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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf ein Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen, die in elektrischen Servolenkungsvorrichtungen verwendet werden, und insbesondere auf das Verfahren zum Herstellen der Zahnstangen eines Typs, der sowohl mit einem ersten Ritzel, das von einem Lenkradsystem angetrieben wird, als auch einem zweiten Ritzel im Eingriff steht, das von einem Lenkunterstützungssystem angetrieben wird, um dadurch beim Übertragen einer Lenkkraft von einem Fahrer sowie einer Unterstützungskraft vom Unterstützungssystem teilzunehmen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Eines der Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen für die elektrische Servolenkungsvorrichtung ist in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (tokkai) 2002-154442 offenbart.
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Das offenbarte Verfahren verläuft folgendermaßen. Zuerst wird eine längliche Stange vorbereitet und die längliche Stange einer Wärmebearbeitung unterzogen, um auf axial gegenüberliegenden Bereichen der Stange eine erste Zahnstangenverzahnung für das erste Ritzel bzw. eine zweite Zahnstangenverzahnung für das zweiten Ritzel auszubilden. Danach wird die Zahnstangenverzahnung einer Schneidbearbeitung unterworfen. Anhand dieser Schneidbearbeitung wird ein unerwünschter axialer Versatz der ersten Zahnstangenverzahnung relativ zur zweiten Zahnstangenverzahnung, der durch eine thermische Beanspruchung in den ersten Zahnstangenverzahnung zum Zeitpunkt des Formens der ersten und zweiten Zahnstangenverzahnungen durch die Wärmebearbeitung verursacht worden wäre, eliminiert und korrigiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Beim oben beschriebenen bekannten Verfahren wird jedoch die Schneidbearbeitung als zusätzliche Bearbeitung verwendet, was zu einem komplizierten und zeitaufwändigen Herstellungsprozess für die Zahnstange führt.
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Die vorliegende Erfindung wird unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Nachteils des herkömmlichen Zahnstangen-Herstellungsverfahrens bereitgestellt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange bereitzustellen, das eine Präzisionszahnstange ohne Verwendung eines komplizierten und zeitaufwändigen Herstellungsprozesses auf einfache Weise herstellen kann, sowie eine Zahnstange, die durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wurde, und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitzustellen, die darin die durch das Verfahren der Erfindung hergestellte Zahnstange einsetzt.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1, 14, 15 bzw. 18. Die Unteransprüche offenbar bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend das Vorbereiten eines ersten Stangenstücks (31), das eine erste Zahnstangenverzahnung (R1) aufweist, die zum Eingriff mit einem von einem Lenkrad direkt angetriebenen ersten Ritzel (P1) ausgelegt ist, eines zweiten Stangenstücks (32), das eine zweite Zahnstangenverzahnung (R2) aufweist, die zum Eingriff mit einem von einem Lenkunterstützungs-Elektromotor (M) angetriebenen zweiten Ritzel (P2) ausgelegt ist, und eines Mittelstücks (33, 33'), das ein Ende, das an das erste Stangestück (31) geschweißt werden soll, und das andere Ende aufweist, das an das zweite Stangenstück (32) geschweißt werden soll; das Ausrichten des ersten Stangenstücks (31), des Mittelstücks (33) und des zweiten Stangenstücks (32) nacheinander längs einer gemeinsamen Achse (Z); Ausführen eines ersten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) stationär gehalten werden, wobei ein vorgegebener Schnittwinkel (θ) zwischen der ersten Zahnstangenverzahnung (R1) auf dem ersten Stangenstück (31) und der zweiten Zahnstangenverzahnung (R2) auf dem zweiten Zahnstangenstück (32) dargestellt wird; und Ausführen eines zweiten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) und das Mittelstück (33, 33') an gegenseitig zugewandten Enden in Kontakt miteinander gebracht werden und einer Relativdrehung dazwischen für ein Reibschweißen unterworfen werden, um dadurch das erste Stangenstück (31), das Mittelstück (33, 33') und das zweite Stangenstück (32) durch das Reibschweißen miteinander zu verbinden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zahnstange zum Übertragen einer Lenkbetätigung eines Lenkrads auf gelenkte Straßenräder eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend ein erstes Stangenstück (31), das eine erste Zahnstangenverzahnung (R1) aufweist, die zum Eingriff mit einem ersten Ritzel (P1) ausgelegt ist, das vom Lenkrad direkt angetrieben wird; ein zweites Stangenstück (32), das eine zweite Zahnstangenverzahnung (R2) aufweist, die zum Eingriff mit einem zweiten Ritzel (P2) ausgelegt ist, das von einem Lenkunterstützungs-Elektromotor (M) angetrieben, und ein Mittelstück (33, 33'), das ein Ende, das am ersten Stangenstück (31) befestigt werden soll, und das andere Ende aufweist, das am zweiten Stangenstück (32) befestigt werden soll, wobei die Zahnstange durch die nachfolgenden Schritte hergestellt wird: Ausrichten des ersten Stangenstücks (31), des Mittelstücks (33) und des zweiten Stangenstücks (32) nacheinander längs einer gemeinsamen Achse (Z); Ausführen eines ersten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) stationär gehalten werden, wobei ein vorgegebener Schnittwinkel (θ) zwischen der ersten Zahnstangenverzahnung (R1) auf dem ersten Stangenstück (31) und der zweiten Zahnstangenverzahnung (R2) auf dem zweiten Zahnstangenstück (32) dargestellt wird; und Ausführen eines zweiten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) und das Mittelstück (33, 33') an gegenseitig zugewandten Enden in Kontakt miteinander gebracht werden und einer Relativdrehung dazwischen für ein Reibschweißen unterworfen werden, um dadurch das erste Stangenstück (31), das Mittelstück (33, 33') und das zweite Stangenstück (32) durch das Reibschweißen miteinander zu verbinden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zahnstange zum Übertragen einer Lenkbetätigung auf gelenkte Straßenräder eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend ein erstes Stangenstück (31), das eine erste Zahnstangenverzahnung (R1) aufweist, die zum Eingriff mit einem ersten Ritzel (P1) ausgelegt ist, das von einem Lenkrad direkt angetrieben wird; ein zweites Stangenstück (32), das eine zweite Zahnstangenverzahnung (R2) aufweist, die zum Eingriff mit einem zweiten Ritzel (P2) ausgelegt ist, das von einem Lenkunterstützungs-Elektromotor (M) angetrieben wird; und ein Mittelstück (33, 33'), das ein Ende, das an das erste Stangenstück (31) geschweißt ist, und das andere Ende aufweist, das an das zweite Stangenstück (32) geschweißt ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend ein erstes Ritzel (P1), das von einem Lenkrad angetrieben wird; einen Elektromotor (M) zum Erzeugen einer Lenkunterstützungskraft; ein zweites Ritzel (P2), das von der Lenkunterstützungskraft angetrieben wird; eine Zahnstange (1, 1'), die ein erstes Stangenstück (31) mit einer ersten Zahnstangenverzahnung (R1), die mit dem ersten Ritzel (P1) im Eingriff steht, ein zweites Stangenstück (32) mit einer zweiten Zahnstangenverzahnung (R2), die mit dem zweiten Ritzel (P2) im Eingriff steht, und ein Mittelstück (33) umfasst, das ein Ende, das am ersten Stangenstück (31) befestigt ist, und das andere Ende aufweist, das am zweiten Stangenstück (32) befestigt ist, so dass die Zahnstange axial bewegt wird, um die Kraft vom Lenkrad und dem Elektromotor (M) auf gelenkte Straßenräder zu übertragen; wobei die Zahnstange durch die nachfolgenden Schritte hergestellt wird: Ausrichten des ersten Stangenstücks (31), des Mittelstücks (33) und des zweiten Stangenstücks (32) nacheinander längs einer gemeinsamen Achse (Z); Ausführen eines ersten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) stationär gehalten werden, wobei ein vorgegebener Schnittwinkel „θ” zwischen der ersten Zahnstangenverzahnung (R1) auf dem ersten Stangenstück (31) und der zweiten Zahnstangenverzahnung (R2) auf dem zweiten Zahnstangenstück (32) dargestellt wird; und Ausführen eines zweiten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) und das Mittelstück (33, 33') an gegenseitig zugewandten Enden in Kontakt miteinander gebracht werden und einer Relativdrehung dazwischen für ein Reibschweißen unterworfen werden, um dadurch das erste Stangenstück (31), das Mittelstück (33, 33') und das zweite Stangenstück (32) durch das Reibschweißen miteinander zu verbinden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
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Darin zeigt:
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1 eine Vorderansicht einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, die in der Praxis eine Zahnstange darin verwendet, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
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2 eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils der elektrischen Servolenkungsvorrichtung von 1, die einen ein Lenksystem bildenden Abschnitt veranschaulicht;
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3 eine vertikale Querschnittsansicht eines weiteren Teils der elektrischen Servolenkungsvorrichtung von 1, die einen ein Unterstützungssystem bildenden Abschnitt veranschaulicht;
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4 eine perspektivische Ansicht der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Zahnstange;
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5 eine Draufsicht der Zahnstange, aus einer Richtung des Pfeils „A” von 4;
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6 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie „a-a” von 5;
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7 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie „b-b” von 5;
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8 eine Handskizze, die einen relativen Winkelversatz (oder einer Phasendifferenz) zwischen einem ersten Stangenstück und einem zweiten Stangenstück zeigt;
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9 eine schematische Ansicht einer Fertigungseinrichtung, durch die das Zahnstangen-Fertigungsverfahren der vorliegenden Erfindung praktisch ausgeführt wird;
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10 eine Handskizze, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem die ersten und zweiten Stangenstücke durch erste bzw. zweite Spannfutter auf beiden Seiten eines mittleren Stangenstücks gehalten werden;
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11 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie „c-c” von 10;
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12 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie „d-d” von 10;
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13 eine Handskizze, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem das zweite Stangenstück vom zweiten Spannfutter unter Zuhilfenahme von Positionierungsstiften gehalten und positioniert wird;
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14 eine teilweise geschnittene Draufsicht der Zahnstange, die einen Zustand zeigt, bei dem die ersten und zweiten Stangenstücke und das mittlere Stangenstück gerade durch Reibschweißen verbunden wurden;
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15 eine Ansicht ähnlich wie 14, die jedoch einen Zustand zeigt, bei dem unschöne Grate von der Zahnstange von 14 entfernt wurden;
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16 eine Ansicht, die 14 entspricht, jedoch eine Zahnstange zeigt, die durch ein Zahnstangen-Herstellungsverfahren eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; und
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17 eine Ansicht ähnlich 16, die jedoch einen Zustand veranschaulicht, bei dem unschöne Grate von der Zahnstange von 16 entfernt wurden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Es wird auf 1 bis 15 Bezug genommen, worin ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange dargestellt ist, das ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
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Zur Vereinfachung der Beschreibung beginnt die Beschreibung vor der Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Zahnstange mit Bezug auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung eines Doppelritzeltyps, die in der Praxis die Zahnstange hierin verwendet.
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Außerdem werden zur Vereinfachung der Beschreibung diverse Richtungsbegriffe, wie z. B. rechts, links, obere, untere, nach oben und dergleichen in der nachfolgenden Beschreibung verwendet. Jedoch sollten solche Begriffe nur in Bezug auf eine Zeichnung oder die Zeichnungen verstanden werden, in denen ein dementsprechendes Element oder dementsprechender Bereich dargestellt ist.
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In 1 ist die elektrische Servolenkungsvorrichtung dargestellt, die darin eine durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Zahnstange verwendet.
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Die dargestellte elektrische Servolenkungsvorrichtung umfasst im Allgemeinen einen ein Lenkungssystem bildenden Abschnitt 10, der mit einem Lenkrad (nicht dargestellt) verbunden ist, um eine Lenkkraft eines Fahrers auf gelenkte Straßenräder (nicht dargestellt) eines zugehörigen Kraftfahrzeugs zu übertragen, und einen ein Unterstützungssystem bildenden Abschnitt 20, der mit einem Elektromotor M verbunden ist, um eine vom Elektromotor M erzeugte Lenkunterstützungskraft auf die gelenkten Straßenräder zu übertragen.
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Wie aus 1 nachvollzogen werden kann, ist die elektrische Servolenkungsvorrichtung durch erste und zweite an der Vorrichtung montierte Halter BR1 und BR2 fest an einem Fahrzeugaufbau (nicht dargestellt) montiert.
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Wie aus 1 bis 4 ersichtlich, weist die elektrische Servolenkungsvorrichtung ferner einen ersten Zahnstangenmechanismus 11, der mit dem Lenkrad verbunden ist, und einen zweiten Zahnstangenmechanismus 21 auf, der mit dem Elektromotor M verbunden ist.
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Wie aus 2 und 4 ersichtlich, weist der erste Zahnstangenmechanismus 11 ein durch das Lenkrad (nicht dargestellt) angetriebenes erstes Ritzel P1, und eine erste Zahnstangenverzahnung R1 auf, die auf der linken Hälfte der Zahnstange 1 (siehe 4) ausgebildet ist und mit dem ersten Ritzel P1 im Eingriff steht, und der zweite Zahnstangenmechanismus 12 weist ein durch den Elektromotor M angetriebenes zweites Ritzel P2 und eine zweite Zahnstangenverzahnung R2 auf, die auf der rechten Hälfte der Zahnstange 1 (siehe 4) ausgebildet ist und mit dem zweiten Ritzel P2 im Eingriff steht. Das heißt, die durch den Fahrer und die vom Elektromotor M erzeugte Lenkunterstützungskraft werden beide zu den gelenkten Straßenrädern durch die Zahnstange 1 übertragen.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, umfasst der ein Lenksystem bildende Abschnitt 10 vor allem eine Eingangswelle 12, die ein mit dem Lenkrad verbundenes Ende aufweist, um eine ganzheitliche Drehung mit dem Lenkrad zu bewirken, eine erste Ausgangswelle 14 (oder das erste Ritzel P1), die ein Ende, das durch einen Torsionsstab 13 mit dem anderen Ende der Eingangswelle 12 schwenkbar verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das durch den ersten Zahnstangenmechanismus 11 mit den gelenkten Straßenrädern verbunden ist, und einen Drehmomentsensor 15, der um die Eingangswelle 12 herum angeordnet ist, um ein Lenkeingangsmoment zu erfassen. Somit wird die Zahnstange 1 als Reaktion auf eine Drehung der ersten Ausgangswelle 14 gezwungen, sich axial in die eine oder andere Richtung zu bewegen. Beide Enden der Zahnstange 1 sind mit den gelenkten Straßenrädern verbunden, so dass die Axialbewegung der Zahnstange 1 ein Lenkmoment für die gelenkten Straßenräder des Fahrzeugs hervorruft. Wie aus 3 ersichtlich, weist der ein Unterstützungssystem bildende Abschnitt 20 hauptsächlich den Elektromotor M, der eine Lenkunterstützungskraft gemäß der Lenkkraft des Fahrers erzeugt, und eine zweite Ausgangswelle 22 (oder das zweite Ritzel P2) auf, die ein Ende, das über eine Drehzahlminderungsvorrichtung mit einer Ausgangswelle des Elektromotors M verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das durch den zweiten Zahnstangenmechanismus 21 mit den gelenkten Straßenrändern verbunden ist. Die Drehzahlminderungsvorrichtung weist eine mit der Ausgangswelle des Elektromotors M verbundene Schreckenwelle 23 und ein Schneckenrad 24 auf, das an der zweiten Ausgangswelle 22 fest montiert ist und mit der Schneckenwelle 23 wirksam im Eingriff steht. Wie aus 3 und 4 ersichtlich, weist der zweite Zahnstangenmechanismus 21 das zweite Ritzel P2, das auf einem vorderen Bereich der zweiten Ausgangswelle 22 ausgebildet ist, und die zweite Zahnstangenverzahnung R2 (siehe 7) auf, die auf der rechten Hälfte der Zahnstange 1 ausgebildet sind. Wie beim oben beschriebenen ersten Zahnstangenmechanismus 11 wird die Zahnstange 1 als Reaktion auf eine Drehung der zweiten Ausgangswelle 22 somit gezwungen, sich axial in die eine oder andere Richtung zu bewegen. Bei dieser Bewegung der Zahnstange 1 wird die vom Elektromotor M erzeugte Unterstützungskraft durch diverse Steuerungsfaktoren, wie z. B. das vom Drehmomentsensor 15 erfasste Lenkeingangsmoment, eine von einem am Straßenrad montierten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit, usw., gesteuert. Mit dieser Steuerung wird eine geeignete Unterstützungskraft durch den Elektromotor M erzeugt und an die gelenkten Straßenränder übertragen.
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Wie aus 4 und 5 ersichtlich, ist die Zahnstange 1 aus drei Stangenstücken 31, 33 und 32 zusammengesetzt, die zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden sind. Die Zahnstange 1 ist insbesondere aus einem ersten Stangenstück 31, das mit der ersten Zahnstangenverzahnung R1 ausgebildet ist, einem zweiten Stangenstück 32, das mit der zweiten Zahnstangenverzahnung R2 ausgebildet ist, und einem mittleren Stangenstück 33 zusammengesetzt, das zwischen den ersten und zweiten Stangenstücken 31 und 32 koaxial angeordnet ist. Diese drei Stangenstücke 31, 32 und 33 werden durch Reibschweißen miteinander verbunden, was nachfolgend detailliert beschrieben wird.
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Wie aus 4, 5 und 8 ersichtlich, sind die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 um einen vorgegebenen Winkel „θ” abgewinkelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel „θ” 90 Grad, was aus 8 ersichtlich ist.
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Wie aus 4 und 6 ersichtlich, ist das erste Stangenstück 31 ein zylindrischer Stab aus ungehärtetem Stahl, wie z. B. einem Kohlenstoffstahl oder dergleichen, und weist innerhalb eines vorgegebenen Axialbereichs davon die erste Zahnstangenverzahnung R1 auf, die geschmiedet ist. Das heißt, dass erste Stangenstück 31 weist einen runden Querschnitt an axial gegenüberliegenden Endbereichen auf, an denen die erste Zahnstangenverzahnung R1 nicht ausgebildet ist.
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Wie insbesondere aus 4, 5 und 6 ersichtlich, ist ein die erste Zahnstangenverzahnung bildender Bereich T1 aus der ersten Zahnstangenverzahnung R1 und einem halbzylindrischen Bereich B1 (siehe 6) aufgebaut, der auf der Rückseite der ersten Zahnstangenverzahnung R1 vorgesehen ist.
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Wie nachfolgend detailliert beschrieben wird, nimmt der die erste Zahnstangenverzahnung bildende Bereich T1 eine Lenkkraft (oder ein Drehmoment) von einem Fahrer auf. Die Lenkkraft vom Fahrer ist im Vergleich zu einer vom Elektromotor M erzeugten Lenkunterstützungskraft gering. Wie aus 4 ersichtlich, weist die erste Zahnstangenverzahnung R1 daher im Vergleich zur zweiten Zahnstangenverzahnung R2 eines nachfolgend beschriebenen die zweite Zahnstangenverzahnung bildenden Bereichs T2, der die Lenkunterstützungskraft des Elektromotors M aufnimmt, eine kleine Zahngröße auf. Demzufolge kann der die erste Zahnstangenverzahnung bildende Bereich T1 einfacher als der nachfolgend beschriebene die zweite Zahnstangenverzahnung bildende Bereich T2 hergestellt werden.
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Wie aus 4 und 5 ersichtlich, ist ein zylindrisches rechtes Ende des ersten Stangenstücks 31 an ein zylindrisches linkes Ende des mittleren Stangenstücks 33 geschweißt. Der Schweißbereich ist mit einem Bezugszeichen 1a gekennzeichnet. Wie dargestellt, weisen das zylindrische rechte Ende des ersten Stangenstücks 31 und das zylindrische linke Ende des mittleren Stangenstücks 33 den gleichen Durchmesser auf und dadurch wird verhindert, dass die zwei Stangenstücke 31 und 33 am Schweißbereich 1a einen unschönen Spalt bzw. Absatz aufweisen.
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Wie in 10 dargestellt, ist eine kreisförmige rechte Stirnseite des ersten Stangenstücks 31 mit einem Bezugszeichen 31a gekennzeichnet, und wie in 14 dargestellt, weist ein rechter Endbereich des ersten Stangenstücks 31 eine Sackbohrung 31b auf.
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Wie aus 4 und 7 ersichtlich, ist das zweite Stangenstück 32 ein Stab aus ungehärtetem Stahl, wie z. B. einem Kohlenstoffstahl oder dergleichen, und weist innerhalb eines vorgegebenen Axialbereichs davon die zweite Zahnstangenverzahnung R2 auf, die geschmiedet ist. Wie dargestellt, ist die zweite Zahnstangenverzahnung R2 größer als die oben beschriebene erste Zahnstangenverzahnung R1. Jeder Zahn der zweiten Zahnstangenverzahnung R2 ist außerdem größer als der der ersten Zahnstangenverzahnung R1.
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Wie aus 8 ersichtlich, ist insbesondere eine seitliche Größe des vorgegebenen Axialbereichs des zweiten Stangenstücks 32 größer als der Durchmesser der ersten und mittleren Stangenstücke 31 und 33.
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Wie aus 4, 5 und 7 ersichtlich, ist ein die zweite Zahnstangenverzahnung bildender Bereich T2 durch die zweite Zahnstangenverzahnung R2 und einen länglichen Dachbereich B2 (siehe 7) zusammengesetzt, der auf der Rückseite der zweiten Zahnstangenverzahnung R2 ausgebildet ist. Der längliche Dachbereich B2 ist mit einer sich axial erstreckenden Erhöhung B2-1 ausgebildet und dadurch weist der vorgegebene Axialbereich des zweiten Stangenstücks 32, wie aus 7 ersichtlich, einen im Wesentlichen Y-förmigen Querschnitt auf. Wie aus 4 nachvollzogen werden kann, weisen beide Enden des zweiten Stangenstücks 32 eine zylindrische Form auf. Wie zuvor beschrieben, nimmt der die zweite Zahnstangenverzahnung bildende Bereich T2 die vom Elektromotor M erzeugte Lenkunterstützungskraft auf. Daher ist die zweite Zahnstangenverzahnung R2 größer dimensioniert als die oben beschriebene erste Zahnstangenverzahnung. Genauer gesagt ist die zweite Zahnstangenverzahnung R2 so dimensioniert, um der vom Elektromotor M darauf aufgebrachten größeren Lenkunterstützungskraft ausreichend standzuhalten. Dementsprechend wird verhindert, dass der die zweite Zahnstangenverzahnung bildende Bereich T2 aufgrund einer mangelnden Festigkeit beschädigt wird.
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Wie aus 4 und 5 ersichtlich, ist ein zylindrisches linkes Ende des zweiten Stangenstücks 32 an ein zylindrisches rechtes Ende des mittleren Stangenstücks 33 angeschweißt. Der Schweißbereich ist durch ein Bezugszeichen 1b gekennzeichnet. Wie dargestellt, weisen das linke Ende des zweiten Stangenstücks 32 und das rechte Ende des mittleren Stangenstücks 33 die gleichen Durchmesser auf und dadurch wird verhindert, dass die beiden Stangenstücke 32 und 33 dazwischen einen unschönen Spalt bzw. Absatz aufweisen.
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Wie in 10 dargestellt, ist eine kreisförmige linke Stirnseite des zweiten Stangenstücks 32 durch ein Bezugszeichen 32a gekennzeichnet, und wie in 14 dargestellt, weist ein linker Endbereich des zweiten Stangenstücks 32 eine Sackbohrung 32b auf.
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Wie in der weiteren Beschreibung deutlich werden wird, sind die Sackbohrung 31b des ersten Stangenstücks 31 und die andere Sackbohrung 32b des zweiten Stangenstücks 32 mit einer Durchgangsbohrung 33c koaxial verbunden, die durch das mittlere Stangenstück 33 bereitgestellt wird, wenn diese drei Stangenstücke 31, 33 und 32 mittels Reibschweißen richtig verbunden sind.
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Wie in 14 dargestellt, weisen die Sacklöcher 31b und 32b den gleichen Durchmesser auf. Wie zuvor beschrieben, sind die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 vorzugsweise aus ungehärtetem Stahl, wie zum Beispiel einem Kohlenstoffstahl oder dergleichen, hergestellt. Aufgrund der Verwendung eines solchen ungehärteten Stahls können die Stangenstücke 31 und 32 einer beim Reibschweißen erzeugten großen Hitze standhalten und somit wird eine Reduzierung der Härte der Stücke 31 und 32 verhindert.
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Wie aus 4 und 15 ersichtlich, ist das mittlere Stangenstück 33 ein zylindrischer Stab aus ungehärtetem Stahl, wie zum Beispiel einem Kohlenstoffstahl oder dergleichen, wie bei den oben beschriebenen ersten und zweiten Stangenstücken 31 und 32. Falls gewünscht, kann das mittlere Stangenstück 33 aus einer Aluminiumslegierung hergestellt werden.
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Wie aus 10 ersichtlich, weist das mittlere Stangenstück 33 eine kreisförmige linke Stirnseite 33a, die an die kreisförmige rechte Stirnseite 33b des ersten Stangenstücks 31 geschweißt werden soll, und eine kreisförmige rechte Stirnseite 33b auf, die an die kreisförmige linke Stirnseite 32a des zweiten Stangenstücks 32 geschweißt werden soll.
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Wie aus 14 ersichtlich, ist das mittlere Stangenstück 33 mit der Durchgangsbohrung 33c ausgebildet, die sich axial erstreckt. Die Durchgangsbohrung 33c und die oben beschriebenen Sackbohrungen 31b und 32b der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 weisen den gleichen Durchmesser auf. Wie aus 10 nachzuvollziehen, weisen die vier kreisförmigen Stirnseiten 31a, 33a, 33b und 32a somit die gleiche Kontaktfläche auf. Dadurch wird die beim Reibschweißen erzeugte große Wärme gleichmäßig und einheitlich auf den Schweißbereich 1a, wo sich die beiden Stirnseiten 31a und 33a berühren, und den anderen Schweißbereich 1b aufgebracht, wo sich die beiden Stirnseiten 33b und 32a berühren. Das heißt, eine schlechte Schweißung zwischen den ersten und mittleren Stangenstücken 31 und 33 und zwischen den mittleren und zweiten Stangenstücken 33 und 32 wird verhindert.
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Wie aus 4 nachzuvollziehen, ist eine imaginär verlängerte Ebene des ersten Stangenstücks 31, auf der die erste Zahnstangenverzahnung R1 ausgebildet ist, mit GF1 gekennzeichnet, und eine imaginär verlängerte Ebene des zweiten Stangenstücks 32, auf der die zweite Zahnstangenverzahnung R2 ausgebildet ist, mit GF2 gekennzeichnet. Diese beiden imaginär verlängerten Ebenen GF1 und GF2 erstrecken sich längs einer Achse „Z” der Zahnstange 1. Im dargestellten Ausführungsbeispiel schneiden sich die beiden imaginär verlängerten Ebenen GF1 und GF2 mit einem Winkel „θ” (oder 90 Grad).
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Wie nachfolgend detailliert beschrieben, werden zum Herstellen der Zahnstange 1 die ersten, mittleren und zweiten Stangenstücke 31, 33 und 32 nacheinander ausgerichtet und erste und zweite Spannfutter C1 und C2 verwendet, um diese ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 so zu halten, dass diese ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 die gegenüberliegenden Enden 33a und 33b des mittleren Stangenstücks 33 kontaktieren, wobei bewirkt wird, dass diese beiden Stangenstücke 31 und 32 einen Schnittwinkel „θ” (nämlich 90 Grad) dazwischen darstellen bzw. bilden. Danach wird nur das mittlere Stangenstück 33 mit einer vorgegebenen hohen Geschwindigkeit gegen die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 gedreht, um das Reibschweißen dieser drei Stangenstücke 31, 33 und 32 an den Kontaktbereichen zu bewirken. Jedes der Spannfutter C1 oder C2 ist zweigeteilt. Das heißt, das erste Spannfutter C1 umfasst ein Paar von Backenfuttern OD1 und UD1 und das zweite Spannfutter C2 umfasst ein Paar von Backenfuttern OD2 und UD2.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum Herstellen der Zahnstange 1 mit Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf 9 bis 15, detailliert beschrieben.
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In 9 ist eine Fertigungseinrichtung schematisch dargestellt, die zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Die dargestellte Fertigungseinrichtung umfasst eine Drehvorrichtung 40, die das mittlere Stangenstück 33 mit einer vorgegebenen hohen Geschwindigkeit dreht, eine erste Pressvorrichtung 41, die auf einer linken Seite der Drehvorrichtung 40 angeordnet ist, um das erste Stangenstück 31 gegen ein linkes Ende des mittleren Stangenstücks 33 zu pressen, und eine zweite Pressvorrichtung 42, die auf einer rechten Seite der Drehvorrichtung 40 angeordnet ist, um das zweite Stangenstück 32 gegen eine rechtes Ende des mittleren Stangenstücks 33 zu pressen. Diese drei Vorrichtungen 40, 41 und 42 sind somit in Bezug auf die Achse „Z” der korrekt in die Fertigungseinrichtung eingesetzten Zahnstange 1 ausgerichtet.
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Die Drehvorrichtung 40 umfasst einen Elektromotor 40a, der elektrische Energie zum Drehen des mittleren Stangenstücks 33 erzeugt, eine Rotoreinheit 40b, die das mittlere Stangenstück 33 unter Verwendung der elektrischen Energie vom Elektromotor 40a aktuell um dessen Achse dreht, und einen Drehzahlminderer 40c, der zwischen dem Elektromotor 40a und der Rotoreinheit 40b angeordnet ist, und die Drehung vom Elektromotor 40a auf die Rotoreinheit 40b zu übertragen, wobei die Umdrehungsdrehzahl vermindert wird. Die Rotoreinheit 40b kann z. B. eine Vorrichtung sein, die das mittlere Stangenstück 33 unter Zuhilfenahme von Rollen oder Schuhen dreht, die die Außenseite des mittleren Stangenstücks 33 halten.
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Wie aus 9 ersichtlich, umfasst die erste Pressvorrichtung 41 eine erste Halteeinheit 41a, die mit dem oben beschriebenen Spannfutter C1 (oder ersten Spannfutter) zum Halten des ersten Stangenstücks 31 ausgestattet ist, eine erste Hydraulikeinheit 41b, die das erste Spannfutter C1 bei Betätigung in der Zeichnung nach rechts in Richtung zur Drehvorrichtung 40 bewegt, und einen ersten Positionssensor 41c, der mit der ersten Halteeinheit 41a verbunden ist, um eine Axialposition des vom ersten Spannfutter C1 gehaltenen ersten Stangenstücks 31 zu erfassen.
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Wie die erste Pressvorrichtung 41 umfasst die zweite Pressvorrichtung 42 eine zweite Haltereinheit 42a, die mit dem oben beschriebenen Spannfutter C2 (oder zweiten Spannfutter) zum Halten des zweiten Stangenstücks 32 ausgestattet ist, eine zweite Hydraulikeinheit, die das zweite Spannfutter C2 bei Betätigung in der Zeichnung nach links in Richtung zur Drehvorrichtung 40 bewegt, und einen zweiten Positionssensor 42c, der mit der zweiten Halteeinheit 42a verbunden ist, um eine Axialposition des vom zweiten Spannfutter C2 gehaltenen zweiten Stangenstücks 32 zu erfassen.
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Wie zuvor beschrieben, ist jedes Spannfutter C1 oder C2 zweigeteilt einschließlich eines Paars von Backenfuttern OD1 und UD1 (oder OD2 und UD2).
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Die Drehvorrichtung 40 und die ersten und zweiten Druckvorrichtungen 41 und 42 werden durch ein bekanntes Steuergerät (oder einen Servomechanismus) zum Ausführen des Reibschweißens der drei Stangenstücke 31, 33 und 32 gesteuert. Mit der Arbeit des Steuergeräts werden insbesondere eine Drehzahl und eine Bremsstufe der Drehvorrichtung 40 gesteuert und mit der Arbeit des Steuergeräts und der ersten und zweiten Positionssensoren 41c und 42c werden außerdem die Axialbewegung der ersten und zweiten Spannfutter C1 und C2 und die Anpresskraft der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 gegen das mittlere Stangenstück 33 gesteuert.
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Nachfolgend werden die Schritte zum Ausführen des Reibschweißens unter Zuhilfenahme der Zeichnungen, insbesondere von 9, detailliert beschrieben.
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Zuerst wird das erste Stangenstück 31 vom ersten Spannfutter C1 der ersten Halteeinheit 41a gehalten, die auf eine vorgegebene Position gesetzt wurde. Das heißt, das erste Stangenstück 31 wird, wie aus 11 ersichtlich, zwischen den paarweisen Backenfuttern OD1 und UD1 so gehalten, dass die erste Zahnstangenverzahnung R1 des Stangenstücks 31 mit Positionsstiften 50 (in 11 nicht dargestellt) im Eingriff steht, die das Backenfutter OD1 aufweist, und ein halbzylindrischer Bereich B1 des Stangenstücks 31 in eine V-förmige Nut eingesetzt ist, die am anderen Backenfutter UD1 ausgebildet ist. Dadurch wird eine Winkelposition des ersten Stangenstücks 31 relativ zum ersten Spannfutter C1 fest eingestellt. Genauer gesagt wird eine Winkelposition des die erste Zahnstangenverzahnung bildenden Bereichs T1 des ersten Stangenstücks 31 fest eingestellt. Die Anordnung der Positionsstifte 50 des Backenfutters OD1 relativ zur ersten Zahnstangenverzahnung R1 des Stangenstücks 31 wird von 13 veranschaulicht, die die Winkelposition des zweiten Stangenstücks 32 relativ zum Spannfutter C2 zeigt.
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Danach wird das zweite Stangenstück 32 vom zweiten Spannfutter C2 der zweiten Halteeinheit 42a gehalten, die auf eine vorgegebene Position gesetzt wurde. Das heißt, das zweite Stangenstück 32 wird, wie aus 12 ersichtlich, zwischen den paarweisen Backenfuttern OD2 und UD2 so gehalten, dass die zweite Zahnstangenverzahnung R2 des Stangenstücks 32 mit den Positionsstiften 50 (in 12 nicht dargestellt) im Eingriff steht, die das Backenfutter OD2 aufweist, und ein länglicher Dachbereich B2 des Stangenstücks 32 in eine V-förmige Nut 52 festsitzend eingesetzt ist, die am anderen Backenfutter UD2 ausgebildet ist. Dadurch wird eine Winkelposition des zweiten Stangenstücks 32 relativ zum zweiten Spannfutter C2 fest eingestellt. Genauer gesagt wird eine Winkelposition des die zweite Zahnstangenverzahnung bildenden Bereichs T2 des zweiten Stangenstücks 32 fest eingestellt. Die Anordnung der Positionsstifte 50 des Backenfutters OD2 relativ zur zweiten Zahnstangenverzahnung R2 des Stangenstücks 32 wird aus 13 hinlänglich verständlich. Wie aus 9 und 10 ersichtlich, wird danach das mittlere Stangenstück 33 in die Rotoreinheit 40b der Drehvorrichtung 41 eingesetzt und danach mit einer vorgegebenen hohen Geschwindigkeit um seine Achse gedreht.
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Danach werden die ersten und zweiten Hydraulikeinheiten 41b und 42b eingeschaltet, um die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 durch die ersten und zweiten Spannfutter C1 und C2 zum sich drehenden mittleren Stangenstück 33, genauer gesagt zu den kreisförmigen linken und rechten Stirnseiten 33a bzw. 33b des sich drehenden mittleren Stangenstücks 33, axial zu bewegen.
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Wenn die jeweiligen kreisförmigen rechten und linken Enden 31a und 32a der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 in Kontakt mit dem kreisförmigen linken und rechten Stirnseiten 33a und 33b des sich drehenden mittleren Stangenstücks 33 gebracht sind, beginnen die Kontaktbereiche, eine hohe Reibungshitze zu erzeugen. Wenn die Kontaktbereiche eine vorgegebene hohe Temperatur aufweisen, wird die Drehung des mittleren Stangenstücks 33 sofort gestoppt. Dabei werden die Schweißung zwischen dem rechten Ende 31a des ersten Stangenstücks 31 und dem linken Ende 33a des mittleren Stangenstücks 33 sowie die Schweißung zwischen dem linken Ende 32a des zweiten Stangenstücks 32 und des rechten Endes 33b des mittleren Stangenstücks 33 durch die erzeugte hohe Wärme verursacht. Bis zum Zeitpunkt, bei dem die Schweißung ausreichend hergestellt ist, werden die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 durch die Arbeit der ersten und zweiten Hydraulikeinheiten 41b und 42b weiterhin mit einer vorgegebenen Kraft gegen das mittlere Stangenstück 33 gepresst.
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Mit den oben beschriebenen Schritten wird, wie in 14 dargestellt, eine rohe Zahnstange 1 hergestellt. Wie dargestellt, weist die gerade hergestellte rohe Zahnstange 1 unschöne Grate 1x um die geschweißten Bereiche herum auf.
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Die unschönen Grate 1x werden danach durch ein bekanntes Endbearbeitungsverfahren entfernt. Damit ist die endbearbeitete Zahnstange 1 hergestellt, wie sie in 15 dargestellt ist. Aufgrund der Entfernung der Grate 1x werden die beiden Schweißbereiche 1a und 1b der Zahnstange 1 geglättet, wodurch eine Spannung reduziert wird, die beim praktischen Einsatz der Zahnstange 1 an solchen Bereichen 1a und 1b auftreten würde.
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Nachfolgend werden die durch das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel bereitgestellten Vorzüge aufgeführt. Aufgrund des Einsatzes des mittleren Stangenstücks 33 wird das Verbinden der drei Stangenstücke 31, 32 und 33 durch das Reibschweißen lediglich durch Drehen des mittleren Stangenstücks 33 erreicht. Das heißt, es ist nicht notwendig, die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 zu drehen, die darauf die ersten und zweiten Zahnstangenverzahnungen R1 bzw. R2 aufweisen. Dadurch kann der Schnittwinkel „θ” zwischen den ersten und zweiten Zahnstangenverzahnungen selbst beim Drehen des mittleren Stangenstücks 33 stabil und präzise beibehalten werden, was eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung eliminiert, die an den Zahnstangenverzahnungen R1 und R2 angewendet werden würde, wenn sich der Schnittwinkel „θ” aufgrund der Drehung des mittleren Stangenstücks 31 verändert.
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Bevor das Reibschweißen erfolgt, werden die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 durch die jeweiligen ersten und zweiten Spannfutter C1 und C2 derart festgehalten, damit die beiden Stangenstücke 31 und 32 den Winkelversatz von „θ” dazwischen bilden können, und danach wird das Reibschweißen lediglich durch Drehen des mittleren Stangenstücks 33 ausgeführt. Dieses Verfahren ist recht wirksam, um eine Abweichung des vorgegebenen relativen Winkelversatzes von „θ” zu eliminieren oder zumindest zu minimieren.
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Zum Halten der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 durch die jeweiligen Spannfutter C1 und C2 werden die imaginär verlängerten Ebenen GF1 und GF2, die durch die Stangenstücke 31 und 32 bereitgestellt werden, als Referenz zur Positionierung verwendet. Da diese Ebenen GF1 und GF2 eine hohe Positionierungsgenauigkeit aufweisen, kann der relative Winkelversatz von „θ” zwischen den beiden Stangenstücken 31 und 33 eine hohe Präzision aufweisen.
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Da die von den Stangenstücken 31 und 32 bereitgestellten imaginär verlängerten Ebenen GF1 und GF2 als Referenz zum Festlegen des relativen Winkelversatzes von „θ” zwischen den beiden Stangenstücken 31 und 32 verwendet werden, wird zudem der Eingriff zwischen dem ersten Ritzel P1 und der ersten Zahnstangenverzahnung R1 sowie der Eingriff zwischen dem zweiten Ritzel P2 und der zweiten Zahnstangenverzahnung R2 hinsichtlich der Eingriffspräzision verbessert.
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Beim Reibschweißen wird außerdem die Drehzahl der Drehvorrichtung 40 und die Anpresskraft der ersten und zweiten Hydraulikeinheiten 41b und 42b vom Steuergerät (oder dem Servomechanismus) gesteuert, und gleichzeitig wird die Bewegung der ersten und zweiten Spannfutter C1 und C2 durch das Steuergerät und die ersten und beiden Positionssensoren 41c und 42c gesteuert. Somit kann das Reibschweißen zwischen jedem der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 und dem mittleren Stangenstück 33 präzise erfolgen. Dies bedeutet, dass Maßfehler der hergestellten Zahnstange 1 in der Axialrichtung verhindert oder zumindest minimiert werden. Genauer gesagt kann das Reibschweißen in den beiden Schweißbereichen 1a und 1b der Zahnstange 1 hinreichend und gleichmäßig erfolgen.
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Aufgrund der Verwendung der zwei Pressvorrichtungen 41 und 42 zum Anpressen der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 gegen das mittlere Stangenstück 33, wird die Anpresskraft, mit der das erste Stangenstück 31 gegen das mittlere Stangenstück 33 gepresst wird, sowie die andere Anpresskraft, mit der das zweite Stangenstück 32 gegen das mittlere Stangenstück 33 gepresst wird, außerdem viel effektiver gesteuert. Dadurch wird das Reibschweißen an den beiden Schweißbereichen 1a und 1b der Zahnstange 1 effektiv hergestellt.
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Nachfolgend wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange 1', das ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, mit Bezug auf 16 und 17 beschrieben. Da das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ähnelt, wird nachfolgend nur ein Teil oder Bereich erläutert, der sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein dünnes rundes Stück 33' anstatt des oben beschriebenen mittleren Stangenstücks 33 verwendet, das im ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde.
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Wie in 16 dargestellt, weist das dünne runde Stück 33' einen größeren Außendurchmesser als den der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 auf und ist mit einer kreisrunden Öffnung 33'c ausgebildet, deren Durchmesser der gleiche wie der der Sackbohrungen 31b und 32b der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 ist. Die Dicke des dünnen runden Stücks 33' ist bestimmt, um ein stabiles Drehen des dünnen runden Stücks 33' durch die Drehvorrichtung 40 (siehe 9) zu ermöglichen.
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Um diese drei Stücke 31, 32 und 33' durch das Reibschweißen zu verbinden, werden im Wesentlichen die gleichen Schritte wie jene des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ausgeführt.
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Das heißt, das erste Stangenstück 31 (siehe 9) wird vom ersten Spannfutter C1 gehalten, das zweite Stangenstück 32 wird vom zweiten Spannfutter C2 gehalten und das dünne runde Stück 33' wird in die Drehvorrichtung 40 eingesetzt und mit einer vorgegebenen hohen Drehzahl um dessen Mitte gedreht. Danach werden die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 33 zum sich drehenden dünnen runden Stücks 33' bewegt und mit linken bzw. rechten Seitenflächen des sich drehenden Stücks 33' in Kontakt gebracht. Danach wird eine hohe Reibungswärme an den Kontaktbereichen erzeugt, so dass eine Schweißung zwischen dem ersten Stangenstück 31 und der linken Seitenfläche 33'a des dünnen runden Stücks 33' und eine Schweißung zwischen dem zweiten Stangenstück 32 und der rechten Seitenfläche 33'b des dünnen runden Stücks 33' durch die erzeugte hohe Wärme bewirkt wird.
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Bis zum Zeitpunkt, bei dem die Schweißung hinreichend erfolgt ist, werden die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 weiterhin mit einer vorgegebenen Kraft durch die Arbeit der ersten und zweiten Hydraulikeinheiten 41b und 42b gegen das dünne runde Stück 33' gepresst.
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Mit den oben beschriebenen Schritten, wird eine rohe Zahnstange 1' erzeugt, wie sie in 16 dargestellt ist. Wie dargestellt, weist die gerade hergestellte rohe Zahnstange 1' unschöne Grate 1x um die Schweißbereiche herum auf.
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Die unschönen Grate 1x werden danach zusammen mit einem radial vorstehenden Teil des dünnen runden Stücks 33' durch ein bekanntes Endbearbeitungsverfahren entfernt. Dadurch ist eine bearbeitete Zahnstange 1' hergestellt, wie sie aus 17 ersichtlich ist. Aufgrund der Entfernung der Grate 1x werden die beiden Schweißbereiche (ohne Bezugszeichen) der Zahnstange 1' geglättet, wodurch eine Spannung reduziert wird, die beim praktischen Einsatz der Zahnstange 1 an solchen Bereichen 1a und 1b auftreten würde.
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Nachfolgend werden die durch das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel bereitgestellten Vorzüge aufgeführt.
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Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden die durch das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel bereitgestellten Vorzüge nahezu erreicht.
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Ferner führt in diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Verwendung des dünnen runden Stücks 33' zu einem leichtgewichtigen Aufbau der Zahnstange 1'. Mit anderen Worten ist das dünne runde Stück 33' (sowie das oben beschriebene mittlere Stangenstück 33 des ersten Ausführungsbeispiels) ein so genanntes Lückenfüllelement, das zum Unterdrücken einer gegenseitigen Drehung zwischen den ersten und zweiten Stangenstücken 31 und 32 verwendet wird. Genauer gesagt ist das Stück 33' oder 33 kein Element, das eine bedeutende Rolle für die Zahnstange 1' oder 1 spielen kann.
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Zum Ausführen des Reibschweißens wird das dünne runde Stück 33' verwendet, dessen Durchmesser größer als der der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 ist. Demzufolge kann das Reibschweißen zwischen jedem der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 und dem dünnen runden Stück 33' auf einfache Weise und sicher erfolgen. Aufgrund der größeren Größe des Stücks 33' kann ein Versatz zwischen den ersten und zweiten Stangenstücken 31 und 32 in radialer Richtung durch das Stück 33' hinreichend kompensiert werden, wenn der Versatz nicht zu groß ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiele beschränkt. Das heißt, die Form der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32, der relative Winkel „θ” zwischen diesen Stangenstücken 31 und 32 und die Größe und Form der ersten und zweiten Zahnstangenverzahnungen R1 und R2 kann verändert oder gemäß Spezifikationen einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung angepasst werden, bei der die Zahnstange der Erfindung in der Praxis verwendet wird.
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Falls gewünscht, kann ferner die Anpresskraft zum Anpressen der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 gegen das mittlere Stangenstück 33 (oder das dünne runde Stück 33') nur von einer der ersten und zweiten Pressvorrichtungen 41 und 42 erzeugt werden. Das heißt, beispielsweise kann die erste Hydraulikeinheit 41b (siehe 9) von der ersten Pressvorrichtung 41 entfernt werden. In diesem Fall erfolgt eine Modifikation der Art, dass die von der zweiten Hydraulikeinheit 42b erzeugte Anpresskraft ein Anpressen des Stücks 33 (oder 33') gegen das erste Stangenstück 31 sowie ein Anpressen des zweiten Stangenstücks 32 gegen das Stück 33 (oder 33') verursacht. Natürlich kann mit dieser Modifikation die Fertigungsvorrichtung zum Herstellen der Zahnstange 1 oder 1' vereinfacht und verkleinert werden.
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Falls gewünscht, können zum Erreichen des Reibschweißens der drei Stücke 31, 32 und 33 (oder 33') auch die ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 gedreht werden, wobei das mittlere Stangenstück 33 (oder das dünne runde Stück 33') stationär bleibt. Sobald in diesem Fall die an den Kontaktbereichen 1a und 1b erzeugte Reibungswärme ausreichend wird, wird die Drehung der ersten und zweiten Stangenstücke 31 und 32 sofort gestoppt und unmittelbar nach diesem stoppen wird der relative Winkel zwischen diesen beiden Stangenstücken 31 und 32 auf „θ” eingestellt.
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Außerdem können zum präzisen Ausrichten der drei Stücke 31, 32 und 33 vor dem Reibschweißen im Falle des ersten Ausführungsbeispiels erste und zweite Positionierungsstifte (nicht dargestellt) verwendet werden. Das heißt, wie aus 14 ersichtlich oder nachvollzogen werden kann, erstreckt sich der erste Positionierungsstift in und zwischen die Sackbohrung 31b des ersten Stangenstücks 31 und durch die Bohrung 33c des mittleren Stangenstücks 33 und die zweiten Positionierungsstifte erstrecken sich in und zwischen die Sackbohrung 32b des zweiten Stangenstücks 32 und durch die Bohrung 33c des mittleren Stangenstücks 33. Natürlich bleiben in diesem Fall derartige erste und zweite Positionierungsstifte in einer fertig gestellten Zahnstange 1 übrig.
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Die gesamten Inhalte der
japanischen Patentanmeldung 2012-191074 , eingereicht am 31. August 2012, werden hiermit durch Bezugnahme mit einbezogen.
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Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf derartige, die oben beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Diverse Modifikationen und Variationen derartige Ausführungsbeispiele können Form Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Beschreibung ausgeführt werden.
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Zusammenfassend ist festzustellen:
Ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange wird vorgeschlagen, umfassend das Ausrichten eines ersten Stangenstücks (31), eines Mittelstücks (33) und eines zweiten Stangenstücks (32) nacheinander längs einer gemeinsamen Achse (Z); das Ausführen eines ersten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) stationär gehalten werden, wobei ein vorgegebener Schnittwinkel (θ) Zwischen der ersten Zahnstangenverzahnung (R1) auf dem ersten Stangenstück (31) und der zweiten Zahnstangenverzahnung (R2) auf dem zweiten Stangenstück (32) dargestellt wird; und Ausführen eines zweiten Prozesses, wobei die ersten und zweiten Stangenstücke (31, 32) und das Mittelstück (33, 33') an gegenseitig zugewandten Enden in Kontakt miteinander gebracht werden und einer Relativdrehung dazwischen für ein Reibschweißen unterworfen werden, um dadurch das erste Stangenstück (31), das Mittelstück (33, 33') und das zweite Stangenstück (32) durch das Reibschweißen miteinander zu verbinden.
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Neben der schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung in 1 bis 17 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Zahnstange
- 1a, 1b
- Schweißbereiche
- 10
- Lenksystem bildender Abschnitt
- 11
- erster Zahnstangenmechanismus
- 12
- Eingangswelle
- 13
- Torsionsstab
- 14
- erste Ausgangswelle
- 15
- Drehmomentsensor
- 20
- Unterstützungssystem bildender Abschnitt
- 21
- zweiter Zahnstangenmechanismus
- 22
- zweite Ausgangswelle
- 23
- Schneckenwelle
- 24
- Schneckenrad
- 31
- erstes Stangenstück
- 31a
- rechte Stirnseite des ersten Stangenstücks
- 31b
- Sackbohrung
- 32
- zweites Stangenstück
- 33, 33'
- mittleres Stangenstück
- 33a
- linke Stirnseite des ersten Stangenstücks
- 33b
- rechte Stirnseite des ersten Stangenstücks
- 33c
- Durchgangsbohrung des mittleren Stangenstücks
- 40
- Drehvorrichtung
- 40a
- Elektromotor
- 40b
- Rotoreinheit
- 40c
- Drehzahlminderer
- 41
- erste Pressvorrichtung
- 41a
- erste Haltereinheit
- 41b
- erste Hydraulikeinheit
- 41c
- erster Positionssensor
- 42
- zweite Pressvorrichtung
- 42a
- zweite Halteeinheit
- 42c
- zweiter Positionssensor
- B2
- Dachbereich
- B2-1
- Erhöhung
- BR1, BR2
- Halter
- C1, C2
- erstes, zweites Spannfutter
- OD1, UD1
- Backenfutter des ersten Spannfutters
- OD2, UD2
- Backenfutter des zweiten Spannfutters
- M
- Elektromotor
- R1, R2
- erste, zweite Zahnstangenverzahnung
- P1, P2
- erstes, zweites Ritzel
- T1
- die erste Zahnstangenverzahnung bildender Bereich
- T2
- die zweite Zahnstangenverzahnung bildender Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002-154442 [0002]
- JP 2012-191074 [0096]
