DE102008054687A1

DE102008054687A1 - Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe

Info

Publication number: DE102008054687A1
Application number: DE102008054687A
Authority: DE
Inventors: Alfred Brenner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei die Zahnstnge mit wenigstens zwei Verzahnungsabschnitten versehen ist, wobei wenigstens ein Verzahnungsabschnitt eine variable Übersetzung aufweist, wird mit folgenden Schritten durchgeführt. Konturdrehen der Zahnstange 1, Prägen des ersten Verzahnungsabschnittes V1, Taumelfließpressen des ersten Verzahnungsabschnittes V1, Einbringen einer Nut, Aussparung oder Einkerbung 4 in die Zahnstange 1 zur Ausrichtung und Festlegung der Drehlage der Zahnstange 1 und Taumelfließpressen des zweiten Verzahnungsabschnittes V2.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei die Zahnstange mit wenigstens zwei Verzahnungsabschnitten versehen ist, wobei wenigstens ein Verzahnungsabschnitt eine variable Übersetzung aufweist.
Aus der DE 602 09 332 T2 ist eine Lenkgetriebezahnstange mit zwei beabstandeten verzahnten Abschnitten für die Verwendung in einem elektrischen Servolenksystem eines Kraftfahrzeuges bekannt. Dabei greift in einen ersten verzahnten Abschnitt ein Ritzel ein, das axial mit dem Lenkrad des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Der zweite verzahnte Abschnitt, in den ein zweites Ritzet eingreift, ist mit einem Elektromotor verbunden. Das erste Ritzel ist über einen Drehmomentsensor mit dem Lenkrad verbunden, wobei das auf diese Weise erfasste Drehmoment dazu verwendet wird, um über das zweite Ritzel das an die Lenkgetriebezahnstange angelegte Drehmoment zu modulieren, wodurch eine Servolenkwirkung bereit gestellt wird.
Eine Möglichkeit der Herstellung der beiden Verzahnungsabschnitte der Zahnstange besteht in einer spanabhebenden Bearbeitung. Neben dem Nachteil eines entsprechend hohen Materialabtrages ist weiterhin nachteilig, dass auf diese Weise nur Verzahnungsabschnitte mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis hergestellt werden können. Aus Komfortgründen und für ein besseres Lenkverhalten wird jedoch ein variables Übersetzungsverhältnis in den Verzahnungsabschnitten angestrebt.
In der eingangs genannten DE 602 09 332 T2 ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, beide Verzahnungsabschnitte mit ihren variablen Übersetzungen in einem Warmumformvorgang durch Schmieden herzustellen.
Ein Herstellungsverfahren durch Halbwarmschmieden ist jedoch nicht unproblematisch und die Genauigkeit der Zahnstange, insbesondere der Zuordnung der beiden Verzahnungsabschnitte zueinander, ist nur bis zu einer begrenzten Genauigkeit möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Herstellung auf relativ einfache Weise, aber trotzdem sehr genau erfolgt, insbesondere bezüglich der Zuordnung der beiden Verzahnungsabschnitte zueinander.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Verfahrensschritte gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich eine hohe Präzision bezüglich der Ausbildung und Zuordnung der beiden Verzahnungsabschnitte zueinander erreichen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nicht nur einer der Verzahnungsabschnitte mit einer umgeformten Verzahnung versehen ist, sondern beide Verzahnungsabschnitte.
Eines der Kernpunkte der vorliegenden Erfindung liegt in dem Einbringen der Nut, Aussparung oder Einkerbung in die Zahnstange zu dessen Ausrichtung und Festlegung der Drehlage.
Nach einem Konturdrehen und nach Prägen des ersten Verzahnungsabschnittes wird während des Taumelfließpressens die Nut, Aussparung oder Einkerbung in die Zahnstange eingebracht, vorzugsweise in eine Stirnseite mit einer quer zur Längsachse der Zahnstange liegenden Längsachse, kann anschließend die Zahnstange durch einen Formschluss mit einem Richtteil, das in die Nut, Aussparung oder Einkerbung mit einer entsprechend angepassten Nase, Leiste oder dergleichen eingesetzt wird, in ihrer Drehlage unverdrehbar positioniert werden.
Wird nun, eventuell nach einer Längenabstimmung der Zahnstange, der Taumelfließpressvorgang für den zweiten Verzahnungsabschnitt durchgeführt, so ist auf diese Weise sichergestellt, dass beide Verzahnungsabschnitte exakt zueinander ausgerichtet und zugeordnet sind.
Nach einer Entfernung des Taumelgrates kann dann die mit den beiden Verzahnungsabschnitten V1 und V2 versehene Zahnstange in bekannter Weise weiterbearbeitet werden, z. B. gehärtet, gerichtet und abschließend durch einen Schleifvorgang fertig gestellt werden.
Nachfolgend ist eine Möglichkeit zur Herstellung einer Zahnstange nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zahnstange mit zwei Verzahnungsabschnitten V1 und V2;
2: einen Querschnitt durch die Zahnstange;
3a und 3b: einen Querschnitt durch ein Gesenkunterteil und ein Gesenkoberteil mit dazwischen liegender Zahnstange zur Herstellung des ersten Verzahnungsabschnittes V1, wobei gemäß 3a die Zahnstange im Querschnitt gesehen eine Y-Form und gemäß 3b eine Halbkreisform mit einer Längsnut auf der Unterseite aufweist.
4: einen Endbereich der Zahnstange, teilweise im Schnitt mit eingebrachter Nut;
5: die Stirnansicht des Endbereiches nach der 4 mit der Nut;
6: den Endbereich der Zahnstange nach der 4 mit einem in die Nut nach den 3 und 4 eingesetzten Richtteil;
7: einen Querschnitt durch ein Gesenkunterteil und ein Gesenkoberteil mit dazwischen liegender Zahnstange zur Herstellung des zweiten Verzahnungsabschnittes V2.
Da das Herstellungsverfahren für eine Zahnstange durch eine Pressvorrichtung im Taumelverfahren durch zwei Gesenkteile mit dazwischen liegender Zahnstange grundsätzlich allgemein bekannt ist, wird auf ihren Aufbau und ihre Funktionsweise hier nicht näher eingegangen. Hierzu wird beispielsweise auf die DE 32 02 254 A1 und die DE 35 42 672 A1 verwiesen.
1 zeigt einen Zahnstangenrohling 1, in den zwei Verzahnungsabschnitte V1 und V2 eingebracht werden sollen. Der von der Verzahnungsseite abgewandte Rücken der Zahnstange kann – wie aus den 2 und 3b ersichtlich ist – halbrund ausgebildet sein. Selbstverständlich ist jedoch hierfür auch eine andere Ausgestaltung, wie z. B. ein Y-Profil, möglich (s. 3a und 7).
Nachfolgend werden die einzelnen Verfahrensschritte erläutert:
1. Konturdrehen:
In einem ersten Schritt erfolgt ein Konturdrehen der Zahnstange 1 für den Verzahnungsabschnitt V1.
2. Prägen:
Nach einem Prägen des Verzahnungsabschnittes V1 in einem zweiten Schritt mit einem nicht dargestellten Prägeteil, wobei gegebenenfalls ein Prägen auf Länge durchgeführt wird, liegt die Herstellung der variablen Übersetzung für den Verzahnungsabschnitt V1 nach dem Taumelfließpressen in einem Presswerkzeug. D. h. die Prägung erfolgt derart, dass es zu einer konstanten Länge der Zahnstange kommt.
3. Taumeln des Verzahnungsabschnittes V1:
In der 3 ist hiervon nur ein Gesenkoberteil 3 und ein Gesenkunterteil 4 im Querschnitt dargestellt, wobei die Zahnstange 1 zwischen den beiden Gelenkteilen 2 und 3 eingelegt wird. Durch eine Taumelbewegung in Pfeilrichtung wird der erste Verzahnungsabschnitt V1 in die Zahnstange 1 eingeformt.
4. Einbringen einer Nut:
Während des Taumelfließpressens V1 wird in eine Stirnseite der Zahnstange, vorzugsweise in die Stirnseite des zweiten Verzahnungsabschnittes V2, eine Nut 4 in Keilform eingebracht. Die Nut 4 wird quer zur Längsachse der Zahnstange, vorzugsweise mit horizontaler Längsachse, eingebracht. Selbstverständlich sind hier im Rahmen der Erfindung auch noch andere Längsachsrichtungen für die Nut 4 möglich. Wesentlich ist lediglich, dass durch die Nut 4, die selbstverständlich auch eine einfache Einkerbung, Aussparung oder dergleichen sein kann, in die ein Richtteil 5 (s. 6) eingesetzt wird, eine Drehfixierung der Zahnstange 1 geschaffen wird. Für die Nut 4 ist hierfür eine Geometrie zu wählen, die eine anschließende Ausrichtung zur Verzahnung V1 ermöglicht. Auf diese Weise steht die Nut 4 gleichzeitig auch in einer festen Beziehung zu dem in die Zahnstange 1 eingebrachten Verzahnungsabschnittes V1.
5. Längenabstimmung:
Falls im zweiten Arbeitsgang nicht bereits eine genaue Abstimmung auf Länge der Zahnstange 1 erfolgt ist, ist spätestens vor dem nächsten Arbeitsschritt, nämlich einem Taumelfließpressen für den zweiten Verzahnungsabschnitt V2, eine Längenabstimmung vorzunehmen.
6. Taumeln des Verzahnungsabschnittes V2:
Aus der 7 ist das Taumelfließpressen des zweiten Verzahnungsabschnittes V2 ersichtlich. Der Verzahnungsabschnitt V2 kann ebenfalls mit variabler Übersetzung, aber auch mit konstanter Übersetzung eingebracht werden. Der zweite Verzahnungsabschnitt V2 könnte auch zerspanend hergestellt sein oder umgeformt.
Der Verzahnungsabschnitt V2 benötigt kein Konturdrehen, man lässt im offenen Gesenk einen Grat entstehen. Auch hier kann die Unterseite der Zahnstange statt in Y-Form im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sein.
Im Unterschied zu dem Taumelfließpressen für den ersten Verzahnungsabschnitt V1 wird dabei mit einem offenen Gesenk gearbeitet, was bedeutet, dass beim Taumelvorgang in Pfeilrichtung zwischen dem Gesenkoberteil 2' und dem Gesenkunterteil 3' ein sich keilförmig nach außen erweiternder Spalt 7 an beiden Längsseiten verbleibt. Auf diese Weise kann bei dem Taumelfließpressvorgang Material seitlich unter Bildung jeweils eines Taumelgrates 8a und 8b herausgepresst werden. In der DE 35 42 672 A1 ist ein derartiger Taumelpressvorgang näher beschrieben.
Nach Abschluss des Pressvorganges werden dann die beiden seitlichen keilförmigen Leisten in Form von Taumelgraten 8a und 8b auf beliebige nicht näher dargestellte Weise entfernt.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Gesenkoberteil 2 bzw. 2' für den Taumelvorgang vorgesehen. Selbstverständlich ist jedoch auch die umgekehrte Verfahrensweise möglich, wobei das untere Gesenkteil 3 bzw. 3' bei entsprechender Ausgestaltung des Rückens zur Zahnstange eine Taumelbewegung ausführen kann.
Durch das Richtteil 5 wird über den Vorsprung 6 die Zahnstange während des zweiten Taumelfließpressen exakt festgehalten, wodurch die beiden Verzahnungsabschnitte V1 und V2 in einer geometrisch genau festgelegten Ausrichtung liegen.
Die Abstimmung der Länge der Zahnstange 1 kann z. B. durch einen Abdrehprozess erfolgen.
Die Entfernung der beiden seitlichen Taumelgrate 8a bzw. 8b kann z. B. durch ein Abfräsen oder durch ein Trennen erfolgen.
Nach Herstellung der Zahnstange 1 auf die vorstehend beschriebene Weise im Taumelfließpressverfahren kann die Zahnstange auch noch einem Härteprozess unterworfen werden. In diesem Falle wird man anschließend auch noch ein Richten der Zahnstange 1 durchführen. Gegebenenfalls erfolgt auch noch eine mechanische Nachbearbeitung durch ein Schleifen und Finischen.

1: Zahnstange
2: Gesenkoberteil
3: Gesenkunterteil
4: Nut, Einkerbung, Aussparung
5: Richtteil
6: Vorsprung
7: Spalt
8a, 8b: Taumelgrat
V1: erster Verzahnungsabschnitt
V2: zweiter Verzahnungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60209332 T2 [0002, 0004]
- DE 3202254 A1 [0022]
- DE 3542672 A1 [0022, 0032]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei die Zahnstange mit wenigstens zwei Verzahnungsabschnitten versehen ist, wobei wenigstens ein Verzahnungsabschnitt eine variable Übersetzung aufweist, mit folgenden Schritten: a) Konturdrehen der Zahnstange (1) b) Prägen des ersten Verzahnungsabschnittes (V1) c) Taumelfließpressen des ersten Verzahnungsabschnittes (V1) d) Einbringen einer Nut, Aussparung oder Einkerbung (4) in die Zahnstange (1) zur Ausrichtung und Festlegung der Drehlage der Zahnstange (1) e) Taumelfließpressen des zweiten Verzahnungsabschnittes (V2)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut, Aussparung oder Einkerbung (4) in eine Stirnseite der Zahnstange (1) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Nut, Aussparung oder Einkerbung (4) quer zur Längsachse der Zahnstange (1) gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verzahnungsabschnitte (V1, V2) mit einer variablen Übersetzung versehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einbringen der Nut, Aussparung oder Einkerbung (4) und dem Taumelfließpressen für den zweiten Verzahnungsabschnitt (V2) eine Längenabstimmung der Zahnstange (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmung der Länge durch einen Abdrehprozess erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Taumelfließpressen des zweiten Verzahnungsabschnittes (V2) mit einem offenen Gesenk eine Entfernung des Taumelgrates (8a, 8b) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Taumelgrates (8a, 8b) durch ein Abfräsen oder Trennen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Taumelfließpressen des zweiten Verzahnungsabschnittes (V2) und gegebenenfalls der Entfernung des Taumelgrates (8a, 8b) ein Härteprozess folgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Härten ein Richten der Zahnstange (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teile der Zahnstange (1) durch ein mechanisches Schleifen nachbearbeitet werden.