DE102018001833A1

DE102018001833A1 - Lenkritzel und Verfahren zum Herstellen eines Lenkritzels

Info

Publication number: DE102018001833A1
Application number: DE102018001833.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Bidner; Bernd Schiek; Milisav Radic
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Lenkritzel (1) und ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkritzels (1), insbesondere zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange eines Kraftfahrzeugs, umfassend: ein Verzahnungselement (3) mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (13, 15), wobei zwischen dem ersten Ende (13) und dem zweiten Ende (15) ein Verzahnungsbereich (19) ausgebildet ist zum Eingriff mit einer Zahnstange, ein Kopplungselement (5) mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (39, 41), wobei an dem zweiten Ende (41) ein Kopplungsbereich (43) ausgebildet ist zum Koppeln an eine Lenkwelle, wobei das zweite Ende (15) des Verzahnungselements (3) mit dem ersten Ende (39) des Kopplungselements (5) verbunden ist, wobei das Verzahnungselement (3) aus Stahl, insbesondere aus einem härtbaren Stahl, ausgebildet ist, wobei das Kopplungselement (5) aus einem Leichtmetall ausgebildet ist, und wobei das Verzahnungselement (3) und das Kopplungselement (5) mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkritzel und ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkritzels, insbesondere zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange eines Kraftfahrzeugs.
Lenkritzel sind während ihres Einsatzes hohen Belastungen ausgesetzt. Um den hohen Belastungen standzuhalten, ist das Lenkritzel vorzugsweise komplett aus einem einheitlichen Material gefertigt, das eine hohe Festigkeit aufweist, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl. Dies gewährleistet zwar eine zuverlässige Funktion und hohe Lebensdauer, allerdings weist das Lenkritzel ein hohes Gewicht auf.
Aus der DE 10 2011 079 274 A1 ist ein Lenkritzel bekannt, das zwei Elemente umfasst, ein Verzahnungselement und ein Kopplungselement, welche drehfest miteinander verbunden sind. Des Weiteren umfasst das Lenkritzel ein Wälzlager zur Lagerung des Lenkritzels im Gehäuse des Lenkgetriebes, wobei das Wälzlager zwischen dem Kopplungselement und dem Verzahnungselement angeordnet ist. Das Wälzlager wird einerseits durch einen Presssitz auf dem Verzahnungselement gehalten und andererseits durch das auf das Verzahnungselement aufgepresste Kopplungselement, welches somit direkt an dem Wälzlager anliegt und mit dem Verzahnungselement verbunden ist. Durch das Aufpressen des Kopplungselements auf das Verzahnungselement wird das Wälzlager ebenfalls fixiert.
In verschiedenen Bereichen der Technik gibt es einen erhöhten Bedarf an Leichtbaukomponenten, um das Gesamtgewicht der einzelnen die Komponenten umfassenden Bauteile zu reduzieren. Als Werkstoff für diese Leichtbaukomponenten kommt beispielsweise Kunststoff in Frage. Dieser hat zwar eine Gewichtsreduzierung zur Folge, allerdings hält ein aus Kunststoff gefertigtes Lenkritzel den auftretenden Belastungen nicht stand oder kann sehr schnell verschleißen.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkritzel und ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkritzels bereitzustellen, das ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit und einfacher Herstellung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Lenkritzel, insbesondere zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt, umfassend: ein Verzahnungselement mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ein Verzahnungsbereich ausgebildet ist zum Eingriff mit einer Zahnstange und ein Kopplungselement mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei an dem zweiten Ende ein Kopplungsbereich ausgebildet ist zum Koppeln an eine Lenkwelle. Das zweite Ende des Verzahnungselements ist mit dem ersten Ende des Kopplungselements verbunden, das Verzahnungselement ist aus Stahl, insbesondere aus einem härtbaren Stahl, ausgebildet und das Kopplungselement ist aus einem Leichtmetall ausgebildet. Das Verzahnungselement und das Kopplungselement sind mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden miteinander verbunden.
Das erfindungsgemäße Lenkritzel umfasst somit zwei Bauteile, ein Verzahnungselement und ein Kopplungselement, die im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet sein können und jeweils eine Mittellängsachse aufweisen. Das Verzahnungselement kann mit seinem zweiten Ende mit dem ersten Ende des Kopplungselements verbunden werden, sodass der Endbereich des ersten Endes des Kopplungselements und der Endbereich des zweiten Endes des Verzahnungselements in axialer Richtung zumindest teilweise überlappen und einen Überlappungsbereich bilden können. Die beiden Mittellängsachsen können dann mit der Längsachse des Lenkritzels übereinstimmen bzw. in einer Geraden verlaufen. Eine derartige Ausgestaltung des Lenkritzels ermöglicht es, das Verzahnungselement und das Kopplungselement aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen. Das Verbinden des Verzahnungselements und des Kopplungselements erfolgt mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden. Mit anderen Worten, das Verbinden der beiden Bauteile kann durch Reibschweißen oder durch Verbundschmieden erfolgen, die jeweils eine besonders gute Verbindung von Stahl und Leichtmetall, beispielsweise Stahl und Aluminium, ermöglichen. Vorzugsweise kann das Verbinden des Verzahnungselements und des Kopplungselements sowohl mittels Reibschweißen als auch mittels Verbundschmieden erfolgen. Insbesondere können das Verzahnungselement und das Kopplungselement zunächst durch Reibschweißen miteinander verbunden werden und anschließend einem Verbundschmiedeprozess unterzogen werden, bei dem die Außenkontur bzw. die Form der miteinander verbundenen Verzahnungs- und Kopplungselemente durch Verbundschmieden weiter bearbeitet bzw. ausgebildet wird und das Verbundschmieden zusätzlich zu einem Verbund zwischen Verzahnungselement und Kopplungselement beiträgt.
Das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden erfolgt insbesondere in dem Überlappungsbereich des Kopplungselements und des Verzahnungselements. Der Überlappungsbereich kann beispielsweise dadurch ausgebildet sein, dass ein Abschnitt des Endbereichs des ersten Endes des Kopplungselements in eine entsprechende Ausnehmung im Endbereich des zweiten Endes des Verzahnungselements eingefügt wird, und/oder dass ein Abschnitt des Endbereichs des zweiten Endes des Verzahnungselements in eine entsprechende Ausnehmung im Endbereich des ersten Endes des Kopplungselements eingefügt wird. Für das Reibschweißen können die vor dem Reibschweißen einander anliegenden axialen Stirnflächen des Verzahnungselements und des Kopplungselements, also die Stirnfläche des zweiten Endes des Verzahnungselements und die Stirnfläche des ersten Endes des Kopplungselements, auch flach ausgebildet sein, ohne einen Überlappungsbereich aufzuweisen. Die axialen Stirnflächen des Verzahnungselements und des Kopplungselements können für das Reibschweißen beispielsweise auch konisch, gewellt oder vertieft ausgeführt werden, um so einen Überlappungsbereich auszubilden. Der Abschnitt des Endbereichs des ersten Endes des Kopplungselements kann dabei eine Positivform aufweisen und die entsprechende Ausnehmung im Endbereich des zweiten Endes des Verzahnungselements kann eine entsprechende Negativform aufweisen. Es kann auch durch das Reibschweißen selbst, also durch die Vermischung der Materialien im Reibschweißbereich, ein Überlappungsbereich von Verzahnungselement und Kopplungselement für das Verbundschmieden ausgebildet werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit einfach ausführbaren Prozessschritten und damit in kostengünstiger Weise ein sehr robustes Lenkritzel mit geringen Gewicht hergestellt werden kann. Das Verzahnungselement ist aus Stahl, vorzugsweise härtbarer und/oder vergütbarer Stahl, ausgestaltet, während das Kopplungselement aus einem Leichtmetall gefertigt ist.
Das Verzahnungselement kann aus einem gewichtsintensiveren und robusteren Werkstoff als das Kopplungselement gefertigt sein, sodass gewichtsintensive Werkstoffe nur für solche Bauteile verwendet werden, für die eine große Oberflächenhärte und Festigkeit erforderlich sind. Somit ist das Verzahnungselement, das aufgrund des Eingriffs mit einer Zahnstange besonders hohen Beanspruchungen, insbesondere hohen Flächenpressungen im Bereich der Verzahnungen, sowie Belastungen aufgrund von Kräften in axialer Richtung bzw. der Übertragung von Drehmomenten, ausgesetzt ist, aus einem Material mit einer hohen Festigkeit ausgebildet. Neben herkömmlichen Stahl sind beispielsweise auch Sinterwerkstoffe als Werkstoff für die Ausgestaltung des Verzahnungselements denkbar.
Bei dem Material des Kopplungselements handelt es sich vorzugsweise um ein Vollmaterial. Es sind beispielsweise Leichtmetalllegierungen aus Aluminium, Magnesium und Titan als Werkstoffe für das Kopplungselement denkbar. Es können zur Gewichtsreduzierung jedoch auch Hohlräume im Inneren des Verzahnungselements und/oder des Kopplungselements vorgesehen sein, vorzugsweise in axialer Richtung. Diese Hohlräume können sich in Bereiche in axialer Richtung erstrecken, welche nicht durch den Prozess des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens umgeformt werden. Insbesondere kann zumindest der Überlappungsbereich des Kopplungselements und des Verzahnungselements frei von Hohlräumen sein.
Das Lenkritzel ist vorzugsweise zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange bzw. Lenkstange eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Darüber hinaus kann das Lenkritzel auch in anderen Vorrichtungen zur Übertragung von Kräften und Drehmomenten zum Einsatz kommen. Der Verzahnungsbereich des Verzahnungselements kann ausgebildet sein für einen Eingriff mit einer Verzahnung der Zahnstange. Der Verzahnungsbereich kann eine Schneckenverzahnung, eine Schrägverzahnung oder eine Geradverzahnung aufweisen, die optional kegelförmig ausgebildet sein kann. Der Kopplungsbereich des Kopplungselements kann ausgebildet sein für einen Eingriff mit einer Verzahnung einer Lenkwelle. Der Kopplungsbereich kann eine Schneckenverzahnung, eine Schrägverzahnung oder eine Geradverzahnung aufweisen, die optional kegelförmig ausgebildet sein kann.
Das Verzahnungselement und das Kopplungselement können durch das Verbundschmieden mittels eines gemeinsamen Umformvorgangs miteinander verbunden werden. Das Verbundschmieden kann Schmiedeprozesse wie z.B. Präzisionsschmieden, Halbwarmschmieden, Kaltschmieden oder Taumelschmieden und etc. umfassen.
Durch das Reibschweißen können zwei Rohteile, wie das Verzahnungselement und das Kopplungselement des erfindungsgemäßen Lenkritzels, zu einem Rohteilverbund verbunden werden. Die beiden Rohteile können dabei vorteilhafterweise aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Der Rohteilverbund kann auch als Preform, Rohling, Barren oder Walzblock bezeichnet werden.
Durch das Verbundschmieden kann ein Rohteilverbund bestehend aus unterschiedlichen Werkstoffen verwendet und im Umformprozess gefügt werden. In der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Reibschweißen und/ oder Verbundschmieden das formschlüssige und/oder stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Fügen des Verzahnungselements und des Kopplungselements, die aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Gleichzeitig kann durch das Verbundschmieden und/oder Reibschweißen mit anschließender Warm- oder Kaltumformung die äußere Form der Bauteile ausgestaltet werden. Insbesondere kann die Außenwandung um den Überlappungsbereich herum durch das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden eine gradierte Werkstoffstruktur aufweisen, sodass die materialspezifischen Eigenschaften des Lenkritzels gezielt an das Anforderungsprofil angepasst werden können. Dies ist vorteilhaft, da die einzelnen Elemente des Lenkritzels unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen, sowie aufgrund der unterschiedlichen Anordnungen in- oder außerhalb des Lenkgehäuses auch unterschiedlichen thermischen und/oder chemischen Beanspruchungen, unterliegen, und insbesondere hinsichtlich der Materialauswahl und/oder Ausgestaltung entsprechend optimiert werden können.
Das Reibschweißen kann mittels einer Rotationsreibschweißmaschine erfolgen. In die Rotationsreibschweißmaschine können das Verzahnungselement und das Kopplungselement eingespannt werden. In diesem Zusammenhang kann mit „Verzahnungselement“ und „Kopplungselement“ jeweils ein Halbzeug gemeint sein, aus dem das finale Verzahnungselement und Kopplungselement jeweils schließlich ausgebildet wird. Bei dem Halbzeug kann es sich um zylindrisches Vollmaterial handeln. Für das Reibschweißen können das eingespannte Verzahnungselement und/oder das Kopplungselement in der Rotationsreibschweißmaschine um die Mittellängsachse rotiert werden und in axialer Richtung gegeneinander gepresst werden. Beim Reibschweißen kann es an den Materialgrenzen des Kopplungselements und des Verzahnungselements zu einem Vermischen bzw. Ineinandergreifen der Materialien und/oder zu Legierungsbildungen kommen. Dies ist für eine feste Verbindung zwischen dem Kopplungselement und dem Verzahnungselement vorteilhaft. Beim Reibschweißen kann eine Schweißwulst im Schweißbereich entstehen, die nachfolgend mittels spanender Bearbeitungsschritte und/oder durch nachfolgendes Verbundschmieden entfernt werden kann.
Es ist auch denkbar, dass bei einer nachfolgenden Warmumformung oder Kaltumformung im Rahmen des Verbundschmiedens der reibgeschweißte Rohteilverbund in axialer Richtung gestaucht oder gepresst wird. Der Rohteilverbund kann vorzugsweise durch eine Matrize gepresst werden und dadurch vorgeformt werden. Die finale Kontur des Lenkritzels kann zumindest teilweise mittels weiterer Bearbeitungsschritte, beispielsweise mittels weiterer Schmiedeprozesse und/oder einer spanenden Bearbeitung erzeugt werden. Zwischen dem Schritt des Reibschweißens und des Verbundschmiedens kann ein Schritt des Ausrichtens des Verzahnungselements zum Kopplungselement erfolgen, wobei der Rohteilverbund derart umgeformt wird, dass das Verzahnungselement und das Kopplungselement eine im Wesentlichen gemeinsame Mittellängsachse aufweisen. Der Schritt des Ausrichtens kann auch alternativ oder zusätzlich nach dem Verbundschmieden erfolgen.
Das Verbundschmieden des Verzahnungselements und des Kopplungselements kann mittels eines Werkzeugs erfolgen, beispielsweise einer Gesenkschmiedepresse. Die Pressrichtung kann hierbei in axialer oder radialer Richtung liegen. Mit anderen Worten, die zunächst mittels Reibschweißen zu einem Rohteilverbund bzw. zu eine Preform des Lenkritzels miteinander verbundenen Verzahnungs- und Kopplungselemente können in axialer Richtung durch die Gesenkschmiedepresse gepresst werden, sodass sich die Länge des finalen Lenkritzels durch diesen Prozess verändert. Die Länge des Lenkritzels wird durch diesen Prozess vorzugsweise verlängert, d.h., der Abstand zwischen dem ersten Ende des Verzahnungselements und dem zweiten Ende des Kopplungselements bzw. die Länge des Lenkritzels entlang der Längsachse des Lenkritzels kann sich vergrößern. Beispielsweise kann sich die Länge des Lenkritzels durch den Prozess des Verbundschmiedens um etwa 20 % bis etwa 100% vergrößern. Es ist aber auch denkbar, dass sich der Abstand zwischen dem ersten Ende des Verzahnungselements und dem zweiten Ende des Kopplungselements bzw. die Länge des Lenkritzels durch den Prozess in der Gesenkschmiedepresse verringert, also dass der Rohteilverbund gestaucht wird. Liegt die Pressrichtung in radialer Richtung des Lenkritzels, so können die zunächst mittels Reibschweißen zu einem Rohteilverbund bzw. zu einer Preform des Lenkritzels miteinander verbundenen Verzahnungs- und Kopplungselemente in radialer Richtung, beispielsweise durch die Gesenkschmiedepresse, gepresst bzw. geschmiedet werden. Der Verbundschmiedeprozess kann mehrere Umformungsschritte mit jeweils unterschiedlichen Werkzeugen und/oder Pressrichtungen aufweisen. Das Verbundschmieden, beispielsweise das Gesenkschmieden, kann in einer Spindelpresse erfolgen, die beispielsweise eine Presskraft von etwa 3 bis etwa 10 MN aufweist. Die Spindelpresse bzw. die Gesenkschmiedepresse kann ferner eine Heizeinrichtung, beispielsweise eine Induktionsheizeinrichtung, mit einer Leistung von etwa 20 bis 100 kW aufweisen, die den Rohteilverbund vor, während und/oder nach dem Schmiedeprozess beheizen kann, wodurch ein besonders gutes Ergebnis des Verbundschmiedens erzielt werden kann.
Beim Verbundschmieden kann das Lenkritzel, insbesondere im Überlappungsbereich des Kopplungselements und des Verzahnungselements, derart im verbundenen Zustand geschmiedet werden, dass der Durchmesser der Ausgangsteile zumindest bereichsweise verringert wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass bei dem Verbundschmieden das Kopplungselement und das Verzahnungselement im verbundenen Zustand in axialer Richtung gestaucht werden. Die finale Kontur des Lenkritzels kann zumindest teilweise mittels weiterer Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise einer spanenden Bearbeitung, erzeugt werden. Bei dem Verbundschmieden kann es an den Materialgrenzen des Kopplungselements und des Verzahnungselements auch ohne Reibschweißen zu einem Vermischen bzw. Ineinandergreifen der Materialien und/oder zu Legierungsbildung führen, was zu einer festen Verbindung von Kopplungselement und Verzahnungselement führen kann.
Vorzugsweise weist das Kopplungselement an dessen ersten Ende einen Kopplungselementzapfen auf, wobei das Verzahnungselement an dessen zweiten Ende eine Zapfenaufnahme aufweist, um den Kopplungselementzapfen aufzunehmen, wobei der Kopplungselementzapfen und die Zapfenaufnahme durch das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Das Verzahnungselement kann zumindest teilweise im Inneren, beispielsweise im Bereich zwischen dem zweiten Ende und dem ersten Ende oder im Bereich zwischen dem zweiten Ende und einem an das erste Ende angrenzenden ersten Lagerbereich, eine Ausnehmung aufweisen bzw. hohl ausgestaltet sein. Diese Ausnehmung bzw. dieser Hohlraum stellt die Zapfenaufnahme dar. Das Verzahnungselement kann an dem zweiten Ende eine Öffnung der Zapfenaufnahme aufweisen. Die Zapfenaufnahme kann zylindrisch ausgestaltet sein. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar, beispielsweise eine konische Ausgestaltung oder stufenförmige Ausgestaltung, bei der sich der Durchmesser der Zapfenaufnahme in axialer Richtung von dem zweiten Ende des Verzahnungselements in Richtung des ersten Endes kontinuierlich oder stufenweise verjüngt. Das Vorsehen der Zapfenaufnahme ist vorteilhaft, da zum einen die Masse des Verzahnungselements und somit das Gesamtgewicht des Lenkritzels erheblich reduziert werden kann. Des Weiteren kann der Kopplungselementzapfen über die Zapfenaufnahme aufgenommen werden. Der Kopplungselementzapfen kann eine Form aufweisen, die im Wesentlichen eine Negativform der Zapfenaufnahme ist. Somit kann der Kopplungselementzapfen wie die Zapfenaufnahme zylindrisch ausgestaltet sein. Es ist aber auch eine konische oder stufenförmige Ausgestaltung des Kopplungselementzapfens denkbar, bei der sich der Durchmesser des Kopplungselementzapfens in axialer Richtung zum ersten Ende des Kopplungselements hin verjüngt.
Weiterhin können, insbesondere falls das Verbinden von Verzahnungselement und Kopplungselement ohne Reibschweißen erfolgt, die Zapfenaufnahme ein erstes Antriebsprofil und der Kopplungselementzapfen ein zweites Antriebsprofil aufweisen, wobei das zweite Antriebsprofil eine Negativform des ersten Antriebsprofils ist. Das erste Antriebsprofil kann sich zumindest über einen Teil des Bereiches der Zapfenaufnahme in axialer Richtung erstecken und das zweite Antriebsprofil kann sich zumindest über einen Teil des Bereiches des Kopplungselementzapfens in axialer Richtung erstrecken. Vorzugsweise kann das erste Antriebsprofil polygonförmig ausgestaltet sein, beispielsweise mindestens eine Materialerhebung in Richtung der ersten Mittellängsachse des Verzahnungselements oder quer zur Richtung der ersten Mittelängsachse des Verzahnungselements aufweisen. Vorzugsweise kann das zweite Antriebsprofil als Negativform des ersten Antriebsprofils polygonförmig ausgestaltet sein, beispielsweise mindestens eine Materialvertiefung in Richtung der zweiten Mittellängsachse des Kopplungselements oder quer zur Richtung der zweiten Mittellängsachse des Kopplungselements aufweisen.
Das Vorsehen der Zapfenaufnahme und des Kopplungselementzapfens ermöglicht ein einfaches Verbinden des Verzahnungselements und des Kopplungselements durch ein gezieltes Ineinanderstecken, wobei die Mittellängsachsen der beiden Elemente mit der Längsachse des Lenkritzels übereinstimmen, vorzugsweise in einer Geraden verlaufen. Der Kopplungselementzapfen erstreckt sich entlang der Mittellängsachse des Kopplungselements und entlang der Längsachse des Lenkritzels im verbundenen Zustand, wobei im Folgenden mit „verbundenen Zustand“ der Zustand gemeint ist, bei dem das Verzahnungselement und das Kopplungselement miteinander verbunden sind. Im verbundenen Zustand können die Zapfenaufnahme und der Kopplungselementzapfen einen Überlappungsbereich für das Reibschweißen und/oder das Verbundschmieden ausbilden. Die Zapfenaufnahme kann sich von dem zweiten Ende des Verzahnungselements über einen Teil der axialen Länge des Verzahnungselements erstrecken, kann sich jedoch auch im Wesentlichen bis zum ersten Ende des Verzahnungselements erstrecken. Das zweite Ende des Verzahnungselements ist das Ende des Verzahnungselements, das zum Verbinden des Verzahnungselements mit dem Kopplungselement zum ersten Ende des Kopplungselements hin bewegt wird oder, in anderen Worten, das Ende des Verzahnungselements, zu dem das erste Ende des Kopplungselements zum Verbinden des Kopplungselements mit dem Verzahnungselement hin bewegt wird.
Der Kopplungselementzapfen umfasst einen Außendurchmesser, der etwas geringer als oder etwa gleich groß wie der Innendurchmesser der Zapfenaufnahme sein kann. In anderen Worten kann der Außendurchmesser des Kopplungselementzapfens geringer als der Innendurchmesser des zweiten Endbereiches des Verzahnungselements sein. Auf vorteilhafte Weise kann das Verzahnungselement den Kopplungselementzapfen im Bereich der Zapfenaufnahme aufnehmen und halten, sodass das Kopplungselement über den Kopplungselementzapfen mit dem Verzahnungselement verbunden ist.
Vorzugsweise wird das so über den Kopplungselementzapfen mit dem Verzahnungselement verbundene Kopplungselement mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden drehfest formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere kann die Umwandung des gesamten Bereichs der Zapfenaufnahme, also die Innen- und Außenwandung der Zapfenaufnahme, mit dem Kopplungselementzapfen in axialer Richtung überlappen, sodass das Kopplungselement zumindest teilweise, vorzugsweise im gesamten Bereich des Kopplungselementzapfens, von der Umwandung der Zapfenaufnahme des Verzahnungselements umgeben ist. Bevor das Kopplungselement und das Verzahnungselement mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden umgeformt bzw. miteinander verbunden werden, kann die axiale Innenfläche der Zapfenaufnahme flach, konisch oder gewellt ausgebildet sein, und entsprechend kann die axiale Stirnfläche des Kopplungselementzapfens flach, konisch oder gewellt ausgebildet sein.
Das Verzahnungselement kann an dem ersten Ende einen ersten Lagerbereich aufweisen, an den sich der Verzahnungsbereich anschließen kann. Gegenüberliegend zum ersten Lagerbereich kann sich an dem Verzahnungsbereich ein zweiter Lagerbereich anschließen. Der Verzahnungsbereich kann also zwischen dem ersten Lagerbereich und dem zweiten Lagerbereich des Verzahnungselements angeordnet sein. Der zweite Lagerbereich kann in axialer Richtung etwa in einem mittleren Bereich des Verzahnungselements angeordnet sein. Zwischen dem zweiten Lagerbereich und dem zweiten Ende des Verzahnungselements kann ein Schaftbereich angeordnet sein. Der erste Lagerbereich kann beispielsweise ein Lagersitz für ein Loslager umfassen. Der zweite Lagerbereich kann beispielsweise einen Lagersitz für ein Festlager umfassen oder einen integral bzw. einstückig mit dem Verzahnungselement ausgebildeten Innenring eines Wälzlagers aufweisen. Über den ersten und den zweiten Lagerbereich kann das Lenkritzel gegenüber dem Lenkgehäuse gelagert werden. Der Innenring des Wälzlagers kann in einem Stahlbauteil, beispielsweise in dem aus Stahl gefertigten Verzahnungselement, integriert sein. Wenn ein separater Lagerinnenring vorgesehen ist, so kann der Lagersitz hierfür beispielsweise aus Stahl oder Aluminium gefertigt sein, so dass der Lagersitz des zweiten Lagerbereichs dann auch auf dem Kopplungselement vorgesehen sein kann.
Das Kopplungselement und das Verzahnungselement können zunächst in axialer Richtung miteinander verbunden werden, wobei der Kopplungselementzapfen von der Zapfenaufnahme aufgenommen wird. Durch diesen Schritt können die beiden Mittellängsachsen des Kopplungselements und des Verzahnungselements in einer Gerade zusammengeführt werden und stimmen mit der Längsachse des Lenkritzels überein. In einem nächsten Schritt, dem Schritt des Verbindens des Verzahnungselements und des Kopplungselements mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden, können beide Elemente formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Mittels Reibschweißen wird vorzugsweise eines der beiden Bauteile, beispielsweise das Verzahnungselement oder das Kopplungselement, in einer festen Position gehalten, wobei das andere der beiden Bauteile in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Somit wird durch die Rotation des in die Zapfenaufnahme eingeführten Kopplungselementzapfens bzw. durch die Rotation der Zapfenaufnahme um den Kopplungselementzapfen herum, erreicht, dass die Kontaktflächen des Kopplungselementzapfens und der Zapfenaufnahme, insbesondere die Außenwandung bzw. Stirnfläche des Kopplungselementzapfens und die Innenwandung bzw. Stirnfläche der Zapfenaufnahme, aneinander reiben. Durch die dadurch auftretende Reibungswärme können das Verzahnungselement und das Kopplungselement zu einem Rohteilverbund miteinander verbunden werden. Das Verzahnungselement und das Kopplungselement können aber auch mittels Verbundschmieden nach der Aufnahme des Kopplungselementzapfens in der Zapfenaufnahme miteinander verbunden werden. Vorzugsweise sind das Verzahnungselement und das Kopplungselement mittels Verbundschmieden zusätzlich zu einem vorangegangenen Reibschweißen miteinander verbunden. Somit wird u.a. verhindert, dass die beiden Elemente des Lenkritzels sich nochmals in entgegengesetzter axialer Richtung entlang der Längsachse voneinander lösen können. Darüber hinaus wird verhindert, dass sich beide Elemente in Umfangsrichtung verdrehen können. Das Verbundschmieden wirkt sich vorteilhaft auf die Belastungsfähigkeit des Lenkritzels aus. Aufgrund von axialen Versatzungen beider Bauteile, können durch den Prozess des Reibschweißens die beiden Mittellängsachsen des Verzahnungselements und des Kopplungselements geringfügig voneinander abweichen, sodass die jeweiligen Mittellängsachsen nicht in einer Geraden zusammengeführt werden. Dann können durch anschließendes mechanisches Bearbeiten die beiden Mittellängsachsen des Verzahnungselements und des Kopplungselements zueinander ausgerichtet werden, sodass sie in einer Gerade zusammengeführt werden und mit der Längsachse des Lenkritzels übereinstimmen. Der Prozess dieses mechanischen Bearbeitens kann nach dem Reibschweißen und vor dem Verbundschmieden erfolgen, oder nach dem Reibschweißen und Verbundschmieden erfolgen.
Vorzugsweise umfasst das Verbundschmieden zumindest einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Verzahnungsbereichs.
Durch das Ineinanderstecken des Kopplungselements und des Verzahnungselements mittels des Kopplungselementzapfens im Bereich der Zapfenaufnahme und anschließendem Reibschweißen und/oder Verbundschmieden, kann das Kopplungselement mit dem Verzahnungselement formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Darüber hinaus kann mittels des Verbundschmiedens gleichzeitig die Außenstruktur des Verzahnungselements, insbesondere die Außenstruktur des Verzahnungsbereichs, ausgestaltet werden. Hierfür kann sich der Überlappungsbereich des Kopplungselements und des Verzahnungselements zumindest über einen Teilabschnitt des Verzahnungsbereichs erstrecken. Es ist aber auch denkbar, dass die Außenstruktur des Verzahnungselements, insbesondere die Außenstruktur des Verzahnungsbereichs, nach dem Reibschweißen und/oder Verbundschmieden mittels spanender Bearbeitung final ausgestaltet wird.
Bevorzugt ist der Verzahnungsbereich zumindest teilweise in axialer Richtung um dessen Mittellängsachse herum mittels Verbundschmieden ausgebildet worden, weiter bevorzugt ist der gesamte Verzahnungsbereich mittels Verbundschmieden ausgebildet worden. Die Zapfenaufnahme kann sich zumindest teilweise über die axiale Länge des Verzahnungsbereichs erstrecken. Die Zapfenaufnahme kann sich auch über die gesamte axiale Länge des gesamten Verzahnungsbereichs in axialer Richtung zwischen dem zweiten Ende des Verzahnungselements bis zum ersten Lagerbereich erstrecken. Die Zapfenaufnahme kann sich über mindestens einen Teil eines inneren Hohlraums des Verzahnungselements erstrecken und der Kopplungselementzapfen kann eine axiale Länge aufweisen, die etwa der Länge der Zapfenaufnahme entspricht. Es ist daher denkbar, dass der Kopplungselementzapfen eine axiale Länge aufweist, die etwa der Länge zwischen dem an den Verzahnungsbereich angrenzenden ersten Lagerbereich und dem zweiten Ende des Verzahnungselements entspricht, wenn sich die Zapfenaufnahme zwischen dem ersten Lagerbereich und dem zweiten Ende des Verzahnungselements erstreckt. Somit kann durch das Ineinanderstecken des Kopplungselements und des Verzahnungselements der Kopplungselementzapfen durch den gesamten Verzahnungsbereich in das Verzahnungselement eingeführt werden und durch das anschließende Reibschweißen und/oder Verbundschmieden verbunden bzw. umgeformt werden. Dies ermöglicht eine gradierte Werkstoffstruktur und die Anpassung der mechanischen Eigenschaften des Lenkritzels gezielt an dessen Anforderungsprofil.
Das Verzahnungselement und das Kopplungselement können zunächst durch die Aufnahme des Kopplungselementzapfens in der Zapfenaufnahme miteinander verbunden werden. Der Schritt des Verbindens beider Elemente mittels des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens kann dann das Ausbilden des Verzahnungsbereichs umfassen, d.h. die Außenwandung des an das zweite Ende des Verzahnungselements und an die Zapfenaufnahme angrenzenden Bereichs des Verzahnungselements kann durch das Verbundschmieden ausgeformt werden. Der Verzahnungsbereich kann zumindest teilweise durch den Prozess des Verbundschmiedens ausgeformt werden. Der gesamte Verzahnungsbereich zwischen dem ersten Lagerbereich und der Zapfenaufnahme bzw. der gesamte Bereich zwischen dem ersten Lagerbereich und dem zweiten Ende des Verzahnungselements kann mittels Verbundschmieden ausgeformt werden. Das Ausbilden der finalen Form des Verzahnungselements, insbesondere des Verzahnungsbereichs, kann auch weitere Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise eine spanende Bearbeitung, umfassen. Es wäre auch denkbar, dass der Verzahnungsbereich des Verzahnungselements bereits ausgebildet ist, sodass der Schritt des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens lediglich das formschlüssige und/oder stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbinden beider Elemente bewirkt, ohne die Außenwandung des Verzahnungselements, insbesondere im Bereich des Verzahnungsbereichs, weiter auszugestalten.
Vorzugsweise umfasst das Verzahnungselement einen Innenring eines Wälzlagers, und der Innenring des Wälzlagers ist einstückig mit dem Verzahnungselement ausgebildet.
Der Innenring ist insbesondere im zweiten Lagerbereich ausgebildet. Der Innenring ist vorzugsweise beabstandet von dem ersten Ende und beabstandet von dem zweiten Ende des Verzahnungselements angeordnet. Mit anderen Worten, das Kopplungselement liegt im verbundenen Zustand des Lenkritzels nicht am Innenring des Wälzlagers an. So kommt die Außenwandung des Kopplungselements nicht in Kontakt mit dem Innenring im verbundenen Zustand des Lenkritzels. Vorzugsweise ist der Abstand des Innenrings zum zweiten Ende des Verzahnungselements geringer als der Abstand des Innenrings zum ersten Ende des Verzahnungselements, jeweils in Richtung der Mittellängsachse des Verzahnungselements gesehen. Mit anderen Worten, der Innenring ist näher an dem zweiten Ende als am ersten Ende des Verzahnungselements angeordnet.
Durch die einstückige Ausgestaltung des Verzahnungselements und des Innenrings des Wälzlagers, wird das Wälzlager sicher und fest an dem Lenkritzel gehalten und infolgedessen kann das Lenkritzel sicher und fest mit einer Zahnstange in Eingriff gebracht werden. Das Lenkritzel kann insbesondere mit dem Verzahnungsbereich, der zwischen dem ersten Lagerbereich und zweiten Lagerbereich angeordnet ist, sicher und fest mit einer Zahnstange in Eingriff gebracht werden. Das Kopplungselement muss keine Haltefunktion für den Innenring des Wälzlagers erfüllen, so dass sich sowohl für das Kopplungselement als auch für das Verzahnungselement vorteilhafterweise mehr Freiheiten bei der Ausgestaltung ergeben.
Durch den Prozess des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens kann neben dem Verbinden beider Elemente in axialer Richtung und dem optionalen Ausgestalten des Verzahnungsbereichs auch der Innenring eines Wälzlagers ausgestaltet werden. Vorzugsweise wird der Innenring des Wälzlagers zumindest teilweise durch Verbundschmieden ausgestaltet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Innenring des Wälzlagers einstückig mit dem Verzahnungselement ausgebildet werden soll, sodass das Verzahnungselement einen integral bzw. einstückig ausgebildeten Innenring eines Wälzlagers umfasst. Es ist aber auch denkbar, dass der Innenring bereits integral mit dem Verzahnungselement ausgebildet ist, bevor der Kopplungselementzapfen von der Zapfenaufnahme aufgenommen wird und beide Elemente mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
Weiterhin ist denkbar, dass das Verzahnungselement anstelle eines integral ausgebildeten Innenrings einen Lagersitz, vorzugsweise einen Lagersitz für ein Festlager, umfasst. Der Lagersitz kann im zweiten Lagerbereich ausgebildet sein. Dabei kann der Lagersitz ebenfalls integral mit dem Verzahnungselement ausgebildet sein, um ein handelsübliches Wälzlager aufzunehmen. Dieser Lagersitz kann vorzugsweise auch mittels des Schritts des Verbundschmiedens ausgestaltet werden, nachdem das Kopplungselement mittels Kopplungselementzapfen von der Zapfenaufnahme aufgenommen wurde. Es ist aber auch hier denkbar, dass der Lagersitz bereits an dem Verzahnungselement ausgebildet ist, bevor das Kopplungselement mittels Kopplungselementzapfen von der Zapfenaufnahme aufgenommen wird und mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden mit dem Verzahnungselement verbunden wird. Der Lagersitz kann eine Anschlagskante für den Innenring des Wälzlagers umfassen.
Vorzugsweise umfasst das Verbundschmieden zumindest einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Innenrings des Wälzlagers.
Durch das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden kann neben dem Verbinden des Verzahnungselements und des Kopplungselements gleichzeitig auch der Innenring des Wälzlagers zumindest teilweise ausgebildet werden, sodass der Herstellungsprozess des Lenkritzels vereinfacht bzw. verkürzt wird. Der Innenring des Wälzlagers kann, angrenzend an den Schaftbereich und/oder an den Verzahnungsbereich, einstückig mit dem Verzahnungselement, bevorzugt durch Verbundschmieden in radialer Richtung, ausgebildet werden. Dafür, dass das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden zumindest einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Innenrings des Wälzlagers umfasst, kann sich der Überlappungsbereich des Kopplungselements und des Verzahnungselements in axialer Richtung zumindest über einen Teilabschnitt des Innenrings erstrecken. In anderen Worten können die Zapfenaufnahme und der darin aufgenommene Kopplungselementzapfen sich von dem zweiten Ende des Verzahnungselements zumindest bis zu einer axialen Position des Innenrings erstrecken. Neben der Außenstruktur des Verzahnungsbereichs kann auch der Lagerbereich nach dem Reibschweißen und/oder Verbundschmieden mittels spanender Bearbeitung ausgestaltet werden.
Vorzugsweise ist der Innenring des Wälzlagers zwischen dem zweiten Ende des Verzahnungselements und dem Verzahnungsbereich angeordnet.
Der Innenring ist besonders bevorzugt in axialer Richtung zwischen dem Verzahnungsbereich und dem Schaftbereich angeordnet. Die Distanz zwischen dem Innenring und dem zweiten Ende des Verzahnungselements kann geringer sein als die Distanz zwischen dem Innenring und dem ersten Lagerbereich bzw. dem ersten Ende des Verzahnungselements. Das Wälzlager kann dadurch in einem Bereich angeordnet werden, der vorteilhaft für die Lagerung des Lenkritzels im Gehäuse des Lenkgetriebes ist. Weiterhin wird ein gleichzeitiges Ausbilden des Innenrings und Verbinden des Kopplungs- und Verzahnungselements durch denselben Prozess des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens ermöglicht.
Der Innenring ist vorzugsweise an dem Verzahnungsbereich zwischen dem ersten Lagerbereich bzw. dem ersten Ende des Verzahnungselements und dem Schaftbereich bzw. dem zweiten Ende des Verzahnungselements angeordnet. Dies ermöglicht, dass der Innenring gleichzeitig mit dem Verbinden mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden ausgestaltet wird. Es ist auch hier wiederum denkbar, dass der Innenring bereits integral mit dem Verzahnungselement zwischen dem zweiten Ende des Verzahnungselements und dem Verzahnungsbereich ausgebildet ist, bevor der Kopplungselementzapfen in der Zapfenaufnahme des Verzahnungselements aufgenommen wird.
Vorzugsweise weist das Verzahnungselement einen Schaftbereich auf, der sich von dem zweiten Ende in Richtung des ersten Endes erstreckt und der Innenring ist angrenzend an den Schaftbereich angeordnet.
Zwischen dem zweiten Lagerbereich und dem zweiten Ende des Verzahnungselements kann, wie vorstehend beschrieben, ein Schaftbereich angeordnet sein, der die Zapfenaufnahme bzw. den inneren Hohlraum in axialer Richtung zumindest teilweise umgibt. Der Innenring ist vorzugsweise in radialer Richtung um die Zapfenaufnahme herum ausgebildet. Dies ist für das gleichzeitige Ausbilden des Innenrings und Verbinden des Kopplungs- und Verzahnungselements durch denselben Prozess des Verbundschmiedens, vorteilhaft. Ferner ermöglicht diese Lage des Innenrings und somit des Wälzlagers eine sichere und einfache Lagerung des Lenkritzels im Gehäuse des Lenkgetriebes.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkritzels, insbesondere zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verzahnungselement mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ein Verzahnungsbereich ausgebildet ist zum Eingriff mit einer Zahnstange, und einem Kopplungselement mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei an dem zweiten Ende ein Kopplungsbereich ausgebildet ist zum Koppeln an eine Lenkwelle, wobei das Verzahnungselement aus Stahl, insbesondere aus einem härtbaren Stahl, ausgebildet ist, und wobei das Kopplungselement aus einem Leichtmetall ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst den Verfahrensschritt des Verbindens des Verzahnungselements und des Kopplungselements mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Lenkritzel hergestellt, der sämtliche zuvor ausführlich beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Lenkritzels aufweist. Das Verfahren hat den Vorteil, dass es einen Verfahrensschritt umfasst, durch den ein Kopplungselement und ein Verzahnungselement mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden miteinander verbunden werden können. Dies ermöglicht, dass das Kopplungselement und das Verzahnungselement, die vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet sind, aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein können, was sich wiederum vorteilhaft auf das Gesamtgewicht des Lenkritzels auswirkt. Die vorstehend zu dem Lenkritzel beschriebenen Ausführungsformen gelten entsprechend auch für das Verfahren.
Vorzugsweise werden durch den Schritt des Verbindens mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden ein Kopplungselementzapfen an dem ersten Ende des Kopplungselements und eine Zapfenaufnahme an dem zweiten Ende des Verzahnungselements formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Verbindens mittels Verbundschmieden zumindest einen Teilprozess des Ausbildens des Verzahnungsbereichs.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Verbindens des Verzahnungselements und des Kopplungselements mittels Verbundschmieden das mit dem Verzahnungselement einstückige Ausbilden eines Innenrings eines Wälzlagers.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Anordnens des Innenrings des Wälzlagers zwischen dem zweiten Ende des Verzahnungselements und dem Verzahnungsbereich.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Anordnens des Innenrings angrenzend an den Schaftbereich.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung erläutert, wobei

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenkritzels zeigt, wobei das Verzahnungselement und das Kopplungselement nicht miteinander verbunden sind, und wobei das Verzahnungselement einen integral bzw. einstückig ausgebildeten Innenring eines Wälzlagers umfasst,
2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 1 zeigt, wobei das Verzahnungselement und das Kopplungselement miteinander verbunden sind,
3 eine perspektivische Ansicht des Verzahnungselements des Lenkritzels aus 1 und 2 zeigt, wobei das Wälzlager nicht zu sehen ist,
4 eine Schnittansicht des Lenkritzels aus 2 zeigt, bei dem das Verzahnungselement und das Kopplungselement miteinander verbunden sind,
5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenkritzels zeigt, wobei das Verzahnungselement und das Kopplungselement miteinander verbunden sind, und wobei der zweite Lagerbereich des Verzahnungselements einen Lagersitz für ein Festlager umfasst,
6 eine Schnittansicht des Verzahnungselements aus 5 zeigt. Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Lenkritzels erläutert, bei dem das Verzahnungselement einen integral bzw. einstückig ausgebildeten Innenring eines Wälzlagers umfasst.

Wie 1 und 2 zeigen, umfasst das erfindungsgemäße Lenkritzel 1 des Ausführungsbeispiels ein Verzahnungselement 3 und ein Kopplungselement 5, die sich jeweils entlang einer Mittellängsachse 7, 9 erstrecken. Das Verzahnungselement 3 erstreckt sich entlang einer ersten Mittellängsachse 7 und das Kopplungselement 5 erstreckt sich entlang einer zweiten Mittellängsachse 9. Wenn das Verzahnungselements 3 und das Kopplungselement 5 miteinander verbunden sind, stimmen die beiden Mittellängsachsen 7, 9 mit einer Langsachse 11 des Lenkritzels 1 überein.
Das Verzahnungselement 3 erstreckt sich entlang der ersten Mittellängsachse 7 zwischen einem ersten Ende 13 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 15. Das Verzahnungselement 3 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. An das erste Ende 13 grenzt ein erster Lagerbereich 17 an, der einen senkrecht zur ersten Mittellängsachse 7 gesehen kreisförmigen Querschnitt hat und um die erste Mittellängsachse 7 ausgebildet ist. Der erste Lagerbereich 17 umfasst einen Außendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser 35 eines Verzahnungsbereichs 19 des Verzahnungselements 3, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 13, 15 angeordnet ist, um mit einer Zahnstange einzugreifen. Der Verzahnungsbereich 19 grenzt unmittelbar an den ersten Lagerbereich 17 in Richtung der ersten Mittellängsachse 7 an und weist einen Querschnitt mit einer senkrecht zur ersten Mittellängsachse 7 gesehen kreisförmigen Einhüllenden auf. Die Verzahnung des Verzahnungsbereichs 19 ist in den Figuren nicht dargestellt und kann beispielsweise eine Geradverzahnung, Schrägverzahnung oder Schneckenverzahnung sein, die ausgebildet ist, mit einer Verzahnung einer Zahnstange in Eingriff gebracht zu werden. Auf dem ersten Lagerbereich 17 kann ein Wälzlager, vorzugsweise als Loslager, angeordnet werden.
Angrenzend an das zweite Ende 15 weist das Verzahnungselement 3 im Inneren eine Zapfenaufnahme 21 auf, die ausgestaltet ist, um einen Kopplungselementzapfen 23 des Kopplungselements 5 aufzunehmen. Die Zapfenaufnahme 21 wird von einem Schaftbereich 25 umgeben. Die Öffnung der Zapfenaufnahme 21 ist an dem zweiten Ende 15 angeordnet. Die Zapfenaufnahme 21 weist einen senkrecht zur ersten Mittellängsachse 7 gesehen kreisförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich entlang der ersten Mittellängsachse 7 von dem zweiten Ende 15 in Richtung des ersten Endes 13, vorzugsweise bis zum Bereich eines zweiten Lagerbereichs 27. Der zweite Lagerbereich 27 ist zwischen dem Schaftbereich 25 und dem an den ersten Lagerbereich 17 angrenzenden Verzahnungsbereich 19 angeordnet (siehe 3). Vorzugsweise kann sich die Zapfenaufnahme 21 aber auch durch einen Teil des Verzahnungsbereichs 19 hindurch, vorzugsweise durch den gesamten Verzahnungsbereich 19 hindurch bis zum ersten Lagerbereich 17, erstrecken. Die Zapfenaufnahme 21 weist einen Durchmesser 31 quer zur ersten Mittellängsachse 7 auf, der geringer als bzw. etwa gleich groß wie der Durchmesser 33 des Kopplungselementzapfens 23 quer zur zweiten Mittellängsachse 9 ist. Der Durchmesser 33 des Kopplungselementzapfens 5 kann etwa gleich groß wie der Durchmesser 35 des Verzahnungsbereichs 19 und/oder kleiner als der Durchmesser 37 des Schaftbereichs 25 sein.
Das Kopplungselement 5 erstreckt sich entlang der zweiten Mittellängsachse 9 zwischen einem ersten Ende 39 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 41. Das Kopplungselement 5 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. An das erste Ende 39 grenzt der Kopplungselementzapfen 23 an und an das zweite Ende 41 grenzt ein Kopplungsbereich 43 an, der einen quer zur zweiten Mittellängsachse 9 gesehen kreisförmigen Querschnitt hat und zur Kopplung mit einer Lenkwelle ausgestaltet ist. Zwischen dem Kopplungselementzapfen 23 und dem Kopplungsbereich 43 erstreckt sich entlang der zweiten Mittellängsachse 9 ein Mittelbereich 45. Der Mittelbereich 45 weist einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf, dessen Durchmesser im Wesentlichen größer als bzw. etwa gleich groß wie der Durchmesser 33 des Kopplungselementzapfens 23 ist bzw. dessen Durchmesser in axialer Richtung zum Kopplungselementzapfen 23 hin zunimmt. Der Durchmesser des Mittelbereichs 45 unmittelbar angrenzend an den Kopplungselementzapfen 23 überragt den Durchmesser des Kopplungselementzapfens 23. Dadurch ist zwischen dem Kopplungselementzapfen 23 und dem Mittelbereich 45 ein erster Anschlagsbereich 47 ausgebildet, der sich quer zur zweiten Mittellängsachse 9 erstreckt und vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt quer zur zweiten Mittellängsachse 9 aufweist.
Im miteinander verbundenen Zustand ist der Kopplungselementzapfen 23 vollständig von der Zapfenaufnahme 21 aufgenommen, sodass in axialer Richtung das erste Ende 39 des Kopplungselements 5 über das zweite Ende 15 des Verzahnungselements 3 hinweg in das Verzahnungselement 3 eingeführt ist und der Schaftbereich 25 den Kopplungselementzapfen 23 vollständig umgibt. Vorzugsweise grenzt das erste Ende 39 des Kopplungselements 5 an einen zweiten Anschlagsbereich 49 des Verzahnungselements 3 an, der im Inneren des Verzahnungselements 3 angeordnet ist. Der zweite Anschlagsbereich 49 weist einen quer zur ersten Mittellängsachse 7 gesehen kreisförmigen Querschnitt auf. Gleichzeitig grenzt das zweite Ende 15 des Verzahnungselements 3 an den ersten Anschlagsbereich 47 des Kopplungselements 5 an. Der Abschnitt zwischen dem ersten Ende 39 des Kopplungselements 5 und dem zweiten Ende 15 des Verzahnungselements 3 im verbundenen Zustand stellt einen Überlappungsbereich der Bauteile dar, der mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden derart bearbeitet werden kann, dass das Kopplungselement 5 und das Verzahnungselement 3 in dem Überlappungsbereich unlösbar miteinander verbunden werden. Durch Toleranzen können sich die Bauteile nur an einem der beiden Anschlagsbereichen 47, 49 berühren, d.h. entweder an dem ersten Anschlagsbereich 48 oder an dem zweiten Anschlagsbereich 49, bevor das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden ausgeführt wird.
Wie den 1 bis 4 zu entnehmen ist, umfasst das Verzahnungselement 3 einen Innenring 51 eines Wälzlagers 53, über welches das Lenkritzel 1 im Gehäuse eines Lenkgetriebes gelagert werden kann. Der Innenring 51 des Wälzlagers 53 ist vorzugsweise in dem zweiten Lagerbereich 27 zwischen dem Verzahnungsbereich 19 und einem Schaftbereich 25 angeordnet. Der Innenring 51 des Wälzlagers 53 ist einstückig mit dem Verzahnungselement 3, insbesondere einstückig mit dem zweiten Lagerbereich 27 des Verzahnungselements 3, ausgebildet. Der Innenring 51 umgibt das Verzahnungselement 3 dadurch in einem Bereich, der beanstandet von dem ersten und zweiten Ende 13, 15 des Verzahnungselements 3 ist. Der Abstand zwischen dem Innenring 51 und dem ersten Ende 13 ist größer als der Abstand zwischen dem Innenring 51 und dem zweiten Ende 15 des Verzahnungselements 3, wobei der Innenring 51 angrenzend an den Schaftbereich 25 angeordnet ist.
Der Innenring 51 weist einen quer zur ersten Mittellängsachse 7 gesehen kreisförmigen Querschnitt auf und ist um die erste Mittellängsachse 7 ausgebildet. In Richtung der ersten Mittellängsachse 7, also in axialer Richtung, umfasst der Innenring 51 eine Materialerhebung 55, die in axialer Richtung beabstandet zum Schaftbereich 25 umlaufend um das Verzahnungselement 3 herum in radialer Richtung vorsteht, sodass eine Wälzkörperführung ausgebildet wird, welche die Wälzkörper zwischen der Materialerhebung 55 und dem Schaftbereich 25 hält und führt. Des Weiteren ist ein Außenring 57 vorgesehen, der die Wälzkörper umgibt, sodass die Wälzkörper zwischen dem Innenring 51 und dem Außenring 57 gehalten werden. Der Außenring 57 weist einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des Innenrings 51.
Das Verzahnungselement 3 ist aus Stahl, insbesondere aus einem härtbaren Stahl ausgebildet. Das Kopplungselement 5 ist aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, und somit aus einem anderen Material als das Verzahnungselement gefertigt. Nachdem das Kopplungselement 5 mit dem Kopplungselementzapfen 23 in die Zapfenaufnahme 21 des Verzahnungselements 3 eingeführt worden ist, werden das Kopplungselement 5 und das Verzahnungselement 3 wie in 2 gezeigt zu einem Lenkritzel 1 mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden miteinander formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Beim Reibschweißen und/oder Verbundschmieden kann sich sowohl die äußere als auch die innere Kontur bzw. Struktur der Ausgangsbauteile wesentlich verändern. So kann der Grenzbereich zwischen dem Kopplungselementzapfen 23 und der Zapfenaufnahme 21 im axialen Querschnitt nach dem Verbundschmieden beispielsweise wellenförmig ausgebildet sein. Mit Grenzbereich ist dabei der Bereich gemeint, über den die Außenwandung des Kopplungselementzapfens 23 an die Innenwandung der Zapfenaufnahme 21 angrenzt, nachdem der Kopplungselementzapfen 23 in die Zapfenaufnahme 21 eingeführt worden ist. Nach dem Reibschweißen kann sich zwischen dem Verzahnungselement 3 und dem Kopplungselement 5 eine umlaufende, radial vorstehende Schweißwulst ausbilden. Der Grenzbereich zwischen dem Kopplungselementzapfen 23 und der Zapfenaufnahme 21 kann nach dem Reibschweißen einen Vermischungsbereich der beiden Metalle aufweisen. Zur Verbesserung der Verschweißung können vor dem Reibschweißen zwischen dem Verzahnungselement 3 und dem Kopplungselement 5 ein oder mehrere andere Metalle, beispielsweise in Form einer Beschichtung oder eines Pulvers, und/oder andere Additive eingebracht werden.
Das Verzahnungselement 3 und das Kopplungselement 5 können zunächst miteinander verbunden werden, indem der Kopplungselementzapfen 23 in die Zapfenaufnahme 21 eingeführt wird. Das formschlüssige und/oder stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbinden kann durch anschließendes Reibschweißen erfolgen. Hierzu wird das Verzahnungselement 3 in einer festen Position gehalten und das Kopplungselement 5 wird in eine Rotationsbewegung versetzt. Es ist aber auch denkbar, dass das Kopplungselement 5 in einer festen Position gehalten wird und das Verzahnungselement 3 in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Aufgrund der durch die Reibung der Außenwandung, insbesondere der Stirnfläche, des Kopplungselementzapfens 23 an der Innenwandung, insbesondere Stirnfläche, der Zapfenaufnahme 21 auftretenden Reibungswärme können beide Bauteile in dem Grenzbereich umgeformt und formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. So entsteht ein Rohteilverbund bzw. eine Preform des Lenkritzels 1. Für den Prozess des Verbundschmiedens kann die Preform des Lenkritzels 1 in ein Werkzeug, beispielsweise in eine Gesenkschmiedepresse, gebracht werden. Für den Umformprozess mittels Verbundschmiedens kann die Preform des Lenkritzels 1 zunächst erwärmt werden und dann mittels Druck in radialer und/oder axialer Richtung gepresst bzw. geschmiedet werden. Durch den Prozess des Verbundschmiedens kann sich die Länge des Lenkritzels 1 ändern, d.h., der Abstand zwischen dem ersten Ende 13 des Verzahnungselements 3 und dem zweiten Ende 41 des Kopplungselements 5 im miteinander verbunden Zustand kann sich vergrößern oder verkleinern. Des Weiteren kann sich der Durchmesser der Ausgangsteile zwischen dem ersten Ende 13 des Verzahnungselements 3 und dem zweiten Ende 41 des Kopplungselements 5 zumindest bereichsweise verringern und/oder vergrößern. Beispielsweise kann sich der Durchmesser der Zapfenaufnahme 31, der Durchmesser des Kopplungselementzapfens 33, der Durchmesser des Verzahnungsbereichs 35 und/oder der Durchmesser des Schaftbereichs 37 verringern oder vergrößern. Nach dem Prozess des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens kann die Außenkontur des Lenkritzels 1 mittels weiterer Prozesse, beispielsweise mittels Fräsen, Schleifen, Härten, und/oder Vergüten, weiter bearbeitet werden.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Verbindens mittels Verbundschmieden zumindest einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Verzahnungsbereichs 19. Weiter vorzugsweise umfasst der Schritt des Verbindens mittels Verbundschmieden das mit dem Verzahnungselement 3 einstückige Ausbilden eines Innenrings 51 beim radialen Verschmieden des Wälzlagers 53. Das bedeutet, dass während oder unmittelbar nach dem formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbinden des Verzahnungselements 3 mit dem Kopplungselement 5 ein Teil der äußeren Oberflächenkontur des Verzahnungsbereichs 19 in Umfangsrichtung um die erste Mittellängsachse 7 herum ausgebildet wird. Hierbei kann insbesondere der die Zapfenaufnahme 21 umgebende Bereich des Verzahnungsbereichs 19 ausgebildet werden, vorzugsweise der Innenring 51 des Wälzlagers 53 mit der Materialerhebung 55 und der Schaftbereich 25. Es ist aber auch denkbar, dass das Verbundschmieden einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Mittelbereichs 45 des Kopplungselements 5 umfasst. Vorzugsweise umfasst das Verbundschmieden die Ausbildung des Bereichs angrenzend an den Kopplungselementzapfen 23, dessen Durchmesser in Richtung des Kopplungselementzapfens 23 zunimmt. Genauso gut kann das Verbundschmieden einen Teil des Prozesses der Ausbildung des gesamten Verzahnungselements 3 und/oder des gesamten Kopplungselements 5 umfassen.
Denkbar ist aber auch, dass der Verzahnungsbereich 19 des Verzahnungselements 3 und/oder der Mittelbereich 45 des Kopplungselements 5 bereits vor dem Einführen des Kopplungselementzapfens 23 in die Zapfenaufnahme 21 ausgebildet sind, sodass der Prozess des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens lediglich zum formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbinden des Kopplungselements 5 mit dem Verzahnungselement 3, insbesondere des Kopplungselementzapfens 23 mit der Zapfenaufnahme 21, dient. Genauso gut kann das gesamte Verzahnungselement 3 zwischen den beiden Enden 13, 15 und das gesamte Kopplungselement 5 zwischen den Enden 39, 41 bereits vor dem Einführen des Kopplungselementzapfens 23 in die Zapfenaufnahme 21 im Wesentlichen in der gezeigten Form ausgebildet sein.
In den 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkritzels 1' gezeigt, das durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden kann, bei dem der zweite Lagerbereich 27 einen Lagersitz 59, vorzugsweise einen Lagersitz 59 für ein Festlager, umfasst. Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkritzels unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Verzahnungselement 3' anstelle des Innenrings 51 und der Materialerhebung 55 den Lagersitz 59 im zweiten Lagerbereich 27 aufweist, der beanstandet von dem ersten und zweiten Ende 13, 15 des Verzahnungselements 3' ist bzw. beabstandet von dem ersten Lagerbereich 17 ist und ausgestaltet ist, um ein handelsübliches Wälzlager 53', im vorliegenden Fall ein Kugellager mit Innenring 51' und Außenring 57', aufzunehmen, wobei der Innenring 51' nicht integral bzw. nicht einstückig mit dem Verzahnungselement 3' ausgebildet ist.
Das Kugellager 53' kann zwischen dem Verzahnungsbereich 19' und dem Schaftbereich 25 angeordnet werden und insbesondere mit einem Quetschring 63, mit einem Sicherungsring oder mittels einer Schraubverbindung gesichert werden. Der Quetschring 63 ist vorzugsweise angrenzend an den Innenring 51' in Richtung des zweiten Endes 15 des Verzahnungselements 3' angeordnet. Das handelsübliche Kugellager 53' kann ausgehend vom zweiten Ende 15 des Verzahnungselements 3' in axialer Richtung entlang der Längsachse 7 um das Verzahnungselement 3' herum in Richtung des ersten Endes 13 geführt werden und auf den Lagersitz 59 gepresst werden, wobei der Innenring 51' mit einer ersten Seite an eine seitliche Materialerhebung 65 des Lagersitzes 59 angrenzt bzw. anliegt. Die seitliche Materialerhebung 65 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Verzahnungselements 3' um das Verzahnungselement 3' herum und ist vorzugsweise integral bzw. einstückig mit dem Verzahnungselement 3' ausgebildet.
Wenn das Kugellager 53' auf den Lagersitz 59 aufgesetzt bzw. aufgepresst ist, kann der Quetschring 63 ebenfalls von dem zweiten Ende 15 des Verzahnungselements 3' ausgehend in axialer Richtung entlang der Längsachse 7 in Richtung des ersten Endes 13 geführt werden, bis er an eine der ersten Seite des Innenrings 51' gegenüberliegenden Seite des Kugellagers 53' angrenzt bzw. anliegt. Dies ist vorteilhaft, da das Kugellager 53' nicht nur durch die seitliche Materialerhebung 65 in axialer Richtung in Richtung des ersten Endes 13 des Verzahnungselements 3' gesichert ist, sondern zusätzlich durch den Quetschring 63 auch in Richtung des zweiten Endes 15 des Verzahnungselements 3'. Der Lagersitz 59 erstreckt sich somit vorzugsweise über einen axialen Bereich in Richtung der Längsachse 7 und wird vorzugsweise in axialer Richtung durch die seitliche Materialerhebung 65 an der ersten Seite des Innenrings 51' begrenzt. Weiter vorzugsweise kann der Lagersitz 59 in axialer Richtung durch den Quetschring 63 an der der ersten Seite des Innenrings 51' gegenüberliegenden Seite begrenzt sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Kopplungselement 5 aus einem leichteren Material als das Verzahnungselement 3, 3' ausgestaltet. Nach Aufnahme des Kopplungselementzapfens 23 in die Zapfenaufnahme 21 kann in einem weiteren Verfahrensschritt, das Kopplungselement 5 und das Verzahnungselement mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander zu einem Lenkritzel 1, 1' verbunden werden. Des Weiteren kann durch den weiteren Verfahrensschritt des Reibschweißens und/oder Verbundschmiedens ein Teil des Verzahnungsbereichs 19 des Verzahnungselements 3, 3' und/oder des Mittelbereichs 45 des Kopplungselements 7 ausgebildet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Fertigung von Lenkritzel 1, 1', bei denen auf einfache Weise eine Übertragung von hohen Drehmomenten trotz des Einsatzes von einem leichteren Material, wie beispielsweise Aluminium, erfolgt. Somit ist ein Lenkritzel 1, 1' mit geringerem Gewicht auf einfache Weise herstellbar, ohne dass die Festigkeit des Lenkritzels 1, 1' eingeschränkt wird.
Bezugszeichenliste

1, 1': Lenkritzel
3, 3': Verzahnungselement
5: Kopplungselement
7: erste Mittellängsachse des Verzahnungselements
9: zweite Mittellängsachse des Kopplungselements
11: Längsachse des Lenkritzels
13: erstes Ende des Verzahnungselements
15: zweites Ende des Verzahnungselements
17: erster Lagerbereich
19, 19': Verzahnungsbereich
21: Zapfenaufnahme
23: Kopplungselementzapfen
25: Schaftbereich
27: zweiter Lagerbereich
31: Durchmesser Zapfenaufnahme
33: Durchmesser Kopplungselementzapfen
35: Durchmesser Verzahnungsbereich
37: Durchmesser Schaftbereich
39: erstes Ende des Kopplungselements
41: zweites Ende des Kopplungselements
43: Kopplungsbereich
45: Mittelbereich
47: erster Anschlagsbereich (Kopplungselement)
49: zweiter Anschlagsbereich (Verzahnungselement)
51, 51': Innenring
53, 53': Wälzlager
55: Materialerhebung
57, 57': Außenring
59: Lagersitz
63: Quetschring
65: seitliche Materialerhebung
67: Materialerhebung des Verzahnungsbereichs
69: Materialvertiefung des Verzahnungsbereichs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011079274 A1 [0003]

Claims

Lenkritzel (1), insbesondere zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange eines Kraftfahrzeugs, umfassend: ein Verzahnungselement (3) mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (13, 15), wobei zwischen dem ersten Ende (13) und dem zweiten Ende (15) ein Verzahnungsbereich (19) ausgebildet ist zum Eingriff mit einer Zahnstange, ein Kopplungselement (5) mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (39, 41), wobei an dem zweiten Ende (41) ein Kopplungsbereich (43) ausgebildet ist zum Koppeln an eine Lenkwelle, wobei das zweite Ende (15) des Verzahnungselements (3) mit dem ersten Ende (39) des Kopplungselements (5) verbunden ist, wobei das Verzahnungselement (3) aus Stahl, insbesondere aus einem härtbaren Stahl, ausgebildet ist, wobei das Kopplungselement (5) aus einem Leichtmetall ausgebildet ist, und wobei das Verzahnungselement (3) und das Kopplungselement (5) mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden miteinander verbunden sind.
Lenkritzel (1) nach Anspruch 1, wobei das Kopplungselement (5) an dessen ersten Ende (39) einen Kopplungselementzapfen (23) aufweist, wobei das Verzahnungselement (3) an dessen zweiten Ende (15) eine Zapfenaufnahme (21) aufweist, um den Kopplungselementzapfen (23) aufzunehmen, und wobei der Kopplungselementzapfen (23) und die Zapfenaufnahme (21) durch das Reibschweißen und/oder Verbundschmieden formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Lenkritzel (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verbundschmieden zumindest einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Verzahnungsbereichs (19) umfasst.
Lenkritzel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verzahnungselement (3) einen Innenring (51) eines Wälzlagers (53) umfasst, und wobei der Innenring (51) des Wälzlagers (53) einstückig mit dem Verzahnungselement (3) ausgebildet ist.
Lenkritzel (1) nach Anspruch 4, wobei das Verbundschmieden zumindest einen Teil des Prozesses der Ausbildung des Innenrings (51) des Wälzlagers (53) umfasst.
Lenkritzel (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Innenring (51) des Wälzlagers (53) zwischen dem zweiten Ende (15) des Verzahnungselements (3) und dem Verzahnungsbereich (19) angeordnet ist.
Lenkritzel (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Verzahnungselement (3) einen Schaftbereich (25) aufweist, der sich von dem zweiten Ende (15) in Richtung des ersten Endes (13) erstreckt, und wobei der Innenring (51) angrenzend an den Schaftbereich (25) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Lenkritzels (1), insbesondere zur Kopplung einer Lenkwelle und einer Zahnstange eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verzahnungselement (3) mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (13, 15), wobei zwischen dem ersten Ende (13) und dem zweiten Ende (15) ein Verzahnungsbereich (19) ausgebildet ist zum Eingriff mit einer Zahnstange, einem Kopplungselement (5) mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (39, 41), wobei an dem zweiten Ende (41) ein Kopplungsbereich (43) ausgebildet ist zum Koppeln an eine Lenkwelle, wobei das Verzahnungselement (3) aus Stahl, insbesondere aus einem härtbaren Stahl, ausgebildet ist, wobei das Kopplungselement (5) aus einem Leichtmetall ausgebildet ist, umfassend den Verfahrensschritt des Verbindens des Verzahnungselements (3) und des Kopplungselements (5) mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei durch den Schritt des Verbindens mittels Reibschweißen und/oder Verbundschmieden ein Kopplungselementzapfen (23) an dem ersten Ende (39) des Kopplungselements (5) und eine Zapfenaufnahme (21) an dem zweiten Ende (15) des Verzahnungselements (3) formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt des Verbindens mittels Verbundschmieden zumindest einen Teilprozess des Ausbildens des Verzahnungsbereichs (19) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Schritt des Verbindens mittels Verbundschmieden das mit dem Verzahnungselement (3) einstückige Ausbilden eines Innenrings (51) eines Wälzlagers (53) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Anordnens des Innenrings (51) des Wälzlagers (53) zwischen dem zweiten Ende (15) des Verzahnungselements (3) und dem Verzahnungsbereich (19) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Anordnens des Innenrings (51) angrenzend an den Schaftbereich (25) umfasst.