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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 4 der Erfindung betrifft dieselbe des Weiteren eine Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung. Gemäß Anspruch 7 betrifft diese ferner ein Lenkgetriebe mit einer solchen Zahnstange.
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Zahnstangenlenkungen werden vor allem in Personenkraftfahrzeugen und leichten Nutzkraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise ist die Zahnstange in einem Lenkgetriebegehäuse aufgenommen, das am Fahrzeug befestigt ist. Dabei ist die Zahnstange relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar, um einen Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeugs einzustellen. Hierzu sind an die Enden der Zahnstange zwei Spurstangen gelenkig angekoppelt, die zu den Fahrzeugrädern führen. Die Zahnstange weist ferner eine Verzahnungsstruktur auf, die mit einem Lenkungsritzel einer Lenkwelle kämmt, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Bei elektromechanischen Lenkungen unterstützt ein Elektromotor die Lenkbewegung. Das Motormoment wird beispielsweise über einen Riementrieb auf eine Kugelgewindemutter übertragen, die unter Vermittlung von Wälzelementen in Form von Kugeln mit einer an der Zahnstange ausgebildeten, eine Kugellaufbahn aufweisenden Kugelgewindestruktur in Eingriff steht.
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Eine solche Zahnstange ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 028 768 A1 bekannt. Die Zahnstange ist durch zwei Zahnstangensegmente gebildet, welche jeweils an einem axialen Ende einen Verbindungsabschnitt aufweisen und im Bereich besonders ausgebildeter Verbindungsabschnitte durch Umformung, wie Rollen oder Rundkneten, untereinander axial verbunden sind. Eines der Zahnstangensegmente weist besagte Verzahnungsstruktur auf, wogegen das andere Zahnstangensegment die Kugelgewindestruktur aufweist. Es ist ferner ein Anschlagring vorgesehen, der in einer Ausführungsform an einem der Verbindungsabschnitte angeformt ist. Die
DE 10 2013 007 072 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, wobei ein erstes Stangenstück, ein Mittelstück sowie ein zweites Stangenstück vorgesehen sind, die längs einer gemeinsamen Achse positioniert und stirnseitig durch Reibschweißen untereinander gefügt werden. Die beiden Stangenstücke weisen jeweils Zahnstangenverzahnung auf und sind aus einem Rohling durch Schmieden erzeugt.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung anzugeben, welches eine einfache und kostengünstige Fertigung besagter Zahnstange erlaubt. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine einfach und kostengünstig herstellbare Zahnstange zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Lenkgetriebe mit einer solchen Zahnstange zur Verfügung zu stellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die nachfolgend aufgezeigten Verfahrensschritte aus:
- a) Bereitstellung eines ersten Zahnstangensegments mit einer Verzahnungsstruktur und mit einem einstückig mit dem ersten Zahnstangensegment ausgebildeten, radial abstehenden Anschlagring,
- b) Bereitstellung eines zweiten Zahnstangensegments mit einer eine Kugellaufbahn aufweisenden Kugelgewindestruktur,
- c) axiale Positionierung der Zahnstangensegmente zueinander derart, dass die dem Anschlagring benachbarte Stirnseite des ersten Zahnstangensegments einer zugeordneten Stirnseite des zweiten Zahnstangensegments zugewandt ist, und
- d) stoffschlüssige Verbindung der beiden Zahnstangensegmente untereinander im Bereich der besagten Stirnseiten durch Reibschweißen infolge Relativverdrehung der Zahnstangensegmente zueinander um eine gemeinsame Längsachse sowie Kontaktierung besagter Stirnseiten.
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Durch diese Maßnahmen ist die Herstellung einer Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung besonders vereinfacht, da bei Minimierung der Bauteilezahl lediglich zwei Einzelteile mittels eines einfachen und kostengünstigen Fügeverfahrens untereinander zur besagten Zahnstange gefügt werden. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, Zahnstangensegmente mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder aus unterschiedlichen Materialien bzw. Werkstoffen einfach und kostengünstig zu fügen, woraus wiederum Material-, Gewichts- und Kosteneinsparungen resultieren können.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach ist im Hinblick auf den Schritt a) bevorzugt vorgesehen, dass die Verzahnungsstruktur samt Anschlagring des ersten Zahnstangensegments durch Schmieden eines metallenen Rohlings des ersten Zahnstangensegments erzeugt wird. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Umformverfahren, sondern erfasst auch an sich bekannte spanende Fertigungsverfahren, wie Räumen, Fräsen und/oder dgl. zur Ausbildung der Verzahnungsstruktur und/oder Anschlagrings. In Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist fernerhin vorgesehen, dass im Hinblick auf den Schritt b) die Kugellaufbahn der Kugelgewindestruktur durch Rollen, Wirbeln und/oder Schleifen eines metallenen Rohlings des zweiten Zahnstangensegments erzeugt wird. Dabei wird unter Rollen ein Umformverfahren verstanden, welches auf der Erzeugung von Druckspannungen eines sich auf dem Werkstück respektive Rohling abbildenden Werkzeugs beruht, indem mittels beispielsweise einer oder mehrerer Rollen oder Kugeln die Randschicht des Rohling zu besagter Kugelgewindestruktur umgeformt wird. Die an sich bekannten Fertigungsverfahren Wirbeln und Schleifen stellen demgegenüber spanende Fertigungsverfahren dar.
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Die erfindungsgemäße Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung, umfasst im Wesentlichen
- a) ein erstes Zahnstangensegment mit einer Verzahnungsstruktur und mit einem einstückig mit dem ersten Zahnstangensegment ausgebildeten, radial abstehenden Anschlagring, und
- b) ein zweites Zahnstangensegment mit einer eine Kugellaufbahn aufweisenden Kugelgewindestruktur,
- c) wobei die Zahnstangensegmente derart zueinander positioniert sind, dass die dem Anschlagring benachbarte Stirnseite des ersten Zahnstangensegments einer zugeordneten Stirnseite des zweiten Zahnstangensegments zugewandt ist, und
- d) wobei die beiden Zahnstangensegmente im Bereich der besagten Stirnseiten stoffschlüssig durch Reibschweißen infolge Relativverdrehung der Zahnstangensegmente zueinander um eine gemeinsame Längsachse sowie Kontaktierung besagter Stirnseiten verbunden sind. Die aus einer derartig ausgebildeten Zahnstange resultierenden Vorteile ergeben sich aus der vorstehend beschriebenen besonders einfachen und kostengünstigen Herstellung derselben. Bevorzugt ist die Verzahnungsstruktur samt Anschlagring des ersten Zahnstangensegments durch Schmieden eines metallenen Rohlings des ersten Zahnstangensegments erzeugt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Umformverfahren, sondern erfasst auch an sich bekannte spanende Fertigungsverfahren, wie Räumen, Fräsen und/oder dgl. zur Ausbildung der Verzahnungsstruktur und/oder des Anschlagrings. Bevorzugt vorgesehen ist des Weiteren, dass die Kugellaufbahn der Kugelgewindestruktur durch Rollen, Wirbeln und/oder Schleifen eines metallenen Rohlings des zweiten Zahnstangensegments erzeugt ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Lenkgetriebe, mit einer Zahnstange der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Die einzige 1 zeigt äußerst schematisch ein Lenkgetriebe in einer teilweise geschnittenen Darstellung mit einer erfindungsgemäßen Zahnstange.
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1 zeigt demnach ein Lenkgetriebe 1 einer elektromechanischen Lenkung für ein Kraftfahrzeug. Das Lenkgetriebe 1 weist eine Zahnstange 2 auf, die in einem Lenkgetriebegehäuse 3 axial bewegbar gelagert ist. An der Zahnstange 2 greift ein Ritzel 4 einer Lenkwelle 5 an, über die ein vom Fahrzeugführer aufgebrachtes Lenkmoment in das Lenkgetriebe 1 eingeleitet wird. Ferner ist die Zahnstange 2 ist an ihren Enden mit Spurstangen wirkverbunden, die zu Vorderrädern des Fahrzeugs führen (nicht zeichnerisch dargestellt). In dem Lenkgetriebegehäuse 3 ist ein Elektromotor 6 angeordnet, dessen Antriebsmoment zur Unterstützung des Fahrzeugführers über eine Getriebestufe 7, die einen Kugelgewindetrieb 8 einschließt, an der Zahnstange 2 als Axialkraft zur Wirkung gebracht wird. Die Drehachse des Elektromotors 6 verläuft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zu der Zahnstange 2.
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Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 6 koaxial um die Zahnstange 2 anzuordnen. Prinzipiell kann die Getriebestufe 7 auch über Zahnräder realisiert werden (nicht zeichnerisch dargestellt). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kommt jedoch ein Riementrieb zwischen einem mit dem Elektromotor 6 gekoppelten Antriebsrad und einem Abtriebsrad an einer Kugelgewindemutter 9 des Kugelgewindetriebs 8 zum Einsatz. Der zugehörige Riemen ist mit 10 bezeichnet.
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Die Zahnstange 2 weist ein erstes Zahnstangensegment 11 und ein zweites Zahnstangensegment 12 auf, die untereinander stoffschlüssig verbunden sind, worauf unten näher eingegangen wird. Das erste Zahnstangensegment 11 weist einen einstückig mit demselben ausgebildeten, radial abstehender Anschlagring 13 auf, um den axialen Hub der Zahnstange 2 zu begrenzen. Hierzu sind in dem Lenkgetriebegehäuse 3 Gegenanschläge 14 und 15 vorgesehen. Zudem weist das erste Zahnstangensegment 11 in Achsrichtung gesehen neben dem Anschlag 13 eine Verzahnungsstruktur 16 auf, die mit dem Ritzel 4 der Lenkwelle 5 in Eingriff steht. Bevorzugt sind die Verzahnungsstruktur 16 und der Anschlagring 13 des ersten Zahnstangensegments 11 durch Umformung, insbesondere Schmieden eines metallenen Rohlings erzeugt (nicht zeichnerisch dargestellt). Demgegenüber können die Verzahnungsstruktur 16 und/oder der Anschlagring 13 auch durch spanende Bearbeitung oder durch eine Kombination aus einem Umformverfahren, wie Schmieden, und einem spanenden Herstellungsverfahren erzeugt sein.
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Das zweite Zahnstangensegment 12 weist einen Abschnitt mit einer Kugellaufbahn 17 einer Kugelgewindestruktur 18 des Kugelgewindetriebs 8 auf. Die Kugellaufbahn 17 des zweiten Zahnstangensegments 12 ist unter Vermittlung von Kugeln 19 mit der Kugelgewindemutter 9 des Kugelgewindetriebs 8 wirkverbunden. Bevorzugt ist die Kugellaufbahn 17 der Kugelgewindestruktur 18 durch Rollen, Wirbeln und/oder Schleifen eines metallenen Rohlings des zweiten Zahnstangensegments 12 erzeugt (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Wie vorstehend dargetan, sind die beiden Zahnstangensegmente 11, 12 untereinander stoffschlüssig verbunden. Hierzu werden dieselben zunächst derart zueinander axial positioniert, dass die dem Anschlagring 13 benachbarte Stirnseite des ersten Zahnstangensegments 11 einer zugeordneten Stirnseite des zweiten Zahnstangenelements 12 zugewandt ist. Die stoffschlüssige Verbindung der beiden Zahnstangensegmente 11, 12 untereinander im Bereich der besagten Stirnseiten erfolgt durch Reibschweißen infolge Relativverdrehung der Zahnstangensegmente 11, 12 zueinander um eine gemeinsame Längsachse 20 sowie Kontaktierung besagter Stirnseiten, indem dieselben in Axialrichtung gesehen aufeinander gedrückt werden. Die Fügestelle 21 respektive Reibschweißstelle ist in 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkgetriebe
- 2
- Zahnstange
- 3
- Lenkgetriebegehäuse
- 4
- Ritzel
- 5
- Lenkwelle
- 6
- Elektromotor
- 7
- Getriebestufe
- 8
- Kugelgewindetrieb
- 9
- Kugelgewindemutter
- 10
- Riemen
- 11
- erstes Zahnstangensegment
- 12
- zweites Zahnstangensegment
- 13
- Anschlagring
- 14
- Gegenanschlag
- 15
- Gegenanschlag
- 16
- Verzahnungsstruktur
- 17
- Kugellaufbahn
- 18
- Kugelgewindestruktur
- 19
- Kugel
- 20
- Längsachse
- 21
- Fügestelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028768 A1 [0003]
- DE 102013007072 A1 [0003]
