DE19726697A1

DE19726697A1 - Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange

Info

Publication number: DE19726697A1
Application number: DE19726697A
Authority: DE
Inventors: Werner Breitweg; Alfred Brenner; Bernd Koziara
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-07
Also published as: KR20010014092A; JP2002504860A; CN1075406C; EP0991486B1; AU740897B2; US6826945B1; WO1998058754A1; EP0991486A1; CN1259890A; DE59805905D1; AU8439198A; KR100534383B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange für Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeu ge und eine Zahnstange, die nach einem solchen Verfahren hergestellt ist.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 32 02 254 C2 bekannt. Bei diesem Verfahren wird aus ei nem zylindrischen Rohling zwischen einem Ober- und einem Unterwerkzeug eine Zahnstange durch Taumelschnieden herge stellt. Bei diesem Verfahren entsteht, wie bei allen Schmiede- und Preßverfahren, ein Grat, der bei dem bekann ten Verfahren gezielt als Erweiterung des Zahnstangenquer schnittes verwendet wird. Dadurch wird zwar das Wider standsmoment der Zahnstange erhöht, aber auch der erforder liche Bauraum vergrößert.

Bei Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen besteht immer wieder die Forderung nach kleinerem Bauraum und nach Gewichtseinsparung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahn stange und ein Herstellverfahren für eine solche Zahnstange anzugeben, mit der ein Beitrag zur Erfüllung der beiden Forderungen nach kleinerem Bauraum und Gewichtseinsparung geleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren und durch die in Anspruch 7 gekennzeichnete Zahn stange gelöst.

Das Verfahren zum Herstellen einer solchen Zahnstange beginnt mit der Auswahl eines Rohlings für die Zahnstange, der wenigstens im Bereich der Zahnstangenverzahnung eine von einem Kreiszylinder abweichende Form aufweist. Die Grö ße und Form des Querschnittes des Rohlings werden derart gewählt, daß die Kontur der fertigen Zahnstange im Verzah nungsbereich nicht über einen durch die Abmessungen benach barter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt. Danach wird die Zahnstange durch ein Taumel schmiedeverfahren aus dem Rohling umgeformt. Nach dem Ab schluß des Taumelschmiedens weist die Zahnstange in ihrem Verzahnungsbereich außerhalb der Verzahnung ein konvexes oder konkaves Längsprofil auf, das während des Taumel schmiedens zum Anstützen der Taumelmomente dient.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Ver fahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben. Das Längsprofil, das während des Taumelschmiedens zum Abstützen der Taumelmomente und bei der fertigen Zahnstange durch eine genaue Führung und Anstützung an einem Druckstück der Zahnstangenlenkung als Funktionsverbesserung dient, kann während des Taumelschmiedens in den Rohling eingearbeitet werden. Dadurch ist es möglich, einen Rohling mit einer relativ einfachen Außenkontur zu verwenden. Besteht jedoch die Möglichkeit, dieses Längsprofil bereits vor dem Taumel schmieden, beispielsweise durch ein Präge-, Zieh- oder Walzverfahren, in den Rohling einzuarbeiten, so kann das Taumel schmieden auf die eigentliche Umformung des Rohlings in dem Verzahnungsbereich der Zahnstange beschränkt werden. Die Forderung, daß die Kontur der fertigen Zahnstange im Verzahnungsbereich nicht über einen bestimmten Hüllkreis hinausragen soll, kann dadurch erfüllt werden, daß der Roh ling im Verzahnungsbereich der Zahnstange wenigstens zwei zueinander geneigte Anflachungen oder zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Einschnürungen des Quer schnittes aufweist. Zur weiteren Gewichtseinsparung kann in dem Rohling wenigstens im Verzahnungsbereich der Zahnstange wenigstens ein Hohlraum vorgesehen sein, der sich in Längs richtung der Zahnstange erstreckt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein geringerer Umformgrad erreicht wird, kann ein Werkstoff mit geringerer Duktilität verwendet werden. Dadurch können zusätzlich noch die Kosten für die Zahnstange gesenkt werden.

Eine nach diesem Verfahren hergestellte Zahnstange weist, wie andere Zahnstangen auch, einen Verzahnungsbe reich und wenigstens einen Lager- und Führungsbereich auf. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Zahn stange weist jedoch eine Kontur auf, die im Verzahnungsbe reich nicht über einen durch die Anmessungen benachbarter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinaus ragt. Der Durchmesser des Hüllkreises wird bei einer Zahn stangen-Hilfskraftlenkung beispielsweise durch den Innen durchmesser einer in dem Lager- und Führungsbereich der Zahnstange angeordneten Dichtung vorgegeben. Das konvexe oder konkave Längsprofil im Verzahnungsbereich der Zahn stange wird zweckmäßigerweise durch eine Längsnut gebildet, die an der Außenumfangsfläche der Zahnstange an der der Verzahnung gegenüberliegenden Seite der Zahnstange liegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine Zahnstan gen-Hilfskraftlenkung;

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 bis 6 verschiedene Querschnittsformen eines Roh lings für eine Zahnstange.

Obwohl die Erfindung anhand einer Zahnstangen-Hilfs kraftlenkung mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung be schrieben wird, kann sie auch bei Zahnstangenlenkungen mit elektrischer oder ohne Hilfskraftunterstützung angewendet werden.

In einem Lenkgehäuse 1 ist ein Ritzel 2 in zwei La gern 3 und 4 drehbar gelagert. Das Ritzel 2 steht über sei ne Verzahnung in Eingriff mit einer Zahnstange 5, die in dem Lenkgehäuse 1 axial verschiebbar geführt ist. Die Zahn stange 5 wird mit Hilfe eines federbelasteten Druck stückes 6 in bekannter Weise gegen die Verzahnung des Rit zels 2 gedrückt.

Die Zahnstange 5 weist einen Verzahnungsbereich 7 und wenigstens einen Lager- und Führungsbereich 8 auf. Der La ger- und Führungsbereich 8 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, in dem eine Zahnstangen-Hilfkraftlenkung darge stellt ist, gleichzeitig die Kolbenstange eines Servomo tors 9. Der Servomotor 9 enthält in seinem Zylinder 10 zwei Zylinderräume 11 und 12, die durch einen Kolben 13 vonein ander getrennt sind. Die Zylinderräume 11 und 12 sind nach außen gegenüber dem Lager- und Führungsbereich 8 der Zahn stange 5 durch Dichtungen 14 und 15 abgedichtet.

Die Zahnstange 5 weist in ihrem Verzahnungsbereich an der Außenumfangsfläche an der Seite, die der Verzahnung gegenüberliegt, eine Längsnut 16 auf. Die Längsnut 16 ar beitet mit einer an dem Druckstück 6 angeformten Längsna se 17 zusammen. Durch das Zusammenwirken der Längsnut 16 und der Längsnase 17 wird ein Kippen der Zahnstange 5 im Betrieb verhindert. Mit gleicher Wirkung können diese bei den Elemente vertauscht werden, so daß die Längsnase an der Zahnstange 5 und die Längsnut an dem Druckstück 6 angeord net sind.

Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen einer solchen Zahnstange beschrieben. Zunächst ist es wichtig, daß ein Rohling 18 ausgewählt wird, der wenigstens im Be reich der zukünftigen Verzahnung der Zahnstange eine von einem Kreiszylinder abweichende Form aufweist. Einige Mög lichkeiten für den Querschnitt eines solchen Rohlings 18 sind in den Fig. 3 bis 6 in vergrößertem Maßstab darge stellt. Wesentlich bei der Auswahl des Rohlings-Querschnit tes ist, daß seine Größe und Form derart gewählt werden, daß die Kontur der fertigen Zahnstange in ihrem Verzah nungsbereich nicht über einen durch die Abmessungen benach barter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt. Bei einer Zahnstange, die für eine Zahnstangen- Hilfskraftlenkung beispielsweise nach Fig. 1 vorgesehen ist, ist der Durchmesser des Hüllkreises durch den Innen durchmesser der Dichtung 15 vorgegeben, die den Zylinder raum 12 auf dem Lager- und Führungsbereich 8 der Zahnstan ge 5 abdichtet.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 weist der Rohling im Verzahnungsbereich der Zahnstange zwei zueinander geneigte Anflachungen 19 auf. Diese Anflachungen 19 sind zweckmäßi gerweise symmetrisch zueinander angeordnet. In einem weite ren Verfahrensschritt wird die Zahnstange durch Taumel schmieden aus dem Rohling 18 umgeformt. Um den Rohling 18 während des Taumelschmiedens gegenüber den Taumelmomenten abzustützen, wird zu Beginn des Taumelschmiedens ein konka ves Längsprofil in der Form der späteren Längsnut 16 in den Rohling 18 und damit in die Zahnstange 5 eingearbeitet.

Dieser Verfahrensschnitt kann entfallen, wenn der Roh ling 18 bereits im Rohzustand eine Längsnut 20 aufweist, die in Fig. 4 dargestellt ist. Eine solche Längsnut 20 kann unabhängig von der sonstigen Ausgestaltung des Rohlings 18 auch in den anderen Ausführungsformen des Rohlings enthal ten sein.

In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 bis 6 weist der Rohling 18 jeweils wenigstens einen Hohlraum 21 auf, der sich in Längsrichtung des Rohlings wenigstens im Ver zahnungsbereich der Zahnstange erstreckt. In Fig. 5 ist der Hohlraum 21 auf zwei Hohlräume aufgeteilt, in Fig. 6 hat er eine ovale Form.

Anstelle der beiden zueinander geneigten Anflachun gen 19 besitzt der Rohling 18 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Einschnürungen 22, so daß sich in etwa ein bir nenförmiger Querschnitt ergibt.

Anstelle der einen Längsnut 20 kann der Rohling auch zwei oder mehr entsprechend kleinere Längsnuten aufweisen.

Ebenso ist es möglich, zwei oder mehr derartige Längsnuten während des Taumelschmiedens einzuarbeiten. Wie bereits oben bei der Beschreibung der Zahnstange erwähnt, können die Längsnuten 20 auch als konvexe Längsprofile an dem Roh ling vorhanden sein bzw. ausgearbeitet werden.

Bezugszeichenliste

1

Lenkgehäuse

2

Ritzel

3

Lager

4

Lager

5

Zahnstange

6

Druckstück

7

Verzahnungsbereich

8

Lager- und Führungsbereich

9

Servomotor

10

Zylinder

11

Zylinderraum

12

Zylinderraum

13

Kolben

14

Dichtung

15

Dichtung

16

Längsnut

17

Längsnase

18

Rohling

19

Anflachung

20

Längsnut

21

Hohlraum

22

Einschnürung

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange (5) für eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge mit folgenden Schritten:

- ein Rohling (18) für die Zahnstange (5) hat wenigstens im Bereich von deren Verzahnung eine von einem Kreis zylinder abweichende Form;
- die Größe und Form des Querschnitts des Rohlings (18) werden derart gewählt, daß die Kontur der fertigen Zahnstange (5) im Verzahnungsbereich (7) nicht über einen durch die Anmessungen benachbarter Teile der Zahnstangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt;
- die Zahnstange (5) wird durch Taumelschmieden aus dem Rohling (18) umgeformt;
- nach dem Abschluß des Taumelschmiedens weist die Zahn stange (5) in ihrem Verzahnungsbereich (7) außerhalb der Verzahnung ein konvexes oder konkaves Längsprofil auf, das während des Taumelschmiedens zum Anstützen der Taumelmomente dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Längsprofil in der Zahnstan ge (5) während des Taumelschmiedens in den Rohling (18) eingearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Längsprofil in der Zahnstan ge (5) bereits vor dem Taumelschmieden in dem Rohling (18) vorhanden ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (18) im Verzahnungsbereich (7) der Zahnstange (5) wenigstens zwei zu einander geneigte Abflachungen (19) aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (18) in Verzahnungsbereich (7) der Zahnstange (5) wenigstens zwei im wesentlichen symmetrisch zu einander angeordnete Ein schnürungen (22) des Querschnittes aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (18) wenig stens im Verzahnungsbereich (7) der Zahnstange (5) wenig stens einen sich in Längsrichtung der Zahnstange erstrec kenden Hohlraum (21) aufweist.

7. Zahnstange für Zahnstangenlenkungen für Kraftfahr zeuge, mit einem Verzahnungsbereich (7) und wenigstens ei nem Lager- und Führungsbereich (8), dadurch gekenn zeichnet, daß sie durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist und daß die Kontur der Zahnstange (5) im Verzahnungsbereich (7) nicht über einen durch die Abmessungen benachbarter Teile der Zahn stangenlenkung vorgegebenen Hüllkreis hinausragt.

8. Zahnstange nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchmesser des Hüllkreises bei einer Zahnstange (5) für eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung durch den Innendurchmesser einer in dem Lager- und Füh rungsbereich (8) der Zahnstange (5) angeordneten Dich tung (15) vorgegeben ist.

9. Zahnstange nach einem der Ansprüche 7 oder 8, da durch gekennzeichnet, daß die Zahnstan ge (5) in ihrem Verzahnungsbereich (7) außerhalb der Ver zahnung ein konvexes oder konkaves Längsprofil aufweist.

10. Zahnstange nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das Längsprofil durch we nigstens eine an der Außenumfangsfläche der Zahnstange (5) und der Verzahnung gegenüber liegende Längsnut (16) gebil det ist.