AT514503A1 - Zahnstange kalt umgeformt mit Gewindenut - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lenkungszahnstange mit Kugelgewindespindel, insbesondere für Zahnstangenlenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, folgende Schritte aufweisend: - Bearbeiten eines Rohres - Einlegen des Rohres in ein Umformwerkzeug, - Lagerichtiges Fixieren des Rohres im Umformwerkzeug, - Ausbilden einer Verzahnung und Vorformen eines Gewindes durch Kaltumformung, - Fertigbearbeiten des Gewindes - Durchhärten des Rohres durch Erwärmen und schnelles Abkühlen, - Oberflächenhärten des Rohrs, - Bearbeiten und Fertigstellen von Spurstangenanbindungen.

Description

Zahnstange kalt umgeformt mit Gewindenut

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einerLenkungszahnstange mit Kugelgewindespindel, insbesondere fürZahnstangenlenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff desAnspruchs 1 sowie ein Lenkgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18.

Typischerweise werden Lenkungszahnstangen für Zahnstangenlenkgetriebeaus rundem, massivem Stangenmaterial hergestellt, wobei der gezahnteBereich durch Räumen gefertigt wird. Um das Gewicht der Zahnstange zuminimieren wird der Schaft über den größten Teil seiner Länge mit einerTieflochbohrung versehen, was zu einem im Wesentlichen rohrförmigen Schaftführt. Die neusten Ansätze aus den letzten Jahren sehen hingegen vor, dieLenkungszahnstange aus rundem, rohrförmigem Material herzustellen, wobeider gezahnte Bereich geschmiedet wird. Dazu wird vor dem Schmieden an derStelle des gezahnten Bereichs die Wandstärke des Rohrs verdickt. DasSchmieden erfolgt in einer Gesenkschmiedevorrichtung zum gratfreienWarmschmieden des gezahnten Bereichs, wobei ein oder mehrere Dorne indas Rohr eingeführt werden um das Rohr gegen das Zusammendrückenabzustützen. Durch das gratfreie Schmieden sind keine weiterenVerarbeitungsschritte erforderlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dieZahnstangenzähne so geformt werden können, dass sie ein veränderlichesÜbersetzungsverhältnis haben. Der Querschnitt des gezahnten Bereichs einerZahnstange, die von einem derartigen Gesenk geschmiedet wurde, hat eine"Y"- Form, die eine große Biegefestigkeit aufweist.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es relativ aufwändig ist, dasRohr in der ersten Verformungsoperation zu verdicken.

Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US 8,156,781 B2bekannt, bei der in einen rohrförmigen Rohling eine massive Stange eingeführtwird, die im Durchmesser deutlich kleiner ist als der Innendurchmesser desRohlings. Durch Kaltpressen kann so eine Verzahnung mit hoher Genauigkeitauf den Rohling aufgebracht werden, indem das Material des Rohlings denSpalt zwischen einer Pressform und der massiven Stange ausfüllt. Das Materialdes Rohlings muss für das Kaltpressen geeignet sein, weshalb eine relativweiche Stahlsorte eingesetzt werden muss. Es ist jedoch wünschenswert,durch einen Härtungsprozess die Verzahnung so weiterzubearbeiten, dass sieden hohen Belastungen im Betrieb Stand hält. Eine Härtung des Werkstücksist in diesem Dokument nicht beschrieben.

Aus der WO 2013/030017 Al ist eine Vorrichtung zum Härten der Verzahnungan Zahnstangen bekannt, die in der Lage ist, eine gleichmäßige Härtung überdie gesamte Oberfläche der Verzahnung zu bewirken, so dass keineunvorteilhaften Folgen für eine Gefügestruktur der Zahnstange entstehen. DieVorrichtung weist dabei eine Induktionsspule auf, die so geformt ist, dassdurch die Induktionsspule ein elektrischer Strom induziert wird, der sowohlorthogonal als auch parallel zu den Verzahnungen gerichtet ist. DieZahnstange und die Induktionsspule werden hierbei relativ zueinander bewegt.

Insbesondere zur Minimierung des Verschleißes an derartigen Bauelementenist eine Randschichthärtung der Oberfläche der Bauelemente vorteilhaft. Dazueignet sich vorzugsweise das Induktionshärten. Die Oberflächen werden hierzudurch Induktion lokal auf eine erforderliche Härtetemperatur gebracht undanschließend abgeschreckt. So entsteht ln den erfassten Bereichenoberflächennah ein harter, verschleißfester Stahl. Im Kembereich werden dieZahne nicht gehärtet und es liegt kein nachteiliges sprödes Gefüge vorsondern ein duktiler bzw. zäher Werkstoff. Dadurch ist der Zahn gegenüberder Bildung und Ausweitung von Rissen unempfindlicher und der zäheKernbereich ist in der Lage, Verformungen an den Zähnen aufzunehmen unddamit die Stabilität gegenüber Rissen weiter zu erhöhen. Da die Zahnstange nicht durchgehärtet ist, ist jedoch auch die mechanische Belastbarkeitaufgrund des für das Kaltpressen erforderlichen relativ weichenAusgangsmaterials nicht für alle Anforderungen an eine Lenkungszahnstangeausreichend.

Neben der Ausformung der Verzahnung stellt bei Lenkungszahnstangen mitKugelgewindespindel die Ausformung des Gewindes des Kugelgewindetriebeseinen wesentlichen Aspekt bei der Herstellung der Zahnstange dar.

Kugelgewindetriebe werden in elektromechanischen Servolenkungeneingesetzt, bei denen die Lenkbewegung des Fahrers von einemprogrammgesteuerten Elektromotor an der Mechanik der Lenkung unterstütztund überlagert wird. Dabei überführen Kugelgewindetriebe die Drehbewegungdes elektromotorischen Antriebs in eine translatorische Bewegung derZahnstange. Ein Kugelgewindetrieb weist eine Kugelgewindemutter, eineKugelgewindespindel sowie zwischen diesen aufgenommene Kugeln auf. DieKugelgewindemutter ist an ihrem Innenumfang mit einer gewindeförmigenKugellaufbahn versehen, welche über die Kugeln mit einer gewindeförmigenKugellaufbahn der Kugelgewindespindel kämmt, die an der Zahnstangeausgebildet ist. Bei einer Rotation der Kugelgewindemutter durch denelektromotorischen Antrieb wird folglich die Zahnstange axial verschoben.

Die EP 1 316 492 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstangemit Kugelgewindespindel, bei dem die Zahnstange aus zwei separathergestellten Abschnitten, die zusammengefügt werden, besteht. Die beidenAbschnitte sind dabei so aufgeteilt, dass der Eine die Verzahnung und derAndere die Kugelgewindespindel aufweist, was den Vorteil bringt, dass diebeiden Abschnitte unabhängig voneinander gefertigt werden können. DieVerzahnung wird durch Kaltumformung mit einem Dorn ausgeformt und dasGewinde der Kugelgewindespindel wird unabhängig davon hergestellt. Danachwerden beide Abschnitte durch bekannte Verfahren, wie zum BeispielReibschweißen oder Lichtbogenschweißen, miteinander verbunden.

Durch die separate Herstellung der beiden Abschnitte ist das Verfahrenaufwendig und zeitintensiv.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren aufzuzeigen, daszum Kaltumformen und Härten von Lenkungszahnstangen mitKugelgewindespindel, insbesondere für Zahnstangenlenkgetriebe vonKraftfahrzeuge, geeignet ist, wobei mit dem Verfahren unter Verwendungeinfach und kostengünstig aufgebauter Werkzeuge gehärteteLenkungsstangen mit gleichmäßiger Härteverteilung über die Oberfläche derVerzahnung und des Gewindes der Kugelgewindespindel hergestellt werdenkönnen.

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1und von einem Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.

Danach ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lenkungszahnstange mitKugelgewindespindel, insbesondere für Zahnstangenlenkgetriebe vonKraftfahrzeugen, vorgesehen, das folgende Schritte aufweist: - Bearbeiten eines Rohres - Einlegen des Rohres in ein Umformwerkzeug, - Lagerichtiges Fixieren des Rohres in dem Umformwerkzeug,wobei daraufhin folgende Schritte folgen: - Ausbilden einer Verzahnung und Vorformen eines Gewindes durchKaltumformung, - Fertigbearbeiten des Gewindes, - Durchhörten des Rohres durch Erwärmen und schnelles Abkühlen, - Oberflächenhärten des Rohrs, - Bearbeiten und Fertigstellen von Spurstangenanbindungen.

Das Ausbilden der Verzahnung und das Vorformen des Gewindes derKugellaufbahn der Kugelgewindespindel erfolgt in einem Prozessschritt,wodurch die Fertigung der Zahnstange zeitlich und kostentechnisch optimiertwird.

Vorteilhafterweise erfolgt die Kaltumformung dabei durch Fließpressen. Diedurch Kaltumformung bzw. Fließpressen hergestellte Verzahnung weist einehohe Maß- und Formgenauigkeit und eine gute Oberflächengüte auf. Dadurchkönnen die Bearbeitungsaufmaße sehr gering gehalten werden. Das Gewindehingegen wird in diesem Schritt erst vorgeformt und muss später nochfertigbearbeitet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Durchhärten imUmformwerkzeug. Die Formgebung des Umformwerkzeugs ist somit auchwährend des Durchhärtens gegeben, so dass nach dem Durchhärten das Rohrverzugsfrei entnommen werden kann.

Das Oberflächenhärten wird vorzugsweise durch Erwärmen und schnellesAbkühlen durchgeführt.

Besonders vorteilhaft ist dabei das Oberflächenhärten im Bereich derVerzahnung und/oder im Bereich des Gewindes vorzunehmen, da hier dieZahnstange im Betrieb hohen Belastungen standhalten muss.

Das Erwärmen des Rohrs erfolgt bei dem Durchhärten und/oderOberflächenhärten bevorzugt durch induktives Erwärmen.

Bei dem induktiven Oberflächenhärten ist es bevorzugt vorgesehen, dass derinduzierte Strom sowohl orthogonal als auch parallel zu den Verzahnungengerichtet ist, um eine gleichmäßige Härte der Oberfläche zu erreichen.

Das Abkühlen beim Durchhärten und/oder Oberflächenhärten erfolgtvorteilhafterweise durch Einspeisen von Kühlflüssigkeit in Kühlkanäle imWerkzeug des Umformwerkzeugs und/oder durch unmittelbaren Kontakt mitKühlflüssigkeit.

Dabei sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Kühlkanäle parallel zurVerzahnungskopflinie angeordnet, so dass die Verzahnung gleichmäßigabkühlt.

Des Weiteren kann das Oberflächenhärten durch Nitrierhärten erfolgen.

In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Oberflächenhärten des Rohrs außerhalb des Umformwerkzeugs durch Nitrierhärten oderinduktivem Härten erfolgt.

Vor dem Schritt der Kaltumformung wird das Rohr bearbeitet, dabei umfasstdieser Schritt bevorzugt wenigstens eine Verjüngung und/oder wenigstenseine weitere Umformung des Rohrs. Je nach Bedarf wird das Rohr durchdiesen Fertigungsschritt Im Bereich der Verzahnung und/oder im Bereich desGewindes vorgeformt.

Im Bereich der Verzahnung wird dabei vorzugsweise das Rohr im Querschnittso verändert, dass die Breite der Verzahnung vollflächig ausgeformt ist und dieInnenseite und Außenseite des Rohrs annähernd plan sind.

Die durch Kaltumformung hergestellten Gewindegänge des Gewindes weisenUnebenheiten auf, wie zum Beispiel einen Grat, weshalb die Gewindegängenach dem Umformen und je nach Bedarf vor oder nach dem Härtennachbearbeitet werden müssen. Deshalb erfolgt das Fertigbearbeiten desGewindes der Kugellaufbahn vorteilhafterweise durch mindestens einVerfahren aus der Gruppe, die Walzen, Schleifen, Polieren und Fräsen umfasstund/oder durch Wirbeln und/oder durch Rollieren.

Weiterhin ist ein Lenkgetriebe mit einer Zahnstange vorgesehen, welche nacheinem Verfahren mit den vorhergehend beschriebenen Merkmalen hergestelltist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhandder Verfahrungsbeschreibung und der Zeichnungen näher erläutert. Eszeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zahnstange mit

Verzahnung und Gewindespindel,

Fig. 2: drei Querschnitte eines Rohrs im Verzahnungsbereich einer erfindungsgemäßen Zahnstange in verschiedenenBearbeitungsstufen, sowie

Fig. 3: den Querschnitt der Fig. 2 c) in Detailansicht.

Als Rohmaterial wird ein Rohr mit einer Oberflächengüte Ra<= 4 und einerWandstärke von 4 mm verwendet. Das Rohr wird in einer Umformanlage ineinem Umformwerkzeug kaltumgeformt. Bei der Kaltumformung wird dieplastische Umformung des Metalls bei einer Temperatur und Geschwindigkeit,die zu einer Kaltverfestigung führt durchgeführt. Von Kaltumformen sprichtman, wenn der Formänderungsprozess unterhalb derRekristallationstemperatur erfolgt und der Werkstoff sich verfestigt. DieArbeitstemperatur beim Kaltumformen liegt bei Raumtemperatur. Es erfolgteine eigene Erwärmung des Rohrs auf bis zu 150 0C durch die Umformenergie.

Zum Kaltumformen eignen sich neben verschiedenen Nichteisenmetallenvornehmlich unlegierte und niedrig legierte Stähle, wobei derKohlenstoffgehalt unter 0,5% und der Gehalt der weiterenLegierungsbestandteile unter 5% liegen sollten.

In einem ersten Schritt der Umformung wird das Rohr im Verzahnungsbereichund im Gewindebereich im Durchmesser verjüngt, zum Beispiel durch Walzenoder Pressen. Im nächsten Schritt erfolgt die Ausbildung der Verzahnung undeine Vorformoperation des Gewindes der Kugelgewindespindel durchKaltumformung des Rohrs in einer Presse, die als hydraulische odermechanische Presse ausgebildet ist und abhängig von den zu pressendenStückzahlen manuell oder voll automatisiert betrieben wird. Die Presse weisteinen Stempel und eine Matrize auf, wobei das Rohr durch den Stempel in dieMatrize gedrückt wird. Die Matrize besteht aus einer zweiteiligen Hohlform. DieHohlformen weisen eine Gravur auf, wobei sich die genaue Form der Gravuraus der Negativform der Zahnstange und dem Materialfluss ergibt. DieHohlformen setzen sich horizontal anliegend zusammen und das Rohr wirdparallel dazu aufgenommen. Im Fertigungsprozess umschließt dabei jeweilseine Hohlform eine Hälfte des Rohres. Die Gravur der unteren Hohlform ist imWesentlichen halbzylinderförmig und entspricht mit etwas Aufmaß dem Radiusdes Rohrs. Die Gravur der oberen Hohlform ist ebenfalls im Wesentlichenhalbzylinderförmig mit den gleichen Abmaßen wie die untere Hohlform, wobeiein erster Bereich vorgesehen ist, der die Negativform der Verzahnung derZahnstange mit verjüngtem Durchmesser aufweist. Zudem ist ein zweiter

Bereich vorgesehen, in dem die Gravur der unteren und oberen Hohlform dieNegativform des Gewindes aufweist.

Als Matrizeneinsätze wird ein sehr harter Werkstoff verwendet, da beimPressen hohe Kontaktspannungen zwischen Werkzeug und Werkstückentstehen, die zu einem frühzeitigen Verschleiß oder sogar zu einem Bruch derWerkzeuge führen können. Vor der Kaltumformung wird auf das Rohr eineTräger- und Trockenschmierstoffschicht aufgebracht, die eineKaltverschweißung zwischen Werkzeug und Rohr verhindert. Als Trenn- undTrägerschicht wird eine Zink-Phosphat-Schicht aufgebracht. Alsdruckbeständige feste Gleitmittel werden Graphit, Molybdändisulfid, spezielleSeifen oder Wachse eingesetzt.

Die Verzahnung und das Gewinde werden dann durch Durchdrücken, bzw.Fließpressen, ausgebildet. Bei diesem Verfahren wird das Rohrmaterial unterEinwirkung eines hohen Druckes zum Fließen gebracht. Dabei drückt derStempel, der im Durchmesser kleiner als das Rohr, aber größer als dieVerjüngung des Rohrs ist und zentrisch parallel ins Rohr eingeführt wird, dasRohr radial in die negative Ausformung der Matrize. Dabei können zweiStempel vorgesehen sein, die von jeweils einer Seite in das Rohr eingeführtwerden. Im Bereich der Verjüngungen des Rohrs wird das Rohrmaterial querzur Wirkrichtung der Presse in die Negativform der Verzahnung und in dieNegativform des Gewindes der Hohlform gepresst. Zur besseren Ausformungkann der Stempel Erhebungen aufweisen.

Die durch Kaltumformung hergestellte Verzahnung weist eine hohe Maß- undFormgenauigkeit und eine gute Oberflächengüte auf. Dadurch können dieBearbeitungsaufmaße sehr gering gehalten werden. Die durch Kaltumformunghergesteliten Gewindegänge des Gewindes müssen hingegen nachbearbeitetwerden, da es zum Beispiel zur Gratbildung an der Hohlformfalte kommt. ZurAusformung des Gewindes eignet sich u.a. Gewinderollen, Gewindefräsen,Schleifen und Polieren.

Nach dem Fertigstellen des Gewindes wird in einem weiteren Schritt, das Rohrdurchgehärtet. Dazu wird das Rohr erwärmt und durch schnelles Abkühlengehärtet. In einem Ausführungsbeispiel kann die Erwärmung innerhalb des

Umformwerkzeugs erfolgen. Das Erwärmen im Umformwerkzeug hat denVorteil, dass ein möglicher Verzug des Rohrs durch die Formgebung desUmformwerkzeugs verhindert wird. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass dieErwärmung induktiv erfolgt.

Anschließend an den Härteprozess wird das Rohr vorzugsweise im Bereich derVerzahnung und des Gewindes oberflächengehärtet.

In einem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Oberflächenhärtung durchinduktives Erwärmen und schnelles Abkühlen. Für das induktive Erwärmen ist eine Vorrichtung vorgesehen, aufweisend eineInduktionsspule, durch die unter hohem Druck Kühlwasser läuft und einenImpulsgenerator. Der Impulsgenerator versorgt die Induktionsspule mit eineraus der Netzfrequenz umgewandelten Nieder- Mittel- bzw. Hochfrequenz-Leistung. Der Impulsgenerator ermöglicht den Betrieb der Induktionsspule mitverschiedenen Frequenzen, wodurch ein magnetisches Wechselfeld aufgebautwird. Das Rohr bildet eine kurzgeschlossene Spule. Wenn durch dieInduktionsspule ein Wechselstrom fließt, wird in dem Rohr eine Spannunginduziert, welche im Rohr induzierte Wirbelströme zur Folge hat. Dieser Stromführt zu einer Erwärmung des Materials des Rohrs.

Das umgeformte Rohr wird mit der vorhergehend beschriebenen Vorrichtungentsprechend den Härtevorgaben lokal im Bereich der Verzahnung und desGewindes induktiv erwärmt. Die Erwärmung kann dabei innerhalb oderaußerhalb des Umformwerkzeugs erfolgen. Bei der Erwärmung imUmformwerkzeug werden die Hohlformen nach dem Umformen teilweiseauseinander gefahren, so dass die Vorrichtung im Bereich der Verzahnung unddes Gewindes angeordnet werden kann. Zur Erwärmung wird die Vorrichtungkurzzeitig mit Strom einer bestimmten Frequenz betrieben. Die Härtetiefenimmt dabei mit zunehmender Betriebsfrequenz aufgrund des sogenanntenSkin-Effektes ab. In Abhängigkeit von einer oder mehrerer Frequenzen lässtsich so der Härtegradient im Rohr entsprechend der gewünschten Vorgabenanpassen. Belm Erwärmen wechselt die Struktur des Eisengitters und dieKohlenstoffatome diffundieren ins Metallgitter. Durch schnelles Abkühlenklappt das Metall Gitter wieder zurück ohne dass die Kohlenstoffatome ihre

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Position wechseln können. Die Kohlenstoffatome werden im Metallgitterfestgehalten. Die dadurch erzielte Verzerrung des Raumgitters des Metallsmacht sich mikroskopisch als Härtesteigerung des Materials bemerkbar.

Wenn der Härteprozess und/oder der Oberflächenhärteprozess imUmformwerkzeug stattfindet, kann ein Kühlsystem im Umformwerkzeug zumschnellen Abkühlen während des Härtevorgangs vorgesehen sein. Dabeierfolgt das schnelle Abkühlen des gehärteten Rohrs im Umformwerkzeugdurch Flüssigkeitskanäle in der Werkzeugform und/oder durch unmittelbarenKontakt des gehärteten Rohrs mit einem Kühlmittel. Dazu wird dasUmformwerkzeug von einer Kühlmittelwanne mit Kühlmittel umgeben, wobeidas Umformwerkzeug oberhalb des Kühlmittelspiegels angeordnet ist. Nachdem Erwärmen wird die Kühlmittelwanne mit Kühlmittel aufgefüllt, so dass dasKühlmittel durch den Spalt zwischen den Hohlformen und dem gehärtetenRohr in das Umformwerkzeug einströmt und der Kühlmittelspiegel so weitangehoben wird, dass das Kühlmittel das erwärmte Rohr komplett umgibt.Nach dem Abkühlen wird der Kühlmittelspiegel wieder abgesenkt.

Voraussetzung für das Induktivhärten ist ein Stahl mit mehr als 0,35Gewichtsprozent Kohlenstoff. Das Verfahren kommt sehr häufig in derMassenfertigung zur Anwendung weil es sich bei hohen Durchsatz und sehrguter Steuerungsmöglichkeit zuverlässig in automatisierte Abläufe einbindenlässt.

Nach dem Oberflächenhärteprozess wird das bearbeitete Rohr verzugsfrei ausdem Umformwerkzeug entnommen. Im letzten Schritt der Fertigung derZahnstange werden die Spurstangenanbindungen durch plandrehen undGewindeschneiden fertiggestellt.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Oberflächenhärtung durchNitrierhärten. Nitrierhärten ist ein thermochemisches Verfahren zurOberflächenhärtung, welches auf der Bildung äußerst harterStickstoffverbindungen in der Randschicht des Rohrs beruht. In demNitrierprozess wird die Rohroberfläche im Bereich der Verzahnung und desGewindes mit Stickstoff angereichert, wobei der Stickstoffspendervorzugsweise Ammoniak ist. Das Rohr wird bei einer Temperatur von ca. 500 °C behandelt, wobei das Ammoniak teilweise aufspaltet und atomarerStickstoff entsteht, der in die Randzone des Rohrs eindiffundiert und mit denvorhandenen Legierungselementen, Verbindungen eingeht. DieseStickstoffverbindungen bzw. Nitridausscheidungen bewirken eine beträchtlicheHärtesteigerung. Nach dem Nitrierprozess wird das Rohr langsam abgekühlt.Ein Abschrecken ist nicht erforderlich. Aufgrund der relativ niedrigenBehandlungstemperatur, und durch das abschreckungsfreie Abkühlen,zeichnet sich das Verfahren durch seine sehr geringen Maßverzüge aus.

Weitere Details des Nitrierhärtens sind dem Fachmann bekannt.

Figur 1 zeigt das Endprodukt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zurHerstellung einer Zahnstange 1 mit Kugelgewindespindel 2. In derSeitenansicht der Zahnstange 1 wird eine erste Verjüngung 3 mit derVerzahnung 4 und eine zweite Verjüngung 5 mit Gewinde 6 des Rohrs 7gezeigt. Durch die erste Verjüngung 3 des Rohrs 7 im Verzahnungsbereich unddie zweite Verjüngung 5 des Rohrs 7 im Kugelgewindespindelbereich kommtes jeweils zu einem Materialüberschuss, der für die vollständige Ausbildungder Verzahnung 3 und der Gewindegänge 8 sorgt. Des Weiteren ist in Figur 1eine auf der Kugelgewindespindel 2 angeordnete Kugelgewindemutter 9gezeigt.

Bevorzugt werden neben der ersten Verjüngung 3 des Durchmessers imVerzahnungsbereich, auch die späteren Seitenflächen 10, 11 der Zahnstange 1im Durchmesser durch z.B. Walzen oder Pressen reduziert (Figur 2 a, b).

Derart hergestellte Zahnstangen 1 haben den Nachteil, das die Verzahnung inihrer Breite B nicht vollflächig ausgeformt ist, da die Verzahnung durch dieFormgebung des Rohrs über die Breite B zu den Enden hin abfällt. Ein weiteresMerkmal ist die konkave Kontur des Zahnfußes 12 im Querschnitt. DiesesProblem kann durch eine weitere Umformung, wie in Figur 2 c und 3dargestellt ist, verhindert werden. Diese Umformung kann zum Beispiel durchFließpressen vor oder nach der Verjüngung erfolgen. Dabei wird Material desRohrs von der Innenseite nach Außen gedrückt, so dass der dadurchgewonnene Materialüberschuss für die Ausformung der Verzahnung sorgt.Vorzugsweise ist der Bereich der Verzahnung B nach der Umformung plan ausgeformt, so dass die äußere Wölbung X des Rohrs im Verzahnungsbereich0 mm und B so groß wie möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, eine Lenkungszahnstange mitKugelgewindespindel unter Verwendung einfach und kostengünstigaufgebauter Formwerkzeuge herzustellen, wobei die Verzahnungsbreite, dieVerzahnungstiefe und die Qualität der Verzahnung, sowie die Qualität desGewindes der Kugelgewindespindel den hohen Anforderungen inZahnstangenlenkgetrleben von Kraftfahrzeugen entsprechen.

Claims (18)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Lenkungszahnstange mitKugelgewindespindel, insbesondere für Zahnstangenlenkgetriebe vonKraftfahrzeugen, folgende Schritte aufweisend: - Bearbeiten eines Rohres - Einlegen des Rohres in ein Umformwerkzeug, - Lagerichtiges Fixieren des Rohres im Umformwerkzeug,dadurch gekennzeichnet, dass daraufhin folgende Schritte folgen: - Ausbilden einer Verzahnung und Vorformen eines Gewindes durchKaltumformung, - Fertigbearbeiten des Gewindes - Durchhärten des Rohres durch Erwärmen und schnelles Abkühlen, - Oberflächenhärten des Rohrs, - Bearbeiten und Fertigstellen von Spurstangenanbindungen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dasKaltumformen durch Fließpressen erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dasDurchhärten in dem Umformwerkzeug erfolgt.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Oberflächenhärten durch Erwärmen undschnelles Abkühlen erfolgt.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Oberflächenhärten im Bereich der Verzahnung und/oder im Bereich des Gewindes erfolgt.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Erwärmen des Rohrs bei dem Durchhärtenund/oder Oberflächenhärten durch induktives Erwärmen erfolgt.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Oberflächenhärten des Rohrs außerhalb desUmformwerkzeugs erfolgt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass der bei dem induktiven Oberflächenhärten induzierte Strom sowohlorthogonal als auch parallel zu den Verzahnungen gerichtet ist.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Abkühlen beim Durchhärten und/oderOberflächenhärten durch Einspeisen von Kühlflüssigkeit in Kühlkanäle imWerkzeug des Umformwerkzeugs und/oder durch unmittelbaren Kontaktmit Kühlflüssigkeit erfolgt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle parallel zur Verzahnungskopflinie verlaufen.
11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, dass das Oberflächenhärten durch Nitrierhärtenerfolgt.
12. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Bearbeiten des Rohrs vor dem Schritt derKaltumformung wenigstens eine Verjüngung des Rohrs umfasst.
13. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Bearbeiten des Rohrs vor dem Schritt derKaltumformung wenigstens eine weitere Umformung umfasst.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dassdas Bearbeiten des Rohrs vor dem Schritt der Kaltumformung denVerzahnungsbereich des Rohrs im Querschnitt so verändert, dass die Breite der Verzahnung vollflächig ausgeformt ist und die Innenseite undAußenseite des Rohrs annähernd plan sind.
15. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Fertigbearbeiten des Gewindes derKugellaufbahn erfolgt durch mindestens ein Verfahren aus der Gruppe,die Walzen, Schleifen, Polieren und Fräsen umfasst.
16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Fertigbearbeiten des Gewindes derKugellaufbahn durch Wirbeln erfolgt.
17. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Fertigbearbeiten des Gewindes derKugellaufbahn durch Rollieren erfolgt.
18. 18. Lenkgetriebe mit einer Zahnstange aufweisend eine Kugelgewindespindel,wobei die Zahnstange nach einem Verfahren mit den Merkmalen einesder vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17 hergestellt ist.