DE102007000950A1

DE102007000950A1 - Gear rod manufacturing method for motor vehicle, involves providing gear rod with convex or concave longitudinal section in teeth area outside teeth after completion of orbital forging, where section supports tumbling moments

Info

Publication number: DE102007000950A1
Application number: DE102007000950A
Authority: DE
Inventors: Matthias Mück; Alfred Brenner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: DE102007000950B4

Abstract

The method involves producing a connecting geometry at a joining area at sleeves (7, 8) of a teeth element and a bearing element. The sleeves of the teeth element and the bearing element are merged. A gear rod (5) is deformed from the sleeves through orbital forging. The sleeves are fixedly interconnected during the orbital forging. The gear rod is provided with a convex or concave longitudinal section in its teeth area outside the teeth after the completion of the orbital forging, where the section supports tumbling moments during the orbital forging.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange für Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge und eine Zahnstange, die nach einem solchen Verfahren hergestellt ist.The The invention relates to a method for producing a rack for rack and pinion steering for motor vehicles and a rack made by such a method.

Aus der DE 197 26 697 A1 ist ein solches Verfahren bekannt. Dabei wird zunächst für den Rohling eine vom Kreiszylinder abweichende Querschnittsform ausgewählt, damit die Kontur der fertigen Zahnstange im Verzahnungsbereich nicht über einen bestimmten Hüllkreis hinausragt. Anschließend wird die Zahnstange durch ein Taumelschmiedeverfahren umgeformt, so dass ein Verzahnungsbereich sowie ein Lagerbereich für die Zahnstange entstehen. Zwar wäre im Verzahnungsbereich eine geringere Kernfestigkeit für eine hohe Umformleistung und im Lagerbereich eine höhere Kernfestigkeit für eine bessere Härtbarkeit günstig, dennoch muss hier bei der Auswahl des Werkstoffes ein Kompromiss gefunden werden.From the DE 197 26 697 A1 Such a method is known. In this case, a cross-sectional shape deviating from the circular cylinder is first selected for the blank, so that the contour of the finished rack in the toothed region does not protrude beyond a certain enveloping circle. Subsequently, the rack is deformed by a Taumelschmiedeverfahren so that a toothed area and a storage area for the rack arise. Although in the toothing area a lower core strength would be favorable for a high forming capacity and in the bearing area a higher core strength for a better hardenability, nevertheless a compromise has to be found here in the selection of the material.

In der WO 2006/047825 wird eine kombinierte Zahnstange beschrieben. Bei dieser zweiteiligen Zahnstange werden ein Zahnstangenelement und ein Schaftelement mit Hilfe eines Zentrierstückes zusammengesteckt und anschließend verschweißt. Das Verfahren umfasst aber zusätzliche Arbeitsgänge, weil das Herstellen der Verzahnung und das Verbinden der beiden Elemente getrennt durchgeführt werden. Zudem erfordert die Paarung sehr enge Toleranzen.In the WO 2006/047825 a combined rack is described. In this two-part rack, a rack member and a shaft member are assembled by means of a centering piece and then welded. However, the method involves additional operations, because the preparation of the teeth and the joining of the two elements are performed separately. In addition, the pairing requires very tight tolerances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweiteilige Zahnstange und ein Herstellverfahren für eine solche Zahnstange anzugeben, mit dem das Herstellen der Verzahnung und das Verbinden der zwei Elemente in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Dadurch wird ein Beitrag zur Erfüllung der Forderungen nach geringeren Kosten und Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe geleistet.Of the Invention is based on the object, a two-part rack and to provide a manufacturing method for such a rack, with making the gearing and joining the two Elements are performed in one operation. Thereby will contribute to meeting the demands for lower Costs and use of different materials made.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren und durch die in Anspruch 8 gekennzeichnete Zahnstange gelöst.These The object is achieved by the method disclosed in claim 1 and by the rack characterized in claim 8 solved.

Das Verfahren zum Herstellen einer solchen zweiteiligen Zahnstange beginnt mit der Auswahl eines Rohlings für das Verzahnungselement. Der Rohling kann sowohl eine rotationssymmetrische als auch eine vorgeprägte Querschnittsform aufweisen.The Method of making such a two-piece rack begins with the selection of a blank for the toothed element. The blank can be both a rotationally symmetric and a have pre-embossed cross-sectional shape.

Die vorgeprägte Form besitzt eine vom Kreiszylinder abweichende Form. Die Größe und Form des Querschnitts des vorgeprägten Rohlings können derart gewählt werden, dass die Kontur des fertigen Verzahnungselementes nicht über einen durch die Abmessungen benachbarter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt.The preformed shape has a different from the circular cylinder Shape. The size and shape of the cross section of the pre-embossed blank can be selected be that the contour of the finished toothed element not over one by the dimensions of adjacent parts of the rack and pinion steering protrudes predetermined envelope circle.

Der Querschnitt des Rohlings des Lagerelementes ist immer rotationssymmetrisch.Of the Cross-section of the blank of the bearing element is always rotationally symmetrical.

An dem Verzahnungselement und dem Lagerelement wird jeweils an der Fügefläche eine Verbindungsgeometrie hergestellt. Diese Verbindungsgeometrie dient zur Zentrierung und stellt ein einfaches Zusammenführen der beiden Elemente sicher.At the toothed element and the bearing element is in each case at the Joining surface made a connection geometry. This connection geometry serves for centering and adjusts easy merging of the two elements safely.

Danach wird die Zahnstange durch ein Taumelschmiedeverfahren aus dem Rohling umgeformt. Während des Taumelschmiedens werden gleichzeitig die beiden Elemente der Zahnstange durch Fließpressvorgänge miteinander verbunden.After that The rack is by a Taumelschmiedeververfahren from the blank reshaped. During the Taumelschmiedens be simultaneously the two elements of the rack by extrusion processes connected with each other.

Wenn für den Rohling des Verzahnungselementes ein rotationssymmetrischer Querschnitt gewählt wurde, entsteht nach dem Taumeln ein Grat, der abschließend durch ein zerspanendes Verfahren entfernt werden muss.If for the blank of the toothed element a rotationally symmetrical Cross-section was chosen, arises after tumbling Burr, which is finally removed by a machining process must become.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.expedient and advantageous developments of the method are in the dependent claims 2 to 7 indicated.

Das Längsprofil, das während des Taumelschmiedens zum Abstützen der Taumelmomente und bei der fertigen Zahnstange durch eine genaue Führung und Anstützung an einem Druckstück der Zahnstangenlenkung als Funktionsverbesserung dient, kann während des Taumelschmiedens in den Rohling des Verzahnungselementes eingearbeitet werden. Dadurch ist es möglich, einen Rohling mit einer relativ einfachen Außenkontur zu verwenden. Besteht jedoch die Möglichkeit, dieses Längsprofil bereits vor dem Taumelschmieden, beispielsweise durch ein Präge-, Zieh- oder Walzverfahren, in den Rohling einzuarbeiten, so kann das Taumelschmieden auf die eigentliche Umformung des Rohlings des Verzahnungselementes der Zahnstange sowie der Verbindung beider Bauteile beschränkt werden.The Longitudinal profile that during the tumbleforge to support the tumbling moments and the finished rack by a precise guidance and support at one Pressure piece of the rack and pinion steering as a functional improvement can serve during the tumble forging into the blank be incorporated of the toothing element. This makes it possible a blank with a relatively simple outer contour too use. However, if there is a possibility, this longitudinal profile even before swash forging, for example, by a stamping, Drawing or rolling process to incorporate into the blank, so can the tumble forging on the actual deformation of the blank of the toothed element the rack and the connection of both components limited become.

Die Forderung, dass die Kontur der fertigen Zahnstange im Verzahnungsbereich nicht über einen bestimmten Hüllkreis hinausragen soll, kann dadurch erfüllt werden, dass der Rohling des Verzahnungselementes wenigstens zwei zueinander geneigte Abflachungen oder zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Einschnürungen des Querschnittes aufweist.The Demand that the contour of the finished rack in the gearing area do not protrude beyond a certain envelope is to be fulfilled, that the blank of the Verzahnungselementes at least two mutually inclined flats or two constrictions substantially symmetrical to each other of the cross section.

Zur weiteren Gewichtseinsparung kann in den Rohlingen wenigstens ein Hohlraum vorgesehen sein, der sich in Längsrichtung der Zahnstange erstreckt.to Further weight savings can be at least one in the blanks Cavity be provided, extending in the longitudinal direction of the Rack extends.

Die mit einem vorgeprägten Rohling hergestellte Zahnstange weist eine Kontur auf, die im Verzahnungsbereich nicht über einen durch die Abmessungen benachbarter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt. Der Durchmesser des Hüllkreises wird bei einer Zahnstangen-Hilfskraftlenkung beispielsweise durch den Innendurchmesser einer in dem Lagerbereich der Zahnstange angeordneten Dichtung vorgegeben.The rack produced with a pre-stamped blank has a contour which in Ver does not extend beyond a predetermined by the dimensions of adjacent parts of the rack and pinion steering enveloping circle. The diameter of the enveloping circle is specified in a rack-and-pinion power steering system, for example, by the inner diameter of a seal arranged in the bearing area of the rack.

Das konvexe oder konkave Längsprofil im Verzahnungsbereich der Zahnstange wird zweckmäßigerweise durch eine Längsnut gebildet, die an der Außenumfangsfläche der Zahnstange an der der Verzahnung gegenüberliegenden Seite der Zahnstange liegt.The convex or concave longitudinal profile in the toothed area the rack is suitably by a Longitudinal groove formed on the outer peripheral surface the rack on the opposite of the toothing Side of the rack is located.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.in the Following is the invention with reference to several shown in the drawing Embodiments explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Teil-Längsschnitt durch eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung; 1 a partial longitudinal section through a rack power steering system;

2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in 1; 2 a cross section along the line II-II in 1 ;

3 die zweiteilige Zahnstange nach dem Zusammenfügen 3 the two-piece rack after joining

4 bis 7 verschiedene Querschnittsformen eines Rohlings für die Zahnstange. 4 to 7 various cross-sectional shapes of a blank for the rack.

In einem Lenkgehäuse 1 ist ein Ritzel 2 in zwei Lagern 3 und 4 drehbar gelagert. Das Ritzel 2 steht über seine Verzahnung in Eingriff mit der Zahnstange 5, die in dem Lenkgehäuse 1 axial verschiebbar geführt ist. Die Zahnstange 5 wird mit Hilfe eines federbelasteten Druckstückes 6 gegen die Verzahnung des Ritzels 2 gedrückt.In a steering box 1 is a pinion 2 in two camps 3 and 4 rotatably mounted. The pinion 2 is about his teeth in engagement with the rack 5 in the steering box 1 is guided axially displaceable. The rack 5 is using a spring-loaded pressure piece 6 against the teeth of the pinion 2 pressed.

Die Zahnstange 5 weist einen Verzahnungsbereich 7 und wenigstens einen Lagerbereich 8 auf. Der Lagerbereich 8 ist in dem Ausführungsbeispiel der 1, in dem eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung dargestellt ist, gleichzeitig die Kolbenstange eines Servomotors 9. Der Servomotor 9 enthält in seinem Zylinder 10 zwei Zylinderräume 11 und 12, die durch einen Kolben 13 voneinander getrennt sind. Die Zylinderräume 11 und 12 sind nach außen gegenüber dem Lagerbereich 8 der Zahnstange 5 durch Dichtungen 14 und 15 abgedichtet. Das Lagerelement 8 besitzt einen Zapfen 23, der in die Zentrierbohrung 22 des Verzahnungselementes 7 eingeführt ist.The rack 5 has a gearing area 7 and at least one storage area 8th on. The storage area 8th is in the embodiment of 1 in which a rack power steering is shown, at the same time the piston rod of a servomotor 9 , The servomotor 9 contains in his cylinder 10 two cylinder chambers 11 and 12 passing through a piston 13 are separated from each other. The cylinder chambers 11 and 12 are outward facing the storage area 8th the rack 5 through seals 14 and 15 sealed. The bearing element 8th owns a pin 23 in the center hole 22 of the toothed element 7 is introduced.

Die Zahnstange 5 weist in ihrem Verzahnungsbereich an der Außenumfangsfläche an der Seite, die der Verzahnung gegenüberliegt, eine Längsnut 16 auf. Die Längsnut 16 arbeitet mit einer an dem Druckstück 6 angeformten Längsnase 17 zusammen. Durch das Zusammenwirken der Längsnut 16 und der Längsnase 17 wird ein Kippen der Zahnstange 5 im Betrieb verhindert. Mit gleicher Wirkung können diese beiden Elemente vertauscht werden, so dass die Längsnase an der Zahnstange 5 und die Längsnut an dem Druckstück 6 angeordnet sind.The rack 5 has in its toothing region on the outer peripheral surface on the side opposite to the toothing, a longitudinal groove 16 on. The longitudinal groove 16 works with one on the pressure piece 6 molded longitudinal nose 17 together. Through the interaction of the longitudinal groove 16 and the longitudinal nose 17 becomes a tilting of the rack 5 prevented during operation. With equal effect, these two elements can be reversed, so that the longitudinal nose on the rack 5 and the longitudinal groove on the pressure piece 6 are arranged.

Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen einer solchen Zahnstange beschrieben. Zunächst wird ein Rohling 7 für das Verzahnungselement ausgewählt. Dieser kann eine rotationssymmetrische oder eine vorgeprägte Form haben. Die vorgeprägte Form weist eine von einem Kreiszylinder abweichende Form auf. Einige Möglichkeiten für den Querschnitt eines solchen Rohlings 7 für das Verzahnungselement sind in den 4 bis 7 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dabei soll seine Größe und Form derart gewählt werden, dass die Kontur der fertigen Zahnstange in ihrem Verzahnungsbereich nicht über einen durch die Abmessungen benachbarter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt. Bei einer Zahnstange, die für eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung beispielsweise nach 1 vorgesehen ist, ist der Durchmesser des Hüllkreises durch den Innendurchmesser der Dichtung 15 vorgegeben, die den Zylinderraum 12 auf dem Lagerbereich 8 der Zahnstange 5 abdichtet.The following describes the method of manufacturing such a rack. First, a blank 7 selected for the toothed element. This can have a rotationally symmetric or a pre-stamped shape. The pre-embossed shape has a shape deviating from a circular cylinder. Some possibilities for the cross section of such a blank 7 for the toothed element are in the 4 to 7 shown on an enlarged scale. In this case, its size and shape should be chosen such that the contour of the finished rack does not protrude beyond a predetermined by the dimensions of adjacent parts of the rack and pinion steering in their toothing. For a rack, for example, for a rack and pinion power steering 1 is provided, the diameter of the enveloping circle through the inner diameter of the seal 15 given the cylinder space 12 on the storage area 8th the rack 5 seals.

Bei der Ausführung nach 4 weist der Rohling für das Verzahnungselementes der Zahnstange zwei zueinander geneigte Abflachungen 18 auf. Diese Abflachungen 18 sind zweckmäßigerweise symmetrisch zueinander angeordnet. Der Querschnitt des Rohlings des Lagerelementes ist immer rotationssymmetrisch.In the execution after 4 the blank for the toothed element of the rack has two mutually inclined flats 18 on. These flattenings 18 are expediently arranged symmetrically to each other. The cross section of the blank of the bearing element is always rotationally symmetrical.

An dem Verzahnungselement 7 und dem Lagerelement 8 wird jeweils an der Fügefläche eine Verbindungsgeometrie hergestellt. In dem Ausführungsbeispiel nach 3 weist das Verzahnungselement beispielsweise auf einer Seite eine Zentrierbohrung 22 in axialer Richtung auf. Das Lagerelement besitzt einen Zapfen 23, der beim Zusammenführen der beiden Teile in die Zentrierbohrung geführt wird.At the toothed element 7 and the bearing element 8th In each case, a connection geometry is produced at the joint surface. In the embodiment according to 3 For example, the toothing element has a centering bore on one side 22 in the axial direction. The bearing element has a pin 23 , which is guided during the merging of the two parts in the center hole.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Zahnstange durch Taumelschmieden aus den beiden Rohlingen 7 und 8 umgeformt.In a further process step, the rack by tumbling forging of the two blanks 7 and 8th reshaped.

Um den Rohling 7 während des Taumelschmiedens gegenüber den Taumelmomenten abzustützen, wird zu Beginn des Taumelschmiedens ein konkaves Längsprofil in der Form der späteren Längsnut 16 in den Rohling 7 und damit in die Zahnstange 5 eingearbeitet. Eine solche Längsnut 19 kann unabhängig von der sonstigen Ausgestaltung des Rohlings 7 auch in den anderen Ausführungsformen des Rohlings enthalten sein.To the blank 7 during the tumble forge against the tumbling moments support, at the beginning of the tumble forging a concave longitudinal profile in the shape of the later longitudinal groove 16 in the blank 7 and with it in the rack 5 incorporated. Such a longitudinal groove 19 can be independent of the other embodiment of the blank 7 also be included in the other embodiments of the blank.

In den Ausführungsbeispielen nach 5 bis 7 weist der vorgeprägte Rohling 7 jeweils wenigstens einen Hohlraum 20 auf, der sich in Längsrichtung des Rohlings wenigstens im Verzahnungsbereich der Zahnstange erstreckt. In 6 ist der Hohlraum 20 auf zwei Hohlräume aufgeteilt, in 7 hat er eine ovale Form.In the embodiments according to 5 to 7 has the pre-embossed blank 7 in each case at least one cavity 20 on, which extends in the longitudinal direction of the blank at least in the toothed region of the rack. In 6 is the cavity 20 divided into two cavities, in 7 he has an oval shape.

Anstelle der beiden zueinander geneigten Anflachungen 18 besitzt der Rohling 7 in dem Ausführungsbeispiel nach 7 zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Einschnürungen 21, so dass sich in etwa ein birnenförmiger Querschnitt ergibt.Instead of the two mutually inclined flattenings 18 owns the blank 7 in the embodiment according to 7 two constrictions arranged substantially symmetrically to each other 21 , so that results in about a pear-shaped cross-section.

Anstelle der einen Längsnut 19 kann der Rohling auch zwei oder mehr entsprechend kleinere Längsnuten aufweisen.Instead of a longitudinal groove 19 The blank may also have two or more correspondingly smaller longitudinal grooves.

Ebenso ist es möglich, zwei oder mehr derartige Längsnuten während des Taumelschmiedens einzuarbeiten. Wie bereits oben bei der Beschreibung der Zahnstange erwähnt, können die Längsnuten 19 auch als konvexe Längsprofile an dem Rohling vorhanden sein bzw. ausgearbeitet werden.It is also possible to incorporate two or more such longitudinal grooves during the tumble forging. As mentioned above in the description of the rack, the longitudinal grooves 19 Also be present as a convex longitudinal profiles on the blank or elaborated.

Während des Taumelschmiedens werden gleichzeitig die beiden Elemente der Zahnstange durch Fließpressvorgänge miteinander verbunden.While of the Taumelschmiedens are at the same time the two elements of the Rack by extrusion processes together connected.

11: Lenkgehäusesteering housing
22: Ritzelpinion
33: Lagercamp
44: Lagercamp
55: Zahnstangerack
66: DruckstückPressure piece
77: Verzahnungselementtoothed element
88th: Lagerelementbearing element
99: Servomotorservomotor
1010: Zylindercylinder
1111: Zylinderraumcylinder space
1212: Zylinderraumcylinder space
1313: Kolbenpiston
1414: Dichtungpoetry
1515: Dichtungpoetry
1616: Längsnutlongitudinal groove
1717: Längsnaselongitudinal nose
1818: Anflachungflattening
1919: Längsnutlongitudinal groove
2020: Hohlraumcavity
2121: Einschnürungconstriction
2222: Zentrierbohrungcentering
2323: Zapfenspigot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19726697 A1 [0002]
WO 2006/047825 [0003]

Claims

Method of manufacturing a rack 5 for a rack and pinion steering system for motor vehicles, comprising the following steps: - a blank 7 for the toothed element of the rack 5 has a rotationally symmetric or a pre-stamped, and thereby deviating from a circular cylinder shape; - The size and shape of the cross section of the pre-embossed blank 7 are chosen such that the contour of the finished rack 5 in the gearing area 7 does not protrude beyond an enveloping circle defined by the dimensions of adjacent parts of the rack and pinion steering; - a blank 8th for the bearing element of the rack 5 has a rotationally symmetrical shape; - On the blanks of the toothed element 7 and the bearing element 8th In each case, a connection geometry is produced at the joint surface. - The blanks of the toothed element 7 and the bearing element 8th be merged; - the rack 5 is made by swashplants from the blanks 7 and 8th transformed; - During the tumble forging, the two blanks are firmly connected; - after the completion of the swashbuckle has the rack 5 in their gearing area 7 outside the toothing on a convex or concave longitudinal profile, which serves during the tumble forging to support the tumbling moments.

A method according to claim 1, characterized in that the longitudinal profile in the rack 5 during the Taumelschmiedens in the blank 7 is incorporated.

A method according to claim 1, characterized in that the longitudinal profile in the rack 5 even before the swashmaking in the blank 7 is available.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross section of the blank 7 at least two mutually inclined flats 18 having.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross section of the blank 7 at least two constrictions substantially symmetrical to each other 21 of the cross section.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross section of the blank 7 has a rotationally symmetrical cross-section.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the blank 7 at least one extending in the longitudinal direction of the rack cavity 20 having.

Rack for rack and pinion steering for motor vehicles, with a gearing area 7 and at least one storage area 8th , characterized in that it is produced by a method according to one of claims 1 to 7

Rack according to claim 8, characterized in that when selecting a pre-stamped blank, the contour of the rack 5 in the gearing area 7 does not protrude beyond an enveloped by the dimensions of adjacent parts of the rack and pinion steering enveloping circle.

Rack according to claim 8, characterized in that when using a rotationally symmetrical blank of the toothing region 7 has a ridge.

Rack according to claim 9, characterized in that the diameter of the enveloping circle in a rack 5 for a rack power steering system by the inner diameter of one in the storage area 8th the rack 5 arranged sealing ring 15 is predetermined.

Rack according to one of claims 9 or 10, characterized in that the rack 5 in their gearing area 7 outside the toothing has a convex or concave longitudinal profile.

Rack according to claim 12, characterized in that the longitudinal profile by at least one on the outer peripheral surface of the rack 5 and the toothing opposite longitudinal groove 16 is formed.