Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckenrad für ein Schneckenrad- getriebe einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Schneckenradgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schneckenrades für ein Schneckenrad- getriebe einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.

Für den Einsatz elektromechanischer Hilfskraftlenkungen werden unter anderem Getriebe benötigt, welche ein Hilfsdrehmoment von einem Elektro- motor auf eine Lenkwelle übertragen. Für gewöhnlich treibt der Elektromotor eine Schnecke an, welche mit einem auf der Lenkwelle oder auf einem Ritzel drehfest angeordneten Schneckenrad in Eingriff steht.

Das Schneckenrad umfasst einen Einleger, der mit der Lenkwelle oder mit dem Ritzel drehfest verbindbar ist, wobei dieser Einleger mit einem Kunststoff ergänzt wird. Dieser Kunststoff bildet den sogenannten Zahnkranz aus.

Aus der Offenlegungsschrift EP 1 780 445 Al ist ein Zahnrad mit einem Einlegeteil bekannt, das eine radiale Erhebung aufweist, wobei dieses

Einlegeteil mit einem durch Umspritzen ausgebildeten Zahnkranz ergänzt ist. Ein Nachteil dieser Lösung ist die radiale Anordnung der Erhebung, wodurch ungünstige Strömungsverhältnisse im Kunststoff beim Einspritzen entstehen und sich ein inhomogenes Kunststoffgefüge ausbildet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schneckenrad für ein

Schneckenradgetriebe einer Kraftfahrzeuglenkung anzugeben, das mit möglichst einfachen Mitteln ein Kunststoffgefüge mit verbesserter

Homogenität aufweist.

Diese Aufgabe wird von einem Schneckenrad für ein Schneckenradgetriebe einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung eines Schneckenrades für ein Schneckenradgetriebe einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Demnach ist ein Schneckenrad für ein Schneckenradgetriebe einer Kraftfahr- zeuglenkung umfassend eine Nabe, einen Trägerkörper und einen Zahnkranz vorgesehen, wobei der Zahnkranz eine Vielzahl an Zähnen aufweist, die bezogen zu einer Schneckenradlängsachse sich radial nach außen erstrecken, und wobei der Trägerkörper ein zwischen den Zahnkranz und der Nabe mittels Spritzgussverfahren eingespritzter Trägerring ist, der die Nabe und den Zahnkranz formschlüssig miteinander verbindet.

Vorzugsweise weist der Zahnkranz Verstärkungsrippen auf, die sich auf beiden Stirnseiten, radial von den Zähnen aus in Richtung der Schneckenradlängs- achse oder der Zahnkranzradmitte erstrecken.

Das die Nabe bildende Einlageteil ist bevorzugt aus Stahl gefertigt.

Der Zahnkranz ist vorzugsweise ein Einkomponenten (lK)-Kunststoffteil und somit einstückig ausgebildet. Ein Aufbringen von Zähnen auf ein Trägerteil mittels Spritzguss ist somit nicht notwendig. Der Zahnkranz kann daher besonders wirtschaftlich hergestellt werden.

Vorzugsweise weist das Einlageteil einen Zahnkranz auf, der in eine entsprechende Ausnehmung in eine Innenseite des Zahnkranzes greift. Somit lassen sich das Einlageteil und der Zahnkranz in einem ersten

Herstellungsschritt einfach miteinander verbinden.

Es ist vorteilhaft, wenn der Zahnkranz Einspritzlöcher zwischen der

Schneckenradlängsachse und den Verstärkungsrippen aufweist, die zum Einspritzen eines Kunststoffs zur Ausbildung des Trägerrings vorgesehen sind. Der Zahnkranz und/oder der Trägerring besteht vorzugsweise aus Kunstharz oder einem Thermoplast, insbesondere aus Polyamid, Polyacetal, gesättigtem Polyester, Polyether, und/oder Etherketon oder weist Verstärkungsfasern oder einen faserverstärkten Kunststoff auf.

Bevorzugt sind die Einspritzlöcher in regelmäßigen Abständen entlang des Zahnkranzumfangs angeordnet. Bevorzugt sind mindestens vier Einspritz- löcher vorgesehen, weiter bevorzugt mehr als sechs Einspritzlöcher entlang des Zahnkranzumfangs vorgesehen. Besonders bevorzugt sind zwölf Einspritz- löcher entlang des Zahnkranzumfangs vorgesehen. Es ist weiterhin denkbar und möglich, wenn mehrreihige Einspritzlöcher entlang des Zahnkranzumfangs vorgesehen sind, beispielsweise zwei, um das Einlegeteil mit dem Zahnkranz stoff-und formschlüssig miteinander zu verbinden.

Das Spritzgussverfahren wird so ausgeführt, dass der Trägerring nicht über die Stirnseiten der Zähne des Zahnkranzes vorsteht. Vorzugsweise ist der Träger- ring an den Außenseiten plan ausgebildet und weist keine Vorsprünge oder Ausnehmungen auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Trägerring bezogen auf eine Schneckenradhochachse nach innen weisende Rippen auf, die in radialer Richtung konisch ausgebildet sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Rippen des Trägerrings eine Rippendicke und Rippenabstände aufweisen, die kleiner als oder gleich groß wie die Grundwandstärke des Trägerrings sind.

Vorzugsweise weist der Trägerring Hinterschnitte auf, die ein Verklemmen des Trägerrings mit dem Zahnkranz bei der Herstellung erlauben.

Weiterhin ist ein Schneckenradgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung, mit einem zuvor beschriebenen Schneckenrad vorgesehen, wobei das Schnecken- rad in Eingriff mit einer Schnecke steht.

Zudem ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schneckenrades für ein

Schneckenradgetriebe einer Kraftfahrzeuglenkung vorgesehen. Das

Schneckenradgetriebe umfasst dabei eine Nabe, einen Trägerkörper und einen Zahnkranz, wobei der Zahnkranz eine Vielzahl an Zähnen aufweist, die bezogen zu einer Schneckenradlängsachse sich radial nach außen erstrecken. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Bereitstellen der Nabe in Form eines Einlegeteils;

• Einsetzen des Einlegeteils in den Zahnkranz;

• Einspritzen eines Kunststoffes zwischen den Zahnkranz und dem Einlege- teil mittels eines Spritzgussverfahrens zur Ausbildung des Trägerkörpers und zwar derart, dass der Trägerkörper in Form eines Trägerringes die Nabe und den Zahnkranz formschlüssig miteinander verbindet.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zahnkranz Einspritzlöcher aufweist, in die der Kunststoff zur Ausbildung des Trägerrings eingespritzt wird und zwar derart, dass sich der Kunststoff gleichmäßig auf beiden Seitenflächen zwischen dem Einlegeteil und dem Zahnkranz verteilt. Die Einspritzlöcher sind, wie oben bereits beschrieben, in regelmäßigen Abständen entlang des

Zahnkranzumfangs positioniert.

Vorzugsweise steht der Trägerring im ausgehärteten Zustand nicht über die Stirnseiten der Zähne des Zahnkranzes vor. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Trägerring an den Außenseiten plan ausgebildet ist und keine Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweist.

Bevorzugt ist der Zahnkranz derart ausgebildet, dass im ausgehärteten

Zustand der Trägerring nach innen weisende Rippen aufweist, die in radialer Richtung konisch ausgebildet sind.

Weiterhin bevorzugt ist der Zahnkranz derart ausgebildet, dass im

ausgehärteten Zustand die Rippen des Trägerrings eine Rippendicke und Rippenabstände aufweisen, die kleiner als oder gleich groß wie die Grund- wandstärke des Trägerrings sind.

Vorzugsweise ist der Zahnkranz derart ausgebildet, dass im ausgehärteten Zustand der Trägerring Hinterschnitte aufweist, die ein Verklemmen des Trägerrings mit dem Zahnkranz bei der Herstellung erlauben.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen :

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen

Kraftfahrzeuglenkung,

Fig. 2: einen Querschnitt durch ein Schneckenradgetriebe,

Fig. 3: eine räumliche Ansicht eines Schneckenrades,

Fig. 4: eine Explosionszeichnung des Schneckenrades aus Figur 3 ohne

Trägerring,

Fig. 5,6: zwei Darstellungen des zusammengesetzten Schneckenrades aus

Figur 3,

Fig. 7: eine Darstellung eines Fertigungsschrittes des Schneckenrades im

Längsschnitt, sowie

Fig. 8: ein Längsschnitt durch das fertiggestellte Schneckenrad mit

Trägerring.

In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer oberen Lenkwelle 3 und einer unteren Lenkwelle 4 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Die obere Lenkwelle 3 steht über einen Torsionsstab 110 in funktioneller Verbindung mit der unteren Lenkwelle 4. Die obere Lenkwelle 3 ist mit dem Lenkrad unmittelbar drehfest verbunden. Die untere Lenkwelle 4 weist entlang ihrer Schneckenradlängs- achse S eine partielle Verzahnung auf zum formschlüssigen Eingriff mit einer Gelenkanordnung, welche wiederrum über eine Welle mit einem Lenkgetriebe verbunden werden kann. Die untere Lenkwelle 4 ist mit einem Ritzel 5 drehfest verbunden. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem

Zahnsegment einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungs- gehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugel- gelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3, 4 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor 9 einer Servoeinheit 10 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 10 kann dabei als Überlagerungslenkung an der Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungs- einrichtung an dem Ritzel 5 oder der Zahnstange 6 angeordnet sein.

Figur 2 zeigt ein in einem Gehäuse 100 angeordnetes Schneckengetriebe 11. Ein Schneckenrad 12 ist vorgesehen, welches beispielsweise mit der Lenkwelle 4 dreh fest verbunden ist. Das Schneckenrad 12 wird über eine Schnecke 13 angetrieben, welche ihrerseits über den Elektromotor 9 angetrieben ist, wobei der Abtrieb 14 des Elektromotors 9 entsprechend zur Drehmomentüber- tragung mit der Schnecke 13 gekoppelt ist. Die Schnecke ist an ihren beiden Enden über ein Wälzlager 130 im Gehäuse 100 radial abgestützt und ermöglicht einen Winkelausgleich.

In der Figur 3 ist das Schneckenrad 12 aufweisend eine Nabe 15, einen Trägerring 16 und einen Zahnkranz 17 entlang der Schneckenradlängsachse S dargestellt. Dabei ist die Nabe 15 einteilig mit der Ausgangswelle 4 ausge- bildet und weist an ihrem einen Ende die Verzahnung für die formschlüssige Verbindung mit der Gelenkanordnung auf und ist andererseits in Richtung der Eingangswelle 3 hin geöffnet, sodass darin der Torsionsstab 110 eingeführt werden kann. Der Torsionsstab 110 kann auch durch das Ende, an welchem die Gelenkanordnung vorgesehen ist, in die Ausgangswelle 4 eingeführt werden. Die Ausgangswelle hat, wie in Figur 6 dargestellt, eine Kleeblatt- förmige Innenkontur, um darin eine Welle mit einer entsprechenden

Aussenkontur formschlüssig aufzunehmen.

Wie in Figur 4 gezeigt, bildet ein Einlageteil 150 die Nabe 15 aus. Das

Einlageteil 15 ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigt. Der Zahnkranz 17 ist ein Einkomponenten-Kunststoffteil und wird in einem ersten Prozessschritt mit dem Einlageteil 150 verbunden. Dazu weist das Einlageteil 150 einen Zahnkranz 151 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung 170 in eine Innenseite des Zahnkranzes 17 greift. Das Einlegeteil 150 weist einen Zahnkranz 151 mit einer Verzahnung 152 auf, wobei die Zähne 152 bezogen auf die Schneckenradlängsachse S radial nach außen gerichtet. Dabei ist zwischen zwei Vorsprüngen oder Zähnen 152 des Zahnkranzes 151 je ein Einspritzloch 175 vorgesehen. Gemäß dieser Ausführungsform entspricht das Verhältnis zwischen den Vorsprüngen 152 des Zahnkranzes 151 des Einlege- teils 150 und den Einspritzlöchern 175 des Kunststoffzahnkranzes 17 einem Verhältnis von 1 : 2. Oder anders ausgedrückt: Zwischen jeder zweiten

Vertiefung, welche zwischen zwei Zahnkranzzähnen 152 gebildet ist, ist je ein Einspritzloch 175 vorgesehen.

Der zusammengesetzte Zustand des Einlageteils 150 mit dem Zahnkranz 17 ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Der Zahnkranz 17 weist Zähne 171 auf, die von einem zentralen umlaufenden ringförmigen Steg 172 radial nach außen abgehen. Verstärkungsrippen 173 erstrecken sich auf den beiden Stirnseiten, radial von dem ringförmigen Steg 172 aus beziehungsweise radial von den Zähnen 171, in Richtung der Zahnkranzrad mitte 174 oder in Richtung der Nabe 15. Die Verstärkungsrippen 173 sind zwischen den Einspritzlöchern 175 und den Zähnen 171 des Zahnkranzes 17 vorgesehen. Zwischen den Zähnen 171 und den Verstärkungsrippen ist ein Abstand d vorgesehen in Richtung der Schneckenradhochachse H, sodass die Verstärkungsrippen bezogen auf die Zahnkranzverzahnung nach innen versetzt sind. Die Stirn- seiten des Schneckenrads sind somit außerhalb der Verzahnung 171 schmaler ausgebildet als im Bereich des Stegs 172 oder der Verzahnung. Die

Verstärkungsrippen 173 dienen als Verstärkung des Zahnkranzes 17. Die Verstärkungsrippen 173 werden auf einer Seitenfläche des Zahnkranzes in Richtung der Einspritzlöcher 175 beziehungsweise in Richtung der Rotations- achse S hin schmaler und weisen Krümmungen auf. Auf der anderen

Seitenfläche wechseln sich erhabene Rippen mit abgesenkten Verstärkungs- rippen ab, wobei diese im Längsschnitt des Schneckenrads plan ausgebildet sind. Eine Achsensymmetrie der Verstärkungsrippen 173 liegt bei diesem Ausführungsbeispiel nicht vor. Die Stirnseiten des Zahnkranzes 17 außerhalb des Verzahnungsbereichs haben eine Grundwandstärke. Weiterhin ist in den Figuren 3 bis 6 erkennbar, dass der Zahnkranz gegenüberliegend zu den Zähnen 171, welche in die Schnecke greifen nach innen weisende Zähne 180 aufweist. Die Zähne 180 können schwalbenschwanzförmig ausgebildet sein, sodass während des Spritzgiessens die Schmelze aufgehalten wird und eine definierte Faserorientierung realisiert werden kann. Die nach innen weisenden Zähne 180 dienen einem besseren Stoff- und Formschluss mit dem Trägerring 16. Zwischen jedem Zahnfuß der Aussenverzahnung 171 ist ein nach innen weisender Zahn 180 vorgesehen. Der Zahnkranz 17 hat Einspritzlöcher 175, in welcher ein Kunststoff zur Ausbildung des Trägerrings 16 eingespritzt wird.

Die Figur 7 zeigt schematisch das Spritzgießen des Trägerringes 16. Der Kunststoff wird in die Einspritzlöcher 175 eingespritzt und verteilt sich gleichmäßig entlang der Pfeile, auf beiden Seitenflächen zwischen dem

Einlegeteil 150 und dem Zahnkranz 17. Da die Einspritzlöcher 175 den

Zahnkranz 17 durchsetzen wird neben der Düsenseite auch die Aus werferseite gefüllt.

In der Figur 8 ist der ausgebildete Trägerring 16 im Längsschnitt dargestellt. Das Spritzgießen wird so durchgeführt, dass der ausgehärtete Trägerring 16, nicht über die Stirnseiten der Zähne 171 des Zahnkranzes 17 vorsteht. Der eingespritzte Kunststoff fließt dabei durch den Zahnkranz 17 und die

Vertiefungen zwischen den Zahnkranzzähnen 152 des Einlegeteils 150. Der Trägerring 16 weist nach innen zeigende Rippen 161 auf, die in radialer Richtung konisch ausgebildet sind und Hinterschnitte 162 aufweisen, sodass sich der Trägerring 16 bei der Herstellung in den Zahnkranz 17 verklemmt.

Die Rippendicke und die Rippenabstände des Trägerrings 16 sind so gewählt, dass diese kleiner als oder gleich groß wie die Grundwandstärke des Zahn- kranzes 17 bzw. des Trägerrings 16 sind. Das Bauteil erlangt so eine sehr hohe Steifigkeit. Der Trägerring 16 weist weiterhin keine Vertiefungen oder Erhebungen auf den Außenflächen auf.

Der durch Spritzguss gebildete Trägerring 16 ermöglicht einen Formschluss und zumindest teilweise einen Stoffschluss zwischen Zahnkranz 17 und Trägerring 16. Er ist eine hochsteife tragfähige Struktur, die wirtschaftlich hergestellt werden kann.