-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zumindest abschnittsweise rohrförmigen, eine Verzahnung aufweisenden Zahnstange und eine Zahnstange, wie sie beispielsweise bei Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommt.
-
Aus der
DE 10 2010 029 153 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange bekannt, bei dem in einen Hohlraum eines Rohlings ein Stab eingeführt wird, dessen Werkstoff eine geringere Dichte oder einen geringeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Rohlings aufweist. Anschließend wird in dem Rohling eine Verzahnung durch Taumelschmieden ausgebildet. Der Stab dient dazu, den Hohlraum des Rohlings der Zahnstange während der Herstellung der Verzahnung abzustützen und ein Eindrücken zu verhindern. Wenn der Werkstoff des eingebrachten Stabes eine geringeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Rohlings aufweist, beispielsweise aus Blei oder einem Buntmetall besteht, kann der Stab anschließend durch eine Wärmebehandlung ausgeschmolzen werden. Weist der Stab eine geringere Dichte als der Werkstoff des Rohlings auf, ist z.B. aus Aluminium hergestellt, kann der Stab auch in der Zahnstange verbleiben, wodurch sich allerdings ein höheres Gewicht der Zahnstange ergibt..
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst leichte Zahnstange zur Verfügung zu stellen, bei deren Herstellung zudem auf eine zusätzliche Energiezufuhr zum Herausschmelzen des Füllmaterials aus dem Hohlraum verzichtet werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren bzw. durch die im Anspruch 9 angegebene Zahnstange gelöst.
-
Zum Herstellen der zumindest abschnittsweise rohrförmigen, eine Verzahnung aufweisenden Zahnstange wird zunächst ein Hohlraum des zumindest abschnittsweise, vorteilhafterweise aber durchgängig rohrförmigen Rohlings mit einem Fluid oder einem anderen nicht formfesten Material gefüllt. Dies erfolgt durch zumindest eine Öffnung des Zahnstangenrohlings, bei einem durchgängig rohrförmigen Rohling über eine oder beide stirnseitigen offenen Enden des Rohlings. Anschließend wird die zumindest einen Öffnung des Hohlraums verschlossen. Im folgenden Schritt wird die Verzahnung ausgebildet. Anschließend wird der Hohlraum wieder geöffnet und das Fluid oder das andere nicht formfeste Material entfernt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Zahnstange haben den Vorteil, dass bei Verwendung eines Fluids oder eines anderen nicht formfesten Materials zur Abstützung des Hohlraums des Rohlings beim Ausbilden der Verzahnung, beispielsweise von Öl oder Formsand, keine Energiezufuhr zum Herausschmelzen des Materials aus dem Rohling der Zahnstange erforderlich ist, sondern ein einfaches Ausschütten des Fluids oder des anderen nicht formfesten Materials nach dem Herstellen der Verzahnung und dem Öffnen des Hohlraums ausreichend ist. Durch das vollständige Entfernen des Fluids bzw. des anderen nicht formfesten Materials weist die fertige Zahnstange ein geringes Gewicht auf.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Für ein einfaches Verschließen und späteres Öffnen der zumindest einen Öffnung des Hohlraums des Zahnstangenrohlings ist es von Vorteil, wenn die Öffnung durch einen Stopfen oder Stempel verschlossen wird. Beispielsweise kann ein einschraubbarer Stopfen, z.B. in Form einer ggf. handelsüblichen Schraube verwendet werden. Alternativ kann aber auch ein werkzeugseitiger verfahrbarer Stempel vorgesehen werden, der nach dem Befüllen des Hohlraums des Rohlings mit dem Fluid bzw. einem anderen nicht formfesten Materials durch eine entsprechende Hubbewegung die Öffnung verschließt und nach dem Ausbilden der Verzahnung durch eine entgegengesetzte Hubbewegung die Öffnung wieder freigibt, so dass das Fluid bzw. andere Füllmaterial wieder entfernt werden kann. Grundsätzlich sind aber auch andere, kraft-, form- oder stoffschlüssige Abdichtlösungen für die Öffnung des Hohlraums denkbar.
-
Für eine einfache und kostengünstige Herstellung der Verzahnung ist es von Vorteil, wenn die Verzahnung durch Umformen ausgebildet wird.
-
Dabei ist es für eine hohe Festigkeit der Verzahnung und deren kostengünstige Herstellung besonders vorteilhaft, wenn die Verzahnung durch Taumeln oder Halbwarmschmieden ausgebildet wird.
-
Je nach den Anforderungen und der Geometrie der Verzahnung sowie den geplanten Stückzahlen der Zahnstange kann es aber ebenfalls von Vorteil sein, die Verzahnung durch spanende Bearbeitung auszubilden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für solche Zahnstangen für Kraftfahrzeuglenkungen, die eine variable Verzahnung aufweisen sollen. Solche variablen Verzahnungen kommen bei sogenannten Direktlenkungen mit variabler Lenkübersetzung zum Einsatz, bei denen der Übergang zwischen indirektem Lenkverhalten im Mittenbereich und direktem Lenkverhalten bei größeren Lenkrad-Drehwinkeln steiler als üblich gestaltet ist. Zu diesem Zweck sind die Zähne der Verzahnung über deren Länge unterschiedlich: schmal in der Mitte und zu den Seiten hin breiter. Dadurch ändert sich die Lenkübersetzung in Abhängigkeit vom Lenkradeinschlag, so dass sich ein sportlicheres Lenkgefühl und eine bessere Lenkergonomie ergibt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
-
1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen rohrförmigen Zahnstange,
-
2 eine vergrößerte Ansicht eines eine Verzahnung aufweisenden Verzahnungsabschnitts der Zahnstange,
-
3 eine Verfahrensübersicht zum Einbringen eines Hohlraumes mit einem Gewinde in einen Rohling,
-
4 das Verschließen einer Öffnung des Hohlraumes des Rohlings,
-
5 eine vereinfachte Übersicht über das gesamte erfindungsgemäße Verfahren.
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Zahnstange 1 beispielsweise für eine Kraftfahrzeuglenkung beschrieben. Wie in der 1 dargestellt ist, weist die Zahnstange 1 z.B. einen Verzahnungsabschnitt 3 sowie einen Gewindeabschnitt 5 auf. Der Verzahnungsabschnitt 3 wirkt beispielsweise mit einer nicht dargestellten Ritzelwelle der Kraftfahrzeuglenkung und der Gewindeabschnitt 5 mit einer nicht dargestellten Kugelgewindemutter und zugeordneten Kugeln, über die ein Unterstützungsmoment eines Elektromotors auf die Zahnstange 1 aufbringbar ist, zusammen.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange 1 durchgehend rohrförmig ausgebildet. Es ist aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich, dass die Zahnstange 1 nur abschnittsweise rohrförmig ausgebildet ist.
-
Die 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des eine Verzahnung 7 aufweisenden Verzahnungsabschnitts 3 der Zahnstange 1. Die Verzahnung 7 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als variable Verzahnung für eine variable Lenkübersetzung ausgebildet, bei der Zähne der Verzahnung 7 über die Länge des Verzahnungsabschnitts 3 unterschiedlich, und zwar schmal in der Mitte und zu den Seiten hin breiter ausgeformt sind.
-
Die vorliegende Erfindung ist aber unabhängig davon einsetzbar, ob es sich um eine durchgehend oder nur abschnittsweise rohrförmige Zahnstange 1 und um eine variable oder konventionelle Verzahnung 7 handelt.
-
Die 3 zeigt das Ausbilden eines Hohlraums 9 in einem Rohling 11. Ausgehend von einem stabförmigen Rohling 11, wie er in der 3a.) dargestellt ist, wird von einer Stirnseite 13 des Rohlings 11 eine den Hohlraum 9 bildende Bohrung 14 mit einer stirnseitigen Öffnung 15 in den Rohling 11 eingebracht, wie dies die 3b.) zeigt. Alternativ ist es aber auch möglich, einen bereits zumindest abschnittsweise oder sogar durchgehend rohrförmigen Rohling 11 zu verwenden.
-
Von der Stirnseite 13 des Rohlings 11 her wird bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in den Hohlraum 9, respektive in die Bohrung 14, ein Gewinde 16 zum Verschließen der stirnseitigen Öffnung 15 eingebracht. Dargestellt ist dies vergrößert in der 3c.).
-
Das Gewinde 16 dient zum Einschrauben eines in den 4a.) und 4b.) stark vereinfacht dargestellten Stopfens 17 in den Rohling 11. Durch Einschrauben des Stopfens 17 in das Gewinde 16 wird der in dem Rohling 11 vorgesehene Hohlraum 9 an seiner stirnseitigen Öffnung 15 verschlossen. Durch Herausschrauben des Stopfens 17 wird die Öffnung 15 des Hohlraums 9 wieder freigegeben.
-
Das Prinzip des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der 5 vereinfacht dargestellt. Dieses beginnt bei 100 mit dem Bereitstellen eines zumindest abschnittsweise rohrförmigen Rohling. Dabei kann es sich z.B. um einen von seinen Enden her gebohrten Rohling oder um einen bereits von sich aus rohrförmigen, als rohrförmiges Halbzeug angelieferten Rohling handeln. Vor der Ausbildung der Verzahnung wird in einem nächsten Schritt 101 der zumindest eine Hohlraums des Rohlings mit einem Fluid oder einem anderen nicht formfesten Material wie Formsand durch zumindest eine Öffnung gefüllt. In einem folgenden Schritt 102 erfolgt ein Verschließen der zumindest einen Öffnung des Hohlraums beispielsweise durch einen einschraubbaren Stopfen. Anschließend wir in einem Schritt 103 die Verzahnung durch Umformen, beispielsweise durch Taumeln oder durch Halbwarmschmieden, ausgebildet. Nach Fertigstellung der Verzahnung wird in einem Schritt 104 der zumindest eine Hohlraum beispielsweise durch Herausschrauben des Stopfens geöffnet und das Fluid oder andere nicht formfeste Material in einem Schritt 105 entfernt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zahnstange
- 3
- Verzahnungsabschnitt
- 5
- Gewindeabschnitt
- 7
- Verzahnung
- 9
- Hohlraum
- 11
- Rohling
- 13
- Stirnseite
- 14
- Bohrung
- 15
- Öffnung
- 16
- Gewinde
- 17
- Stopfen
- 100
- Bereitstellen Rohling
- 101
- Verfüllung Hohlraum
- 102
- Verschließen Hohlraum
- 103
- Herstellung Verzahnung
- 104
- Öffnen Hohlraum
- 105
- Entfernen Füllmaterial
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010029153 A1 [0002]
