DE102014115012A1

DE102014115012A1 - Verfahren zur Bearbeitung eines Kugelgewindes einer Lenkmutter und/oder einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems

Info

Publication number: DE102014115012A1
Application number: DE102014115012.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Müller; Andreas Tisljar
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-21

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Kugelgewindes einer Lenkmutter und/oder einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems vorgeschlagen. In einem ersten Schritt (2) wird ein Ist-Profil des Kugelgewindes ermittelt. In einem zweiten Schritt (4) wird das Ist-Profil mit einem Soll-Profil des Kugelgewindes verglichen. In einem dritten Schritt (6) wird in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Materialabtrag durch ein Schleifen des Kugelgewindes durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Kugelgewindes einer Lenkmutter und/oder einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Lenkgetriebe, die eine Lenkmutter und eine Zahnstange umfassen und einem Kraftfahrzeuglenksystem zugeordnet sind, sind allgemein bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 10 2011 056 025 A1 einen Kugelgewindetrieb für eine Hilfskraftlenkung mit einer Lenkmutter, auf der eine Riemenscheibe vorgesehen ist, bei dem die Lenkmutter kippweich unter der Riemenscheibe gelagert ist.
Aus der DE 10 2010 063 196 A1 ist eine Zahnstange für ein Lenksystem eines Fahrzeugs bekannt, die eine erste Kugellaufbahn umfasst. Die erste Kugellaufbahn ist wendelförmig ausgebildet. Ein erster Bereich ist benachbart zur ersten Kugellaufbahn angeordnet. Der erste Bereich ist durch Außenrundschleifhärten gehärtet.
Aus der DE 10 2012 105 295 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit einem Kugelgewindeabschnitt bekannt, der ausgehend von einer Rohform durch ein elektrochemisches Abtragungsverfahren in seine Endform gebracht wird.
Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines Kugelgewindes einer Lenkmutter und/oder einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems zu verbessern.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Vorteilhaft wird in einem ersten Schritt ein Ist-Profil eines Kugelgewindes ermittelt. In einem zweiten Schritt wird das Ist-Profil mit einem Soll-Profil des Kugelgewindes verglichen. In einem dritten Schritt wird in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Materialabtrag durch Schleifen des Kugelgewindes durchgeführt. Dadurch kann vorteilhaft eine Profilform automatisch korrigiert werden und eine manuelle Einstellung und Korrektur des Profils ist nicht mehr notwendig. Vorteilhaft können Bedienfehler durch manuelle Einstellung und Korrektur durch den Maschinenbediener verhindert werden. Entsprechend wird ein Ausschuss durch fehlerhafte Bearbeitung des Kugelgewindes verringert. Durch diese automatische Profilformkorrekturen können auch unterschiedliche Konturen unabhängig von einem Radiusmittelpunkt oder Radius erreicht werden. U. a. ist auch mit einem Verschleiß an einem Abrichtrad das gewünschte Profil herstellbar. Darüber hinaus ergeben sich Einsparungen bei der Rüstzeit und einem Werkzeugwechsel der Schleifmaschine. Durch die insgesamt höhere Profilformgenauigkeit gegenüber einer manuellen Korrektur lässt sich eine insgesamt höhrere Qualität der Lenkung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Schleiprofil ermittelt, wobei in dem dritten Schritt das Kugelgewinde gemäß des Schleifprofils geschliffen wird. Mithin weist das Kugelgewinde nach der Bearbeitung das Schleifprofil auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem zweiten Schritt in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Versatz des Ist-Profils von dem Soll-Profil in Richtung des Materials des Kugelgewindes ermittelt. Das Schleifprofil ergibt sich aus dem Soll-Profil durch eine Verschiebung des Soll-Profils um den Versatz. Durch die Ermittlung des Versatzes können Formfehler im Bereich der Profilform erkannt und durch die Verschiebung des Soll-Profils um den Versatz verringert bzw. eliminiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform gibt der Versatz einen im Wesentlichen größten Abstand zwischen dem Soll-Profil und dem Ist-Profil in Richtung des Materials des Kugelgewindes an. Durch diese Wahl des Versatzes wird sichergestellt, dass genügend Material abgetragen wird, um mögliche Formfehler des Ist-Profils prozesssicher innerhalb einer Profilformtoleranz zu korrigieren.
In einer Ausführungsform verläuft der Versatz im Wesentlichen orthogonal zu einer Breite des Kugelgewindes. In einer weiteren Ausführungsform verläuft der Versatz im Wesentlichen orthogonal zu einer Tiefe des Kugelgewindes. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung an die verwendete Schleifmaschine. Darüber hinaus können bei der erstgenannten Ausführungsform insbesondere Formfehler in der Tiefe des Kugelgewindes korrigiert werden. In der zweitgenannten Ausführungsform können insbesondere Formfehler am Rande des Kugelgewindes korrigiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform verläuft der Versatz im Wesentlichen orthogonal zu einer Tangente am Soll-Profil. Hierdurch kann vorteilhaft im gesamten Bereich sowohl am Rand als auch in der Tiefe eine Profilformkorrektur durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Kugelgewinde im Querschnitt ein gotisches Profil auf. Hierunter ist zu verstehen, dass sich die Kugellaufbahn aus zwei gotischen Profilen zusammensetzt und sich somit ein 4-Punkt-Kontakt zwischen einer Kugel und einem Laufbahnprofil ergibt.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Hierbei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen und Merkmale in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 ein schematisches Ablaufdiagramm; und
2 und 3 jeweils eine schematische Profildarstellung eines Kugelgewindes.
1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm mit einem ersten Schritt 2, einem zweiten Schritt 4 und einem dritten Schritt 6. In dem ersten Schritt 2 wird ein Ist-Profil eines Kugelgewindes einer Lenkmutter und/oder einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems ermittelt. Die Ermittlung des Ist-Profils wird für das jeweilige Werkstück auf einer entsprechenden Messmaschine durchgeführt und das Ist-Profil abgespeichert. In dem zweiten Schritt 4 wird das Ist-Profil mit einem Soll-Profil des Kugelgewindes verglichen. In dem dritten Schritt 6 wird in Abhängigkeit von dem Vergleich in dem zweiten Schritt 4 ein Materialabtrag durch ein Schleifen des Kugelgewindes durchgeführt.
2 zeigt in schematischer Form ein Profil des Kugelgewindes 8 in einem Querschnitt. Aus Übersichtsgründen ist in dem Querschnitt der 2 nur das Profil gezeigt, wobei sich in y-Richtung das Material der Lenkmutter bzw. der Zahnstange an das gezeigte Profil anschließt.
Mithin stellt das Kugelgewinde 8 eine wendelförmig verlaufende Nut 10 dar, wobei sich die Nut 10 aus einem Einlaufbereich 12, Kugellaufflächen 14 und 16 sowie einem zwischen den Kugellaufflächen 14 und 16 liegenden Freistich 18 zusammensetzt. Selbstverständlich liegt eine Kugel nicht an der gesamten Kugellauffläche 14 und 16 an, insbesondere liegt eine Kugel nur an einem Punkt der Kugellauffläche 14 und/oder 16 an. Im Folgenden werden die Schritte 2, 4 und 6 zu der Kugellauffläche 14 erläutert, was sich aber selbstverständlich auch auf die Bearbeitung der Kugellauffläche 16 übertragen lässt.
In dem ersten Schritt 2 wird das Ist-Profil 20 gemäß der in 2 dargestellten gestrichelten Linie ermittelt. Das Soll-Profil 30 der Kugellauffläche 14 ist als durchgängie Linie dargestellt. Das Soll-Profil 30 umfasst im Querschnitt zweidimensionale yz-Koordinaten gemäß den Punkten 32a bis 32h. Für das gemessene Ist-Profil 20 ergeben sich abweichend von den Punkten 32 Punkte 22c bis 22g. Das Vermessen und Ermitteln der Punkte 22 geschieht auf einer entsprechenden Messeinrichtung.
Nach der Ermittlung der Punkte 22 werden die Punkte 22 des Ist-Profils 20 mit den Punkten 32 des Soll-Profils 30 verglichen. Dies erfolgt in dem zweiten Schritt 4. In dem zweiten Schritt 4 werden die Punkte 22 und 32 derart verglichen, dass in Richtung des Materials, also in y-Richtung ein Versatz 40 ermittelt wird. Der Versatz 40 ist ein zweidimensionaler Vektor und umfasst eine y-Komponente und eine z-Komponente.
In 2 wird der Vektor 40 mit einer z-Komponente von Null ermittelt und weist somit nur eine positive y-Komponente auf. Selbstverständlich kann der Versatz 40 auch mit einer y-Komponente von Null entgegen der z-Richtung ermittelt werden. Selbstverständlich kann der Versatz 40 auch mit einer positiven y-Komponente und mit einer negativen z-Komponente für die Kugellauffläche 14 ermittelt werden.
Die gestrichtelte Linie 42 verläuft über eine gesamte Breite 44 der Nut. Orthogonal zu der Linie 42 ergibt sich in y-Richtung eine Tiefe der Nut 10.
3 zeigt analog zu 2 einen Querschnitt des Profils des Kugelgewindes 8. Anhand der 3 wird der dritte Schritt 6 erläutert. In dem dritten Schritt 8 wird in Abhängigkeit von dem Vergleich des Ist-Profils 20 und des Soll-Profils 30 ein Materialabtrag durchgeführt. Dieser Materialabtrag wird durch ein Schleifen des Kugelgewindes mittels einer mittels eines Abrichtrads abgerichteten Schleifscheibe durchgeführt. Das Abrichtrad und die Schleifscheibe sind Teil einer Schleifvorrichtung, der ein Schleifprofil 50 zum Schleifen des Kugelgewindes 8 zugeführt wird. Das Schleifprofil 50 wird in Abhängigkeit von dem Vergleich des Ist-Profils 20 mit dem Soll-Profil 30 ermittelt.
Aus dem Vergleich der Profile 20 und 30 wird der in 2 erläuterte Versatz 40 ermittelt. Das Schleifprofil 50 ergibt sich durch eine Verschiebung des Soll-Profils 30 um den Versatz 40 in Richtung des Materials der Lenkmutter bzw. der Zahnstange.
So wird jeder einzelne Punkt 32a bis 32h des Soll-Profils 30 um den Vektor gemäß dem Versatz 40 verschoben. Mithin ergibt sich eine Parallelverschiebung des Soll-Profils 30 hin zu dem Schleifprofil 50. Aus den jeweiligen Punkten 32a bis 32h ergeben sich entsprechend Punkte 52a bis 52h.
In dem dritten Schritt 6 wird somit das Abrichtrad und die Schleifscheibe derart eingestellt, dass das vorhandene Ist-Profil 20 gemäß dem Schleifprofil 50 geschliffen wird. Selbstverständlich ist die Darstellung in den 2 und 3 nur beispielhaft und nicht maßstabsgetreu.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011056025 A1 [0002]
DE 102010063196 A1 [0003]
DE 102012105295 A1 [0004]

Claims

Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Kugelgewindes (8) einer Lenkmutter und/oder einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt (2) ein Ist-Profil (20) des Kugelgewindes (8) ermittelt wird, dass in einem zweiten Schritt (4) das Ist-Profil (20) mit einem Soll-Profil (30) des Kugelgewindes (8) verglichen wird, und dass in einem dritten Schritt (6) in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Materialabtrag durch ein Schleifen des Kugelgewindes (8) durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem zweiten Schritt (4) bei dem Vergleich des Ist-Profils (20) mit dem Soll-Profil (30) ein Schleifprofil (50) ermittelt wird, und wobei in dem dritten Schritt (6) das Kugelgewinde (8) gemäß des Schleifprofils (50) geschliffen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei in dem zweiten Schritt (4) bei dem Vergleich ein Versatz (40) des Ist-Profils (20) von dem Soll-Profil (30) in Richtung des Materials des Kugelgewindes (8) ermittelt wird, und wobei das Schleifprofil (50) sich aus dem Soll-Profil (30) durch eine Verschiebung des Soll-Profils (30) um den Versatz (40) ergibt.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Versatz (40) ein Vektor ist, der in Richtung des Materials des Kugelgewindes (8) gerichtet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Versatz (40) einen im Wesentlichen größten Abstand zwischen dem Soll-Profil (30) und Ist-Profil (20) angibt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Versatz (40) im Wesentlichen orthogonal zu einer Breite des Kugelgewindes (8) oder orthogonal zu einer Tiefe des Kugelgewindes (8) verläuft.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Versatz (40) im Wesentlichen orthogonal zu einer Tangente am Soll-Profil (30) verläuft.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kugelgewinde (8) im Querschnitt ein gotisches Profil aufweist.
Eine Lenkmutter für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
Eine Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuglenksystems, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.