DE102016109307B4

DE102016109307B4 - Vermessungsvorrichtung einer Zahnstange, Vorrichtung zum Biegerichten einer Zahnstange, Verfahren zum Bestimmen einer Maßabweichung einer Zahnstange und Verfahren zum Biegerichten einer Zahnstange

Info

Publication number: DE102016109307B4
Application number: DE102016109307.6A
Authority: DE
Inventors: Günter Wiedersich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2036-05-21
Also published as: DE102016109307A1

Abstract

Vermessungsvorrichtung (1) zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung (12) einer Zahnstange (10) und der Zahnstange (10) für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, in welche die Zahnstange (10) einspannbar ist, wobei die Zahnstange (10) in einem Verzahnungsbereich (10a) und in einem Schaftbereich (10b) zum Bestimmen einer Ist-Position (PMI) einer Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) taktil vermessbar ist, gekennzeichnet durch eine Erfassungsvorrichtung (14), welche dazu ausgebildet ist, die Verzahnung (12) der Zahnstange (10) optisch zu erfassen, eine Berechnungsvorrichtung (16), welche dazu ausgebildet ist, einen virtuellen Kreis (15) eines definierten Durchmessers (DK) in zumindest eine Zahnlücke (18) der Verzahnung (12) einzuberechnen, welcher Zahnflanken der zumindest einen Zahnlücke (18) tangential berührt, und die Vermessungsvorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, einen Abstand (DAI) von einem Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zu einem Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) optisch zu vermessen, wobei die Berechnungsvorrichtung (16) dazu ausgebildet ist, die Maßabweichung (ΔDA) der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands (DAI) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) und eines Soll-Werts eines Abstands (DAS) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) zu berechnen, und wobei die Berechnungsvorrichtung (16) dazu ausgebildet ist, die, die Maßabweichung der Zahnstange (10) bedingende vektorielle Querabweichung (ΔPM) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) durch Bilden einer Differenz der Ist-Position (PMI) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) und einer Soll-Position (PMS) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisende Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft überdies ein Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft überdies ein Verfahren zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges.
Stand der Technik
Bei Lenkzahnstangen liegt im Anwendungssystem eine Anforderung an die Maß- und Formänderung vor. Um dies sicherzustellen, wird der Arbeitsgang Richten eingesetzt, welcher eine definierte Maß- und Formänderung erzeugt. Lenkzahnstangen werden nach dem derzeitigen Stand der Technik mit dem Biegerichtverfahren nachbearbeitet. Durch das Biegerichten sollen Maß- und Formänderungen aus vorgelagerten Fertigungsprozessen beseitigt werden. Ursachen für die Maß- und Formänderungen der Bauteile sind beispielsweise ungleichmäßige Eigenspannungsverläufe, welche durch Festigkeitsänderungen, Inhomogenität im Werkstoff oder durch einen Wärmbehandlungsprozess entstehen.
DE 199 20 003 A1 offenbart ein Verfahren zum Biegerichten eines länglichen Werkstücks, welches einen Längenabschnitt mit einem von der Kreisform abweichenden, jedoch über den Längenabschnitt gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Das Werkstück wird zur Ermittlung des Schlages um eine Drehachse gedreht und sein Umfang dabei abgetastet. Sodann werden die Signalwerte der Abtastung eines zu richtenden, gekrümmten Werkstücks einem Rechner eingegeben, der sie mit den vorgegebenen Signalwerten eines ideal geraden Teils in dem Speicher vergleicht und aufgrund der ermittelten Abweichungen den Richtvorgang steuert.
Die DE 10 2007 051 903 A1 offenbart ein Verfahren zum Messen und Richten von Rundlauffehlern an Getriebewellen mit Verzahnungen.
Die DE 20 2016 000 094 U1 offenbart eine Richtpresse zum Richten von Rundlauf- oder Geradheitsfehlern an lang gestreckten Werkstücken.
Herkömmliche Verfahren zum Biegerichten einer Zahnstange vermögen nicht, eine Maßabweichung einer Verzahnung der Zahnstange und eine Maßabweichung der Zahnstange, welche durch eine Querabweichung einer Mittellängsachse der Zahnstange bedingt ist, in eine Berechnung eines Richthubs eines entsprechenden Richtwerkzeuges miteinzubeziehen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vermessungsvorrichtung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange, eine Vorrichtung zum Biegerichten einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange, ein Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange und ein Verfahren zum Biegerichten einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange vorzusehen, welche eine verbesserte Berechnung eines Richthubs und dadurch bedingt ein genaueres Biegerichten der Zahnstange ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit einer Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird des Weiteren mit einer Vorrichtung zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Die Aufgabe wird überdies mit einem Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Die Aufgabe wird darüber hinaus mit einem Verfahren zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, in welche die Zahnstange einspannbar ist, wobei die Zahnstange in einem Verzahnungsbereich und in einem Schaftbereich zum Bestimmen einer Ist-Position einer Mittellängsachse der Zahnstange taktil vermessbar ist, mit einer Erfassungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Verzahnung der Zahnstange optisch zu erfassen, einer Berechnungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen virtuellen Kreis eines definierten Durchmessers in zumindest eine Zahnlücke der Verzahnung einzuberechnen, welcher Zahnflanken der zumindest einen Zahnlücke tangential berührt, wobei die Vermessungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, einen Abstand von einem Zahnkopf der Verzahnung zu einem Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises optisch zu vermessen, wobei die Berechnungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises und eines Soll-Werts eines Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises zu berechnen, und wobei die Berechnungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die, die Maßabweichung der Zahnstange bedingende vektorielle Querabweichung der Mittellängsachse der Zahnstange durch Bilden einer Differenz der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und einer Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange zu berechnen.
Die Erfindung schafft des Weiteren eine Vorrichtung zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem entlang einer Längsachse der Zahnstange verfahrbar angeordnetem Richtwerkzeug, welches dazu ausgebildet ist, die Zahnstange basierend auf dem durch die Vermessungsvorrichtung berechneten Richthub an einer jeweiligen Richtposition einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse und einer Rotationsachse der Zahnstange biegezurichten.
Die Erfindung schafft überdies ein Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren umfasst ein Einspannen der Zahnstange in eine Vermessungsvorrichtung.
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein taktiles Vermessen der Zahnstange in einem Verzahnungsbereich und in einem Schaftbereich zum Bestimmen einer Ist-Position einer Mittellängsachse der Zahnstange. Das Verfahren umfasst überdies ein optisches Erfassen der Verzahnung der Zahnstange mittels einer Erfassungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst darüber hinaus ein Einberechnen eines virtuellen Kreises eines definierten Durchmessers in zumindest eine Zahnlücke der Verzahnung mittels einer Berechnungsvorrichtung, wobei der virtuelle Kreis Zahnflanken der zumindest einen Zahnlücke tangential berührt.
Das Verfahren umfasst ferner ein optisches Vermessen eines Abstands von einem Zahnkopf der Verzahnung zu einem Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises.
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Berechnen der Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises und eines Soll-Werts eines Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises mittels der Berechnungsvorrichtung.
Das Verfahren umfasst überdies ein Berechnen einer die Maßabweichung der Zahnstange bedingenden vektoriellen Querabweichung der Mittellängsachse der Zahnstange durch Bilden einer Differenz der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und einer Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange mittels der Berechnungsvorrichtung.
Die Erfindung schafft darüber hinaus ein Verfahren zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung einer Zahnstange und der Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von Daten betreffend einen erforderlichen Richthub zum Biegerichten der Zahnstange an einer jeweiligen Richtposition einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse der Zahnstange, welche durch das Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges berechnet werden.
Das Verfahren umfasst ferner ein Biegerichten der Zahnstange mit einem definierten Richthub an der jeweiligen Richtposition der Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse und einer Rotationsachse der Zahnstange.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die Berechnung der Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und die Berechnung der Maßabweichung der Zahnstange, welche durch die vektorielle Querabweichung zu der Mittellängsachse der Zahnstange bedingt ist, zum Bestimmen eines Richthubs eines Richtwerkzeuges heranzuziehen, um somit eine verbesserte Richtgenauigkeit zu erreichen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Berechnungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, einen erforderlichen Richthub zum Biegerichten der Zahnstange an einer jeweiligen Richtposition einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse der Zahnstange durch Addition der Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der vektoriellen Querabweichung der Mittellängsachse der Zahnstange zu berechnen. Somit können in vorteilhafter Weise eine positive oder negative Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und eine positive oder negative Maßabweichung der Zahnstange zu einem Ergebnis addiert werden, das dem Richtwert bzw. Richthub des Richtwerkzeuges entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Soll-Wert des Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises als Datensatz in einer Speichereinheit der Vermessungsvorrichtung hinterlegt ist. Je nach Größe und Ausbildung der Verzahnung der Zahnstange kann somit in vorteilhafter Weise ein entsprechender Datensatz in der Speichereinheit der Vermessungsvorrichtung hinterlegt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange durch taktiles Vermessen der Zahnstange in einem Schaftbereich oder durch Bereitstellen von Abmessungsdaten der Zahnstange, insbesondere eines Durchmessers der Zahnstange, mittels der Berechnungsvorrichtung bestimmbar ist. Somit kann die Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange an jeweiligen Messpunkten taktiler Messtaster präzise bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das taktile Vermessen der Zahnstange im Verzahnungsbereich zum Bestimmen der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange zeitgleich durch eine 360° Drehung der in der Vermessungsvorrichtung eingespannten Zahnstange durchführbar sind. Somit kann in vorteilhafter Weise das taktile Vermessen der Zahnstange im Verzahnungsbereich zum Bestimmen der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange in einem gemeinsamen Prozessschritt zeitsparend durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Erfassungsvorrichtung eine Lasererfassungsvorrichtung ist, welche dazu ausgebildet ist, eine Struktur der Verzahnung dreidimensional zu erfassen. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Abmessung des Verzahnungsbereichs der Zahnstange präzise erfasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Durchmesser des in die zumindest eine Zahnlücke der Verzahnung einberechneten virtuellen Kreises in Abhängigkeit von einer Abmessung der Verzahnung der Zahnstange variierbar ist. Der virtuelle Kreis kann somit in vorteilhafter Weise an unterschiedliche Abmessungen der Verzahnung der Zahnstange angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erforderlicher Richthub zum Biegerichten der Zahnstange an einer jeweiligen Richtposition einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse der Zahnstange durch Addition der Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der vektoriellen Querabweichung der Mittellängsachse der Zahnstange mittels der Berechnungsvorrichtung berechnet wird. Somit kann in vorteilhafter Weise eine positive oder negative Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und eine positive oder negative Maßabweichung der Zahnstange zu einem Ergebnis addiert werden, das dem Richtwert bzw. Richthub des Richtwerkzeuges entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Soll-Wert des Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises als Datensatz in einer Speichereinheit der Vermessungsvorrichtung hinterlegt ist. Je nach Größe und Ausbildung der Verzahnung der Zahnstange kann somit in vorteilhafter Weise ein entsprechender Datensatz in der Speichereinheit der Vermessungsvorrichtung hinterlegt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange durch taktiles Vermessen der Zahnstange in einem Schaftbereich oder durch Bereitstellen von Abmessungsdaten der Zahnstange, insbesondere eines Durchmessers der Zahnstange mittels der Berechnungsvorrichtung bestimmt wird. Somit kann die Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange an jeweiligen Messpunkten taktiler Messtaster präzise bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das taktile Vermessen der Zahnstange im Verzahnungsbereich zum Bestimmen der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange zeitgleich durch eine 360° Drehung der in der Vermessungsvorrichtung eingespannten Zahnstange durchgeführt wird. Somit kann in vorteilhafter Weise das taktile Vermessen der Zahnstange im Verzahnungsbereich zum Bestimmen der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange in einem gemeinsamen Prozessschritt zeitsparend durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das optische Erfassen der Verzahnung der Zahnstange mittels einer Lasererfassungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei die Lasererfassungsvorrichtung eine Struktur der Verzahnung dreidimensional erfasst. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Abmessung des Verzahnungsbereichs der Zahnstange präzise erfasst werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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.
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.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Biegerichten einer Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit einer Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges sowie der Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen der fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges und eines taktilen Messtasters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges; und
5 ein Verfahren zum Biegerichten der die fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Biegerichten einer Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit einer Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Vorrichtung zum Biegerichten der die fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung 12 der Zahnstange 10 und der Zahnstange 10 weist ein entlang einer Längsachse L der Zahnstange 10 verfahrbar angeordnetes Richtwerkzeug 21 auf. Das Richtwerkzeug 21 ist dazu ausgebildet, die Zahnstange 10 basierend auf einem durch die Vermessungsvorrichtung 1 berechneten Richthub an einer jeweiligen Richtposition P_R1, P_R2, P_R3 einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse L und einer Rotationsachse der Zahnstange 10 biegezurichten.
Die Vermessungsvorrichtung 1 weist eine Erfassungsvorrichtung 14, eine Berechnungsvorrichtung 16 und eine Speichereinheit 19 auf. Die Zahnstange 10 ist in die Vermessungsvorrichtung 1 einspannbar. Die Vermessungsvorrichtung 1 und eine Richtvorrichtung zum Biegerichten der Zahnstange 10 sind vorzugsweise in einem Maschinenaufbau kombiniert.
Die Zahnstange 10 weist einen Verzahnungsbereich 10a und einen Schaftbereich 10b auf. Die Vermessungsvorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, die Zahnstange 10 in dem Verzahnungsbereich 10a und in dem Schaftbereich 10b zum Bestimmen einer Ist-Position P_MI einer Mittellängsachse M der Zahnstange 10 taktil zu vermessen. Ein taktiles Vermessen der Zahnstange erfolgt vorzugsweise mittels einer Mehrzahl (in 1 nicht gezeigter) taktiler Messtaster, welche in regelmäßigen Abständen entlang der Längsachse L der Zahnstange 10 an der Zahnstange 10 anliegend angeordnet sind. Alternativ können die taktilen Messtaster beispielsweise in unregelmäßigen Abständen entlang der Längsachse L der Zahnstange 10 an der Zahnstange 10 anliegend angeordnet sein.
Die Erfassungsvorrichtung 14 ist dazu ausgebildet, die Verzahnung 12 der Zahnstange 10 optisch zu erfassen. Die Berechnungsvorrichtung 16 ist dazu ausgebildet, einen virtuellen Kreis 15 eines definierten Durchmessers D_K in jeweilige Zahnlücken 18 der Verzahnung 12 einzuberechnen, wobei der virtuelle Kreis 15 Zahnflanken der jeweiligen Zahnlücken 18 tangential berührt. Die Vermessungsvorrichtung 1 ist ferner dazu ausgebildet, einen Abstand D_AI von einem Zahnkopf 12a der Verzahnung 12 zu einem Kopfabschnitt 15a des in die Zahnlücke 18 einberechneten virtuellen Kreises 15 optisch zu vermessen.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges sowie der Vermessungsvorrichtung zum Bestimmen der fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Berechnungsvorrichtung 16 ist dazu ausgebildet, die Maßabweichung ΔD_A der Verzahnung 12 der Zahnstange 10 durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands D_AI vom Zahnkopf 12a der Verzahnung 12 zum Kopfabschnitt 15a des in die Zahnlücke 18 einberechneten virtuellen Kreises 15 und eines Soll-Werts eines Abstands D_AS vom Zahnkopf 12a der Verzahnung 12 zum Kopfabschnitt 15a des in die Zahnlücke 18 einberechneten virtuellen Kreises 15 zu berechnen. Die Berechnungsvorrichtung 16 ist ferner dazu ausgebildet, die, die Maßabweichung der Zahnstange 10 bedingende vektorielle Querabweichung ΔP_M der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 durch Bilden einer Differenz der Ist-Position P_MI der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 und einer Soll-Position P_MS der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 zu berechnen.
Die Berechnungsvorrichtung 16 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, einen erforderlichen Richthub zum Biegerichten der Zahnstange 10 an der jeweiligen Richtposition P_R1, P_R2, P_R3 der Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse L und einer Rotationsachse der Zahnstange 10 durch Addition der Maßabweichung ΔD_A der Verzahnung 12 der Zahnstange 10 und der vektoriellen Querabweichung ΔD_M der Mittellängsachse M zu berechnen. Der Soll-Wert des Abstands D_AS vom Zahnkopf 12a der Verzahnung 12 zum Kopfabschnitt 15a des in die Zahnlücke 18 einberechneten virtuellen Kreises 15 ist vorzugsweise als Datensatz in der Speichereinheit 19 der Vermessungsvorrichtung 1 hinterlegt. Die Soll-Position P_MS der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 ist vorzugsweise durch taktiles Vermessen der Zahnstange 10 in dem Schaftbereich 10b bestimmbar. Alternativ kann die Soll-Position P_MS der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 beispielsweise durch Bereitstellen von Abmessungsdaten der Zahnstange 10, insbesondere des Durchmessers der Zahnstange 10, mittels der Berechnungsvorrichtung 16 bestimmt werden.
Die Erfassungsvorrichtung 14 ist vorzugsweise eine Lasererfassungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Struktur der Verzahnung 12 dreidimensional zu erfassen. Alternativ kann die Erfassungsvorrichtung 14 beispielsweise durch eine andere geeignete Vorrichtung ausgebildet sein, welche dazu geeignet ist, die Struktur der Verzahnung dreidimensional zu erfassen.
Der Durchmesser D_K des jeweils in die entsprechenden Zahnlücken 18 der Verzahnung 12 einberechneten virtuellen Kreises 15 ist vorzugsweise in Abhängigkeit von der Abmessung der Verzahnung 12 der Zahnstange 10 variierbar.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges und eines taktilen Messtasters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das taktile Vermessen der Zahnstange 10 im Verzahnungsbereich 10a zum Bestimmen der Ist-Position P_MI der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 und das Bestimmen der Soll-Position P_MS der Mittellängsachse M der Zahnstange 10 ist vorzugsweise zeitgleich durch eine 360° Drehung der in die Vermessungsvorrichtung 1 eingespannten Zahnstange 10 durchführbar. Der taktile Messtaster 22 erfasst vorzugsweise bei der Drehbewegung der Zahnstange 10 die Abmessung der Zahnstange 10 an verschiedenen Messpunkten MP1, MP2 und MP3.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges.
Das Verfahren umfasst ein Einspannen S1 der Zahnstange in eine Vermessungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein taktiles Vermessen S2 der Zahnstange in einem Verzahnungsbereich und in einem Schaftbereich zum Bestimmen einer Ist-Position einer Mittellängsachse der Zahnstange. Das Verfahren umfasst überdies ein optisches Erfassen S3 der Verzahnung der Zahnstange mittels einer Erfassungsvorrichtung.
Das Verfahren umfasst darüber hinaus ein Einberechnen S4 eines virtuellen Kreises eines definierten Durchmessers in zumindest eine Zahnlücke der Verzahnung mittels einer Berechnungsvorrichtung, wobei der virtuelle Kreis Zahnflanken der zumindest einen Zahnlücke tangential berührt. Das Verfahren umfasst ferner ein optisches Vermessen S5 eines Abstands von einem Zahnkopf der Verzahnung zu einem Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises.
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Berechnen S6 der Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises und eines Soll-Werts eines Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises mittels der Berechnungsvorrichtung.
Das Verfahren umfasst überdies ein Berechnen S7 einer die Maßabweichung der Zahnstange bedingenden vektoriellen Querabweichung der Mittellängsachse der Zahnstange durch Bilden einer Differenz der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und einer Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange mittels der Berechnungsvorrichtung.
Gemäß dem Verfahren ist ferner vorgesehen, dass ein erforderlicher Richthub zum Biegerichten der Zahnstange an einer jeweiligen Richtposition einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse der Zahnstange durch Addition der Maßabweichung der Verzahnung und der vektoriellen Querabweichung der Mittellängsachse der Zahnstange mittels der Berechnungsvorrichtung berechnet wird. Gemäß dem Verfahren ist des Weiteren vorgesehen, dass der Soll-Wert des Abstands vom Zahnkopf der Verzahnung zum Kopfabschnitt des in die Zahnlücke einberechneten virtuellen Kreises als Datensatz in einer Speichereinheit der Vermessungsvorrichtung hinterlegt ist.
Gemäß dem Verfahren ist überdies vorgesehen die Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange durch taktiles Vermessen der Zahnstange in einem Schaftbereich oder durch Bereitstellen von Abmessungsdaten der Zahnstange, insbesondere eines Durchmessers der Zahnstange mittels der Berechnungsvorrichtung bestimmt wird.
Gemäß dem Verfahren ist darüber hinaus vorgesehen, dass das taktile Vermessen der Zahnstange im Verzahnungsbereich zum Bestimmen der Ist-Position der Mittellängsachse der Zahnstange und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse der Zahnstange zeitgleich durch eine 360° Drehung der in der Vermessungsvorrichtung eingespannten Zahnstange durchgeführt wird. Gemäß dem Verfahren ist ferner vorgesehen, dass das optische Erfassen der Verzahnung der Zahnstange mittels einer Lasererfassungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei die Lasererfassungsvorrichtung eine Struktur der Verzahnung dreidimensional erfasst.
5 zeigt ein Verfahren zum Biegerichten der die fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S1 von Daten betreffend einen erforderlichen Richthub zum Biegerichten der Zahnstange an einer jeweiligen Richtposition einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse der Zahnstange, welche durch das Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung der Verzahnung der Zahnstange und der Zahnstange für das Lenksystem des Kraftfahrzeuges berechnet werden. Das Verfahren umfasst ferner ein Biegerichten S2 der Zahnstange mit einem definierten Richthub an der jeweiligen Richtposition der Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse und einer Rotationsachse der Zahnstange.
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.
Beispielsweise kann die Vermessungsvorrichtung 1 als externe Vorrichtung ausgeführt sein oder alternativ in die Vorrichtung zum Biegerichten der Zahnstange integriert sein.

Claims

Vermessungsvorrichtung (1) zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung (12) einer Zahnstange (10) und der Zahnstange (10) für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, in welche die Zahnstange (10) einspannbar ist, wobei die Zahnstange (10) in einem Verzahnungsbereich (10a) und in einem Schaftbereich (10b) zum Bestimmen einer Ist-Position (P_MI) einer Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) taktil vermessbar ist, gekennzeichnet durch eine Erfassungsvorrichtung (14), welche dazu ausgebildet ist, die Verzahnung (12) der Zahnstange (10) optisch zu erfassen, eine Berechnungsvorrichtung (16), welche dazu ausgebildet ist, einen virtuellen Kreis (15) eines definierten Durchmessers (D_K) in zumindest eine Zahnlücke (18) der Verzahnung (12) einzuberechnen, welcher Zahnflanken der zumindest einen Zahnlücke (18) tangential berührt, und die Vermessungsvorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, einen Abstand (D_AI) von einem Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zu einem Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) optisch zu vermessen, wobei die Berechnungsvorrichtung (16) dazu ausgebildet ist, die Maßabweichung (ΔD_A) der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands (D_AI) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) und eines Soll-Werts eines Abstands (D_AS) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) zu berechnen, und wobei die Berechnungsvorrichtung (16) dazu ausgebildet ist, die, die Maßabweichung der Zahnstange (10) bedingende vektorielle Querabweichung (ΔP_M) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) durch Bilden einer Differenz der Ist-Position (P_MI) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) und einer Soll-Position (P_MS) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) zu berechnen.
Vermessungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsvorrichtung (16) dazu ausgebildet ist, einen erforderlichen Richthub zum Biegerichten der Zahnstange (10) an einer jeweiligen Richtposition (P_R1, P_R2, P_R3) einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse (L) und einer Rotationsachse der Zahnstange (10) durch Addition der Maßabweichung (ΔD_A) der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) und der vektoriellen Querabweichung (ΔP_M) der Mittellängsachse (M) zu berechnen.
Vermessungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert des Abstands (D_AS) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) als Datensatz in einer Speichereinheit (19) der Vermessungsvorrichtung (1) hinterlegt ist.
Vermessungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position (P_MS) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) durch taktiles Vermessen der Zahnstange (10) in einem Schaftbereich (10b) oder durch Bereitstellen von Abmessungsdaten der Zahnstange (10), insbesondere eines Durchmessers der Zahnstange (10), mittels der Berechnungsvorrichtung (16) bestimmbar ist.
Vermessungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das taktile Vermessen der Zahnstange (10) im Verzahnungsbereich (10a) zum Bestimmen der Ist-Position (P_MI) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) zeitgleich durch eine 360° Drehung der in der Vermessungsvorrichtung (1) eingespannten Zahnstange (10) durchführbar sind.
Vermessungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (14) eine Lasererfassungsvorrichtung ist, welche dazu ausgebildet ist, eine Struktur der Verzahnung (12) dreidimensional zu erfassen.
Vermessungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D_K) des in die zumindest eine Zahnlücke (18) der Verzahnung (12) einberechneten virtuellen Kreises (15) in Abhängigkeit von einer Abmessung der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) variierbar ist.
Vorrichtung zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung (12) einer Zahnstange (10) und der Zahnstange (10) für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem entlang einer Längsachse (L) der Zahnstange (10) verfahrbar angeordnetem Richtwerkzeug (21), welches dazu ausgebildet ist, die Zahnstange (10) basierend auf dem durch die Vermessungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche 3 bis 7 berechneten Richthub an einer jeweiligen Richtposition (P_R1, P_R2, P_R3) einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse (L) und einer Rotationsachse der Zahnstange (10) biegezurichten.
Verfahren zum Bestimmen einer fertigungsbedingten Maßabweichung einer Verzahnung (12) einer Zahnstange (10) und der Zahnstange (10) für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, mit den Schritten: Einspannen (S1) der Zahnstange (10) in eine Vermessungsvorrichtung (1); Taktiles Vermessen (S2) der Zahnstange (10) in einem Verzahnungsbereich (10a) und in einem Schaftbereich (10b) zum Bestimmen einer Ist-Position (P_MI) einer Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10); gekennzeichnet durch: optisches Erfassen (S3) der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) mittels einer Erfassungsvorrichtung (14); Einberechnen (S4) eines virtuellen Kreises (15) eines definierten Durchmessers (D_K) in zumindest eine Zahnlücke (18) der Verzahnung (12) mittels einer Berechnungsvorrichtung (16), wobei der virtuelle Kreis (15) Zahnflanken der zumindest einen Zahnlücke (18) tangential berührt; Optisches Vermessen (S5) eines Abstands (D_AI) von einem Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zu einem Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15); Berechnen (S6) der Maßabweichung (ΔD_A) der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) durch Bilden einer Differenz des vermessenen Abstands (D_AI) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) und eines Soll-Werts eines Abstands (D_AS) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) mittels der Berechnungsvorrichtung (16); und Berechnen (S7) einer die Maßabweichung der Zahnstange (10) bedingenden vektoriellen Querabweichung (ΔP_M) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) durch Bilden einer Differenz der Ist-Position (P_MI) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) und einer Soll-Position (P_MS) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) mittels der Berechnungsvorrichtung (16).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erforderlicher Richthub zum Biegerichten der Zahnstange (10) an einer jeweiligen Richtposition (P_R1, P_R2, P_R3) einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse (L) der Zahnstange (10) durch Addition der Maßabweichung (ΔD_A) der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) und der vektoriellen Querabweichung (ΔP_M) der Mittellängsachse (M) mittels der Berechnungsvorrichtung (16) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert des Abstands (D_AS) vom Zahnkopf (12a) der Verzahnung (12) zum Kopfabschnitt (15a) des in die Zahnlücke (18) einberechneten virtuellen Kreises (15) als Datensatz in einer Speichereinheit (19) der Vermessungsvorrichtung (1) hinterlegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position (P_MS) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) durch taktiles Vermessen der Zahnstange (10) in einem Schaftbereich (10b) oder durch Bereitstellen von Abmessungsdaten der Zahnstange (10), insbesondere eines Durchmessers der Zahnstange (10) mittels der Berechnungsvorrichtung (16) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das taktile Vermessen der Zahnstange (10) im Verzahnungsbereich (10a) zum Bestimmen der Ist-Position (P_MI) der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) und das Bestimmen der Soll-Position der Mittellängsachse (M) der Zahnstange (10) zeitgleich durch eine 360° Drehung der in der Vermessungsvorrichtung (1) eingespannten Zahnstange (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Erfassen der Verzahnung (12) der Zahnstange (10) mittels einer Lasererfassungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei die Lasererfassungsvorrichtung eine Struktur der Verzahnung (12) dreidimensional erfasst.
Verfahren zum Biegerichten einer eine fertigungsbedingte Maßabweichung aufweisenden Verzahnung (12) einer Zahnstange (10) und der Zahnstange (10) für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, mit den Schritten: Bereitstellen (S1) von Daten betreffend einen erforderlichen Richthub zum Biegerichten der Zahnstange (10) an einer jeweiligen Richtposition (P_R1, P_R2, P_R3) einer Mehrzahl von Richtpositionen entlang einer Längsachse (L) der Zahnstange (10), welche durch das Verfahren nach Anspruch 10 oder einem der auf Anspruch 10 rückbezogenen Ansprüche 11 bis 14 berechnet werden; und Biegerichten (S2) der Zahnstange (10) mit einem definierten Richthub an der jeweiligen Richtposition (P_R1, P_R2, P_R3) der Mehrzahl von Richtpositionen entlang der Längsachse (L) und einer Rotationsachse der Zahnstange (10).