑。澆口材料在置入部3側面的軸向上的厚度優(yōu)選大于構造的齒輪2在其軸向延伸方向上最寬厚度的60％，尤其是約60％-150％。不過，實現(xiàn)最佳效果所需的較小或較大厚度還尤其與在傘形澆注時使用的材料的流動性有關。
傘形澆注尤其還可在借助于注塑構成的齒環(huán)2的位于軸向上的側壁中形成槽23或相似的凹入結構。
接下來，傘形澆口46例如借助于切削加工方法與置入部3的側面分開。因此，最終產生圖1右邊示出的齒輪，其表示出了，帶有同心的軸座31的中央的置入部3，其中置入部3在圓周方向上已經與連同輪齒結構2在內的成品齒環(huán)2(必要時連同槽形的結構如槽23在內)一起注塑包封。
尤其是在比較圖1的左圖和右圖時，可看出這樣的方法措施還尤其可制造具有大置入部3的齒輪1。大置入部3被認為是其外徑d3大于成品齒輪1的外徑d1的一半。
圖2以剖面圖依次示出了制造這種齒輪1的三個制造步驟。上圖示出了位于基面50或模具5的模具下部上的置入部3。一個嵌件插入置入部3的軸座31中，該嵌件防止注塑材料在注塑期間流入。距置入部3上方有一間距且沿圓周方向在其外側地將模具上部51裝配到基面50上。因此，相應地形成一個注塑空間54，在注塑齒環(huán)2和沿軸向在置入部3的側壁30的側面注塑時，在該注塑空間54中構造傘形澆口46。模具上部51具有注射通道52以注射注塑材料，其中注射通道52優(yōu)選在中心并且在其軸向上相對于所構造的齒輪的軸X延伸。模具上部51和基面50優(yōu)選已經具有模具結構55，該模具結構55相應地成型為例如構造槽23和輪齒結構。
因此，正如在圖2的中圖中示出的那樣，利用這種配置注射的元件由置入部3構成，該置入部3在齒環(huán)2的圓周方向上和傘形澆口46的軸向側向上注塑包封。置入部3沿圓周方向在其表面上具有嚙合結構，其為此用于在置入部3的外圓周與齒環(huán)2的內圓周之間形成形鎖合的連接。兩個不同形狀的凹穴32、33作為嚙合結構被示出，它們是在置入部3的徑向外側圓周壁上構造的，且在注塑期間充填有注塑材料。第一凹穴32例如構造為圓周方向或旋轉方向上的環(huán)形槽形式，以便形成沿軸X的軸向穩(wěn)固或保持的嚙合結構。在此情況下，該第一凹穴32與置入部3的外圓周偏心，也就是面向澆口側偏心地形成在置入部3的外圓周上。
多個第二凹穴33與軸X軸向平行，且優(yōu)選成型為環(huán)面狀。該多個第二凹穴33在注塑材料流入且在其硬化之后相對于齒環(huán)2產生形鎖合的連接，該形鎖合的連接可在旋轉方向上實現(xiàn)良好的力傳遞。
在例如借助于切削加工方法沿著隔離線C分離之后，形成圖2下方所示的成品齒輪1。
圖3示出了圖2所示齒輪1的另一視圖和細節(jié)。
圖4至6示出了針對前圖加以改型的實施方式。取代環(huán)形槽(圖1中的32)形式的第一凹穴，在置入部3*的徑向外側圓周面上形成偏心的突起34，該突起34在澆注之后嵌入齒環(huán)的硬化材料中。在此情況下，突起34朝向齒環(huán)的澆口側偏心地布置，以便防止?jié)部诓牧显谟不瘯r的固化或冷卻過程中露出。這樣的突起34可在此如圖所示地在圓周方向上延展，以便在軸X的軸向上在置入部3*與齒環(huán)之間形成形鎖合的保持。
置入部3*優(yōu)選在與突起34相鄰的圓周部分中仍具有軸向平行的凹穴33*，該凹穴33*在所述的實施方式中例如為長形而非環(huán)面狀。該凹穴33*的半徑在此這樣選擇，即，使注塑材料在注塑時可流入該凹穴中并完全或至少盡可能在很大程度上避免在后面硬化時顯露出來。
根據(jù)圖7，示出了在借助于傘形澆注進行注塑之后且在側向的傘形澆口分離之前的置入部3與齒環(huán)2之間過渡區(qū)域的圓周部分的應力圖。尤其是在與示出現(xiàn)有技術結構的圖11相比時，可從圖7中看出有利的應力分布，其防止了齒環(huán)的硬化的塑料材料在離澆口遠的部分中露出。由于硬化的緣故，材料優(yōu)選是塑料僅在澆口或澆口側的方向上縮回，但正如可以看出的那樣，不會導致或不會明顯地導致材料露出置入部3的圓周面。
圖8示出了根據(jù)圖4至6的實施方式置入部3*與齒環(huán)2之間過渡區(qū)域的相應剖面的應力圖。同樣可很好地看出，雖然在齒環(huán)2的塑料物質硬化或冷卻時出現(xiàn)收縮，該收縮導致在背離澆口的端部上發(fā)生偏移，但不會或在不會造成干擾的范圍上形成作為澆注材料的塑料露出置入部3*的相鄰表面的縫隙。
權利要求
1.一種齒輪(1)，具有齒環(huán)(2)；置入部(3)，其外徑(d3)大于齒輪(1)的外徑(d1)的一半，其特征在于，置入部(3)是借助于傘形澆注注塑包封的。
2.如權利要求1所述的齒輪，其中，齒環(huán)(2)借助于傘形澆注構造成包圍置入部的部件。
3.如權利要求1或2所述的齒輪，其中，齒環(huán)(2)包括外側的輪齒結構(21)在內借助于傘形澆注構成。
4.如前述權利要求之一所述的齒輪，其中，置入部(3)在外側具有朝向齒環(huán)(2)的凹穴(32，33)，齒環(huán)(2)的材料嵌入該凹穴中。
5.如權利要求4所述的齒輪，其中，至少凹穴的一部分構造為環(huán)面狀的凹穴(33)。
6.如前述權利要求之一所述的齒輪，其中，置入部(3)在外側具有朝向齒環(huán)(2)偏心的突起(34)，該突起嵌入齒環(huán)(2)的材料中。
7.如權利要求6所述的齒輪，其中，偏心突起(34)的至少一部分構造有與旋轉方向成橫向伸長的延伸部。
8.如權利要求6或7所述的齒輪，其中，偏心突起(34)的至少一部分朝向傘形澆注的澆口側偏心地錯開布置。
9.如前述權利要求之一所述的齒輪，其中，置入部(3)由金屬構造，外部件(3)由塑料構造。
10.如前述權利要求之一所述的齒輪，其中，置入部(3)由金屬材料注塑包封。
11.一種制造具有齒環(huán)(2)和置入部(3)的齒輪(1)的方法，置入部(3)的外徑(d3)大于齒輪(1)的外徑(d1)的一半，其特征在于，借助于傘形澆注注塑包封置入部(3)。
12.如權利要求11所述的方法，其中，齒環(huán)(2)借助于傘形澆注構造為包圍置入部的部件。
13.如權利要求11或12所述的方法，其中，借助于傘形澆注沿置入部(3)的軸向在置入部壁上產生側向的澆注體。
14.如權利要求11至13之一所述的方法，其中，將借助于傘形澆注沿軸向產生的側向澆注體分離。
15.如權利要求11至14之一所述的方法，其中，借助于傘形澆注構造齒環(huán)(2)是包括外側輪齒結構(21)在內地構成的。
16.如權利要求11至15之一所述的方法，其中，將傘形澆口構成為厚壁，尤其是置入部(3)側向的寬度大于齒環(huán)(2)最大壁厚的60％尤其是約60％-150％或更大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒輪(1)，該齒輪(1)具有齒環(huán)(2)和置入部(3)，置入部(3)的外徑(d3)大于齒輪(1)外徑(d1)的一半，其中，置入部(3)在制造齒輪時是借助于傘形澆注注塑包封的。在此，尤其是在注塑包封期間在外圓周上同時構造包括輪齒在內的齒環(huán)(2)。
文檔編號B29C45/14GK101016943SQ200610064308
公開日2007年8月15日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權日2005年10月19日
發(fā)明者S·奧伯勒 申請人:Ims傳動裝置有限公司