DE102010036609B4

DE102010036609B4 - Gesenk zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange einer Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102010036609B4
Application number: DE102010036609.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dohmann; Christoph Westerkamp
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: CN103025453B; CN103025453A; US9149860B2; ES2575107T3; WO2012013284A1; DE102010036609A1; BR112013001320B1; US20130192330A1; PL2598267T3; EP2598267B1; EP2598267A1; BR112013001320A2

Abstract

Gesenk zum Schmieden eines eine Verzahnung (5) aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange (4) einer Lenkvorrichtung mit ersten und zweiten Gesenkteilen (9, 10), von welchen das erste Gesenkteil (9) eine erste Formausnehmung (11) zum Formen der Verzahnung (5) der Zahnstange (4) und das zweite Gesenkteil (10) eine zweite Formausnehmung (12) aufweist, die die Form des der Verzahnung (5) gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange (4) aufweist, und welche unter Umformung eines in das Gesenk eingelegten Rohlings (15) ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung (13) bis in eine Endstellung zusammenfahrbar sind, in der sie einen Abstand (s) voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen (11, 12) der Gesenkteile (9, 10) zwischen den Gesenkteilen (9, 10) eine Hauptkavität (14) ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) auf gegenüber liegenden Seiten zu Nebenkavitäten (16, 17) hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenk weiters mindestens zwei Nebenformteile (18, 19) aufweist, welche jeweils im zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen und von denen die die Nebenkavitäten begrenzenden Wände zumindest teilweise gebildet werden und die jeweils gegenüber den Gesenkteilen (9, 10) in eine winkelig zur Schließrichtung (13) stehende Stellrichtung (29, 30) verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gesenk zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange einer Lenkvorrichtung mit ersten und zweiten Gesenkteilen, von welchen das erste Gesenkteil eine erste Formausnehmung zum Formen der Verzahnung der Zahnstange und das zweite Gesenkteil eine zweite Formausnehmung aufweist, die die Form des der Verzahnung gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange aufweist, und welche unter Umformung eines in das Gesenk eingelegten Rohlings ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung bis in eine Endstellung zusammenfahrbar sind, in der sie einen Abstand voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen der Gesenkteile zwischen den Gesenkteilen eine Hauptkavität ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile auf gegenüber liegenden Seiten zu Nebenkavitäten hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil liegenden Bereich liegen. Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein Schmiedeverfahren zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange für eine Lenkvorrichtung, wobei ein Rohling zwischen zwei Gesenkteilen umgeformt wird, von welchen das erste Gesenkteil eine erste Formausnehmung zum Formen der Verzahnung der Zahnstange und das zweite Gesenkteil eine zweite Formausnehmung aufweist, die die Form des der Verzahnung gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange aufweist, und welche unter Umformung des in das Gesenk eingelegten Rohlings ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung bis in eine Endstellung zusammengefahren werden, in welcher sie einen Abstand voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen der Gesenkteile zwischen den Gesenkteilen eine Hauptkavität ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile auf gegenüberliegenden Seiten zu Nebenkavitäten hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil liegenden Bereich liegen, und wobei beim Zusammenfahren der Gesenkteile Material des Rohlings in die Nebenkavitäten verdrängt wird.
Zahnstangen für Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, welche konstante Verzahnungen aufweisen, werden häufig zerspanend hergestellt, wobei eine hohe Präzision erreichbar ist. Derartige Zahnstangen können auch mit ausreichender Genauigkeit durch Umformung hergestellt werden. Umformverfahren sind vielfach wirtschaftlicher als zerspanende Verfahren.
Lenkzahnstangen mit variabler Verzahnung, bei der sich der Abstand der Zähne und/oder die Form der Zähne und/oder die Schrägstellung der Zähne über die Ausdehnung der Verzahnung ändert, sind sehr schwierig herzustellen. Für eine wirtschaftliche Herstellung in Groß-Serie werden die Herstellverfahren aufwändiger.
Bekannt sind Lenkungszahnstangen, die im Bereich ihrer verzahnten Enden einen Dreiecks-Querschnitt oder einen Y-Querschnitt aufweisen. Beispielsweise geht eine solche Zahnstange aus der EP 0 738 191 B1 hervor und die Herstellung dieser Zahnstange erfolgt durch Warmschmieden. Solche Zahnstangen sind für variable Verzahnungen gut geeignet und sind in ihrer Führung gegen den Einfluss von Roll-Momenten, die durch Kontaktkräfte zwischen den Zähnen des Ritzels und den Zähnen der Zahnstange auf Grund von Schrägstellungen auftreten, durch ihre Längsführung abgestützt. Weiters existieren Lenkungszahnstangen mit einem Rundrückenprofil bzw. D-Querschnitt. Solche besitzen gegenüber Zahnstangen mit Y-Querschnitt einige Vorteile bei der Herstellung, auch in ihren nicht verzahnten Bereichen, und der Montage bzw. bei der Abdichtung der Zahnstange. Auch der erforderliche Einbauraum ist signifikant kleiner und die Geometrie des die Zahnstange lagernden Druckstücks ist einfacher. Allerdings sind diese Zahnstangen anfälliger gegenüber dem Einfluss von Roll-Momenten, durch die es zu Verkippungen mit Geräuschentwicklungen kommen kann (Rack-Roll). Zur umformtechnischen Herstellung von Zahnstangen, insbesondere Rundrückenzahnstangen, für Lenkvorrichtungen sind Schmiedeverfahren mit Grat und Schmiedeverfahren ohne Grat bekannt.
Bei einem Schmiedeverfahren mit Grat, bei dem ein Gesenk der eingangs genannten Art eingesetzt wird, wird beim Zusammenfahren der beiden Gesenkteile Material des Rohlings aus der Hauptkavität in beidseitig der Hauptkavität im Bereich der Trennebene zwischen den Gesenkteilen liegende Nebenkavitäten herausgedrückt und dieses Material bildet Grate, die nach dem Schmiedevorgang entfernt werden. Diese Grate nehmen auch Volumentoleranzen des Rohlings auf. Beim Zusammenfahren der Gesenkteile verringert sich die Öffnung von der Hauptkavität zu den Nebenkavitäten hin (diese wird auch als „Gratspalt” bezeichnet) fortlaufend, wobei sich der Gesenk-Innendruck erhöht und Teile des Werkstoffs von der Hauptkavität in die Nebenkavitäten fließt. Insbesondere an den Kanten kommt es zu einem starken Materialfluss des Materials des Rohlings unter hohem Druck. Dies führt zu starkem Verschleiß an den Gesenkteilen, insbesondere an den Kanten der Gesenkteile, welche die Hauptkavität zu den Nebenkavitäten hin begrenzen. Die Standzeiten der Gesenkteile sind dadurch gering. Weiters sind die erreichbaren Verzahnungs-Genauigkeiten begrenzt. Diese hängen auch von der Gratspalt-Geometrie ab, welche nur durch Nacharbeit an den Gesenkteilen selbst veränderbar ist.
Aus der EP 1 007 243 B1 ist ein Schmiedeverfahren mit Grat zur Herstellung von Rundrückenzahnstangen mit Grat bekannt, wobei die Nebenkavitäten den Fluss des Rohlingmaterials aus der Hauptkavität begrenzen. Das Gesamtvolumen der Nebenkavitäten in der Endstellung der Gesenkteile entspricht dabei der Volumsdifferenz zwischen dem Zahnstangenrohling und der fertiggestellten Zahnstange im verzahnten Bereich. Die Nebenkavitäten sind somit in der Endstellung der Gesenkteile geschlossen und vollständig mit Rohlingsmaterial gefüllt. Es kann dadurch ein erhöhter hydrostatischer Enddruck ausgebildet werden. Ein Nachteil bei diesem Verfahren ist es, dass das Volumen des Rohlings sehr genau definiert sein muss, sodass dieser exakt vorgeschliffen oder anderweitig gefertigt werden muss. Dies erhöht den Herstellungsaufwand erheblich.
Aus der WO 2005/053875 A1 geht ein Schmiedeverfahren ohne Grat zur Herstellung von Rundrückenzahnstangen hervor. Zwischen den beiden Gesenkteilen sind zwei Stempel vorgesehen. Im geschlossenen Zustand der beiden Gesenkteile liegen diese beidseitig an den beiden Stempeln an. Die Hauptkavität ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig mit dem Material des Rohlings ausgefüllt. In der Folge werden die beiden Stempel in die Hauptkavität hineingedrückt, unter Verringerung des Volumens der Hauptkavität, wodurch das Rohlingsmaterial allseitig an die Wände der Hauptkavität angedrückt wird. Das bei diesem Verfahren eingesetzte nicht gattungsgemäße Gesenk besitzt somit keine Nebenkavitäten. Auch bei diesem Verfahren muss das Volumen des Rohlings genau definiert sein. Im Bereich der Zahnstange, in welchem die Verzahnung ausgebildet wird, wird daher eine Vorform ausgebildet, die um den Volumenanteil, der bei einer zerspanenden Herstellung anfallen würde, reduziert ist. Zudem hat es sich gezeigt, dass, um ein ansprechendes Ergebnis zu erhalten, im Allgemeinen eine der Endform angenäherte geometrische Formgebung der Vorform erforderlich ist. Die Vorformgeometrie muss hierbei empirisch ermittelt werden, was technologisch aufwendig ist. Zudem verursacht die Vorformherstellung signifikante Zusatzkosten, durch die Zerspanung an sich sowie durch die geltenden Anforderungen an die Volumengenauigkeit. Im Weiteren ist die Prozessführung aufwendig und bereits geringe Abweichungen im Volumen der Vorform oder im Volumen der Hauptkavität können zu Gratbildung führen, wodurch weitere Zusatzkosten in Folge der erforderlichen Nacharbeit generiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Gesenk bzw. ein Schmiedeverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches eine verbesserte Herstellung einer Zahnstange für eine Lenkvorrichtung ermöglicht wird. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Gesenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Schmiedeverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen enthalten.
Das Gesenk gemäß der Erfindung weist eine offene Hauptkavität auf, wobei in der zusammengefahrenen Endstellung der beiden Gesenkteile an die Hauptkavität, die im Bereich der Formausnehmungen zwischen den Gesenkteilen ausgebildet ist, beidseitig Nebenkavitäten anschließen. In diese tritt beim Zusammenführen der Gesenkteile Material des Rohlings, wodurch seitliche Ausstülpungen bzw. Grate gebildet werden. Erfindungsgemäß besitzt das Gesenk zusätzlich zu den beiden Gesenkteilen mindestens zwei Nebenformteile. Diese befinden sich jeweils im Bereich, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil liegt, und die Wände, welche die Nebenkavitäten begrenzen, werden zumindest zum Teil von den Nebenformteilen gebildet. Die Nebenformteile sind hierbei jeweils in eine Verstellrichtung gegenüber den Gesenkteilen verschiebbar, welche winkelig zur Schließrichtung steht. Der Winkel, den die Stellrichtung des jeweiligen Nebenformteils mit der Schließrichtung einnimmt, liegt günstigerweise in einem Intervall von 45° bis 135°, wobei Winkel im Bereich von mindestens 70° bis 110° bevorzugt ist und ein rechter Winkel zur Schließrichtung besonders bevorzugt ist.
Das erfindungsgemäße Schmiedeverfahren zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 gekennzeichnet. Das in die Nebenkavitäten verdrängte Material läuft an Nebenformteile an, welche jeweils den Fluss des verdrängten Materials in der jeweiligen Nebenkavität teilweise begrenzen. Das in die jeweilige Nebenkavität verdrängte Material wird in einen Zwischenraum hineinverdrängt, der innerhalb der jeweiligen Nebenkavität angeordnet ist (d. h. einen Teil der jeweiligen Nebenkavität bildet) und begrenzt wird durch eine in Richtung eines der Gesenkteile gerichtete Fläche des jeweiligen Nebenformteils und die Stirnfläche des Gesenkteils oder durch eine in Richtung eines der Gesenkteile gerichtete Fläche des jeweiligen Nebenformteils und eine Oberfläche eines weiteren Nebenformteils das in der selben Nebenkavität angeordnet ist. Der jeweilige Zwischenraum liegt also zwischen dem jeweiligen Nebenformteil und einem der Gesenkteile oder zwischen zwei jeweiligen Nebenformteilen, die die gleiche Nebenkavität jeweils teilweise begrenzen.
Das erfindungsgemäße Schmiedeverfahren ermöglicht eine Kombination aus einer freien (= eine nur teilweise an Wänden des Gesenks begrenzte bzw. mit anderen Worten eine teilweise unbegrenzte) Umformung und einer werkzeuggebundenen Umformung des Materials des Rohlings in die Nebenkavitäten hinein. Der Werkstofffluss in die Nebenkavitäten ist notwendig, um die Ausformung der gewünschten Form der Zahnstange zu erreichen, und dabei die Vorarbeiten für Vorformen von Rohlingen zu verringern.
Durch diese Ausbildung wird es ermöglicht, die Nebenformteile definiert zu Positionieren, bei zunehmendem Verschleiß nachzustellen oder auszutauschen. Ein Austausch bzw. eine Nachbearbeitung eines Gesenkteils kann dadurch vermieden bzw. zumindest verzögert werden.
Weiters wird die Geometrie der Nebenkavitäten durch die Nebenformteile zumindest mitbestimmt. Durch die Geometrie und/oder Einstellung der Nebenformteile kann somit die Geometrie der Nebenkavitäten geändert bzw. angepasst werden, wodurch der Materialfluss (Stofffluss) des Rohlings beim Schmieden optimiert werden kann. Qualitätsverbesserungen der fertiggestellten Zahnstange können dadurch erreicht werden. Insbesondere kann der Fließwiderstand für das verdrängte Material des Rohlings eingestellt werden, wobei eine Zahnausformung bei, zumindest über einen Teil des Zustellweges der Gesenkteile, niedrigeren Drücken erreicht werden kann, was sich wiederum standzeitbegünstigend auswirkt. Zudem kann die Gefahr von Rissbildungen in der Zahnstange verringert werden.
Vorteilhafterweise sind die Nebenkavitäten in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile nicht vollständig mit dem Material des Rohlings gefüllt, d. h. es sind jedenfalls Bereiche vorhanden, in die kein Material des Rohlings gelangt. Vorzugsweise sind die Nebenkavitäten hierbei zum Außenraum hin offen. D. h. die Nebenkavitäten sind nicht nur zu den Hauptkavitäten offen, sondern sind auch an mindestens einer weiteren Stelle nicht von einer Wand begrenzt. Eine im genannten Sinne „offene” Ausbildung der Nebenkavitäten würde aber auch vorliegen, wenn die Nebenkavitäten in der Endstellung der Gesenkteile zwar zum Außenraum hin abgeschlossen sind, ihr Volumen aber so groß ist, dass dieses vom verdrängten Material des Rohlings nicht vollständig ausgefüllt ist. Bei einem vorzugsweise eingesetzten zylindrischen Rohling ist das Volumen der Nebenkavitäten zusammen somit größer als der Volumenanteil des Rohlings, der bei einer zerspanenden Herstellung der Zahnstange zu entfernen wäre.
Günstigerweise befindet sich zwischen einem jeweiligen Nebenformteil und einer Stirnfläche eines der Gesenkteile, welche zum anderen der Gesenkteile weist, oder zwischen zwei Nebenformteilen, die die gleiche Nebenkavität jeweils abschnittsweise begrenzen, ein Zwischenraum. Dessen Breite verringert sich beim Zusammenfahren der Gesenkteile. In der zusammengefahrenen Endstellung bleibt dieser Zwischenraum aber bestehen, d. h. wird nicht vollständig geschlossen, wobei seine Breite in der zusammengefahrenen Endstellung (in die Schließrichtung gemessen) vorzugsweise zumindest 2 mm beträgt.
Durch die Nebenformteile kann der Werkstofffluss derart gesteuert werden, dass obwohl die Nebenkavitäten nicht vollständig mit Werkstoff ausgefüllt werden, die für die Ausformung der Verzahnung erforderlichen Fließspannungen erreicht werden. Dennoch muss der Werkstückrohling weniger präzise ausgebildet sein als beim Stand der Technik, da durch den Freiraum in der Nebenkavität Materialmengenschwankungen weitestgehend ausgeglichen werden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein jeweiliges Nebenformteil erste und zweite Seitenflächen aufweist, von denen die erste Seitenfläche an einer Stirnfläche eines der beiden Gesenkteile anliegt, welche zum anderen Gesenkteil weist, und zumindest ein Abschnitt der zweiten Stirnfläche eine die jeweilige Nebenkavität begrenzende Wand bildet. Die ersten und zweiten Seitenflächen des Nebenformteils sind über eine Stirnfläche miteinander verbunden. Diese Stirnfläche schließt mit der Schließrichtung günstigerweise einen Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 20° ein, wobei eine parallele Ausrichtung zur Schließrichtung besonders bevorzugt ist. Die Stirnfläche eines jeweiligen Nebenformteils ist gegenüber der Hauptkavität vorzugsweise zurückgezogen, ragt also nicht in die Hauptkavität hinein oder schließt nicht bündig mit dieser ab sondern bildet vielmehr eine die Nebenkavität begrenzende Wand, an welche beim Zusammenfahren der Gesenkteile aus der Hauptkavität austretendes Rohlingsmaterial anläuft.
Vorteilhafterweise ist die Stirnfläche gegenüber der Hauptkavität zumindest ein Zehntel, vorzugsweise zumindest ein Fünftel des Abstands der Gesenkteile in ihrer Endstellung zurückgezogen. Zwischen der Stirnfläche und der Hauptkavität erstreckt sich hierbei ein Abschnitt der (neben der Formausnehmung liegenden) Stirnfläche des Gesenkteils, an welchem das Nebenformteil anliegt, wobei die Ausdehnung dieses Abschnitts der Stirnfläche des Gesenkteils im Querschnitt durch das Gesenk gesehen (der rechtwinkelig zur Längsausdehnung der Zahnstange bzw. der Hauptkavität ausgerichtet ist) zumindest ein Zehntel, vorzugsweise zumindest ein Fünftel des Abstands der Stirnflächen der Gesenkteile (in Bereichen neben den Formausnehmungen gemessen) in ihrer zusammengefahrenen Endstellung beträgt.
Die Dicke der Nebenformteile (in Schließrichtung gemessen) beträgt günstigerweise mindestens ein Viertel, vorzugsweise höchstens drei Viertel, des Abstands der zueinander weisenden Stirnflächen der Gesenkteile (in ihren neben den Formausnehmungen liegenden Abschnitten), wenn die Gesenkteile ihre zusammengefahrene Endstellung einnehmen.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Nebenformteile während des Schmiedens des gezahnten Abschnitts der Zahnstange bezogen auf ihre Verstellrichtungen stationär gehalten werden, also keine Bewegung in die Verstellrichtung erfolgt, zumindest ab dem Zeitpunkt, ab welchem Material des Rohlings an die Nebenformteile anläuft. Die Nebenformteile sind hierbei gegenüber einem der beiden Gesenkteile stationär, vorzugsweise sind nur am feststehenden Gesenkteil Nebenformelteile gehalten, welche somit während des Schmiedens gegenüber diesem stationär sind.
In einer anderen möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte aber zumindest eines der Nebenformteile während des Schmiedens des gezahnten Abschnitts der Zahnstange in seine Verstellrichtung verstellt werden. Dadurch kann der Materialfluss weiter beeinflusst werden. Eine solche Verstellung von zumindest einem der Nebenformteile, günstigerweise aller Nebenformteile, kann hierbei gleichzeitig mit dem Zusammenfahren der Gesenkteile und/oder danach erfolgen. Dabei ist ein weggesteuertes Verfahren der Bewegung der Nebenformteile denkbar und möglich, bei dem durch entsprechende Keil- und oder Kulissenführungen die Bewegung an die Schließbewegung der Gesenkteile gekoppelt ist. Alternativ können eines oder beide der Nebenformteile mit extra Hydraulikstempeln während des Umformprozesses gezielt verfahren werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug;
2 eine Schrägsicht eines Abschnitts der Zahnstange der Lenkvorrichtung (der verzahnte Bereich verkürzt und vereinfacht dargestellt);
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gesenks in der Offenstellung, mit eingelegtem Rohling, im Querschnitt (rechtwinkelig zur Längsersteckung des Gesenks bzw. rechtwinkelig zur Längsachse der Zahnstange);
4 eine Darstellung analog 3 während des Zusammenfahrens der beiden Gesenkteile;
5 eine Darstellung analog 3 in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile;
6 eine Darstellung analog 3 nach dem Schmieden, die geschmiedete Zahnstange aus dem Gesenk entnommen;
7 und 8 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf die Zahnstange nach dem Schmieden;
9 einen Querschnitt durch das Gesenk in der zusammengefahrenen Endstellung der beiden Gesenkteile, ohne die geformte Zahnstange, zur Veranschaulichung;
10 bis 13 Darstellungen analog 3 bis 6 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
14 eine Darstellung analog 5 einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
15 bis 17 Darstellungen analog 3 bis 5 einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
18 eine Darstellung analog 5 einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
19 eine Darstellung analog 5 einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Gleichartige oder gleichwirkende Elemente werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt schematisch eine mögliche Ausbildung einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Lenkvorrichtung umfasst ein Lenkrad 1 und eine Lenkwelle 2, welche zwei oder mehr gelenkig miteinander verbundene Abschnitte umfasst. An die Lenkwelle 2 ist drehfest ein Lenkritzel 3 angebracht oder gekoppelt, welches mit einem verzahnten Abschnitt 5 einer Zahnstange 4 kämmt. Die Zahnstange 4 ist in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert, beispielsweise in einem Lenkungsgehäuse 6. Mit den beiden Enden der Zahnstange 4 stehen Spurstangen über nicht dargestellte Kugelgelenke direkt oder indirekt in Verbindung. Die Spurstangen 7 sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad des Kraftfahrzeugs verbunden.
Zur Unterstützung des Fahrers bei der Lenkbewegung können unterschiedliche Einrichtungen vorhanden sein, beispielsweise auf die Zahnstange 4 einwirkende Hilfsantriebe oder auf die Lenkwelle 2 einwirkende Hilfsantriebe.
Ein vergrößerter Abschnitt der Zahnstange 4 ist in 2 in Schrägsicht dargestellt. Die Zahnstange 4 weist einen Abschnitt mit einer Verzahnung 5 auf, die in 2 der Einfachheit halber verkürzt dargestellt ist. Der verzahnte Abschnitt erstreckt sich über einen Teil der parallel zur Längsachse 39 der Zahnstange 4 liegenden Längserstreckung der Zahnstange 4. Im eingebauten Zustand ist die Zahnstange 4 in eine parallel zu ihrer Längsachse 39 liegende Verschieberichtung 40 verschieblich gelagert, was in 2 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
Die Zähne 8 des verzahnten Abschnitts sind in 2 als gerade Verzahnung 5 mit gleichen Abständen und gleichen Zahnformen dargestellt. Häufig sollen hiervon abweichende Zahngeometrien eingesetzt werden, wobei Schrägverzahnungen vorgesehen sein können. Die Abstände der Zähne und/oder ihre Schrägstellungen und/oder ihre Formen können hierbei über die Ausdehnung des verzahnten Abschnitts variieren, man spricht dann von variabel verzahnten Zahnstangen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der der Verzahnung 5 diametral gegenüber liegende Bereich der Zahnstange 4 zylindrisch ausgebildet. Eine Zahnstange für eine Lenkvorrichtung, die eine solche Form aufweist, wird auch als Rundrückenzahnstange bezeichnet. Im der Verzahnung 5 diametral gegenüber liegenden Bereich (= Rückenbereich) ist die Kontur der Zahnstange 4 im Querschnitt gesehen somit kreisbogenförmig. Im Bereich der Verzahnung 5 ist die Zahnstange im Querschnitt gesehen abgeflacht ausgebildet. In Hinblick auf diese Ausbildung wird eine solche Zahnstange auch als Zahnstange mit einem D-Profil bezeichnet.
Ein Gesenk (= Werkzeug) zum Schmieden des verzahnten Abschnitts der Zahnstange ist in 3 schematisch im Querschnitt in seiner Offenstellung dargestellt. Das Gesenk umfasst erste und zweite Gesenkteile 9, 10. Das erste Gesenkteil 9 weist eine erste Formausnehmung 11 auf, die zum Formen des die Verzahnung 5 aufweisenden Abschnitts dient. Das zweite Gesenkteil 10 weist eine zweite Formausnehmung 12 auf. Diese weist die Form des der Verzahnung 5 diametral gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange im verzahnten Abschnitt auf, ist im Ausführungsbeispiel also im Querschnitt rechtwinkelig zur Längsachse 39 gesehen kreisbogenförmig ausgebildet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Gesenkteil 9, welches die die Verzahnung ausbildende erste Formausnehmung 11 aufweist, verfahrbar und das zweite Gesenkteil 10 feststehend. Das erste Gesenkteil 9 wird hierbei ausgehend von der Offenstellung in die Schließrichtung 13 in Richtung zum zweiten Gesenkteil 10 verfahren, bis eine vollständig zusammengefahrene Endstellung erreicht ist. Die zusammengefahrene Endstellung ist in 5 (mit dem zur Zahnstange 4 geformten Rohling 15) und zur weiteren Veranschaulichung in 9 (ohne einen zur Zahnstange geformten Rohling 15) dargestellt. Eine umgekehrte Ausbildung, bei welcher das erste Gesenkteil 9 feststehend ist und das zweite Gesenkteil 10 in eine Schließrichtung (die der Schließrichtung 13 entgegengesetzt ist) in Richtung zum ersten Gesenkteil 9 zum Formen des verzahnten Abschnitts der Zahnstange verstellbar ist, ist denkbar und möglich.
Zwischen den Gesenkteilen 9, 10, und zwar im Bereich, in welchem die Formausnehmungen 11, 12 liegen, ist eine Hauptkavität 14 ausgebildet, vgl. 9. Die Hauptkavität 14 umfasst somit die Bereiche der Formausnehmungen 11, 12 sowie den zwischen den Formausnehmungen 11, 12 liegenden Bereich zwischen den beiden Gesenkteilen 9, 10. In 9 ist dieser zwischen den Formausnehmungen 11, 12 liegende Bereich schematisch durch strichlierte Linien gegenüber seitlich den Formausnehmungen 11, 12 liegenden Bereichen, die zwischen den Gesenkteilen 9, 10 liegen, abgegrenzt. Die Abgrenzungen sind hierbei in 9 geradlinig zwischen Kanten an den Rändern der Formausnehmungen 11, 12 verlaufend eingezeichnet. Stattdessen könnten die Abgrenzungen auch den – hier kreisbogenförmigen – Verlauf der zweiten Formausnehmung 12 fortsetzen, also entsprechend der Querschnittskontur des in die zweite Formausnehmung 12 eingelegten, zylindrischen Rohlings 15 vor dessen Umformung ausgebildet sein. Als Hauptkavität 14 kann auch in im Querschnitt gesehen (entsprechend 9) der Formraum angesehen werden, der begrenzt wird durch die Formausnehmungen 11, 12 der beiden Gesenkteile 9, 10, in der Position, bei der die beiden Gesenkteile 9, 10 beim Umformprozess am dichtesten zusammengefahren sind, sowie durch die Linien, die gebildet sind durch die tangentialen Verlängerungen der Innenkonturen der Formausnehmungen 11, 12 des jeweiligen Gesenkteils 11, 12 über die zugehörige Kante 27, 28 bzw. 24, 25 hinaus bis zum Schnittpunkt dieser tangentialen Verlängerungen, ausgehend von den beiden Gesenkteilen 9, 10. Der genaue Verlauf der Abgrenzung, also ob beispielsweise die in 9 dargestellte oder die weiters beschriebene Möglichkeit gewählt wird, ist unerheblich.
Die Hauptkavität 14 ist somit auf gegenüberliegenden Seiten – bezogen auf eine parallel zur Schließrichtung 13 liegende und durch die Gesenkteile 9, 10 bzw. durch den (umgeformten) Rohling 15 verlaufende Mittelebene – offen. An die Hauptkavität 14 schließen hierbei beidseitig Nebenkavitäten 16, 17 an. Die Öffnungen zwischen den Hauptkavitäten 14 und den Nebenkavitäten 16, 17 können auch als „Gratspalte” bezeichnet werden. Die Nebenkavitäten 16, 17 liegen jeweils innerhalb eines Bereichs, der zwischen den beiden Gesenkteilen 9, 10 liegt, und zwar liegen diese Bereiche beidseitig (bezogen auf die zuvor genannte Mittelebene) neben den Formausnehmungen 11, 12.
In den zwischen den Gesenkteilen 9, 10 und beidseitig der Formausnehmungen 11, 12 liegenden Bereichen ist weiters jeweils ein separates Nebenformteil 18, 19 angeordnet. Ein jeweiliges Nebenformteil 18, 19 weist erste und zweite Seitenflächen 20, 21 und eine zur Hauptkavität 14 gerichtete, die ersten und zweiten Seitenflächen 20, 21 verbindende Stirnfläche 22 auf. Die erste Seitenfläche 20 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 liegt an der zum ersten Gesenkteil 9 gerichteten Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 an. Die gegenüberliegende zweite Seitenfläche 21 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 bildet eine die jeweilige Nebenkavität 16, 17 begrenzende Wand. Die Stirnfläche 22 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 ist gegenüber der jeweiligen Kante 24, 25 zurückgezogen, welche zwischen der zum ersten Gesenkteil 9 gerichteten Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 und der zweiten Formausnehmung 12 des zweiten Gesenkteils 10 liegt. Der Abstand a des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 von der jeweiligen Kante 24, 25 beträgt hierbei günstigerweise mindestens ein Zehntel, vorzugsweise mindestens ein Fünftel des Abstands s, den die beiden Gesenkteile 9, 10 bzw. ihre Stirnflächen 26, 23 voneinander aufweisen. Der zwischen dem jeweiligen Nebenformteil 18, 19 und der jeweiligen Kante 24, 25 des zweiten Gesenkteils 10 liegende Abschnitt der Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils bildet einen weiteren Abschnitt der die jeweilige Nebenkavität 16, 17 begrenzenden Wände.
Ein weiterer Abschnitt der die jeweilige Nebenkavität 16, 17 begrenzenden Wände wird weiters von der zum zweiten Gesenkteil weisenden Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 gebildet, wobei diese Abschnitte der Wände jeweils an die Kanten 27, 28 anschließen, welche zwischen der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 und der ersten Formausnehmung 11 des ersten Gesenkteils 9 liegen.
Ein jeweiliges Nebenformteil 18, 19 ist gegenüber dem feststehenden zweiten Gesenkteil 10 in die jeweilige Stellrichtung 29, 30 verschiebbar gelagert. Die Stellrichtungen 29, 30 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zueinander und rechtwinkelig zur Schließrichtung 13 und zur Längsachse 39. Auch winkelige Ausrichtungen der Stellrichtungen 29, 30 gegenüber der Schließrichtung 13 und/oder gegenüber der Längsachse 39 sind denkbar und möglich, wobei die Stellrichtungen 29, 30 nicht parallel zueinander liegen müssen. Abweichungen von der rechtwinkeligen Ausrichtung zur Schließrichtung 13 und/oder zur Längsachse 39 von weniger als 20° sind bevorzugt.
Die Stirnflächen 22 der Nebenformteile 18, 19 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel eben und liegen parallel zur Schließrichtung 13 und parallel zur Längsachse 39. Die Stirnflächen 22 der gegenüberliegenden Nebenformteile 18, 19 weisen in Richtung zur Hauptkavität 14 und hierbei vorzugsweise zu einem zentralen Bereich der auszubildenden Zahnstange 4.
Die Stirnflächen 22 könnten auch einen Winkel mit der Schließrichtung 13 und/oder mit der Längsachse 39 einschließen, der günstigerweise weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 20° beträgt.
Das Schmieden der Zahnstange wird im Folgenden anhand der 3 bis 6 erläutert.
In der geöffneten Stellung der beiden Gesenkteile 9, 10 wird der Rohling 15 in die zweite Formausnehmung 12 des feststehenden zweiten Gesenkteils 10 eingelegt, vgl. 3. Der Rohling 15 weist hierbei eine für das Warmschmieden geeignete Temperatur auf. Diese liegt für einen Rohling aus Stahl oberhalb der Rekristallisationstemperatur von Stahl, vorzugsweise zwischen 600° und 1250° Celsius.
Grundsätzlich ist das Werkzeug und das Verfahren jedoch auch für das Kaltschmieden anwendbar. Aufgrund der hohen Umformkräfte und der daraus resultierenden Werkzeugbelastungen, wird jedoch im Falle der Umformung von Stahl das Warmumformen bevorzugt.
In der Folge wird das bewegliche erste Gesenkteil 9 in Schließrichtung 13 verfahren, wobei der Rohling 15 nach Auftreffen des ersten Gesenkteils 9 umgeformt wird und unter dem sich ausbildenden hydrostatischen Druck im plastifizierten Zustand zu fließen beginnt. Eine Zwischenstellung während des Zusammenfahrens der beiden Gesenkteile 9, 10 ist in 4 dargestellt. Die Umformung des Rohlings 15 hat bereits eingesetzt und Material des Rohlings ist in den Bereich der Nebenkavitäten 16, 17 ausgetreten, wobei bereits Material des Rohlings an die Stirnflächen 22 der Nebenformteile 18, 19 angelaufen ist.
Beim weiteren Verfahren des ersten Gesenkteils 9 in Schließrichtung 13 wird der Rohling 15 weiter verformt und weiteres Material des Rohlings 15 gelangt in die Nebenkavitäten 16, 17. Bei fortlaufendem Zusammenfahren der Gesenkteile 9, 10 gelangt Material des Rohlings in den jeweiligen Zwischenraum 42, 43 zwischen den zweiten Seitenflächen 21 der Nebenformteile 18, 19 (diese zweiten Seitenflächen 21 liegen den ersten Seitenflächen 20, welche an einem der Gesenkteile 9, 10, hier am zweiten Gesenkteil 10 anliegen, gegenüber) und der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 (falls die Nebenformteile 18, 19 mit ihrer einen Seitenfläche am ersten Gesenkteil 9 anliegen würden, so würde der jeweilige Zwischenraum zwischen der anderen Seitenfläche des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 und der Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 liegen). Diese Zwischenräume 42, 43 verkleinern sich mit zunehmender Annäherung des ersten Gesenkteils 9 an die zusammengefahrene Endstellung der Gesenkteile 9, 10, die in 5 dargestellt ist. Es kommt dadurch im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens zu einem erhöhten hydrostatischen Druck im Material des Rohlings 15. Unter diesem hohen Druck kommt es weiters zu einem verstärkten Fluss des Materials des Rohlings 15 um die Kante 31 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19, welche zwischen der den genannten Spalt begrenzenden zweiten Seitenfläche 21 und der Stirnfläche 22 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 liegt. Diese Kanten 31 sind somit einem relativ erhöhten Verschleiß ausgesetzt.
Nachdem die Gesenkteile 9, 10 die zusammengefahrene Endstellung erreicht haben, vgl. 5, und das Schmiedeverfahren des Rohlings 15 abgeschlossen ist, wird das erste Gesenkteil 9 entgegen der Schließrichtung 13 geöffnet und die durch Umformung des Rohlings 15 ausgebildete Zahnstange 4 wird aus dem Gesenk entnommen, vgl. 6.
In 6 ist der bogenförmige Verlauf 41 im nichtverzahnten Abschnitt der Zahnstange 4 sichtbar. Die Formausnehmungen 11, 12 der Gesenkteile 9, 10 erstrecken sich bis in den nichtverzahnten Abschnitt der Zahnstange 4, was für das Gesenkteil 9 durch eine strichlierte Linie angedeutet ist.
Die Zahnstange 4 weist nach dem Schmieden noch beidseitig Grate 32, 33 auf, welche in der Folge abgetrennt werden können.
Die Nebenformteile 18, 19 stellen somit zumindest Teile der Geometrie der Grate 32, 33 dar. Somit beeinflussen sie auch den Fluss des Materials des Rohlings 15 beim Schmiedevorgang.
Beim Schmiedeverfahren des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels bleiben die Nebenformteile 18, 19 gegenüber dem zweiten Gesenkteil 10 stationär. Bei zunehmendem Verschleiß können die Nebenformteile 18, 19 durch eine Verschiebung in die jeweilige Stellrichtung 29, 30 nachgestellt werden. Hierbei kann ein Anschlagplättchen 34, 35, welches zwischen dem von der Hauptkavität 14 weggerichteten Ende eines jeweiligen Nebenformteils 18, 19 und einem jeweiligen Anschlag 36, 37 liegt, ausgetauscht werden. Die Anschläge 36, 37 sind stationär zum Gesenkteil, an welchem das jeweilige Nebenformteil 18, 19 verschiebbar geführt ist, hier also zum zweiten Gesenkteil 10.
Durch diese Nachstellung der Nebenformteile 18, 19 können die durch den Verschleiß sich ergebenden Änderungen im Materialfluss zumindest teilweise kompensiert werden. Die Standzeit des Gesenks kann dadurch erhöht werden.
Falls der Verschleiß an den Nebenformteilen 18, 19 zu groß geworden ist, können diese in einfacher Weise ausgetauscht werden, ohne das Nacharbeiten an den Gesenkteilen 9, 10 selbst erforderlich sind. Der an den Gesenkteilen 9, 10 auftretende Verschleiß ist gegenüber dem an den Nebenformteilen 18, 19 auftretenden Verschleiß wesentlich geringer. Um die Kanten 24, 25, 27, 28 der Gesenkteile 9, 10 tritt im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10, in welchem der hydrostatische Druck besonders hoch ist, ein wesentlich geringerer Fluss auf.
Denkbar und möglich wäre es auch, die Nebenformteile 18, 19 während des Prozesses (zwischen einzelnen Schmiedevorgängen) nachstellbar auszubilden. Es könnten hierzu entsprechende Aktuatoren vorgesehen sein, von denen die Nebenformteile 18, 19 in die Stellrichtungen 29, 30 verstellt werden können.
Bei der Einrichtung des Schmiedeverfahrens können in einfacher Weise Optimierungen des Flusses vorgenommen werden. Hierzu können die Stellungen der Nebenformteile 18, 19 verändert werden und/oder Nebenformteile mit unterschiedlichen Geometrien, beispielsweise hinsichtlich ihrer Dicke (= des Abstandes zwischen ihren Seitenflächen 20, 21) eingesetzt werden. Es können somit Optimierungen des Flusses durchgeführt werden, ohne dass die Gesenkteile 9, 10 selbst bearbeitet werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 10 bis 13 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, abgesehen von den im Folgenden beschriebenen Unterschieden.
Die Nebenformteile 18, 19 sind hier ebenfalls am feststehenden zweiten Gesenkteil 10 in die Stellrichtungen 29, 30 verschiebbar gelagert. In der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile 9, 10 liegen die einen Seitenflächen 20 der Nebenformteile 18, 19 aber nicht am zweiten Gesenkteil 10 sondern an der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 an, vgl. 12. Diese an einem der Gesenkteile 9, 10 anliegenden Seitenflächen werden wiederum als erste Seitenflächen 20 bezeichnet. Die gegenüberliegenden zweiten Seitenflächen 21 sind zur Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 gerichtet und von dieser beabstandet. Zwischen diesen zweiten Seitenflächen 21 und der Stirnfläche 23 liegt somit ein Zwischenraum 42, 42, der einen Teil der Nebenkavitäten 16, 17 darstellt und in welchen im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 Material des Rohlings 15 fließt, wie aus dem Vergleich von 11 und 12 ersichtlich ist.
Die Nebenkavitäten 16, 17 sind in dieser Ausführungsform in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile 9, 10 nicht zum Außenraum hin offen. Allerdings sind diese Nebenkavitäten 16, 17 in der Endstellung der Gesenkteile 9, 10 nur teilweise mit dem verdrängten Material des Rohlings 15 gefüllt. In diesem Sinn kann ebenfalls von „offenen” Nebenkavitäten gesprochen werden bzw. kann von einer „offenen Gesamtkavität”, welche die Hauptkavität 14 und die Nebenkavitäten 16, 17 umfasst, gesprochen werden.
Die Gratgeometrien 32, 33 unterscheiden sich von der Geometrie der Grate 32, 33 des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Nebenformteile 18, 19 bleiben während des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 wiederum stationär.
14 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das abgesehen von einer Modifikation im Bereich der Nebenformteile 18, 19 dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Nebenformteile 18, 19 weisen hier im Bereich ihrer zur Hauptkavität 14 gerichteten Enden Vorsprünge 38 auf, durch die der Zwischenraum 42, 43 zwischen den Nebenformteilen 18, 19 und der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 im Bereich der Vorsprünge 38 verringert wird. Es werden dadurch Einstiche in den Graten 32, 33 ausgebildet, wodurch das Abtrennen der Grate 32, 33 erleichtert wird. Um die Einstiche an den Ausgangspunkt der Grate 32, 33 vom auszubildenden Hauptkörper der Zahnstange 4 zu legen, reichen die Nebenformteile 18, 19 hier weiters bis zur Hauptkavität 14, d. h. die Stirnflächen 22 der Nebenformteile 18, 19 begrenzen die Hauptkavität. Das in die Nebenkavitäten austretende Material gelangt hier unmittelbar in die zwischen den Nebenformteilen 18, 19 und der (neben der Formausnehmung 11 liegenden) Stirnfläche 26 des zweiten Gesenkteils 9 liegenden Zwischenräume 42, 43. Die Nebenformteile 18, 19 bleiben beim Zusammenfahren der Gesenkteile 9, 10 wiederum stationär.
Auch eine Lagerung der Nebenformteile 18, 19 analog zum zweiten Ausführungsbeispiel wäre möglich, um solche Einstiche zu bilden. Die Vorsprünge 38 waren dann zur Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 ausgerichtet.
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird anhand der 15 bis 17 erläutert. Die Lagerung der Nebenformteile 18, 19 entspricht dem in den 3 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, könnte aber beispielsweise auch dem in den 10 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Nebenformteile 18, 19 in diesem Ausführungsbeispiel während des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 in die jeweilige Stellrichtung 29, 30 verfahren, und zwar jedenfalls auch ab dem Zeitpunkt, ab welchem verdrängtes Material des Rohlings 15 an sie anläuft (zuvor können sie stationär sein oder ebenfalls schon verfahren werden). Dies wird auch aus dem Vergleich der 16 und 17 deutlich. Es kann dadurch das Fließen des Materials des Rohlings 15 weiter beeinflusst werden. Durch eine solche Beeinflussung des Materials des Rohlings kann eine Optimierung der Fließvorgänge und somit des gesamten Schmiedeverfahrens erreicht werden, beispielsweise um den hydrostatischen Druck in einem letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 nochmals zu erhöhen. Hierbei kann aber weiter Material in die Nebenkavitäten 16, 17 fließen, da diese jedenfalls nicht vollständig gefüllt werden. Zumindest im letzten Abschnitt des Zusammenführens der Gesenkteile 9, 10 vor Erreichen der zusammengefahrenen Endstellung gelangt Material des Rohlings 15 in die Zwischenräume 42, 43, die zwischen den Nebenformteilen 18, 19 und der Stirnfläche 26 des Gesenkteils 9 liegen.
Zusätzlich zu den Optimierungsmöglichkeiten des Flusses bei der Einrichtung des Schmiedeverfahrens durch unterschiedliche Geometrien der Nebenformteile 18, 19 können hier Optimierungen durch die Stellungen und Bewegungen der Nebenformteile 18, 19 (die zumindest in diesem Ausführungsbeispiel auch als Stempel bezeichnet werden können) während des Schmiedens durchgeführt werden.
Die Verstellung der Nebenformteile 18, 19 kann durch in den Figuren nicht dargestellte Aktuatoren erfolgen. Weiters kann eine Kopplung mit der Bewegung des verstellbaren Gesenkteils 9 erfolgen, beispielsweise indem bei der Bewegung des Gesenkteils 9 Schrägflächen mitverstellt werden, an welchen die von der Hauptkavität abgewandten Enden der Nebenformteile 18, 19 anliegen.
18 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, welches abgesehen von der Form der Formausnehmung 12 des zweiten Gesenkteils 10 dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Formausnehmung 12 weist hier keilförmig zueinander verlaufende Seitenflächen auf, wodurch der der Verzahnung 5 gegenüberliegende Rückenbereich der Zahnstange 4 über den verzahnten Abschnitt mit einer entsprechenden Form ausgebildet wird. Die ausgebildete Zahnstangenform könnte auch als Zahnstange mit Dreiecksquerschnitt bezeichnet werden.
19 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel, welches abgesehen von den im Folgenden genannten Unterschieden dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Es sind hier sowohl am ersten Gesenkteil 9 als auch am zweiten Gesenkteil 10 Nebenformteile 18, 18', 19, 19' in die Stellrichtungen 29, 30 verschieblich gelagert. Jeweils eine der Seitenflächen 20, 20' der Nebenformteile 18, 18', 19, 19' liegt am jeweiligen Gesenkteil 9, 10 an. Die jeweils zueinander gerichteten Seitenflächen 21, 21' der auf der gleichen Seite der Hauptkavität liegenden Nebenformteile 18, 18' bzw. 19, 19' weisen zwischen sich einen Spalt auf, dessen Dicke sich beim Zusammenfahren der Gesenkteile 9, 10 verringert, der in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile 9, 10 aber nicht vollständig geschlossen ist. Zumindest im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 fließt Material des Rohlings 4 in diese Zwischenräume 42, 43.
Die Nebenformteile 18, 19 sind gegenüber der Hauptkavität zurückgezogen, während die Nebenformteile 18', 19' bündig an die Hauptkavität anschließen und deren, hier schräg gestellte Stirnflächen stellen Abschnitte der die Hauptkavitäten begrenzenden Wände dar. Unterschiedliche Modifikationen hierzu sind möglich, beispielsweise könnten alle Nebenformteile gegenüber der Hauptkavität 14 zurückgezogen sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind zumindest zwei der Nebenformteile 18, 18'; 19, 19' gegenüber der Hauptkavität zurückgezogen.
Die verschieblichen Lagerungen der Nebenformteile 18, 18', 19, 19' an den Gesenkteilen 9, 10 sind in 19 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Zur Nachstellung bei einsetzendem Verschleiß könnten beispielsweise wiederum Anschlagplättchen 34, 34', 35, 35' vorgesehen sein.
In weiteren Ausführungsbeispielen könnten nur am beweglichen Gesenkteil 9 verschiebbar gelagerte Nebenformteile vorgesehen sein.
Wenn sowohl am feststehenden Gesenkteil 10 als auch am beweglichen Gesenkteil 9 von den Gesenkteilen 9, 10 separate Nebenformteile vorgesehen sind, so werden zumindest die an einem der Gesenkteile 9, 10 angeordneten Nebenformteile gegenüber dem Gesenkteil 9, 10 wie beschrieben in Stellrichtungen 29, 30 verschiebbar gelagert, vorzugsweise ist dann eine solche verschiebbare Lagerung für alle Nebenformteile 18, 19 vorgesehen.
In den Figuren ist das feststehende Gesenkteil 10 unten dargestellt und der Rohling 15 wird in dieses feststehende Gesenkteil eingelegt. Eine umgekehrte Anordnung, wobei der Rohling 15 in das bewegliche Gesenkteil 9 eingelegt wird, ist ebenfalls möglich.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die die Verzahnungen ausbildende Formausnehmung im beweglichen Gesenkteil 9 angeordnet. Auch eine Anordnung im feststehenden Gesenkteil 10 ist möglich.
Soweit anwendbar bzw. ausführbar können alle unterschiedlichen einzelnen Merkmale der verschiedenen Beispiele untereinander ausgetauscht und/oder kombiniert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkrad
2: Lenkwelle
3: Lenkritzel
4: Zahnstange
5: Verzahnung
6: Lenkungsgehäuse
7: Spurstange
8: Zahn
9: erstes Gesenkteil
10: zweites Gesenkteil
11: erste Formausnehmung
12: zweite Formausnehmung
13: Schließrichtung
14: Hauptkavität
15: Rohling
16: Nebenkavität
17: Nebenkavität
18, 18': Nebenformteil
19, 19': Nebenformteil
20, 20': erste Seitenfläche
21, 21': zweite Seitenfläche
22: Stirnfläche
23: Stirnfläche
24: Kante
25: Kante
26: Stirnfläche
27: Kante
28: Kante
29: Stellrichtung
30: Stellrichtung
31: Kante
32: Grat
33: Grat
34: Anschlagplättchen
35: Anschlagplättchen
36: Anschlag
37: Anschlag
38: Vorsprung
39: Längsachse
40: Verschieberichtung
41: Verlauf
42: Zwischenraum
43: Zwischenraum

Claims

Gesenk zum Schmieden eines eine Verzahnung (5) aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange (4) einer Lenkvorrichtung mit ersten und zweiten Gesenkteilen (9, 10), von welchen das erste Gesenkteil (9) eine erste Formausnehmung (11) zum Formen der Verzahnung (5) der Zahnstange (4) und das zweite Gesenkteil (10) eine zweite Formausnehmung (12) aufweist, die die Form des der Verzahnung (5) gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange (4) aufweist, und welche unter Umformung eines in das Gesenk eingelegten Rohlings (15) ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung (13) bis in eine Endstellung zusammenfahrbar sind, in der sie einen Abstand (s) voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen (11, 12) der Gesenkteile (9, 10) zwischen den Gesenkteilen (9, 10) eine Hauptkavität (14) ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) auf gegenüber liegenden Seiten zu Nebenkavitäten (16, 17) hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenk weiters mindestens zwei Nebenformteile (18, 19) aufweist, welche jeweils im zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen und von denen die die Nebenkavitäten begrenzenden Wände zumindest teilweise gebildet werden und die jeweils gegenüber den Gesenkteilen (9, 10) in eine winkelig zur Schließrichtung (13) stehende Stellrichtung (29, 30) verschiebbar sind.
Gesenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellrichtung (29, 30) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) mit der Schließrichtung (13) einen Winkel von zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 70° einschließt.
Gesenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) Nebenkavitäten (16, 17) zum Außenraum hin offen sind und/oder nur teilweise mit verdrängtem Material des Rohlings (15) gefüllt sind.
Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Nebenformteil (18, 19) erste und zweite Seitenflächen (20, 21) aufweist, von denen die erste Seitenfläche an einer Stirnfläche (23, 26) eines der beiden Gesenkteile (9, 10) anliegt und von denen die zweite Seitenfläche (21) zumindest einen Abschnitt der die jeweilige Nebenkavität (16, 17) begrenzenden Wand bildet.
Gesenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Seitenfläche (20, 21) eines jeweiligen Nebenformteils (18, 19) über eine Stirnfläche (22) miteinander verbunden sind, welche gegenüber der Hauptkavität (14) zurückgezogen ist und eine die jeweilige Nebenkavität (16, 17) begrenzende Wand bildet.
Gesenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (22) eines jeweiligen Nebenformteils (18, 19) mit der Stellrichtung (29, 30) eines jeweiligen Nebenformteils einen Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise von weniger als 20° einschließt.
Gesenk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (23, 26) des Gesenkteils (9, 10), an der die erste Seitenfläche (20) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) anliegt, einen Abschnitt aufweist, der zwischen dem Anlagebereich der ersten Seitenfläche (20) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) und der Formausnehmung (11, 12) des betreffenden Gesenkteils (9, 10) liegt und der eine die jeweilige Nebenkavität (16, 17) begrenzende Wand bildet.
Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Nebenformteil (18, 19) vorhanden sind, die an einem der Gesenkteile (10) beidseitig der Formausnehmung (12) dieses Gesenkteils (10) verschiebbar gelagert sind.
Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Formausnehmung (12) des zweiten Gesenkteils (10) im Querschnitt durch das Gesenk gesehen eine Kreisbogenform aufweist.
Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem jeweiligen Nebenformteil (18, 19) und einer Stirnfläche (26) eines der Gesenkteile (9), welche zum anderen der Gesenkteile (10) weist, oder zwischen zwei Nebenformteilen (18, 18'; 19, 19'), die die gleiche Nebenkavität (16, 17) begrenzen, ein Spalt vorliegt, dessen Breite sich beim Zusammenfahren der Gesenkteile (9, 10) verringert.
Schmiedeverfahren zum Schmieden eines eine Verzahnung (5) aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange (4) für eine Lenkvorrichtung, wobei ein Rohling (15) zwischen zwei Gesenkteilen (9, 10) umgeformt wird, von welchen das erste Gesenkteil (9) eine erste Formausnehmung (11) zum Formen der Verzahnung (5) der Zahnstange (4) und das zweite Gesenkteil (10) eine zweite Formausnehmung (12) aufweist, die die Form des der Verzahnung (5) gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange (4) aufweist, und welche unter Umformung des in das Gesenk eingelegten Rohlings (15) ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung (13) bis in eine Endstellung zusammengefahren werden, in der sie einen Abstand (s) voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen (11, 12) der Gesenkteile (9, 10) zwischen den Gesenkteilen (9, 10) eine Hauptkavität (14) ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) auf gegenüberliegenden Seiten zu Nebenkavitäten (16, 17) hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen, und wobei beim Zusammenfahren der Gesenkteile (9, 10) Material des Rohlings (15) in die Nebenkavitäten (16, 17) verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Nebenkavitäten (16, 17) verdrängte Material an Nebenformteile (18, 19) anläuft, welche jeweils den Fluss des verdrängten Materials in der jeweiligen Nebenkavität (16, 17) teilweise begrenzen, und dass das in die Nebenkavitäten (16, 17) verdrängte Material in einen Zwischenraum (42, 43) hineinverdrängt wird, der innerhalb der jeweiligen Nebenkavität (16, 17) angeordnet ist und begrenzt wird durch eine in Richtung eines der Gesenkteile (10, 11) gerichtete Fläche (21) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) und die Stirnfläche (26, 23) des Gesenkteils oder durch eine in Richtung eines der Gesenkteile (10, 11) gerichtete Fläche (21) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) und eine Oberfläche eines weiteren Nebenformteils (18', 19') das in der selben Nebenkavität (16, 17) angeordnet ist.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkavitäten in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) nur teilweise mit dem verdrängten Material des Rohlings (15) gefüllt werden.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenformteile (18, 19) während des Schmiedens des verzahnten Abschnitts der Zahnstange (4) bezogen auf ihre Stellrichtungen (29, 30) stationär gehalten werden.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmiedens des verzahnten Abschnitts der Zahnstange (4) zumindest eines der Nebenformteile (18, 19) in eine Stellrichtung (29, 30) verstellt wird.
Zahnstange für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, welche mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 hergestellt ist.