DE102011002003A1 - Gear rack, useful for a steering gear of a motor vehicle e.g. a car, comprises a gearing, and a near-surface hardened zone formed in the gearing, where the gearing comprises a gearing head and gearing flanks - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Zahnstange, insbesondere eine Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs. Darüberhinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Härtung einer Zahnstange.The invention relates to a rack, in particular a rack for a steering gear of a motor vehicle. Moreover, the invention relates to a method for hardening a rack.
Vorrichtungen bzw. Verfahren der genannten Art sind in vielfältiger Weise im Stand der Technik bekannt. Verzahnungen müssen zur Kraftübertragung hohen Belastungen standhalten. Eine Randschichthärtung an Verzahnungen ist aus Festigkeits- und Verschleißgründen erforderlich.Devices or methods of the type mentioned are known in many ways in the prior art. Gears must withstand high loads for power transmission. A surface hardening of gears is required for reasons of strength and wear.
Verzahnungen an unsymmetrischen Bauteilen wie z. B. Zahnstangen werden üblicherweise vor einem Härteprozess hergestellt. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass die Verzahnungen anschließend durch ein induktives Vorschubverfahren in einem separaten Prozessschritt gehärtet werden. Das Resultat des induktiven Vorschubhärtens ist ein Härtebild, in dem die Zähne in der Verzahnung bis in den Zahnfußbereich vollständig durchgehärtet sind. Durch dieses Vorschubverfahren ergibt sich somit eine Durchhärtung der einzelnen Zähne der Verzahnung bis zu dem jeweiligen Zahngrund.Gears on asymmetrical components such. B. racks are usually made before a hardening process. From the general state of the art, it is known that the toothings are subsequently hardened by an inductive feed method in a separate process step. The result of inductive feed hardening is a hardness image in which the teeth in the toothing are completely through-hardened to the tooth root area. By this feed process thus results in a hardening of the individual teeth of the toothing up to the respective tooth base.
Ein Nachteil von derartigen gehärteten Verzahnungen besteht darin, dass die Belastbarkeit von Verzahnungen mit durchgehärteten Zähnen begrenzt ist. So ist das spröde Härtegefüge im Kernbereich der Zähne empfindlich gegenüber Rissbildung. Des Weiteren wird der Eigenspannungszustand durch das Durchhärten der Zähne ungünstig beeinflusst.A disadvantage of such hardened gears is that the load capacity of gears with through hardened teeth is limited. Thus, the brittle hardness structure in the core area of the teeth is sensitive to cracking. Furthermore, the residual stress state is adversely affected by the hardening of the teeth.
Zwar lassen sich durch ein sogenanntes Einsatzhärten andere Härtezonen als durch Induktionshärten erreichen, aufgrund des bei diesem Verfahren entstehenden starken Verzugs der Bauteile sowie der erforderlichen Aufkohlung des Werkstoffs und der damit sehr geringen Wirtschaftlichkeit ist das Einsatzhärten jedoch nicht für eine Serienfertigung geeignet.Although hardening zones other than induction hardening can be achieved by so-called case-hardening, case-hardening is not suitable for mass production because of the high distortion of the components and the required carburization of the material and thus very low efficiency.
Eine Möglichkeit zur Lösung der oben genannten Nachteile ist in der Patentanmeldung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Vergleich zu oben genannter Möglichkeit alternative Lösung für eine Zahnstange bzw. für ein Verfahren zur Härtung einer Zahnstange aufzufinden, bei der die Zahnstange ebenso einen hinsichtlich der auftretenden Belastungen günstigeren Härteverlauf als die im allgemeinen Stand der Technik beschriebenen Zahnstangen aufweist.The present invention has for its object to provide an alternative to the above-mentioned possibility alternative solution for a rack or for a method for curing a rack, wherein the rack also a favorable in terms of loads occurring hardness profile than that in the general prior art having described racks.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einem ersten Aspekt durch eine Zahnstange, insbesondere für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer sich zumindest über einen Teil ihrer Länge erstreckenden Verzahnung gelöst, die zumindest teilweise derart schleifgehärtet ist, dass eine oberflächennahe Härtezone in der Verzahnung entsteht, die einen im Vergleich zu ungehärteten Bereichen weniger duktilen Gefügezustand aufweist.According to the invention, this object is achieved in a first aspect by a toothed rack, in particular for a steering gear of a motor vehicle, with at least one toothing extending over at least part of its length, which is at least partially ground in such a way that a near-surface hardening zone is formed in the toothing, which has a less ductile microstructure compared to uncured areas.
Durch eine Schleifhärtung von unsymmetrischen Bauteilen, wie z. B. Zahnstangen, kann erfindungsgemäß eine oberflächennahe Härtezone entlang der beanspruchten Bereiche der Verzahnungen erzeugt werden.By grinding hardening of asymmetrical components, such. As racks, according to the invention a near-surface hardness zone along the claimed areas of the teeth can be generated.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann lediglich der Verzahnungsbereich gehärtet sein, so dass beispielsweise die Zähne in einem Kernbereich nicht gehärtet sein können.In one embodiment of the invention, only the toothed area can be hardened, so that, for example, the teeth in a core area can not be hardened.
Die Härtung zur Steigerung der Festigkeit und des Verschleißwiderstandes kann auch lediglich oberflächennah entlang der Außenkontur des Bauteils/Verzahnung erfolgen. Das Ergebnis der Schleifhärtung ist ein entsprechend der Zahnform nachempfundenes Härtebild in der Verzahnung.The hardening to increase the strength and the wear resistance can also be done only near the surface along the outer contour of the component / toothing. The result of grinding hardening is a hardness pattern in the toothing modeled on the shape of the tooth.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Härtung auch nur partiell an den beanspruchten Bereichen wie z. B. Zahnkopf, Zahngrund, oder auch Zahnflanke stattfinden. Diese Bereiche können in allen Kombinationen schleifgehärtet sein.In one embodiment of the invention, the curing can only partially on the claimed areas such. As tooth tip, tooth base, or tooth flank take place. These areas can be grinding-hardened in all combinations.
Die schleifgehärteten Bereiche lassen sich in alle Arten von Vergütungsstählen, beispielsweise legierte oder unlegierte Vergütungsstähle, bilden.The sharpened areas can be formed into all types of tempered steels, for example alloyed or unalloyed tempered steels.
In einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Härten einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges gelöst, bei dem die Verzahnung zumindest teilweise derart schleifgehärtet wird, dass eine oberflächennahe Härtezone in der Verzahnung gebildet wird, die einen im Vergleich zu ungehärteten Bereichen weniger duktilen Gefügezustand aufweist.In a further aspect, this object is achieved by a method for hardening a toothing of an elongate, non-rotationally symmetrical component, in particular a rack for a steering gear of a motor vehicle, in which the toothing is at least partially sanded so that a near-surface hardness zone is formed in the toothing , which has a less ductile microstructure compared to uncured areas.
Die Härtung erfolgt erfindungsgemäß durch das Einbringen von Energie in die Bauteiloberfläche durch Schleifen.Curing takes place according to the invention by introducing energy into the component surface by grinding.
Das Ergebnis der Schleifhärtung ist ein entsprechend der Zahnform nachempfundenes Härtebild in der Verzahnung. The result of grinding hardening is a hardness pattern in the toothing modeled on the shape of the tooth.
Die Härtung kann auch nur partiell an den beanspruchten Bereichen wie z. B. Zahnkopf, Zahngrund, aber auch Zahnflanke stattfinden. Diese Bereiche können in allen Kombinationen schleifgehärtet werden.The curing can only partially on the claimed areas such. B. tooth tip, tooth base, but also tooth flank take place. These areas can be sanded in all combinations.
Das Schleifhärten ist hinsichtlich der verwendeten Werkzeuge und Verfahrensparameter zum Erreichen der Schleifhärtung nicht eingeschränkt. Insbesondere können die Parameter und Werkzeuge auf die jeweilige Geometrie und Anforderungen des Bauteils angepasst und angewendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung kann bei der Zahnstange ausschließlich die Verzahnung im Verzahnungsbereich gehärtet sein.The grinding hardness is not limited in terms of the tools used and process parameters to achieve the grinding hardening. In particular, the parameters and tools can be adapted and applied to the respective geometry and requirements of the component. In one embodiment of the invention, only the toothing in the toothed area can be hardened in the toothed rack.
Die Herstellung einer schleifgehärteten Verzahnung kann durch die Kombination von zwei oder mehreren Prozessschritten stattfinden. Außerdem besteht die Möglichkeit die schleifgehärtete Verzahnung über einen separaten vorgelagerten Prozessschritt so zu erzeugen, dass sie in einem weiteren Prozessschritt mittels Schleifhärten gehärtet werden kann.The production of a grinding-hardened toothing can take place by the combination of two or more process steps. In addition, it is possible to produce the grinding-hardened toothing via a separate upstream process step in such a way that it can be hardened by grinding hardening in a further process step.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Kombination des Schleifhärtens mit einem weiteren Verfahren zur Oberflächenhärtung in einem separaten oder gleichen Prozessschritt möglich.In one embodiment of the invention, a combination of the grinding-hardening with a further method for surface hardening in a separate or the same process step is possible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Die Zahnstange
In der vergrößerten Darstellung gemäß
Um eine ausreichende Randschichthärte der Verzahnung
Durch die Schleifhärtung kann die Entstehung eines spröden Gefüges in dem Kernbereich
Die Härtung erfolgt erfindungsgemäß durch das Einbringen von Energie in die Bauteiloberfläche durch Schleifen. Dabei wird die beim Schleifen in das Werkstück eingebrachte Prozesswärme genutzt, um eine definierte Randschichthärtung zu realisieren. Das Ergebnis der Schleifhärtung ist ein entsprechend der Zahnform nachempfundenes Härtebild in der Verzahnung
Ein weiteres Ziel ist es, durch die Ausbildung der oberflächennahen Härtezone
Durch die Schleifhärtung von unsymmetrischen Bauteilen wie z. B. Zahnstangen kann ein Härtebild entlang der beanspruchten Bereiche der Verzahnungen erzeugt werden. Die oberflächennahe Härtezone
In
In
In
Die Härtung kann folglich nur partiell an den beanspruchten Bereichen wie z. B. Zahnkopf
Angewendet wird das Schleifhärten auf alle Arten von Vergütungsstähle (legiert, unlegiert, etc.), Einsatzstähle finden hierbei jedoch keine Verwendung.Grinding is used on all types of tempered steels (alloyed, unalloyed, etc.), but there is no use of steels.
Das Schleifhärten ist hinsichtlich der dabei verwendeten Werkzeuge und Verfahrensparameter zum Erreichen der Schleifhärtung nicht eingeschränkt. Insbesondere können die Parameter und Werkzeuge auf die jeweilige Geometrie und Anforderungen des Bauteils angepasst und angewendet werden.The grinding hardness is not limited in terms of the tools and process parameters used to achieve the grinding hardening. In particular, the parameters and tools can be adapted and applied to the respective geometry and requirements of the component.
Die Herstellung der gehärteten Verzahnung
Durch die Schleifhärtung im Bereich der Verzahnung findet ausschließlich eine Härtung der beanspruchten Bereiche statt. Des Weiteren kann das Verfahren in Fertigungslinien und in den Fertigungsfluss integriert werden. Dabei erfolgt Herstellung der Verzahnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zahnstangerack
- 22
- zylindrische Abschnittecylindrical sections
- 33
- Verzahnunggearing
- 55
- Zahntooth
- 66
- Zahnkopfaddendum
- 77
- Zahnflanketooth flank
- 88th
- Härtezonehardening zone
- 99
- Zahngrundtooth root
- 1010
- Außenkonturouter contour
- 1212
- Kernbereichcore area
- 1414
- BereichArea
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008041952 A1 [0006] DE 102008041952 A1 [0006]
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-
2011
- 2011-04-13 DE DE102011002003A patent/DE102011002003A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ROBERT BOSCH AUTOMOTIVE STEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ZF LENKSYSTEME GMBH, 73527 SCHWAEBISCH GMUEND, DE Effective date: 20150423 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |