DE102010029153A1

DE102010029153A1 - Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange

Info

Publication number: DE102010029153A1
Application number: DE201010029153
Authority: DE
Inventors: Alfred Brenner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-11-24
Also published as: WO2011144442A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer hohlen Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge mit folgenden Schritten: – In den Hohlraum eines Rohlings für die Zahnstange wird ein Stab eingeführt, dessen Werkstoff eine geringere Dichte oder einen geringeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Rohlings aufweist; – Die Zahnstange wird durch Taumelschmieden aus dem Rohling umgeformt; – Wenn der Werkstoff des eingebrachten Stabes einen geringeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Rohlings aufweist, kann der Stab durch eine Wärmebehandlung ausgeschmolzen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange für Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge und eine Zahnstange, die nach einem solchen Verfahren hergestellt ist.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 197 26 697 A1 bekannt. Dieses Verfahren beginnt mit der Auswahl eines Rohlings für die Zahnstange, der wenigstens im Bereich der Zahnstangenverzahnung eine von einem Kreiszylinder abweichende Form aufweist. Die Größe und Form des Querschnitts des Rohlings werden derart gewählt, dass die Kontur der fertigen Zahnstange im Verzahnungsbereich nicht über einen durch die Abmessungen benachbarter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt. Danach wird die Zahnstange durch ein Taumelschmiedeverfahren aus dem Rohling umgeformt.
Nach dem Abschluss des Taumelschmiedens weist die Zahnstange in ihrem Verzahnungsbereich außerhalb der Verzahnung ein konvexes oder konkaves Längsprofil auf, das während des Taumelschmiedens zum Abstützen der Taumelmomente dient.
Zur Gewichtseinsparung kann in dem Rohling wenigstens im Verzahnungsbereich der Zahnstange wenigstens ein Hohlraum vorgesehen sein, der sich in Längsrichtung der Zahnstange erstreckt.
Während des Taumelschmiedens kann es aber vorkommen, dass der Werkstoff in den Hohlraum abfließt und die Verzahnung dadurch nicht richtig ausgeformt werden kann.
Bei dünnwandigen Zahnstangen ist es bekannt, dass in den Hohlraum ein Dorn eingeführt wird und auf diese Art die Zahnstange während des Umformprozesses abgestützt wird. Bei hochbelasteten Zahnstangen für Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge ist die Anwendung eines Dorns jedoch nicht geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstange und ein Herstellverfahren für eine solche Zahnstange anzugeben, bei der das genannte Problem vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren und durch die in Anspruch 8 gekennzeichnete Zahnstange gelöst.
In den Hohlraum des Rohlings für die Zahnstange wird ein Stab eingeführt, der ihn im Bereich der späteren Verzahnung vollständig ausfüllt. Dadurch wird die Zahnstange während des Umformens durch ein Taumelschmiedeverfahren von innen abgestützt. Der Werkstoff der Zahnstange kann nicht in den Hohlraum abfliessen und die Verzahnung wird optimal ausgeformt.
Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.
Als Rohling für die Zahnstange kann ein Rohr oder eine Stange aus Vollmaterial gewählt werden, in welche dann der Hohlraum in Längsrichtung der Zahnstange gebohrt wird.
In einer Ausführungsvariante ist es möglich, dass der Stab nach dem Umformen in der Zahnstange verbleibt. Dazu wird für den Stab ein Werkstoff gewählt, welcher eine möglichst geringe Dichte aufweist, insbesondere eine Dichte unter 5 g/cm³. Es eignen sich Leichtmetalle, wie beispielsweise Aluminium oder nichtmetallische Werkstoffe, wie zum Beispiel Kunststoff. Da sich bei der Umformung die Verzahnung in den Stab durchdrückt, ist der Stab danach in der Zahnstange fixiert und kann nicht mehr entfernt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Stab nach dem Umformprozess aus der Zahnstange entfernt. Vorteilhafterweise kann dadurch eine besonders leichte Zahnstange hergestellt werden.
Da der Stab durch das Durchdrücken der Verzahnung bei der Umformung in der Zahnstange fixiert ist, wird der Stab durch eine Wärmebehandlung ausgeschmolzen. Dazu werden für den Stab Werkstoffe ausgewählt, die einen geringen Schmelzpunkt aufweisen, vorzugsweise unter 600°C. Als vorteilhaft hat sich die die Verwendung von Stäben aus Buntmetall oder Blei herausgestellt.
Eine nach diesem Verfahren hergestellte Zahnstange weist in bekannter Weise einen Verzahnungsbereich und wenigstens einen Lager- und Führungsbereich auf. In die Zahnstange wird durch Taumelschmieden eine Verzahnung mit variabler Übersetzung eingeformt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch den Rohling für die Zahnstange
2 einen Längschnitt durch die Zahnstange nach der Umformung
3 einen weiteren Längschnitt durch die Zahnstange
In der 1 ist ein Rohling 1 mit einem Hohlraum dargestellt. Der Hohlraum erstreckt sich in die Längsrichtung der Zahnstange. In den Hohlraum wurde ein Stab 2 eingeführt, der den Bereich, in den die Verzahnung eingeformt werden soll, vollständig ausfüllt.
Nun findet die Umformung durch ein Taumelschmiedeverfahren statt. Die 2 zeigt die Zahnstange 3, in die eine Verzahnung eingeformt wurde. In den Stab 2, der in dem Bereich direkt unter der Verzahnung positioniert wurde, ist die Verzahnung durchgedrückt. Dadurch ist der Stab in der Zahnstange eingeklemmt und kann nicht mehr rausgezogen werden.
Der Stab wird abschließend durch ein Wärmebehandlungsverfahren entfernt. In diesem Beispiel wurde als Werkstoff für den Stab Blei gewählt. Bei der Wärmebehandlung wird die Zahnstange von außen auf eine Temperatur von ca. 327°C erwärmt. Bei dieser Temperatur schmilzt der Bleistab und das flüssige Material kann herausgetropft werden. Die 3 zeigt die fertige hohle Zahnstange, aus der der stützende Stab entfernt wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19726697 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer hohlen Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge mit folgenden Schritten: – In den Hohlraum eines Rohlings für die Zahnstange wird ein Stab eingeführt, dessen Werkstoff eine geringere Dichte oder einen geringeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Rohlings aufweist; – Die Zahnstange wird durch Taumelschmieden aus dem Rohling umgeformt; – Wenn der Werkstoff des eingebrachten Stabes einen geringeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Rohlings aufweist, kann der Stab durch eine Wärmebehandlung ausgeschmolzen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling wenigstens im Verzahnungsbereich der Zahnstange wenigstens einen sich in Längsrichtung der Zahnstange erstreckenden Hohlraum aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Stabes eine Dichte kleiner 5 g/cm³ aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für den Stab ein Leichtmetall oder ein nichtmetallischer Werkstoff gewählt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für den Stab Aluminium oder Kunststoff gewählt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Stabes einen Schmelzpunkt kleiner 600°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für den Stab Blei gewählt wird.
Zahnstange für Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge, mit einem Verzahnungsbereich und einem Lager- und Führungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
Zahnstange für Zahnstangenlenkungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange eine variable Übersetzung aufweist.