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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges.
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Stand der Technik
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Verzahnungen müssen zur Kraftübertragung hohen Belastungen standhalten. Eine Randschichthärtung an Verzahnungen ist aus Festigkeits- und Verschleißgründen erforderlich. Verzahnungen an unsymmetrischen Bauteilen, wie beispielsweise Zahnstangen, werden üblicherweise vor einem Härteprozess hergestellt. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass die Verzahnungen anschließend durch eine Wärmebehandlung in einem separaten Prozessschritt gehärtet werden.
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Die fertigungstechnisch erforderlichen Toleranzen und die durch die Wärmebehandlung bedingten Materialverzüge bei vorstehend genanntem Verfahren begrenzen jedoch die Verzahnungsqualität.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbesserung der Verzahnungsqualität im Hinblick auf Verschleiß, Verschiebekraft und Geräuschentwicklung, sowie eine Verzahnung, welche die vorstehend genannten Eigenschaften aufweist, bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Ritzel eine abrasive Oberfläche aufweist, und wobei das Ritzel zum Materialabtrag an Zahnflanken der Verzahnung beim Abrollen auf der Verzahnung oszillierend auslenkbar ist.
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Die Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Abrollen eines Ritzels mit einer vorgegebenen Anpresskraft auf der Verzahnung, wobei das eine abrasive Oberfläche aufweisende Ritzel zum Materialabtrag an Zahnflanken der Verzahnung beim Abrollen auf der Verzahnung oszillierend ausgelenkt wird.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, welche die Verzahnungsqualität im Hinblick auf Verschleiß, Verschiebekraft und Geräuschentwicklung verbessert. Durch Abrollen des eine abrasive Oberfläche aufweisenden Ritzels mit einer vorgebbaren Anpresskraft auf der Verzahnung in Kombination mit der oszillierenden Auslenkung des Ritzels auf der Verzahnung kann in vorteilhafter Weise ein Materialabtrag an Zahnflanken der Verzahnung durchgeführt werden, wodurch sich dadurch eine Verbesserung der Verzahnungsqualität hinsichtlich Verschleiß, Verschiebekraft und Geräuschentwicklung einstellt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Material an den Zahnflanken der Verzahnung über eine Gleitbewegung des Ritzels auf der Verzahnung abtragbar ist. Durch die Gleitbewegung des Ritzels kann in vorteilhafter Weise ein definierter Materialabtrag an Zahnflanken der Verzahnung vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Amplitude und/oder eine Geschwindigkeit einer Auslenkung des Ritzels auf der Verzahnung einstellbar ist. Die Hartbearbeitung der Verzahnung ist somit in vorteilhafter Weise an jeweilige Materialeigenschaften der Verzahnung anpassbar, sodass durch Anpassung der Amplitude und/oder der Geschwindigkeit der Auslenkung des Ritzels ein optimales Ergebnis erzielbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Anpresskraft des Ritzels auf die Verzahnung einstellbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise ein erforderlicher Kontaktdruck des Ritzels auf die Verzahnung bereitgestellt werden, welcher zum effektiven Abtrag von Material an Zahnflanken der Verzahnung erforderlich ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Oszillation einer Auslenkung des Ritzels auf der Verzahnung dreiecksförmig ist. Durch die Dreiecksform der Oszillation ist die Geschwindigkeit in vorteilhafter Weise konstant. Dadurch kann vorzugsweise ein gleichmäßiger Materialabtrag bei gleichmäßiger Anpresskraft gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Oszillation der Auslenkung des Ritzels auf der Verzahnung synchron zu einer Schraubung des Ritzels durchführbar ist. Somit erfolgt vorzugsweise ein gleichmäßiger Materialabtrag.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ritzel über einen ersten Antrieb in Drehung versetzbar und/oder die Verzahnung über einen zweiten Antrieb relativ zum Ritzel bewegbar ist. Somit kann der zur Hartbearbeitung der Verzahnung erforderliche Antrieb das Ritzel und/oder die Verzahnung selbst antreiben und weist somit ein flexibles Antriebskonzept auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ritzel und/oder die Verzahnung unproportional entsprechend einer vorgegebenen Übersetzungsfunktion der Verzahnung antreibbar sind. Das Ritzel und/oder die Verzahnung sind somit in vorteilhafter Weise an eine entsprechende Übersetzungsfunktion der Verzahnung anpassbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ritzel derart ausgebildet ist, dass beim Abrollen des Ritzels auf der Verzahnung Material an den Zahnflanken der Verzahnung derart abtragbar ist, dass eine Wälzkurve des Ritzels auf der Verzahnung nach der Hartbearbeitung im Vergleich zu einem unbearbeiteten Zustand der Verzahnung geglättet ist. Damit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Verzahnungsqualität im Hinblick auf Verschleiß, Verschiebekraft und Geräuschentwicklung sowie eine gleichmäßigere Übersetzung einer Lenkbewegung von einer Lenkwelle auf die Zahnstange.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ritzel mit synthetischem Diamant oder mit kubischem Bornitrid beschichtet ist. Somit weist das Ritzel in vorteilhafter Weise eine erforderliche Härte zur Hartbearbeitung der Verzahnung auf.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Graphik einer Oszillation der Vorrichtung zur Hartbearbeitung der Verzahnung des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Hartbearbeitung der Verzahnung des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Hartbearbeitung der Verzahnung des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Hartbearbeitung einer Verzahnung 12 eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Vorrichtung 1 zur Hartbearbeitung der Verzahnung 12 des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils 10 bzw. einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges weist vorzugsweise ein Ritzel 14 auf. Das Ritzel 14 ist vorzugsweise mit der Verzahnung 12 des Bauteils 10 in Eingriff bringbar. Darüber hinaus ist das Ritzel 14 mit einer vorgebbaren Anpresskraft F auf der Verzahnung 12 abrollbar. Das Ritzel 14 weist des Weiteren eine abrasive Oberfläche 14a auf. Das Ritzel 14 ist in vorteilhafter Weise mit einer abrasiven Schicht beschichtet. Diese ist vorzugsweise synthetischer Diamant. Alternativ kann die Oberfläche 14a des Ritzels 14 beispielsweise mit kubischem Bornitrid oder einer anderen geeigneten Beschichtung beschichtet sein.
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Das Ritzel 14 ist vorzugsweise zum Materialabtrag an Zahnflanken 12a der Verzahnung 12 beim Abrollen auf der Verzahnung 12 oszillierend auslenkbar. Das Material an den Zahnflanken 12a der Verzahnung 12 ist vorzugsweise über eine Gleitbewegung des Ritzels 14 auf der Verzahnung 12 abtragbar. Alternativ kann der Abtrag des Materials an den Zahnflanken der Verzahnung beispielsweise über einen anderen geeigneten Bewegungsablauf abgetragen werden.
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Eine Amplitude und/oder eine Geschwindigkeit einer Auslenkung Y1 des Ritzels 14 auf der Verzahnung 12 ist in vorteilhafter Weise einstellbar. Die Auslenkung des Ritzels 14 erfolgt vorzugsweise axial. Alternativ kann die Auslenkung des Ritzels beispielsweise in einem vorgebbaren Anstellwinkel des Ritzels 14 zur Verzahnung 12 erfolgen.
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Das Ritzel 14 ist daher in vorteilhafter Weise derart dimensioniert, dass dieses eine größere Länge als eine Breite der Verzahnung 12 des Bauteils 10 aufweist. Darüber hinaus ist des Weiteren eine Anpresskraft F des Ritzels 14 auf die Verzahnung einstellbar.
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2 zeigt eine Graphik einer Oszillation der Vorrichtung 1 zur Hartbearbeitung der Verzahnung 12 des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Eine Oszillation S der Auslenkung Y1 des Ritzels auf der Verzahnung ist in vorteilhafter Weise dreiecksförmig. Durch die Dreiecksform der Oszillation ist die Geschwindigkeit in vorteilhafter Weise konstant. Dadurch kann vorzugsweise ein gleichmäßiger Materialabtrag bei gleichmäßiger Anpresskraft gewährleistet werden. Alternativ kann beispielsweise eine andere geeignete Oszillationsform vorgesehen sein. Die Graphik stellt auf einer Vertikalachse eine Auslenkung Y des Ritzels und auf einer Horizontalachse eine Zeit t dar. Eine Periodendauer T zwischen jeweiligen Amplituden der Oszillation S ist ebenfalls dargestellt.
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Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Oszillation S der Auslenkung Y1 des Ritzels 14 auf der Verzahnung 12 synchron zu einer Schraubung des Ritzels 14 durchführbar ist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 1 zur Hartbearbeitung der Verzahnung 12 des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Ritzel 14 ist vorzugsweise über einen ersten Antrieb A in Drehung versetzbar. Darüber hinaus ist die Verzahnung 12 über einen zweiten Antrieb B relativ zum Ritzel bewegbar. Alternativ kann beispielsweise nur das Ritzel 14 oder die Verzahnung 12 einen Antrieb aufweisen.
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Das Ritzel 14 und die Verzahnung 12 sind vorzugsweise unproportional entsprechend einer vorgegebenen (in 3 nicht gezeigten) Übersetzungsfunktion der Verzahnung 12 antreibbar. Alternativ können das Ritzel 14 und/oder die Verzahnung 12 beispielsweise proportional im Falle einer Konstantübersetzung der Verzahnung 12 antreibbar sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen jeweilige Zahnflanken in Randbereichen der Verzahnung 12 einen relativ steilen Winkel und in einem mittigen Bereich der Verzahnung 12 einen flacheren Winkel auf. Alternativ kann auch eine andere geeignete Anordnung der Zahnflanken vorgesehen sein.
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Das Ritzel 14 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass beim Abrollen des Ritzels auf der Verzahnung 12 Material an den Zahnflanken 12a der Verzahnung 12 derart abtragbar ist, dass eine Wälzkurve des Ritzels 14 auf der Verzahnung 12 nach der Hartbearbeitung im Vergleich zu einem unbearbeiteten Zustand der Verzahnung geglättet ist.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Hartbearbeitung der Verzahnung des länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Verfahren zur Hartbearbeitung einer Verzahnung eines länglichen, nicht rotationssymmetrischen Bauteils bzw. einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges umfasst ein in Eingriff bringen S1 eines Ritzels mit der Verzahnung. Des Weiteren weist das Verfahren ein Abrollen S2 des Ritzels mit einer vorgegebenen Anpresskraft auf der Verzahnung auf, wobei das eine abrasive Oberfläche aufweisende Ritzel zum Materialabtrag an Zahnflanken der Verzahnung beim Abrollen auf der Verzahnung oszillierend ausgelenkt wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise ist das Ritzel an eine jeweilige Dimensionierung der Zahnstange, insbesondere an eine jeweilige Teilung und/oder an einen jeweiligen Schrägungswinkel der Verzahnung, anpassbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 10
- Bauteil
- 12
- Verzahnung
- 12a
- Zahnflanken
- 14
- Ritzel
- 14a
- Oberfläche
- A, B
- Antrieb
- F
- Anpresskraft
- S
- Oszillation
- Y1
- Auslenkung
