DE102012008628A1

DE102012008628A1 - Threaded drive rod for use in ball screw thread shoot of electromechanical steering system for e.g. passenger car, has spindle formed by hard processing, where crystallization of thread is formed by non-cutting forming on cut dimension

Info

Publication number: DE102012008628A1
Application number: DE201210008628
Authority: DE
Inventors: André Huk; Torsten Böhm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31

Abstract

The rod (15) has a threaded spindle (17) in sections (12) formed by machine cutting hard processing, where crystallization of a screw thread of the threaded spindle is formed by non-cutting forming on a lathe roughing cut dimension, following curing and subsequent loops on actual dimension. The crystallization of the screw thread of the threaded spindle is carried out by rolling or burnishing. The threaded spindle is subjected for heat treatment according to non-cutting forming on the lath roughing cut dimension before grinding on the actual dimension. Independent claims are also included for the following: (1) a ball screw thread shoot (2) an electromechanical steering system (3) a method for manufacturing a threaded drive rod.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gewindetriebstange für einen Kugelgewindetrieb, eine elektromechanische Lenkung mit einem solchen Kugelgewindetrieb sowie ein Verfahren zur Herstellung der Gewindetriebstange.The invention relates to a threaded rod for a ball screw, an electromechanical steering system with such a ball screw and a method for producing the threaded rod.

Gewindetriebe sind allgemeiner Stand der Technik und weitläufig im Einsatz. Mit zunehmender Benutzungshäufigkeit und Belastung eines solchen Getriebes steigen die Anforderungen an die Toleranzen und Oberflächenhärte des Gewindes. Eine Weiterentwicklung der Gewindetriebe sind die Kugelgewindetriebe, wie sie allgemein in KGT 2011 D, S.1-1 (© 2011 Nadella GmbH, D-71154 Nufringen) bei den technischen Grundlagen beschrieben sind. Hiernach werden die Kugelgewindetriebspindeln durch Rollen, Wirbeln oder Schleifen der Kugellaufbahn in ein- oder mehrgängiger Ausführung hergestellt.Screw drives are generally state of the art and widely used. With increasing frequency of use and load of such a transmission, the demands on the tolerances and surface hardness of the thread increase. A further development of the screw drives are the ball screws, as they are generally described in KGT 2011 D, p.1-1 (© 2011 Nadella GmbH, D-71154 Nufringen) in the technical basics. After that, the ball screw spindles are produced by rolling, whirling or grinding the ball raceway in single or multi-speed design.

Bei den für Kugelgewindetriebspindeln bekannten Formgebungen durch Rollen, Wirbeln oder Schleifen der Kugellaufbahn führt das Rollen, das an sich die preiswerteste Bearbeitung darstellt, zu Ergebnissen mit größeren Toleranzen. Hinzu kommt, dass das Rollen (oder Walzen) nur am ungehärteten Material durchführbar ist. Deshalb wird bei den bekannten Verfahren nach dem Einbringen der Spindellaufbahn durch spanloses Umformen der Gewindebereich nachfolgend gehärtet und zur Restzunderentfernung poliert. Ein solches Verfahren ist günstig und schnell und mit hoher Präzision in der Weichumformung durch Rollieren. Durch die anschließende Wärmebehandlung, müssen jedoch geringe Verzüge hingenommen werden.Rolling, whirling or grinding the ball raceway in the known ball screw spindle shapes results in rolling, which in itself is the cheapest machining, leads to results with greater tolerances. In addition, rolling (or rolling) is only feasible on uncured material. Therefore, in the known method after inserting the spindle track by cutting forming the threaded portion is subsequently hardened and polished to the Restzunderentfernung. Such a method is cheap and fast and with high precision in the soft forming by rolling. By the subsequent heat treatment, however, small delays must be accepted.

Zur Verbesserung der Toleranzen wird in der DE 10 2004 049 365 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit Kugelgewinde beschrieben, bei dem sowohl das Kugelgewinde als auch das Zahnsegment in einer einzigen Aufspannung des Werkstücks in einer Werkzeugmaschine gefertigt werden. Hierdurch wird eine Genauigkeit für eine spannungsarme Mehrpunktlagerung der Zahnstange und Kugelspindel erreicht. Die Bearbeitung erfolgt hierbei durch Wirbeln (außermittiges Drehen). Eine solche Bearbeitung erfordert einen hohen Maschineninvest, da die spanende Bearbeitung eine lange Taktzeit hat.To improve the tolerances is in the DE 10 2004 049 365 A1 a method for producing a rack with ball screw described in which both the ball screw and the toothed segment are manufactured in a single clamping of the workpiece in a machine tool. As a result, an accuracy for a low-tension multipoint bearing of the rack and ball screw is achieved. The processing is done by whirling (off-center turning). Such machining requires a high machine investment because the machining has a long cycle time.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gewindetriebstange mit hoher Verschleißfestigkeit kostengünstig zur Verfügung zu stellen, insbesondere für den Einsatz in einer Lenkung.The object of the invention is to provide a threaded rod with high wear resistance cost-effective, especially for use in a steering.

Diese Aufgabe wird durch eine Gewindetriebstange gemäß Patentanspruch 1, einen Kugelgewindetrieb gemäß Patentanspruch 6, eine elektromechanische Lenkung gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a threaded rod according to claim 1, a ball screw according to claim 6, an electromechanical steering system according to claim 7 and a method according to claim 8.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gewindetriebstange, deren Einsatz bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zu deren Herstellung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Advantageous developments of the threaded rod according to the invention, their use or the method according to the invention for their preparation are given in the dependent claims.

Das Verfahren zur Herstellung einer Gewindetriebstange umfasst die Schritte

– spanloses Formen eines Gewindes,
– Härten zumindest der Oberfläche des Gewindes, und
– Schleifen der gehärteten Oberfläche auf ein Istmaß.

The method of manufacturing a threaded rod comprises the steps

- non-cutting shaping of a thread,
- harden at least the surface of the thread, and
- Grinding the hardened surface to an actual size.

Die erfindungsgemäße Gewindespindel weist also mindestens drei Fertigungsschritte auf, nämlich ein spanloses Formen, dem ein Härten und danach ein Schleifen folgt. Weitere Fertigungsschritte sind vorangehend (z. B. Richten) zwischendrin (z. B. Vergüten) wie auch anschließend (z. B. Polieren) möglich.The threaded spindle according to the invention thus has at least three production steps, namely a non-cutting shaping, followed by hardening and then grinding. Further manufacturing steps are possible in advance (eg straightening) in between (eg quenching) as well as subsequently (eg polishing).

Das Rohteil für das spanlose Formen des Gewindes ist vorteilhaft eine Stange, wobei üblicherweise nur ein Abschnitt der Stange zu einer Gewindespindel ausgebildet wird. Auch ein Rohr ist als Rohteil einsetzbar.The blank for chipless forming the thread is advantageously a rod, wherein usually only a portion of the rod is formed into a threaded spindle. Even a pipe can be used as a blank.

Durch das Aufteilen der gesamten Formwerdung in einen spanlosen und einen spanabhebenden Bearbeitungsschritt mit dazwischenliegender Härtung wird insgesamt eine kurze Bearbeitungszeit, das heißt niedriger Maschineninvest, bei gleichzeitig hoher Präzision des Endprodukts erreicht.By dividing the entire shaping into a non-cutting and a machining step with intermediate curing, overall a short processing time, ie lower machine investment, is achieved while at the same time high precision of the final product.

Durch die erfindungsgemäß aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte lässt sich die Gewindetriebstange besonders einfach, schnell und kostengünstig herstellen. Die Hauptausprägung der Gewindespindel wird dabei durch Umformung des weichen, d. h. ungehärteten Grundkörpers erzeugt. Diese Fertigung der Hauptausprägung ermöglicht eine kurze Prozesszeit. Die spanlose Formgebung formt das Gewinde dabei auf ein Vormaß, d. h. mit einem Aufmaß oder einer Bearbeitungszugabe zu dem späteren Istmaß, das das an einem fertigen Werkstück tatsächlich vorhandene Maß ist. Diese Bearbeitungszugabe wird dabei vorteilhaft so klein wie möglich gehalten, d. h. die spanlose Vorformung wird so durchgeführt, dass nach dem Härten noch ein spanender Abtrag möglich ist, der jedoch vorteilhaft gering sein sollte.By means of the method steps following one another according to the invention, the threaded operating rod can be produced particularly simply, quickly and inexpensively. The main characteristic of the threaded spindle is thereby by forming the soft, d. H. produced uncured body. This production of the main characteristic allows a short process time. The non-cutting shaping forms the thread on a pre-pass, d. H. with an allowance or a machining allowance for the later actual dimension, which is the measure actually present on a finished workpiece. This machining allowance is advantageously kept as small as possible, d. H. The non-cutting preforming is carried out so that after hardening still a cutting removal is possible, but which should be advantageous low.

Das Schleifen auf das Istmaß erfolgt vorzugsweise durch Einstechschleifen über den Funktionsbereich der Gewindespindel. Hierbei kommt eine Mehrprofilscheibe zum Einsatz, wodurch nur wenig mehr als eine Umdrehung der vorgeformten Gewindespindel zu bearbeiten ist. Hierdurch werden sehr kurze Prozesszeiten erreicht. Insbesondere wenn die spanlose Vorformung und das Härten bereits zu einem Istmaß-nahen Produkt führen, kann auch statt mit einer Mehrprofilscheibe ein Durchlaufschleifen mit einer Scheibe erfolgen.The grinding on the actual size is preferably carried out by plunge grinding on the functional range of the threaded spindle. In this case, a multi-profile disc is used, whereby only a little more than one revolution of the preformed threaded spindle is to be processed. This achieves very short process times. Especially if the non-cutting preforming and hardening already lead to a close-to-actual product, it can also be done with a disc instead of a multi-profile disc a continuous grinding.

Vorteilhaft wird die Härtung der auf das Vormaß gefertigten Gewindespindel als Oberflächenhärtung ausgeführt. Hierbei werden nur die äußeren Schichten der Spindel gehärtet. Übliche Härteverfahren hierfür sind Flammhärten, Induktionshärten, Laserstrahlhärten und Elektronenstrahlhärten. Auch Einsatzhärten (z. B. Nitrieren) ist möglich. Bei den Härtungsverfahren durch bloße Erwärmung (z. B. das Flammhärten) erfolgt anschließend ein Abschrecken in Wasser oder Öl, wobei eine Randschichtaustenitisierung stattfindet. Der Vorteil der Oberflächenhärtung besteht nicht nur in der einfachen Prozesstechnik, sondern auch in der Kombination einer hohen Zähigkeit und Elastizität im Innern des Werkstücks mit der harten und dadurch verschleißarmen Oberfläche.The hardening of the threaded spindle manufactured on the pre-pass is advantageously carried out as surface hardening. In this case, only the outer layers of the spindle are hardened. Typical hardening methods for this are flame hardening, induction hardening, laser beam hardening and electron beam hardening. Case hardening (eg nitriding) is also possible. In the case of the hardening processes by mere heating (eg flame hardening), quenching is then carried out in water or oil, with surface-layer austenitisation taking place. The advantage of surface hardening is not only the simple process technology, but also the combination of high toughness and elasticity inside the workpiece with the hard and therefore wear-resistant surface.

Besonders vorteilhaft erfolgt die Oberflächenhärtung der Gewindespindel, gewünschten Falls auch des Zahnstangenbereichs einer eventuell angrenzenden Zahnstange induktiv. Mittels des Induktionshärtens wird eine partielle Härtung der Oberfläche erreicht, wodurch sich eine sehr harte Randschicht ausbildet, der Kern jedoch zäh bleibt.Particularly advantageously, the surface hardening of the threaded spindle, if desired also the rack portion of a possibly adjacent rack is inductive. By means of induction hardening a partial hardening of the surface is achieved, whereby a very hard surface layer is formed, but the core remains tough.

Mit einer Wärmebehandlung der Gewindespindel kann – neber der Oberflächenhärtung oder Gesamthärtung – eine Rekristallisation, ein Spannungsarmglühen, ein Vergüten und/oder eine thermochemische Behandlung erfolgen.With a heat treatment of the threaded spindle can - except the surface hardening or total hardening - a recrystallization, stress relief, annealing and / or a thermochemical treatment.

Die erfindungsgemäße Gewindetriebstange ist besonders geeignet für Kugelgewindetriebe, bei denen die Gewindespindel über eine Vielzahl von Kugeln mit einer Kugelumlaufmutter in Wirkverbindung steht. Der Vorteil des Kugelgewindetriebs ist die geringe Reibung der Kugeln mit gleichzeitig einhergehendem geringen Verschleiß. Hierdurch wird insbesondere auch eine sehr hohe Positioniergenauigkeit zwischen Kugelumlaufmutter und der Gewindetriebstange erreicht.The threaded rod according to the invention is particularly suitable for ball screws, in which the threaded spindle is operatively connected via a plurality of balls with a ball nut. The advantage of the ball screw is the low friction of the balls with at the same time low wear. As a result, in particular a very high positioning accuracy between ball nut and the threaded rod is achieved.

Ein solcher Kugelgewindetrieb erfüllt die hohen Anforderungen an ein Lenkgetriebe. Besonders bevorzugt wird der Kugelgewindetrieb hierbei mit einem Elektromotor angetrieben. Eine solche elektromechanische Lenkung kann als Lenkhilfe und/oder als eigenständige Lenkung fungieren. Letzteres erlaubt beispielsweise ein automatisiertes Einparken eines Kraftfahrzeuges.Such a ball screw meets the high demands on a steering gear. Particularly preferably, the ball screw is driven by an electric motor. Such electromechanical steering can act as a steering aid and / or as a separate steering. The latter allows, for example, an automated parking a motor vehicle.

Hierzu ist die Gewindetriebstange als Spurstangenanordnung ausgebildet, die endständig über Gelenke mit Radträgern verbunden ist. Der elektromechanische Antrieb greift direkt oder indirekt an der Kugelumlaufmutter an, um diese entsprechend der gewünschten Lenkunterstützung in Rotation um die Gewindespindel zu setzen, so dass die Gewindetriebstange sowie auch die an den Radträgern angreifenden Gelenke relativ zur Kugelumlaufmutter längsverschoben werden.For this purpose, the threaded rod is designed as a tie rod assembly which is connected at the end via joints with wheel carriers. The electromechanical drive engages directly or indirectly on the recirculating ball nut in order to set this according to the desired steering support in rotation about the threaded spindle, so that the threaded rod and also acting on the wheel carriers joints are longitudinally displaced relative to the ball nut.

Die spanlose Formgebung des Gewindes erfolgt vorteilhaft durch Walzen oder Rollieren, wobei Walzen zu kürzeren Taktzeiten führt und daher bevorzugt ist. Das Weichwalzen des Spindelbereiches kann vorzugsweise mit geringer Präzision erfolgen, da erst das nach der Härtung durchgeführte Schleifen mit den zum Nennmaß des Werkstücks vorgegebenen Toleranzen durchzuführen ist.The non-cutting shaping of the thread is advantageously carried out by rolling or rolling, wherein rolling leads to shorter cycle times and is therefore preferred. The soft rolling of the spindle region can preferably be carried out with low precision, since only the grinding carried out after the hardening is to be carried out with the tolerances specified for the nominal size of the workpiece.

Die in Personenkraftfahrzeuge und leichten Nutzfahrzeuge üblicherweise eingesetzte Achsschenkellenkung wird über eine Spurstangenanordnung (auch Lenkstangenanordnung genannt) betätigt, wobei meist ein mittlerer Bereich der Spurstangenanordnung eine Zahnstange aufweist, die üblicherweise in einem an der Karosserie festgelegten Lenkgetriebe aufgenommen ist. Die Zahnstange ist dabei relativ zu dem Gehäuse des Lenkgetriebes axial verschiebbar, um einen Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeugs einzustellen. Die Zahnstange ist hierzu an ihren Enden gelenkig mit je einer Spurstange gekoppelt, die wiederum mit ihren anderen Enden gelenkig mit jeweils einer der Fahrzeugradaufhängungen verbunden sind. Der Verzahnungsabschnitt der Zahnstange kämmt mit einem Lenkritzel einer Lenkwelle, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Bei elektromechanischen Lenkungen unterstützt ein Elektromotor die Lenkbewegung.The steering knuckle commonly used in passenger vehicles and light commercial vehicles is actuated via a tie rod assembly (also called handlebar assembly), usually a middle region of the tie rod assembly having a rack which is usually housed in a steering gear fixed to the body. The rack is axially displaceable relative to the housing of the steering gear to adjust a steering angle to the wheels of the vehicle. The rack is for this purpose at its ends articulated coupled with a tie rod, which in turn are connected at their other ends hingedly connected to one of the Fahrzeugradaufhängungen. The gear portion of the rack meshes with a steering pinion of a steering shaft to transmit a driver-side steering command to the vehicle wheels. For electromechanical steering an electric motor supports the steering movement.

Vorteilhaft greift der Elektromotor über eine Gewindespindel, die in der Spurstangenanordnung integriert ist, in das Lenkmoment ein.Advantageously, the electric motor engages via a threaded spindle, which is integrated in the tie rod assembly, in the steering torque.

Die Gewindespindel kann in Verlängerung des Zahnabschnitts der Zahnstange angeordnet sein, in weiteren Ausführungen kann auch auf den Zahnstangenabschnitt verzichtet werden, wobei dann das Lenkritzel an der (Kugel-)Umlaufmutter der Gewindespindel angreift und so das von einem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Lenkmoment auf die Spurstangenanordnung überträgt. Bei der letzteren Ausführungsform greift der Elektromotor direkt oder indirekt an der (Kugel-)Umlaufmutter an. Solche Ausführungsformen sind in der DE 10 2005 019 435 A1 und der DE 10 2008 041 335 A1 beschrieben.The threaded spindle can be arranged in extension of the tooth portion of the rack, in other embodiments can also be dispensed with the rack portion, in which case the steering pinion on the (ball) nut of the threaded spindle engages and so exerted by a driver on the steering wheel steering torque on the Tie rod assembly transfers. In the latter embodiment, the electric motor acts directly or indirectly on the (ball) circulating nut. Such embodiments are in the DE 10 2005 019 435 A1 and the DE 10 2008 041 335 A1 described.

In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in der WO 03/016122 A1 beschrieben ist, ist der Elektromotor koaxial zu der Gewindespindel der Schubstangenanordnung angebracht. Der Rotor des Elektromotors ist dabei um die Kugelumlaufmutter angeordnet und direkt oder über elastische Kopplungselemente mit dieser drehfest verbunden.In a further embodiment, as in the WO 03/016122 A1 is described, the electric motor is mounted coaxially with the threaded spindle of the push rod assembly. The rotor of the electric motor is arranged around the ball nut and rotatably connected directly or via elastic coupling elements with this.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektromechanische Lenkhilfe achsparallel zu der Gewindespindel angeordnet, wobei der Antrieb der Kugelumlaufmutter über ein Zahnradgetriebe oder – vorzugsweise – mittels eines Zahnriemens erfolgt. In a preferred embodiment, the electromechanical power steering is arranged axially parallel to the threaded spindle, wherein the drive of the ball nut via a gear transmission or - preferably - by means of a toothed belt.

Für die Gewindetriebstange kommen hierbei übliche Stähle, beispielsweise ... zum Einsatz.For the threaded rod here usual steels, for example ... are used.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. Show it

1 eine Lenkungsgesamtanordnung, wie sie in kleineren und mittleren Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen kann; 1 an overall steering arrangement, such as may be used in small and medium-sized motor vehicles;

2 eine detaillierte Ansicht des Lenkgetriebes mit elektromechanischer Lenkhilfe; und 2 a detailed view of the steering gear with electromechanical power steering; and

3 die Lenkstange mit Zahnstange und Gewindespindel. 3 the handlebar with rack and threaded spindle.

Die in 1 dargestellte elektromechanische Lenkung 1 kann über einen Eingriff an einem Lenkrad 13 und/oder über den Kugelgewindetrieb 8 verstellt werden. Ein Drehen des Lenkrads 13 wird von einem Lenkwinkelgeber 25 aufgenommen und unmittelbar an eine Lenksäule 5 weitergegeben. Die Lenksäule 5 koppelt mit einer Kreuzgelenkwelle 6, die über einen Lenkmomentgeber 26 mit einem Lenkritzel 4 verbunden ist, das als Teil eines Lenkgetriebes 2 auf einer Verzahnung 16 einer Zahnstange 20 kämmt. Die Lenksäule 5 weist eine Lenkradverstellung 14 auf, die im gelösten Zustand eine Längs- und/oder Höhenverstellung des Lenkrads 3 erlaubt.In the 1 illustrated electromechanical steering 1 Can via an engagement on a steering wheel 13 and / or the ball screw 8th be adjusted. Turning the steering wheel 13 is from a steering angle sensor 25 taken and directly to a steering column 5 passed. The steering column 5 coupled with a universal joint shaft 6 that have a steering torque sensor 26 with a steering pinion 4 connected as part of a steering gear 2 on a gearing 16 a rack 20 combs. The steering column 5 has a steering wheel adjustment 14 on, in the dissolved state, a longitudinal and / or height adjustment of the steering wheel 3 allowed.

Die Zahnstange 20 ist Teil einer Lenkstange 40 in einer Spurstangenanordnung 28, die endständig Spurstangenenden 29 und 30 und mittig zwischen der Zahnstange 20 und einem der Spurstangenenden (hier: 30) auf der Lenkstange 40 eine Gewindespindel 17 aufweist. Der Lenkradeingriff gelangt somit über das Lenkritzel 4 in einen ersten Abschnitt 11 der Spurstangenanordnung 28. Dort wird der Lenkeingriff von einer Drehbewegung in eine Längsbewegung der Spurstangenanordnung 28 transformiert, die über Gelenke 21 und 22 an Lenkhebel (auch Spurhebel genannt) von Radträgern 23 und 24 weitergegeben wird. Auf den Radträgern 23 und 24 wiederum sitzen die lenkbaren Räder 33 und 34.The rack 20 is part of a handlebar 40 in a tie rod arrangement 28 , the terminal tie rod ends 29 and 30 and in the middle between the rack 20 and one of the tie rod ends (here: 30 ) on the handlebar 40 a threaded spindle 17 having. The steering wheel engagement thus passes over the steering pinion 4 in a first section 11 the tie rod assembly 28 , There is the steering intervention of a rotational movement in a longitudinal movement of the tie rod assembly 28 transformed by joints 21 and 22 on steering lever (also called track lever) of wheel carriers 23 and 24 is passed on. On the wheel carriers 23 and 24 again the steerable wheels sit 33 and 34 ,

Das Lenkgetriebe 2 ist in einem Lenkgetriebegehäuse 3 untergebracht, das ortsfest mit der (nicht dargestellten) Fahrzeugkarosserie verbunden ist. In dem Lenkgetriebegehäuse 3 befindet sich an einem zweiten Abschnitt 12 der Spurstagenanordnung 28 weiterhin ein Kugelgewindetrieb 8, der neben der Gewindespindel 17 eine Kugelumlaufmutter 18 (2) aufweist, die über Kugeln 19 im steten Eingriff mit der Gewindespindel 17 steht.The steering gear 2 is in a steering gear housing 3 accommodated, which is fixedly connected to the vehicle body (not shown). In the steering box 3 is located at a second section 12 the track post assembly 28 continue a ball screw 8th , next to the threaded spindle 17 a ball nut 18 ( 2 ), which has balls 19 in constant engagement with the threaded spindle 17 stands.

Die Kugelumlaufmutter 18 bildet zusammen mit einem Zahnriemen 9 eine Getriebestufe 7, die eingangsseitig von einem Elektromotor 10 antreibbar ist.The ball nut 18 forms together with a toothed belt 9 a gear stage 7 , the input side of an electric motor 10 is drivable.

Dieser zweite Abschnitt 12 der Spurstangenanordnung 28 bietet über die Gewindetriebstange 15 die Möglichkeit eines eigenständigen, mit dem ersten Abschnitt gekoppelten Lenkeingriffs. Somit kann die Lenkung der Räder 33, 34 allein über das Lenkrad 13 oder den Elektromotor 10 oder beide erfolgen.This second section 12 the tie rod assembly 28 offers over the threaded rod 15 the possibility of a separate, with the first section coupled steering intervention. Thus, the steering of the wheels 33 . 34 alone on the steering wheel 13 or the electric motor 10 or both.

Für ein geeignetes Zusammenspiel der beiden Lenkmöglichkeiten ist ein Steuergerät 27 vorgesehen, über das eine Lenkhilfe (Unterstützung der manuellen Lenkung; Reduzierung der manuellen Lenkkraft am Lenkrad 13) oder eine eigenständige Lenkung (Einparkhilfe; Parklenkassistent) erfolgen kann. Das Steuergerät bekommt hierzu Signale von dem Lenkwinkelgeber 25 und dem Lenkmomentgeber 26 (bei Eingriff am Lenkrad 13) und errechnet daraus eine gewünschte Unterstützungskraft für den Elektromotor 10. Beim automatischen Einparken arbeitet der Elektromotor 10 eigenständig, d. h. es erfolgt kein manuelles Eingreifen am Lenkrad 13. Hierzu erhält das Steuergerät Signale einer (nicht dargestellten) Steuereinheit, welche mit Hilfe ihrer Sensorik (z. B. Ultraschall) eine Einparksituation (benachbarte Kraftfahrzeuge, Bordsteinkante ...) erkennt und den erforderlichen Lenkeinschlag vorgibt.For a suitable interaction of the two steering options is a control unit 27 via which a steering assist (manual steering assistance; reduction of manual steering power on the steering wheel 13 ) or a separate steering (parking aid, Parklenkassistent) can be done. The control unit receives signals from the steering angle sensor 25 and the steering torque sensor 26 (when engaged on the steering wheel 13 ) and calculates a desired assisting force for the electric motor 10 , During automatic parking, the electric motor works 10 independent, ie there is no manual intervention on the steering wheel 13 , For this purpose, the control unit receives signals from a control unit (not shown) which, with the aid of its sensors (eg ultrasound), detects a parking situation (adjacent motor vehicles, curbside, etc.) and specifies the required steering angle.

Für einen Spurausgleich und zum Ausgleich veränderter Winkellagen der Gelenke 21 und 22 sind in der Spurstangenanordnung 28 ferner Längseinstellungen (bezüglich der Spurstangenanordnung) und Gelenke 31, 32 vorgesehen.For a track compensation and to compensate for changed angular positions of the joints 21 and 22 are in the tie rod assembly 28 also longitudinal adjustments (with respect to the tie rod assembly) and joints 31 . 32 intended.

In 2 ist die elektromechanische Lenkung mit ihren beiden Abschnitten 11 und 12 detailliert dargestellt. Im ersten Abschnitt 11 befindet sich die Zahnstange 20, die mit ihrer Verzahnung 16 auf dem Lenkritzel 4 kämmt. Das Lenkritzel 4 selbst ist drehfest verbunden mit der Kreuzgelenkwelle 6, über die ein manueller Lenkeinschlag bewirkbar ist. Die Zahnstange 20 ist als Teil der Lenkstange 40 einstückig verbunden mit der Gewindetriebstange 15, die Teil des zweiten Abschnitts 12 ist. Die Gewindespindel 17 der Gewindetriebstange 15 ist wiederum Teil des Kugelgewindetriebs 8, der über die Kugelumlaufmutter 18, die über die Kugeln 19 im Eingriff mit der Gewindespindel 17 steht, antreibbar ist. Hierzu ist der Elektromotor 10 vorgesehen, dessen Abtrieb über den Zahnriemen 9 an dem Außenumfang der Kugelumlaufmutter 18 angreift und zusammen mit diesem die Gewindestufe 7 bildet.In 2 is the electromechanical steering with its two sections 11 and 12 shown in detail. In the first part 11 is the rack 20 with their teeth 16 on the steering pinion 4 combs. The steering pinion 4 itself is rotatably connected to the universal joint shaft 6 , over which a manual steering angle is effected. The rack 20 is as part of the handlebar 40 integral with the threaded rod 15 that is part of the second section 12 is. The threaded spindle 17 the threaded rod 15 is in turn part of the ball screw 8th that about the recirculating ball nut 18 that over the balls 19 engaged with the threaded spindle 17 is, is drivable. For this purpose, the electric motor 10 provided, whose output via the timing belt 9 on the outer circumference of the ball nut 18 attacks and together with this the thread level 7 forms.

In 3 ist die Kombination aus Gewindetriebstange 15 und Zahnstange 20 detailliert dargestellt, die in einstöckiger Ausbildung den mittleren Bereich der Lenkstange 40 bilden.In 3 is the combination of threaded rod 15 and rack 20 detailed shown in the one-story training the middle area of the handlebar 40 form.

Die beiden Lenkgetriebe der Abschnitte 11 und 12 sind in einem gemeinsamen Lenkgetriebegehäuse 3 untergebracht.The two steering gear sections 11 and 12 are in a common steering gear housing 3 accommodated.

Als Grundkörper für die Herstellung der Lenkstange 40 wird vorzugsweise ein Rohling aus einem vergütungsfähigen Stahl verwendet. In einem ersten Schritt wird die Verzahnung 16 der Zahnstange 20 für das manuelle Lenkgetriebe 11 beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung wie Räumen, Wirbeln oder Fräsen eingebracht. In einem zweiten Schritt wird die Hauptausprägung des Gewindes der Gewindespindel 17 für das elektromechanische Lenkgetriebe 2 durch Walzen oder Rollieren im Durchlauf- oder im Einstichverfahren eingeformt. Die Reihenfolge dieser ersten beiden Schritte ist vertauschbar, beide Bearbeitungen können auch in einer Einspannung erfolgen.As a basic body for the production of the handlebar 40 For example, a blank made of a temperable steel is preferably used. In a first step, the gearing becomes 16 the rack 20 for the manual steering gear 11 for example, introduced by machining such as broaching, whirling or milling. In a second step, the main characteristic of the thread of the threaded spindle 17 for the electromechanical steering gear 2 formed by rolling or rolling in a continuous or puncture process. The sequence of these first two steps is interchangeable, both operations can also be done in a clamping.

Zur Steigerung der Festigkeit wird die Gewindespindel 17 und vorzugsweise auch die Zahnstange 20 einer Wärmebehandlung unterzogen. Da die Randschichten der Verzahnung 16 und der Gewindespindel 17 sehr verschleißfest und daher hart sein sollen, der Kern der Lenkstange 40 jedoch zäh bleiben soll, wird als Wärmebehandlung vorzugsweise eine Randschichthärtung bzw. Oberflächenhärtung durchgeführt. Vorteilhaft erfolgt dieses hier induktiv, wobei die Randschicht des Werkstücks durch die Erhitzung austenitisiert und diese Austenitbildung durch ein Abschrecken mit Wasser oder Öl in der Randschicht erhalten bleibt. Das Härten der Lenkstange 40 kann hierbei über ihre gesamte Länge oder auch partiell im Bereich des Spindelgewindes 17 und/oder der Verzahnung 16 erfolgen.To increase the strength, the threaded spindle 17 and preferably also the rack 20 subjected to a heat treatment. Because the marginal layers of the gearing 16 and the threaded spindle 17 very wear-resistant and therefore should be hard, the core of the handlebar 40 However, to remain tough, a surface hardening or surface hardening is preferably carried out as a heat treatment. Advantageously, this is done inductively, wherein the edge layer of the workpiece austenitized by the heating and this austenite is retained by quenching with water or oil in the surface layer. Hardening the handlebar 40 can in this case over its entire length or partially in the region of the spindle thread 17 and / or the gearing 16 respectively.

Durch die Oberflächenhärtung wird im Bereich der Verzahnung 16 und der Gewindespindel 17 eine Oberflächenhärte im Bereich zwischen 50 und 65 HRC (Rockwellhärte nach Skala C) und damit ein sehr guter Schutz gegen Verschleiß erreicht.Due to the surface hardening becomes in the area of the toothing 16 and the threaded spindle 17 a surface hardness in the range between 50 and 65 HRC (Rockwell hardness according to scale C) and thus a very good protection against wear.

Die mit der Oberflächenhärtung einhergehende Verzunderung bzw. das Ausbilden von Oxidschichten und Verzügen können im Bereich der Verzahnung allein durch Polieren oder auch durch Nachschleifen, insbesondere Einstechschleifen ausgeglichen werden. Die Gewindespindel 17, die mit einem Aufmaß geformt wurde, wird durch Schleifen, insbesondere Einstechschleifen nachbearbeitet. Die Prozesszeiten beim Einstechschleifen sind sehr niedrig, im kürzesten Fall kann die Schleifzeit auf eine Umdrehung der Gewindespindel 17, d. h. eine Steigungsbreite (oder wenig mehr als Sicherheitszugabe) reduziert werden. Diese minimale Schleifzeit ist abhängig von dem Vormaß, das wiederum von dem möglichen Verzug und der Verzunderung abhängig ist. Die besten Werte für die spanlose Vorformung auf ein Vormaß und das anschließende Schleifen sind durch Versuche und regelmäßige Qualitätskontrollen abzustimmen.The scaling associated with the surface hardening or the formation of oxide layers and distortions can be compensated in the area of the toothing solely by polishing or also by regrinding, in particular plunge grinding. The threaded spindle 17 , which has been formed with an oversize, is reworked by grinding, in particular plunge grinding. The process times during plunge grinding are very low, in the shortest case the grinding time can be one revolution of the threaded spindle 17 That is, a pitch width (or little more than security allowance) can be reduced. This minimum grinding time is dependent on the pre-pass, which in turn depends on the possible distortion and scaling. The best values for chipless preforming on a pre-pass and the subsequent grinding are to be coordinated by tests and regular quality controls.

Durch das Schleifen werden mögliche Schwankungen der Geometrie und der Oberfläche der Gewindespindel 17 nach der Wärmebehandlung egalisiert und die erforderliche Oberflächengüte und Maßhaltigkeit des Gewindes erzielt. Durch das Geringhalten des Aufmaßes der weichumgeformten Hauptausprägung der Gewindespindel 17 ist im späteren Schleifprozess nur ein geringer Abtrag und damit einhergehend eine kurze Prozesszeit erforderlich. Auch wird bei einer Randschichthärtung nur ein Teil der radialen Erstreckung derselben abgetragen.Grinding causes possible variations in the geometry and surface of the lead screw 17 leveled after the heat treatment and achieved the required surface quality and dimensional accuracy of the thread. By keeping the oversize of the soft-formed main characteristic of the threaded spindle 17 In the later grinding process, only a small amount of material removal and consequently a short process time are required. Even with a surface hardening only a part of the radial extent of the same is removed.

Grundsätzlich ist es möglich, die Lenkstange 40 in einem zwischengestalteten Schritt, insbesondere vor oder mit der Härtung, zu vergüten. Die Vergütung ist dabei eine Kombination aus Härten und Anlassen des Stahls bei höheren Temperaturen, um mit dieser Wärmebehandlung das Material mit hoher Festigkeit bei gleichzeitig hohen Zähigkeitseigenschaften zu versehen. Diese Vergütung kann partiell oder über die gesamte Länge der Lenkstange 40 erfolgen.Basically it is possible to use the handlebar 40 in an intermediate formed step, in particular before or with the hardening, to remunerate. The tempering is a combination of hardening and tempering the steel at higher temperatures to provide the material with high strength and high toughness properties with this heat treatment. This compensation may be partial or over the entire length of the handlebar 40 respectively.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektromechanische LenkungElectric Power Steering
22: Lenkgetriebesteering gear
33: LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
44: Lenkritzelsteering pinion
55: Lenksäulesteering column
66: KreuzgelenkwelleUniversal joint shaft
77: Getriebestufegear stage
88th: KugelgewindetriebBall Screw
99: Riemenbelt
1010: Elektromotorelectric motor
1111: Erster Abschnittfirst section
1212: Zweiter Abschnittsecond part
1313: Lenkradsteering wheel
1414: Lenkradverstellungsteering wheel adjustment
1515: GewindetriebstangeThreaded rod
1616: Verzahnunggearing
1717: Gewindespindelscrew
1818: KugelumlaufmutterBall nut
1919: Kugelnroll
2020: Zahnstangerack
2121: Gelenkjoint
2222: Gelenkjoint
2323: Radträger mit LenkhebelWheel carrier with steering lever
2424: Radträger mit LenkhebelWheel carrier with steering lever
2525: LenkwinkelgeberSteering angle sensor
2626: LenkmomentgeberSteering torque transducer
2727: Steuergerät für die LenkhilfeControl unit for power steering
2828: SpurstangenanordnungTie rod assembly
2929: SpurstangenendeTie rod end
3030: SpurstangenendeTie rod end
31 31: Längseinstellung, GelenkLongitudinal adjustment, joint
3232: Längseinstellung, GelenkLongitudinal adjustment, joint
3333: Radwheel
3434: Radwheel
4040: Lenkstangehandlebars

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004049365 A1 [0004]
DE 102005019435 A1 [0023]
DE 102008041335 A1 [0023]
WO 03/016122 Al [0024]

Claims

Threaded rod ( 15 ), at least in sections ( 12 ) a threaded spindle ( 17 ), which is formed by machining hard machining, characterized in that the formation of the thread of the threaded spindle ( 17 ) Is formed by non-cutting shaping on a Vormaß, subsequent hardening and subsequent grinding to actual size.

Threaded operating rod according to claim 1, characterized in that the formation of the thread of the threaded spindle ( 17 ) is done by rolling or rolling.

Threaded rod according to claim 1 or 2, characterized in that the threaded spindle ( 17 ) after cutting to a pre-dimension and before grinding to an actual surface-hardening level.

Threaded rod according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded spindle ( 17 ) after cutting to a pre-dimension and in particular before grinding to an actual size of a heat treatment is subjected.

Threaded rod according to one of the preceding claims, characterized in that the actual size of the threaded spindle ( 17 ) is formed by plunge grinding or longitudinal grinding.

Ball screw ( 8th ) with a threaded rod ( 15 ) according to one of the preceding claims, which in the region of its threaded spindle ( 17 ) with a ball nut ( 18 ) is in operative connection.

Electromechanical steering with a ball screw drive according to claim 6, the threaded rod ( 15 ) formed as a tie rod or handlebar and terminal over joints ( 21 . 22 ) with wheel carriers ( 23 . 24 ) is connectable or connected to an electromechanical drive ( 9 . 10 ), through which the recirculating ball nut ( 18 ) in rotation about the threaded spindle ( 17 ) is settable, so that the threaded rod ( 15 ) with the joints ( 21 . 22 ) relative to the ball nut ( 18 ) is longitudinally displaceable.

Method for producing a threaded rod ( 15 ) with the steps - chipless forming a thread on a pre-pass at least in sections on a rod to form a threaded spindle ( 17 ), Hardening at least the surface of the pre-formed threaded spindle ( 17 ), - grinding the hardened surface to an actual dimension of the threaded spindle ( 17 ).

A method according to claim 8, characterized in that the non-cutting shaping takes place by rolling or rolling.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the grinding of the hardened surface is effected by plunge grinding.