DE102012011509B4 - Verfahren zur Herstellung einer gestuften Stange sowie gestufte Stange - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer gestuften Stange (1a, 1b), umfassend die Schritte
- zerspanende Bearbeitung zumindest eines ersten Längsabschnitts eines stangenförmigen Rohteils unter Bildung eines ersten Stangenabschnitts (2) und eines zweiten Stangenabschnitts (3), wobei der erste Stangenabschnitt (3) auf einen über den ersten Stangenabschnitt (3) gleichbleibenden ersten Durchmesser (d₁) abgetragen wird, der kleiner als der ursprüngliche Durchmesser (d_2,3) des stangenförmigen Rohteils und ungleich dem Durchmesser des zweiten Stangenabschnitts (3) ist, und unter Ausbildung einer Rohoberfläche des ersten Stangenabschnitts (2) mit einer ersten gemittelten Rautiefe R_Z,
- Walzen oder Rollen der Oberfläche des ersten Stangenabschnitts (2) auf eine zweite gemittelte Rautiefe R_Z, die kleiner ist als die erste gemittelte Rautiefe, gekennzeichnet durch
- anschließendes Härten des ersten Stangenabschnitts (2).

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer gestuften Stange und einer Zahnstange, sowie entsprechende bearbeitete Stangen und deren Verwendung als Lenkstange.
• Zahnstangenlenkungen, wie sie beispielsweise in „Service Training Volkswagen, Selbststudienprogramm 399, Die elektromechanische Lenkung mit Achs- Parallelem Antrieb (APA)“ beschrieben ist, werden vor allem in Personenkraftfahrzeugen und leichten Nutzkraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise ist die Zahnstange in einem Lenkgetriebe aufgenommen, das am Fahrzeug festgelegt ist. Dabei ist die Zahnstange relativ zu dem Gehäuse des Lenkgetriebes axial verschiebbar, um einen Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeugs einzustellen. Hierzu sind an den Enden der Zahnstange zwei Spurstangen gelenkig angekoppelt, die zu den Fahrzeugradaufnahmen führen. 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. Das Motormoment wird beispielsweise über einen Riementrieb auf eine Kugelgewindemutter übertragen, die mit einem Spindelabschnitt in Angriff steht, der neben dem Verzahnungsabschnitt auf der Zahnstange angeordnet ist.
• In „Fertigungstechnik I, Übung 8, Hartdrehen - Hartwalzen, Werkzeugmaschinenlabor, Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Prof. Dr.-Ing. F. Klocke, RWTH - Aachen, Steinbachstr. 53, 52065 Aachen“ wird im Kapitel 5 das Hartglattwalzen beschrieben, bei dem ein gehärteter Rohling durch Hartdrehen auf Nennmaß gebracht wird. Zur Verbesserung der Oberflächenqualität erfolgt als finish-Bearbeitung statt Schleifen oder Honen ein Hartglattwalzen, mit dem die durch die Drehbearbeitung erhaltene gemittelte Rautiefe Rz nochmals in etwa halbiert wird. Gleichzeitig erfolgt durch das Hartglattwalzen eine Oberflächenhärtung bis zu eine Tiefe von etwa 300 µm. Das Hartglattwalzen ist dabei eine Endbearbeitung, das heißt jegliche Formgebung ist in vorherigen Prozessschritten durchzuführen. Auch ist der beschriebene Prozess auf im Querschnitt runde Werkstücke begrenzt, eine Zahnstange lässt sich beispielsweise durch diese Werkstückbearbeitung nicht herstellen.
• Aus DE 28 16 222 A1 ist ein Verfahren zur Bearbeitung stangenförmigen Materials in mehreren Stufen bekannt. Die Stangen werden hierzu mittig und an ihrem zu bearbeitenden Ende eingespannt und auf die gewünschte Länge abgelenkt. Das abgeschnittene Werkstück wird auf einer Kreisbahn taktweise zu weiteren Bearbeitungsstufen transportiert. Während der Bearbeitungstakte des abgetrennten Werkstücks kann auch eine Seitenbearbeitung des stangenförmigen Ausgangsmaterials erfolgen. Hierbei sind Bearbeitungsschritte wie Fräsen, Bohren, Drehen oder Gewindeschneiden möglich. Da weder ein Drehen des stangenförmigen Ausgangsmaterials noch der abgetrennten Werkstücke um ihre eigene Achse möglich ist, muss bei einer Umfangsbearbeitung das Bearbeitungswerkzeug um die Achsen der Werkstücke rotieren.
• In DE 196 45 410 C2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Traversenstange für ein Kraftfahrzeug-Lenkgestänge beschrieben. Als Ausgangsmaterial kommt ein Rohr zum Einsatz, in das Stufen, ein Gewinde und ein Kugelabschnitt durch Kaltschmieden und Walzen eingebracht werden. Das beschriebene Verfahren ist bei einem Vollmaterial, wie es aus Belastungsgründen für Kraftfahrzeuglenkstangen erforderlich ist, nicht einsetzbar.
• EP 1 707 284 B1 offenbart eine Herstellung von kalibrierten Stahlstangen durch Ziehen und zerspanende Bearbeitung. Hierbei wird Endlosstangenmaterial nach einem Geraderichten und Entzundern durch Ziehen auf einen ersten Durchmesser kalibriert. Nach einer Qualitätsprüfung wird dann die Oberfläche der Stahlstäbe spanend bearbeitet. Das stabförmige Halbzeug kann weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden.
• DE 10 2004 023 232 A1 offenbart im Zusammenhang mit einer Schaltwelle für ein Schaltgetriebe, einen Oberflächenbereich eines Kopfabschnitts der Schaltwelle möglichst glatt auszubilden. Dazu wird die Schaltwelle an diesem Oberflächenbereich durch einen Walz- oder Rollvorgang an ihrer Oberfläche bearbeitet. Dieser Walz- oder Rollvorgang soll für eine Glättung der Oberfläche sorgen, nachdem die Schaltwelle zuvor durch Drehen und/oder Schleifen auf ein gewünschtes Grundmaß hinsichtlich ihres Durchmessers gebracht worden ist. Durch den Walz- oder Rollvorgang sollen Riefen und Rillen, die auch nach einem Feindrehen oder Schleifen noch im Oberflächenbereich verblieben sind, eingeebnet und geglättet werden, so dass eine gewünschte, besonders glatte Oberfläche im Oberflächenbereich erreicht wird, die allein durch Feindrehen und/oder Schleifen nicht erreichbar wäre. Zugleich soll der Walz- oder Rollvorgang dafür sorgen, dass eine Oberflächenhärtung des Materials der Schaltwelle in dem Oberflächenbereich erreicht wird. Diese Oberflächenhärtung sei vorteilhaft im Hinblick auf die Erzielung einer besonders hohen Verschleißfestigkeit. Eine thermische und/oder chemische Nachbehandlung der Schaltwelle, insbesondere zur Erhöhung der Oberflächenhärte, sei nach dem Walzen oder Rollen im Oberflächenbereich nicht mehr erforderlich.
• Aufgabe der Erfindung ist es, alternative Verfahren zur Herstellung einer gestuften weiter bearbeitbaren Stange und einer Zahnstange mit hoher Oberflächengüte anzugeben, wie sie insbesondere in Lenkgetrieben eingesetzt werden, sowie alternative gestufte Stangen, die Zahnstangen und Kenkstangen mit hoher Oberflächengüte zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens sowohl mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 als auch mit einem Verfahren gemäß 3 gelöst. Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird eine gestufte Stange, mit den Merkmalen des Anspruchs 9 eine Zahnstange und mit den Merkmalen des Anspruchs 10 eine Lenkstange bereitgestellt.
• Durch spanende Bearbeitung einer Stange wird ein erster Stangenabschnitt gebildet, der einen geringeren Durchmesser hat, als ein zweiter Abschnitt der Stange. Durch die spanende Bearbeitung, insbesondere Drehen, bei sehr harten Materialien auch Wirbeln, hat dieser erste Stangenabschnitt auch einen kleineren Durchmesser als dieser Bereich des stangenförmigen Rohteils. Gleichzeitig erhält dieser erste Stangenabschnitt neben einem definierten ersten Durchmesser auch eine definierte Struktur, insbesondere eine spiralförmige Riefenstruktur. Diese relativ grobe Struktur wird vorteilhaft mit einer gemittelten Rautiefe Rz > 6, vorzugsweise > 16 und insbesondere > 20 erstellt (alle Rautiefen sind in µm angegeben). Zu grobe Rautiefen erschweren das spätere Glätten, so dass Rautiefen < 100 und insbesondere < 50 bevorzugt sind. Anschließend erfolgt ein Walzen oder Rollen der spanend abgetragenen Oberfläche des ersten Stangenabschnitts, wobei eine zweite gemittelte Rautiefe Rz erhalten wird, die kleiner ist als die erste gemittelte Rautiefe dieses Abschnitts. Walzen und Rollen stehen vorliegend synonym zueinander. Zum Einsatz kommen walzen- oder kugelförmige Prägewerkzeuge, wobei für beide Prägearten die Begriffe „Walzen“ und „Rollen“ gleichermaßen verwendet werden können. Dieser Bearbeitungsschritt ist keine Endbearbeitung wie Polieren oder Finishen, sondern Vorbearbeitung für mindestens einen weiteren Prozessschritt (auf dem gewalzten Abschnitt) wie Warmhärten (vorteilhaft mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 2 mm und insbesondere mindestens 3 mm tief). Das Warmhärten ist insbesondere ein Umwandlungshärten oder Ausscheidungshärten und erfordert (im Unterschied zur Kaltverfestigung) ein Erwärmen um mehrere hundert Kelvin.
• Das Verfahren eignet sich ebenso zur Herstellung einer Zahnstage, wobei diese auch ungestuft ausgebildet, oder erst nach dem Einbringen der Zahnstange in den durch Walzen oder Rollen geglätteten Bereich in einem weiteren Abschnitt gestuft werden kann. In diesem Fall kann vorteilhaft auch die gesamte Stange, oder auch ein über die spätere Verzahnung hinausgehender Abschnitt der Stange durch spanende Bearbeitung, insbesondere Drehen, und anschließendem Walzen oder Rollen geglättet werden.
• Die gestufte Stange weist einen ersten Längsabschnitt und einen zweiten Längsabschnitt auf, wobei der über den ersten Stangenabschnitt gleichbleibende Durchmesser kleiner ist, als der Durchmesser des zweiten Längsabschnitts der gestuften Stange, wobei dieser erste Längsabschnitt eine Oberfläche aufweist, die durch eine zerspanende Oberflächenbearbeitung, vorzugsweise mit einer geometrisch bestimmten Schneide, insbesondere Drehen, und nachfolgender Glättung des spanend bearbeiteten ersten Längsabschnitts durch Walzen oder Rollen gefertigt werden kann.
• Die Zahnstange wird wiederum durch spanende Bearbeitung, vorzugsweise mit einer geometrisch bestimmten Schneide, insbesondere Drehen oder Wirbeln einer Stange hergestellt, wobei diese spanende Bearbeitung über die gesamte Funktionsstrecke der späteren Zahnstange erfolgen kann, oder, wie beispielsweise bei der gestuften Stange, auf einen ersten Längsabschnitt der Stange beschränkt sein kann. Nach der spanenden Bearbeitung erfolgt wieder ein Glätten durch Walzen oder Rollen, wobei anschließend zumindest in einen Abschnitt des geglätteten Bereichs der Stange eine Verzahnung, insbesondere spanabhebend, beispielsweise durch Räumen oder Schleifen, eingebracht ist.
• Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Kombination aus Drehen und Walzen zur Herstellung eines weiter zu bearbeitenden Stangenabschnitts, der einen gleichbleibenden Durchmesser hat. Durch die spanende Bearbeitung, insbesondere Drehen, wird erfindungsgemäß nur eine relativ raue Oberfläche mit einer gemittelten Rautiefe R_Z > 6 erreicht, die hierbei erhaltene definierte Riefenstruktur mit einem üblichen Mittenrauwert R_a von > 0,2, insbesondere > 0,8, erlaubt jedoch ein Glätten durch Walzen oder Rollen, wobei gemittelte Rautiefen Rz von < 1, insbesondere < 0,6 mit entsprechenden Mittenrauwerten R_a < 0,2, vorzugsweise < 0,1 und insbesondere < 0,05 erreichbar sind.
• Zwar lassen sich auch durch Rundschleifen ähnliche Mittenrauwerte R_a wie mit der erfindungsgemäßen Kombination erreichen (vergleiche hierzu PDF „Fertigungsverfahren, Grundlagen der Konstruktion, Vorlesung Technische Universität Berlin, AG Konstruktion, Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer, Tabelle auf Seite 34, Einfluss der Fertigung auf die Oberflächenrauheit, vom 13.04.2009“), je nach zu fertigender Stange können jedoch geringere Prozesskosten und/oder eine sehr hohe Oberflächenqualität mit einer einfachen (Dreh)vorbearbeitung erreicht werden.
• Die bearbeiteten Stangen eignen sich nach Einbringen einer Verzahnung (Zahnstange) und/oder eines Gewindeabschnitts, insbesondere für ein Kugelgewinde, besonders vorteilhaft für Lenkungen in Kraftfahrzeugen als Lenkstange, das heißt in Verbindung mit Spurstangen zum Einstellen des gewünschten Lenkwinkels. Im Fahrbetrieb haben solche Lenkstangen sehr große Kräfte aufzunehmen, wobei auch während einer großen Krafteinwirkung die Lenkstange leichtgängig verschiebbar bleiben muss. Die oben beschriebenen Prozesse bzw. Stangen haben durch die Abfolge der Prozessschritte eine so feine Oberflächenstruktur, dass die so hergestellten Lenkstangen sich auch bei einer hohen Querbelastung leicht auf ihre Lagerung, zum Beispiel einem Druckstück, gleitend verschieben lassen.
• Die zerspanende Bearbeitung des ersten Längsabschnitts erfolgt vorteilhaft mit einer geometrisch bestimmten Schneide, wobei insbesondere Drehen, bei härteren Materialien auch Wirbeln geeignet sind. Dies hat gegenüber Schleifen den Vorteil, dass der Prozess schneller ist, weniger Kühlmittel zum Einsatz kommt und der abgetragene Werkstoff in groben Spänen anfällt und hierdurch besser recycelbar ist als Schleifstaub.
• Als stangenförmiges Rohteil kommen vorteilhaft vorgearbeitete Stangen zum Einsatz, die auf eine gemittelte Rautiefe Rz < 10, vorzugsweise < 6 und insbesondere < 4 vorbearbeitet sind. Die Rohteile können hierzu zweckmäßiger Weise im Durchlaufschleifen auf diese gemittelte Rautiefe vorbearbeitet werden. Für übliche weitere Bearbeitungen sind solche gemittelten Rautiefen ausreichend, für besonders hochwertige stangenförmige Bauteile und insbesondere für gestufte Bauteile hat es sich jedoch herausgestellt, dass das anschließende relativ grobe Abdrehen mit Glattwalzen bzw. Glattrollen für die nachfolgenden Prozessschritte eine bessere Basis bietet, so dass die nachfolgenden Toleranzen besser eingehalten werden können und weniger Ausfälle auftreten.
• Das spanende Abtragen und nachfolgende Glattwalzen sind vorteilhaft so aufeinander abgestimmt, dass mit dem Glattwalzen (-rollen) die nach dem spanende Abtrag erhaltene gemittelte Rautiefe R_Z um mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 70% und insbesondere um mindestens 80% verkleinert wird. Vorteilhaft sind diese beiden Prozessschritte alternativ oder zusätzlich weiterhin so aufeinander abgestimmt, dass der Außendurchmesser des bearbeiteten Stangenabschnitts nach dem spanenden Abtrag durch das Walzen (Rollen) um mindestens 2 µm, vorzugsweise mindestens 5 µm und insbesondere um mindestens 10 µm verkleinert wird.
• Neben dem Einbringen einer Zahnung und /oder eines Gewindes sind übliche weitere Bearbeitungsschritte für die erfindungsgemäße Stange das Härten, das Richten und das Polieren (finishing). Hinzu kommt die Bearbeitung der Enden, beispielsweise das Einbringen von Innengewinden für sich anschließende Werkstücke. Die Bearbeitung der Enden erfolgt vorzugsweise nach der Einformung eines Gewindes, insbesondere dann, wenn das Gewinde an oder nahe an dem Ende beginnen soll. Vorteilhaft werden die Enden vor einem abschließenden Polierprozess eingebracht, die fast fertige Stange lässt sich dann für den oder die letzten Bearbeitungsschritte an den fertig bearbeiteten Enden leicht einspannen.
• Das Einbringen des Gewindes erfolgt vorzugsweise durch Walzen, wobei Durchlaufwalzen, Einstechwalzen und eine Kombination aus beidem geeignet ist. Das Härten erfolgt für die Gewindestrecke vorzugsweise gleichzeitig über die gesamte Gewindestrecke, beispielsweise mittels eines Flächeninduktors. Weitere Abschnitte der Stange, insbesondere der Verzahnungsbereich, werden vorzugsweise vorschubgehärtet, das heißt die Erhitzung der Stange erfolgt nur in einem kurzen Längsabschnitt, der über den gesamten zu härtenden Längsabschnitt verschoben wird. Die Härtungsprozesse werden durch Abschrecken der Stange vollendet, insbesondere mittels Wasser.
• Beim Richten wird die Stange an ihren Enden eingespannt bzw. aufgelegt, vermessen und eine eventuelle Biegung in der Stange durch ein Gegenbiegen bis über die Streckgrenze des Materials hinaus begradigt. Dieser Vorgang erfolgt vorteilhaft automatisch.
• Als Polierprozesse kommen Bandfinishen, Bürstfinishen, Finishen mittels einer Flexscheibe und Steinfinishen vorzugsweise zum Einsatz. Vorteilhaft kann der Polierprozess insbesondere im Gewindebereich auch durch Honen erfolgen, wobei das Honen im Steinfinishen erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass hierbei eine eventuell vorhandene Radialwelligkeit und teilweise auch eine eventuell vorhandene Axialwelligkeit reduziert wird.
• Das Gewinde kann auch im Schleifverfahren hergestellt werden, wobei wiederum Einstichschleifen, Durchlaufschleifen und insbesondere eine Kombination aus beidem (das heißt die Schleifscheibe setzt im Einstich an und läuft dann durch) erfolgen.
• Die als Rohteil zum Einsatz kommende Stange ist vorteilhaft vergütet, insbesondere durchlaufvergütet. Je nach Einsatzbedingungen kann auch eine weich geglühte Stahlstange eingesetzt werden.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Bezugnahme auf die Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die in den Ansprüchen sowie auch in der Beschreibung und den Zeichnungen beschriebenen bzw. dargestellten Merkmale können dabei jeweils - sofern nicht ausdrücklich anders darauf hingewiesen ist - einzeln für sich sowie auch in geeigneter Kombination erfindungswesentlich sein. Alle beschriebenen Merkmale bzw. Maßnahmen gelten gleichermaßen für die Verfahrensansprüche, die Produktansprüche und für den Verwendungsanspruch.
• Es zeigen:
• 1 eine gestufte Stange als solche und nach weiteren formgebenden Bearbeitungsschritten; und
• 2 ein Lenksystem mit der gestuften Stange als Lenkstange.
• Zur Herstellung einer in 1a gezeigten gestuften Stange 1a kommt ein stangenförmiger Rohling mit gleichbleibendem Durchmesser d₂ zum Einsatz, der auf eine gemittelte Rautiefe Rz 4 geschliffen ist. Als Stahl kommt beispielsweise Cf53 mod zum Einsatz, der weichgeglüht oder vergütet sein kann. Die Zugfestigkeit der weichgeglühten Variante beträgt etwa 400 bis 600 MPa, wobei die Streckgrenze bei etwa 300 bis 400 MPa liegt. Die Werte der vergüteten Variante liegen bei etwa 600 bis 1000 MPa für die Zugfestigkeit und etwa 400 bis 700 MPa für die Streckgrenze.
• Der Rohling wird über einen ersten Stangenabschnitt 2 auf etwas mehr als einen ersten Durchmesser d₁ abgedreht, wobei die Schnitttiefe 0,5 mm, der Vorschub 0,15 mm und Rz 20 beträgt. Der abgedrehte erste Stangenabschnitt 2 wird anschließend auf den ersten Durchmesser d₁ gewalzt, wobei eine Kugelwalzvorrichtung zum Einsatz kommt. Anschließend wird in einen zweiten Stangenabschnitt 3 ein Kugelgewinde 5 durch Walzen eingebracht, wobei eine dem Kugelgewinde entsprechende profilierte Walze zum Einsatz kommt. Hierbei wird der Stahl aus den gebildeten Gewindegängen verdrängt und zwischen diesen aufgeworfen, so dass das Kugelgewinde 5 einen Durchmesser d₄ hat, der größer ist als der ursprüngliche Durchmesser d₂ (bzw. d₃, wenn der zweite Stangenabschnitt 3 zuvor noch materialabtragend bearbeitet wird).
• Das Kugelgewinde 5 lässt sich auch durch zerspanende Bearbeitung herstellen, insbesondere durch Schleifen, wobei das resultierende Gewinde dann einen kleineren Außendurchmesser hat, als der ursprüngliche Durchmesser d₂ (bzw. d₃). Als Schleifen eignet sich hier Durchlaufwie Einstechschleifen, wobei insbesondere eine Kombination aus beidem geeignet ist.
• Das erhaltene Kugelgewinde 5 wird in einem Flächeninduktor gehärtet, das heißt die gesamte Gewindestrecke wird gleichzeitig erhitzt und mit Wasser abgeschreckt. Da im späteren Einsatz über dem Kugelgewinde 5 eine Kugelgewindemutter 6 mit einer erheblichen Längserstreckung sitzt, erfolgt die Härtung vorliegend gleichzeitig über die gesamte Gewindestrecke, wodurch beim Härten ein geringerer Verzug und damit einhergehende geringere Formänderung erreicht wird.
• Im Anschluss an das Härten des Kugelgewindes 5 erfolgt ein Richten der gestuften Stange 1b in 1b, wobei diese vermessen und mit einer eventuellen Krümmung nach oben auf zwei Stützambossen abgelegt wird. Die gestufte Stange 1b wird dann über ihre Streckgrenze hinaus durchgebogen, bis eine plastische Verformung erreicht ist, die so bemessen ist, dass durch die Überschreitung der Fließgrenze des Stangenmaterials die Krümmung begradigt ist.
• Anschließend wird in dem ersten Stangenabschnitt 2 durch Räumen eine Zahnstange 4 gebildet, die nachfolgend vorschubgehärtet wird. Hieran schließt sich erneut ein Richten der gestuften Stange 1b an.
• Als weitere formgebende Bearbeitung werden Enden 8 und 9 bearbeitet, wobei in das erste Ende 8 ein Innengewinde angebracht wird. Das Ende 9 wird zuerst gekürzt und anschließend auch mit einem Innengewinde versehen. Da der formgebende Prozess für das Kugelgewinde einen Einlauf und einen Auslauf bedingt, wird durch das Kürzen des Endes 9 erreicht, dass sich ein nutzbarer Gewindebereich G bis nahe an das Ende 9 erstreckt. Das heißt, ein Einlauf- oder Auslaufbereich des Gewindes wird an dem Ende 9 gekürzt oder vollständig abgetrennt.
• Letztlich erfolgt ein Finishen zumindest eines Zahnstangenrückens 7, wobei (allein für den Zahnstangenrücken 7) Bandfinishen oder Längsfinishen mit einer Flexscheibe und (nur für den Kugelgewindebereich) Steinfinishen (Honen) zum Einsatz kommen können. Vorliegend erfolgt jedoch ein Bürstfinishen, das vorteilhaft für die gesamte gestufte Stange 1b zum Einsatz kommt. Hierbei wird die gestufte Stange 1b (Lenkstange 1) drehend an mindestens einer rotierenden Bürste vorbeigeschoben, wobei eventuelle Grate und (beim Walzen) abgeknickte Rauigkeitsspitzen, die wie Flitter in den Rillen liegen, entfernt werden. Es hat sich mit der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass in Kombination mit den vorangegangenen formgebenden Bearbeitungsschritten der gestuften Stange 1b (Zahnstange 4) mit dem Bürstfinishen die besten Oberflächengüte erreicht wird.
• In einer anderen Verfahrensschrittabfolge wird zur Herstellung der erfindungsgemäßen gestuften Stange 1b ein durchlaufvergüteter Rohling eingesetzt, in den nach der zerspanenden Vorbearbeitung, insbesondere Abdrehen, mit anschließendem Walzen/Rollen in die so geglättete Oberfläche zuerst durch Räumen eine Verzahnung 11 eingebracht wird. Anschließend erfolgt ein Härten der gesamten gestuften Stange 1b im Durchlauf, wobei dieses Härten mit einer Tiefe von 2 bis 5 mm erfolgt. Nach einem Richtvorgang werden dann zuerst die Enden bearbeitet (Innengewinde), an denen dann die gestufte 1b Stange für die weitere Bearbeitung aufgenommen wird.
• Danach wird das Gewinde durch schleifende Bearbeitung eingebracht, wobei eine profilierte Gewindescheibe eingesetzt wird, die das Gewinde im Durchlauf erstellt. Auch hier kann die profilierte Gewindescheibe vorteilhaft zuerst im Einstich an der gestuften Stange 1b angesetzt werden. Das Schleifen des Gewindes erfolgt nur in der gehärteten Randschicht, so dass kein weiterer Härtungsprozess erforderlich ist. Im Anschluss erfolgt ein Steinfinishen, wobei ein Gewindegang 12 gehont und dabei insbesondere eine Radialwelligkeit, jedoch auch eine Axialwelligkeit, reduziert wird.
• 2 zeigt eine elektromechanische Lenkung 100. Diese kann über einen Eingriff an einem Lenkrad 13 und/oder über einen Kugelgewindetrieb 108 verstellt werden. Ein Drehen des Lenkrads 13 wird von einem Lenkwinkelsensor 25 aufgenommen und unmittelbar an eine Lenksäule 105 weitergegeben. Die Lenksäule 105 koppelt mit einer Kreuzgelenkwelle 106, die über einen Lenkmomentsensor 26 mit einem Lenkritzel 104 verbunden ist, das als Teil eines Lenkgetriebes 102 auf der Verzahnung 11 der Zahnstange 4 kämmt. Die Lenksäule 105 weist eine Lenkradverstellung 14 auf, die im gelösten Zustand eine Längs- und/oder Höhenverstellung des Lenkrads 103 erlaubt.
• Die Zahnstange 4 gleitet auf einem Druckstück 35 und ist Teil der Lenkstange 1 in einer Spurstangenanordnung 28, die endständig Spurstangenenden 29 und 30 und mittig zwischen der Zahnstange 4 und einem der Spurstangenenden (hier: 30) auf der Lenkstange 1 die Kugelgewindespindel 5 aufweist. Der Lenkradeingriff gelangt somit über das Lenkritzel 104 in den ersten Stangenabschnitt 2 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.
• Das Lenkgetriebe 102 ist in einem Lenkgetriebegehäuse 103 untergebracht, das ortsfest mit einer (nicht dargestellten) Fahrzeugkarosserie verbunden ist. In dem Lenkgetriebegehäuse 103 befindet sich an dem zweiten Stangenabschnitt 3 der Spurstangenanordnung 28 weiterhin ein Kugelgewindetrieb 8, der neben dem Kugelgewinde 5 eine Kugelumgewindeumlaufmutter 6 (1b) aufweist, die über (nicht dargestellte) Kugeln im steten Eingriff mit dem Kugelgewinde 5 steht.
• Die Kugelgewindeumlaufmutter 6 bildet zusammen mit einem Zahnriemen 109 und einem (nicht dargestellten) Abtriebritzel eines Elektromotors 110 eine Getriebestufe, die eingangsseitig von einem Elektromotor 110 antreibbar ist.
• Dieser zweite Stangenabschnitt 3 der Spurstangenanordnung 28 bietet über das Kugelgewinde 5 die Möglichkeit eines eigenständigen, mit dem ersten Stangenabschnitt 1 gekoppelten Lenkeingriffs. Somit kann die Lenkung der Räder 33, 34 allein über das Lenkrad 13 oder den Elektromotor 110 oder beide erfolgen.
• 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 Lenkwinkelsensor 25 und dem Lenkmomentsensor 26 (bei Eingriff am Lenkrad 13) und errechnet daraus eine gewünschte Unterstützungskraft für den Elektromotor 110. Beim automatischen Einparken arbeitet der Elektromotor 110 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.
• 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.
• Bezugszeichenliste

1

Lenkstange

1a

gestufte Stange

1b

gestufte Stange

2

Erster Stangenabschnitt

3

Zweiter Stangenabschnitt

4

Zahnstange

5

Kugelgewinde

6

Kugelgewindemutter

7

Zahnstangenrücken

8

Erstes Ende

9

Gekürztes Ende

10

Stufe

11

Zähne

12

Gewindegang

13

Lenkrad

14

Lenkradverstellung

21

Gelenk

22

Gelenk

23

Radträger mit Lenkhebel

24

Radträger mit Lenkhebel

25

Lenkwinkelsensor

26

Lenkmomentsensor

27

Steuergerät für die Lenkhilfe

28

Spurstangenanordnung

29

Spurstangenende

30

Spurstangenende

31

Längseinstellung, Gelenk

32

Längseinstellung, Gelenk

33

Rad

34

Rad

35

Druckstück

100

Elektromechanische Lenkung

102

Lenkgetriebe

103

Lenkgetriebegehäuse

104

Lenkritzel

105

Lenksäule

106

Kreuzgelenkwelle

108

Kugelgewindetrieb

109

Riemen

110

Elektromotor

G

nutzbarer Gewindebereich

d1

erster Durchmesser

d2

ursprünglicher Durchmesser

d3

Durchmesser des zweiten Stangenabschnitts

d4

Kugelgewindeaußendurchmesser

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer gestuften Stange (1a, 1b), umfassend die Schritte - zerspanende Bearbeitung zumindest eines ersten Längsabschnitts eines stangenförmigen Rohteils unter Bildung eines ersten Stangenabschnitts (2) und eines zweiten Stangenabschnitts (3), wobei der erste Stangenabschnitt (3) auf einen über den ersten Stangenabschnitt (3) gleichbleibenden ersten Durchmesser (d₁) abgetragen wird, der kleiner als der ursprüngliche Durchmesser (d_2,3) des stangenförmigen Rohteils und ungleich dem Durchmesser des zweiten Stangenabschnitts (3) ist, und unter Ausbildung einer Rohoberfläche des ersten Stangenabschnitts (2) mit einer ersten gemittelten Rautiefe R_Z, - Walzen oder Rollen der Oberfläche des ersten Stangenabschnitts (2) auf eine zweite gemittelte Rautiefe R_Z, die kleiner ist als die erste gemittelte Rautiefe, gekennzeichnet durch - anschließendes Härten des ersten Stangenabschnitts (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als formgebende Bearbeitung nach dem Walzen oder Rollen des ersten Stangenabschnitts (2) in diesen zerspanend eine Zahnstange (4) eingearbeitet wird.
3. Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange (4), gekennzeichnet durch die Schritte - zerspanende Bearbeitung zumindest eines ersten Längsabschnitts eines stangenförmigen Rohteils unter Bildung eines über den zerspanend bearbeiteten Stangenabschnitt gleichbleibenden Durchmessers (d₁), der kleiner ist als der ursprüngliche Durchmesser des stangenförmigen Rohteils (d_2,3), und unter Ausbildung einer Rohoberfläche des zerspanend bearbeiteten Stangenabschnitts mit einer ersten gemittelten Rautiefe Rz, - Walzen oder Rollen der Rohoberfläche des zerspanend bearbeiteten Stangenabschnitts auf eine zweite gemittelte Rautiefe R_Z, die kleiner ist als die erste gemittelte Rautiefe, und - zerspanende Bearbeitung der gewalzten oder gerollten Oberfläche unter Bildung der Zahnstange (4).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zerspanende Bearbeitung des ersten Längsabschnitts mit einer geometrisch bestimmten Schneide erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzen oder Rollen auf eine gemittelte Rautiefe R_Z < 1, insbesondere < 0,6 erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Stangenabschnitt ein Gewinde eingeformt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stangenabschnitt nach einem der vorhergehenden Arbeitsschritte einem Polierprozess unterzogen wird.
8. Gestufte Stange (1a, 1b) mit einem ersten Stangenabschnitt (2) und einem zweiten Stangenabschnitt (3), wobei der erste Stangenabschnitt (2) einen ersten Durchmesser (d₁) und der zweite Stangenabschnitt (3) einen zu dem ersten Durchmesser (d₁) ungleichen Durchmesser (d_2,3) aufweist, wobei der erste Stangenabschnitt durch Materialabtrag gebildet ist, wobei der erste Stangenabschnitt (2) durch zerspanende Bearbeitung zumindest eines ersten Längsabschnitts eines stangenförmigen Rohteils gebildet ist, und wobei die Oberfläche des ersten Stangenabschnitts (2) durch Walzen oder Rollen in ihrer gemittelten Rautiefe Rz verringert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stangenabschnitt (2) warmgehärtet ist.
9. Zahnstange (4) mit einem Durchmesser (d₁) und einem Zahnstangenrücken (7), wobei der Durchmesser (d₁) durch materialabtragende Bearbeitung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d₁) und der Zahnstangenrücken (7) durch zerspanende Bearbeitung gebildet sind, dass der Zahnstangenrücken (7) durch Walzen oder Rollen vor der Einbringung der Zähne (11) der Zahnstange (7) geglättet ist, und dass die Zähne (11) der Zahnstange (4) durch zerspanende Bearbeitung der gewalzten oder gerollten Oberfläche eingebracht sind.
10. Lenkstange (1) in einem Kraftfahrzeug, welche als gestufte Stange nach Anspruch 8 oder als Zahnstange nach Anspruch 9 ausgebildet ist.

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