DE102014105780A1

DE102014105780A1 - Verfahren zum Richten einer Lenkzahnstange

Info

Publication number: DE102014105780A1
Application number: DE102014105780.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Börroth; Peter Döpker; Günter Wiedersich
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: DE102014105780B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Richten einer Lenkzahnstange werden in einem ersten, dem Richtprozess vorgeschalteten Schritt Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange ermittelt und in eine von mehreren Klassen eingeteilt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt der Richtprozess mit einer der ermittelten Klasse entsprechenden Parametrierung durchgeführt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Richten einer Lenkzahnstange für ein Lenksystem in einem Fahrzeug.
Lenkzahnstangen als Teil eines Lenksystems in einem Fahrzeug übertragen die vom Fahrer vorgegebene Lenkbewegung, die als Drehbewegung einer Lenkwelle vorliegt, auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs. Die Lenkwelle greift in die Verzahnung der Lenkzahnstange ein und verschiebt die Lenkzahnstange in die gewünschte Richtung.
Voraussetzung für ein ordnungsgemäßes Funktionieren über einen langen Betriebszeitraum ist eine präzise Fertigung der Lenkzahnstange. Bei der Herstellung durchläuft die Lenkzahnstange verschiedene Arbeitsgänge und unterliegt Prozessschwankungen, die in der Summe zu einer Maß- und Formabweichung der Lenkzahnstange führen. Nach Beendigung des Herstellungsprozesses muss jedoch die Lenkzahnstange im Hinblick auf die Maßhaltigkeit innerhalb einer definierten Toleranz liegen.
In der DE 10 2005 027 640 A1 wird ein Verfahren zum automatischen Biegerichten länglicher Werkstücke beschrieben. Nach dem Einspannen des Werkstücks in eine Biegerichtvorrichtung wird das Werkstück vermessen und anschließend durch Biegerichten an ausgewählten Punkten so weit bearbeitet, bis der Abstand zwischen Ist- und Sollwerten innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Das Biegerichten wird mithilfe von Richtambossen und Richthämmern durchgeführt, die an einem Schlitten angeordnet sind, der in Werkstücklängserstreckung verfahrbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand eine Lenkzahnstange für ein Lenksystem mit hoher Präzision herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das Verfahren wird zum Herstellen einer Lenkzahnstange für ein Lenksystem in einem Fahrzeug eingesetzt. Über die Lenkzahnstange werden Lenkbewegungen, die vom Fahrer über die Lenkwelle vorgegeben werden, in eine entsprechende Lenkbewegung der lenkbaren Räder umgesetzt.
Die Lenkzahnstange unterliegt bei der Herstellung verschiedenen Bearbeitungsschritten, zu denen auch das Richten der Lenkzahnstange gehört, bei dem der Lenkzahnstange eine gewünschte Formänderung aufgeprägt wird. Die dem Richten vorgeschalteten Prozessschritte zur Bearbeitung der Lenkzahnstange unterliegen Prozessschwankungen, die in der Summe zu Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange noch vor dem Richtprozess führen. Dementsprechend werden die Lenkzahnstangen mit unterschiedlichen Maß- und Formabweichungen dem Richtprozess zugeführt, die jedoch Einfluss auf das endgültige Maß bzw. die endgültige Form der Lenkzahnstange haben. Damit nach Abschließen des Richtprozesses die Lenkzahnstange mit hoher Präzision das geforderte Endmaß aufweist, müssen die Maß- und Formschwankungen der Lenkzahnstangen beim Richtprozess berücksichtigt werden. Dem wird dadurch Rechnung getragen, dass die Maß- bzw. Formabweichungen Einfluss auf die Parametrierung des Richtprozesses haben, bei dem die Lenkzahnstange einer Formbearbeitung unterzogen wird.
Um den Parametrierungsaufwand einzudämmen, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass vor dem Richtprozess zunächst in einem vorgeschalteten Schritt die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange ermittelt und in eine von mehreren Klassen eingeteilt werden. Jede Klasse entspricht einer bestimmten Parametrierung des Richtprozesses, so dass mit dem Einteilen einer bestimmten Lenkzahnstange in eine definierte Klasse die entsprechende Parametrierung aktiviert und der folgende Richtprozess mit der dieser Klasse zugeordneten Parametrierung durchgeführt wird.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass nur eine begrenzte Anzahl an Klassen und damit an Parametersätzen erforderlich ist und dennoch eine hohe Maßgenauigkeit nach Abschluss des Richtens erreicht werden kann. Es ist nicht erforderlich, für jede festgestellte Maß- bzw. Formabweichung einen eigenen Parametersatz für den Richtprozess zu bestimmen. Es genügt vielmehr, eine begrenzte Anzahl an Klassen vorzusehen, denen jeweils ein Parametersatz für den Richtprozess zugeordnet ist, wobei jeder Klasse eine definierte Bandbreite von Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange von einem idealen Sollwert zugeordnet ist.
Man erhält auf diese Weise über die Klasseneinteilung eine Rasterung der Maß- bzw. Formabweichungen mit der Folge, dass die Anzahl der Parametersätze für den Richtprozess auf die Anzahl der Klassen beschränkt ist. Es kann beispielsweise genügen, sechs, acht oder zehn unterschiedliche Klassen für Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange vorzusehen, wobei eine zu bearbeitende Lenkzahnstange der festgestellten Maß- bzw. Formabweichung entsprechend in eine dieser Klassen eingeteilt und der entsprechende Parametersatz für den Richtprozess aktiviert wird. Trotz der begrenzten Anzahl an Parametersätzen kann im Richtvorgang die Lenkzahnstange mit hoher Genauigkeit auf das gewünschte Maß gebracht werden.
Die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange werden sensorisch ermittelt. Hierfür ist mindestens ein, vorteilhafterweise mehrere axial beabstandete Messpunkte an der Lenkzahnstange vorgesehen, gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ mehrere Punkte über den Umfang verteilt oder zusätzlich oder alternativ mehrere radial verteilte Punkte, um Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange feststellen zu können. Die verschiedenen Klassen bilden jeweils einen Ausschnitt aus der Maß- bzw. Formabweichungsverteilung ab. Mit der Feststellung, in welche Klasse die ermittelten Maß- bzw. Formabweichungen fallen, kann auch der entsprechende Parametersatz für den Richtprozess aktiviert werden. Die Klassifizierung erfolgt beispilesweise über eine der Lenkzahnstange zugrunde gelegten Hüllkurve.
Insgesamt wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren zum Richten einer Lenkzahnstange trotz der begrenzten Anzahl an Parametersätzen eine hohe Präzision bei der Bearbeitung der Lenkzahnstange erreicht. Mit dem Verfahren lässt sich zudem die Herstellungszeit optimieren, außerdem ist die Qualität des Endergebnisses verbessert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass verschiedene Richtanlagen für den Richtprozess eingesetzt werden können, wobei gegebenenfalls in jeder Richtanlage zugehörige Parametersätze in den verschiedenen Klassen aktiviert werden, in die die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange eingeteilt werden.
Es kann ausreichend sein, lediglich Maßabweichungen der Lenkzahnstange zu ermitteln und der Klasseneinteilung zugrunde zu legen, nicht jedoch Formabweichungen. Maßabweichungen können verhältnismäßig einfach sensorisch erfasst werden. Eventuelle Formabweichungen, beispielsweise eine Balligkeit bzw. Ovalität im Querschnitt anstatt eines runden Querschnittes, werden über die sensorisch ermittelten Maßabweichungen miterfasst, so dass es nicht erforderlich ist, separat die Formabweichungen zu ermitteln. Gleichwohl kann es aber auch zweckmäßig sein, über weitere Sensoren zusätzlich die Formabweichungen festzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt die Ermittlung der Maß- bzw. Formabweichungen in der gleichen Richtanlage, die auch zum Richten der Lenkzahnstange eingesetzt wird. Dies stellt eine Vereinfachung im Herstellungsprozess dar. Es ist aber auch eine Ermittlung der Maß- bzw. Formabweichungen außerhalb der Richtanlage möglich.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Lenkzahnstange im Richtprozess einem Biegerichten unterzogen, bei der die Lenkzahnstange quer zu ihrer Längsachse umgeformt wird. Es kommen aber auch sonstige Richtverfahren in Betracht, beispielsweise ein Rollrichten.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Lenkeinrichtung in einem Fahrzeug,
2 ein Ablaufdiagramm zum Biegerichten einer Lenkzahnstange.
Die in 1 dargestellte Lenkeinrichtung 1 umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel bzw. -welle 3, ein Lenkgehäuse 4 mit einem darin aufgenommenen Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkspindel 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel δ_L vor, der im Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 auf die Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δ_V einstellt.
Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor 7 vorgesehen, über den ein Servomoment zur Unterstützung in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 eingespeist werden kann. Anstelle eines elektrischen Servomotors kann auch eine hydraulische Unterstützungseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und ein hydraulisches Lenksystem speist.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Biegerichten einer Lenkzahnstange für eine Lenkeinrichtung. Bevor die Lenkzahnstange dem Biegerichten unterzogen wird, muss zunächst die Maß- bzw. Formabweichung der Lenkzahnstange festgestellt werden, um den Richtprozess in der Weise durchführen zu können, dass die Lenkzahnstange nach Abschluss des Biegerichtens mit ausreichender Genauigkeit der Sollmaßgabe entspricht.
In einem ersten Verfahrensschritt 10 wird vor dem Durchführen des Richtprozesses zunächst die Maß- bzw. Formabweichung der Lenkzahnstange von einem Sollwert sensorisch erfasst. Dies kann gegebenenfalls in der Richtanlage durchgeführt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, über geeignete Sensoren an verschiedenen axialen Positionen der Lenkzahnstange sowie über den Umfang verteilt die Abweichungen insbesondere in Radialrichtung zu erfassen.
Anschließend werden die Maß- bzw. Formabweichungen in einem weiteren Schritt in eine von mehreren Klassen 11, 12, 13 eingestuft. Je nach Höhe und Richtung der Abweichung von einem vorgegebenen Sollmaß erfolgt die Einteilung in eine entsprechende Klasse 11, 12, 13, wobei gegebenenfalls, wie mit den Punkten zwischen den Klassen 12 und 13 angedeutet, auch eine größere Anzahl an Klassen für die Einteilung vorhanden sein kann. Es kann zum Beispiel zweckmäßig sein, zehn unterschiedliche Klassen für die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstangen vorzusehen.
Jeder einzelnen Klasse, 12, 13 ist ein Parametersatz für die Richtanlage zugeordnet, in welcher in einem anschließenden Prozess gemäß Schritt 14 das Biegerichten der Lenkzahnstange durchgeführt wird. Der entsprechende Parametersatz wird für die Richtanlage aktiviert, woraufhin der Richtprozess des Biegerichtens mit der entsprechenden Parametrierung durchgeführt wird. Somit ist es möglich, trotz unterschiedlicher großer Abweichungen von Lenkzahnstangen von einem vorgegebenen Sollmaß bzw. einer Sollform nach Abschluss des Richtprozesses ein identisches Endergebnis zu erzielen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkeinrichtung
2: Lenkrad
3: Lenkwelle
4: Lenkgehäuse
5: Lenkzahnstange
6: Vorderrad
7: elektrischer Servomotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005027640 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Richten einer Lenkzahnstange, bei dem zunächst in einem ersten, dem Richtprozess vorgeschalteten Schritt Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange (5) ermittelt und in eine von mehreren Klassen eingeteilt werden und anschließend in einem zweiten Schritt der Richtprozess mit einer der ermittelten Klasse entsprechenden Parametrierung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange (5) an mehreren axial beabstandeten Messpunkten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange (5) an mehreren radial beabstandeten Messpunkten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maß- bzw. Formabweichungen der Lenkzahnstange (5) an mehreren über den Umfang verteilten Messpunkten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte berührungslos ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte berührend ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich Maßabweichungen ermittelt und der Klasseneinteilung zugrunde gelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Maß- bzw. Formabweichungen in der Richtanlage zum Richten der Lenkzahnstange (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Maß- bzw. Formabweichungen außerhalb der Richtanlage zum Richten der Lenkzahnstange (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkzahnstange (5) im Richtprozess einem Biegerichten unterzogen wird.