DE102012105295A1

DE102012105295A1 - Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt

Info

Publication number: DE102012105295A1
Application number: DE201210105295
Authority: DE
Inventors: Gerd Speidel; Martin Budaker; Christof Wagner
Original assignee: HANS HERMANN BOSCH GmbH; Hans-Hermann Bosch GmbH; ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Hans-Hermann Bosch De GmbH; Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-19

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange 1 mit einem Kugelgewindeabschnitt 2 und/oder einer Kugelgewindemutter 4 für Kraftfahrzeuglenkungen wird der Kugelgewindeabschnitt, ausgehend von einer Rohform, durch ein elektrochemisches Abtragungsverfahren in seine Endform gebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt oder einer Kugelgewindemutter für Kraftfahrzeuglenkungen.
Zahnstangen mit einem Kugelgewindeabschnitt und damit zusammen arbeitende Kugelgewindemuttern werden bei Kraftfahrzeuglenkungen eingesetzt. Hierzu wird beispielsweise auf die DE 10 2004 034 542 A1 und die DE 10 2008 000 008 A1 verwiesen.
Die Herstellung derartiger Zahnstangen mit einem Kugelgewindeabschnitt erfolgt hauptsächlich durch Schleifen, Rollieren oder Wirbeln. An die Zahnstangen bzw. die Kugelgewindespindeln werden hohe Anforderungen an die Oberflächengüte und die Form im Kugelgewinde gestellt. Aus diesem Grunde sind die bekannten Verfahren mit Schleifen, Polieren, Finishen als Endbearbeitung relativ aufwendig und kostspielig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt und/oder einer Kugelgewindemutter für Kraftfahrzeuglenkungen zu schaffen, die eine sehr gute Oberflächengüte und eine sehr gute Toleranzhaltigkeit besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kugelgewinde, ausgehend von einer Rohform, durch ein elektrochemisches Abtragungsverfahren in seine Endform gebracht wird.
Wesen des elektrochemischen Abtragens ist die Auflösung eines als positiv gepolten metallischen Werkstückes (Anode), im vorliegenden Falle der Zahnstange, in einem elektrisch leitfähigen Medium als Elektrolyten, wobei der negative Pol (Kathode) eine Elektrode ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine sehr hohe Oberflächengüte bei einer gleichzeitig sehr guten Toleranzhaltigkeit erreichen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass im Allgemeinen keine weitere Nacharbeit der Zahnstange mit dem Kugelgewindeabschnitt erforderlich ist. Da kein Temperatureintrag in das Werkstoffgefüge erfolgt, werden vorher vorgenommene Werkstoffvergütungen, z. B. eine vorangegangene Härtung der Zahnstange, auch nicht beeinflusst.
Für die Bearbeitung der Zahnstange mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Elektrode verwendet werden, die der Form des Kugelgewindeganges entspricht und die entsprechend der gewünschten Steigung axial entlang einer Rohform verschoben wird, wobei gleichzeitig die Zahnstange gedreht wird.
Alternativ kann zur Beschleunigung des Verfahrens auch eine Elektrode verwendet werden, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des in die Zahnstange einzubringenden Kugelgewindeabschnittes erstreckt. In diesem Falle können alle Gewindegänge des Kugelgewindes bei einer Umdrehung der Zahnstange eingebracht werden.
Neben der erfindungsgemäßen Herstellung eines Kugelabschnittes einer Zahnstange kann selbstverständlich auch die dazugehörige Kugelgewindemutter nach dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Abtragungsverfahren hergestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung eines Kugelgewindeabschnittes einer Zahnstange mit einer Elektrode für einen Gewindegang,
2 eine Prinzipdarstellung eines Kugelgewindeabschnittes einer Zahnstange mit einer Elektrode für alle Gewindegänge,
3a und 3b einen Querschnitt durch den Kugelgewindeabschnitt einer Zahnstange mit einer Elektrode,
4 eine Prinzipdarstellung einer Kugelmutter mit einer Elektrode für alle Gewindegänge.
Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele betreffen eine Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt und eine Kugelgewindemutter für Kraftfahrzeuglenkungen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch auch für andere Einsatzfälle von Kugelgewinden und Kugelgewindemuttern entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet.
Kraftfahrzeuglenkungen mit Zahnstangen und Kugelgewindeabschnitten, ebenso wie Kugelgewindemuttern sind in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion allgemein bekannt, weshalb nachfolgend hierauf nicht näher eingegangen wird.
Eine Zahnstange 1, die zum Umsetzen des durch eine Lenkhandhabe eingebrachten Drehmomentes in ein translatorisch gerichtetes Moment zur Bewirkung eines Lenkeinschlages eines Kraftfahrzeuges eingesetzt ist, ist mit einem Kugelgewindeabschnitt 2 versehen. Der Kugelgewindeabschnitt 2 ist auf beliebige Weise in einer Rohform in die Zahnstange eingebracht. Zur Erreichung einer sehr guten Oberflächengüte und einer hohen Toleranzhaltigkeit wird die Endform des Kugelgewindes in einem elektrochemischen Erodierverfahren (ECM) mit einer Elektrode 3 eingebracht. Bei diesem Verfahren erfolgt die Auflösung der als positiv gepolter Zahnstange 1 in einem elektrisch leitfähigem Medium, einem Elektrolyten. Die Elektrode 3 stellt dabei den negativen Pol (Kathode) dar.
Um ein möglichst genaues Abbild des gewünschten Kugelabschnittes 2 zu erreichen, sollte die Beschaffenheit der Elektrode 3 bezüglich Geometrie und Oberfläche möglichst exakt sein. Je näher dabei die Elektrode 3 an den Kugelabschnitt 2 herangeführt wird, desto genauer wird das Abbild.
Als Elektrolyt wird zumeist eine Lösung von Natriumchlorid oder Natriumnitrat in Wasser verwendet, wobei im Allgemeinen ein permanenter Fluss vorgenommen wird. Das Abtragsverfahren wird durch einen gesteuerten Stromimpuls ausgelöst.
Das elektrochemische Senkerosionsverfahren kann mit einer vibrierenden Elektrode 3 durchgeführt werden, wobei zwischen Elektrode und Werkstück ein gepulster Gleichstrom angelegt werden kann.
Wie aus den 3a und 3b ersichtlich, wird als Elektrode 3 ein dünnes Blech verwendet (zumindest sollte die Wirkfläche der Elektrode dünn ausgebildet sein). Bedingt durch die kleine Abstrahlfläche der schmalen Elektrode wird die Streuelektrolyse reduziert und dadurch ein möglichst exaktes Abbild der Elektrodengeometrie an der Zahnstange erreicht. Gemäß 3a kann dabei die Elektrode 3 komplett als dünnes Blech ausgebildet sein oder, wie in 3b dargestellt, nur im Bereich der Wirkfläche.
Durch die optimale Gestaltung der Elektrode 3 können auch existierende Grate entfernt und zusätzlich die Entstehung neuer Grate wirksam verhindert werden. Solche Grate entstehen vorwiegend am Auslauf des Kugelgewindeabschnittes 2 und müssen beim Stand der Technik oft in einem zusätzlichen Prozess entfernt werden.
Die Zahnstange 1 mit dem Kugelgewindeabschnitt 2 wird während des ECM-Verfahrens gedreht (siehe Pfeil A in der 1) und gleichzeitig um den Betrag der gewünschten Steigung axial (siehe Pfeil B in der 1) verschoben. Zur Durchführung des Verfahrens wird die Elektrode 3 an den Kugelgewindeabschnitt 2 möglichst nahe herangefahren und entsprechend die Zahnstange 1 in Rotation versetzt. Anstelle einer axialen Verschiebung der Zahnstange 1 kann auch die Elektrode 3 um den Betrag der Steigung axial verfahren werden (siehe Pfeil B'). Auf diese Weise kann der Kugelgewindeabschnitt 2 mit sehr hoher Präzision hergestellt werden.
In der 2 ist eine Ausführungsform des ECM-Verfahrens dargestellt, wobei sämtliche Gewindegänge des Kugelgewindeabschnittes 2 bei einer Umdrehung hergestellt werden können. Hierzu kommt eine Elektrode 3a zum Einsatz, die sich über alle Gewindegänge des Kugelgewindeabschnittes 2 erstreckt. Auf diese Weise lässt sich die Prozesszeit deutlich verringern, denn die Zahnstange 1 muss zur Herstellung lediglich eine Umdrehung ausführen.
In der 4 ist die Fertigung einer Kugelgewindemutter 4 dargestellt. Die Fertigung im ECM-Verfahren erfolgt dabei ebenfalls während einer Umdrehung der Kugelgewindemutter 4 durch die Verwendung einer Elektrode 3a, die sich über alle Gewindegänge erstreckt. Selbstverständlich ist es jedoch auch hier möglich, die Kugelgewindemutter 4 mit dem Verfahren nach der 1 herzustellen, wobei entweder die Kugelgewindemutter 4 oder die Elektrode 3 entsprechend der Gewindesteigung axial verschoben wird.
Eine Nacharbeit der Zahnstange 1 mit dem Kugelgewindeabschnitt 2 ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Allgemeinen nicht mehr erforderlich.
Bezugszeichenliste

1: Zahnstange
2: Kugelgewindeabschnitt
3: Elektrode
3a: Elektrode
4: Kugelgewindemutter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004034542 A1 [0002]
DE 102008000008 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt und/oder einer Kugelgewindemutter für Kraftfahrzeuglenkungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgewindeabschnitt, ausgehend von einer Rohform, durch ein elektrochemisches Abtragungsverfahren in seine Endform gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (1) mit dem Kugelgewindeabschnitt (2) oder die Kugelgewindemutter (4) während des Abtragungsverfahrens um die Längsachse gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (1) mit dem Kugelgewindeabschnitt (2) oder die Kugelgewindemutter (4) während des Abtragungsverfahrens axial um den Betrag der Kugelgewindesteigung verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Abtragungsverfahren eine pulsierende Elektrode (3, 3a) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrode (3) ein dünnes Blechteil verwendet wird.
Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt, die nach einem der in den Ansprüchen 1 bis 5 beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Kugelgewindemutter, die nach einem der in den Ansprüchen 1 bis 5 beschriebenen Verfahren hergestellt ist.