DE19901425C2

DE19901425C2 - Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Zahnstangenwerkstückes, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19901425C2
Application number: DE1999101425
Authority: DE
Inventors: Otto Baeuerle
Original assignee: UMFORMTECHNIK BAEUERLE GmbH
Current assignee: UMFORMTECHNIK BAEUERLE GmbH
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: DE19901425A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Zahnstangenwerk stückes aus einem runden Vollmaterial, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraft fahrzeugen.

Rohrförmige Zahnstangen sind nach DE 40 06 038 A1 bekannt, bei denen auf einem Teilbe reich der Außenwand ein Zahnabschnitt vorgesehen ist. Dieser Zahnabschnitt besteht aus einem Zahnteil, der mit dem hohlen Grundkörper verbunden ist. Infolge der technologisch getrennten Fertigung von Zahnteil und Grundkörper erfordert das Fügen beider Teile einen besonderen Aufwand. Nach einer alternativen Lehre wird vorgeschlagen, die rohrförmige, hohle Zahnstange einstückig herzustellen, beispielsweise durch Umformung eines rohrförmigen Grundkörpers mittels eines Innenhochdruckumformverfahrens. Anschließend wird durch Taumelpressen die Verzahnung hergestellt. Dabei ist der Hohlraum im Verzahnungsbereich des Grundkörpers während der Umformung mit einem plastischen Material ausgefüllt. Der Querschnitt dieser rohrförmigen Zahnstange zeigt - trotz erzielter Leichtbauweise - einen ungünstigen Kraftverlauf mit gefährdeten Querschnitten, die zu Brüchen führen können.

Derartige hohle Zahnstangen sollen deshalb nicht nur leicht sein, sondern haben auch mittels des durchgehenden Hohlraumes in der Zahnstange den Druckausgleich zwischen den beiden Faltenbälgen zu realisieren, die bei Verwendung z. B. in Kraftfahrzeugen an den Enden der Zahnstangenlenkung angebracht sind. Um Leichtbauweise und Belastbarkeit von Zahnstangen zu optimieren, wurden gemäß der EP 0 099 311 A1 Abflachungen im Bereich der Verzahnung an der Außenfläche und an der Innenfläche des Hohlraumes der Zahnstange parallel benachbart zueinander vorgesehen. Beide Abflachungen liegen - ausgehend von der Längsmittelachse der Zahnstange - auf einer Seite, so daß sich bei der Herstellung der Verzahnung die Zahnstange nachteilig verziehen kann.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird nach der DE 43 31 792 A1 der Rohling mit dem durchgehenden Hohlraum, der wenigstens im Bereich der Verzahnung einen im wesentlichen D-förmigen Querschnitt mit einer Abflachung aufweist, so gestaltet, daß die Abflachungen der Außenfläche und einer Innenfläche des Hohlraumes einander abgewandt gegenüberliegen. Somit ist der gekrümmte Teil des D-förmigen Querschnittes zur Abflachung der Außenfläche hin gerichtet. Hierdurch wird eine festigkeitsmäßig und statisch günstige Gewölbebildung als formstabiler Bereich im Abschnitt der anzubringenden Verzahnung erzielt. Nachteilig ist hierbei jedoch ein höherer technologischer und Werkzeugaufwand für die Einhaltung der Lage der Abflachungen.

Betrachtet man darüber hinaus den weiteren technologischen Hintergrund, wie er z. B. nach der EP 0 110 918 B1 und der EP 0 572 105 B1 offenbart wurde, wird deutlich, wie kompliziert und aufwendig die konstruktive Entwicklung und technologische Gestaltung von rohrförmigen Zahnstangen verfolgt wurde. Dies zeigt auch die DE 195 08 798 A1, nach deren Lehre die beiden unterschiedlichen Innendurchmesser des Werkstückes von einem zu verschiebenden Dorn zu formen sind, der somit einem intensiven Verschleiß unterliegt.

Schließlich vermittelt noch die EP 0 445 470 B1 die verhältnismäßig aufwendige Lehre, mittels eines Stempels sowie nach dem Extrusionsverfahren ein Zahnstangenwerkstück herzustellen, welches mit einem größeren hohlen Raum zwischen den kleineren Bohrungen versehen ist.

Allgemein ist nachteilig, daß das Material für die Zahnstangenrohlinge aus Festigkeitsgründen weiter vergütet sein muß, was ebenfalls die Kosten erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technologisch und kostenmäßig günstiges Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Zahnstangenwerkstückes, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen, zu schaffen. Dabei sollen stets ein rohrförmiger, runder Querschnitt erhalten bleiben, der durch das Umformen bedingte Faserverlauf des Mate rials nicht zerschnitten und ein verändertes Festigkeits- und Formverhältnis zwischen dem Ausgangswerkstück vor dem Umformen und dem fertigen Zahnstangenwerkstück nach dem Umformen vor der Anbringung der Verzahnung erzielt werden.

Somit kann insgesamt auf ein nicht bzw. unvergütetes Ausgangsmaterial zurückgegriffen und das Zahnstangenwerkstück hinsichtlich eines rationellen Verhältnisses zwischen erforderlicher konstruktiver Festigkeit und kostengünstiger Herstellung unter Beibehaltung seiner sicheren Funktionalität gestaltet werden.

Diese Aufgabe soll mit einem Verfahren gelöst werden, bei dem ein rohrförmiges Ausgangs werkstück aus einem unvergüteten, geschälten, gerichteten und vollen Rundmaterial auf ein Maß, welches wesentlich geringer als die Länge des fertigen Zahnstangenwerkstückes ist, durch planes Ablängen und anschließendes axiales Tieflochbohren hergestellt wird und danach eine spanlose, kalte Umformung mittels eines Dornes erfolgt, wobei erfindungsgemäß

a) das Ausgangswerkstück freifließend gelängt, geformt und dabei der Außendurchmesser verringert wird, wobei die Bohrung nur in einem Längenabschnitt von dem Dorn aufgenommen wird und somit eine Bohrung, die der ursprünglichen Bohrung entspricht, erhalten bleibt,
b) während dieser längenden Formung in einem dornfreien Längenabschnitt die Ausgangsbohrung freifließend zu einer Bohrung mit einem geringeren Durchmesser geformt wird,
c) somit Längenabschnitte mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern gebildet sind, zwischen denen ein ebenfalls freigeflossener Bereich als Übergang liegt, und
d) das Zahnstangenwerkstück sowohl in seinem dornfrei geformten Längenabschnitt als auch in seinem während der Formung vom Dorn aufgenommenen Längenabschnitt einen nicht zerschnitteten Faserverlauf aufweist und infolge dieser Kaltumformung gegenüber dem Ausgangswerkstück die Festigkeit von z. B. 600 N/mm² auf z. B. 930 N/mm² erhöht wird.

Die für das so zu gestaltende Zahnstangenwerkstück erforderliche Fertigungsschrittfolge sieht weiterhin vor, daß die Verzahnung im Längenbereich des dornfrei geformten Längen abschnittes mit dem geringeren Bohrungsdurchmesser angebracht wird.

Die Erfindung zeigte im Ergebnis, daß ein Zahnstangenwerkstück der eingangs genannten Gattung überraschend einfach technologisch beherrschbar bei Aufrechterhaltung seiner konstruktiven Funktionalität ist.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 das rohrförmige Ausgangswerkstück vor der spanlosen Umformung und

Fig. 2 das rohrförmige Zahnstangenwerkstück nach der spanlosen Umformung.

Entsprechend der empirisch gefundenen technologisch günstigen Fertigungsschrittfolge wird zunächst aus einem nicht vergüteten runden Vollmaterial durch herkömmliches Schälen, Richten, planes Ablängen und Tieflochbohren ein rohrförmiges Ausgangswerkstück 1 gemäß Fig. 1 hergestellt.

Dieses Ausgangswerkstück 1 ist gegenüber dem umzuformenden Zahnstangenwerkstück 2 verhältnismäßig kurz, beispielsweise 452 mm lang und weist einen Durchmesser von beispielsweise 29 mm auf. Die ausgehend von beiden Planflächen hergestellte, durchgehende Bohrung 3 besitzt einen Durchmesser von z. B. 12,5 mm.

Das so vorbereitete rohrförmige Ausgangswerkstück 1 wird einer spanlosen Kaltumformung unterzogen, um das fertige Zahnstangenwerkstück 2 zu erhalten. Die spanlose, kalte Umfor mung erfolgt so, daß das Zahnstangenwerkstück 2 gegenüber dem Ausgangswerkstück 1 auf z. B. 626 mm gelängt und der Außendurchmesser auf z. B. 24 mm verringert wird. Dabei wird die Bohrung 3 in einem Längenabschnitt 3.2 von einem Dorn aufgenommen. Im dornfreien Längenabschnitt 3.1 erhält die Bohrung 3 infolge der Kaltumformung einen verkleinerten Durchmesser von z. B. 5 mm gegenüber dem Durchmesser von z. B. 12,5 mm der vom Dorn aufgenommenen Bohrung 3 im Längenabschnitt 3.2. Im Ergebnis der Umformung wird das Zahnstangenwerkstück 2 gegenüber dem Ausgangswerkstück 1 von z. B. 600 N/mm² auf 930 N/mm² um ca. 50% verfestigt.

Das verfahrensgemäß so hergestellte rohrförmige Zahnstangenwerkstück 2 besitzt somit eine axial durchgehende Bohrung 3, die mittels der Umformung hergestellte Längenabschnitte 3.1, 3.2 mit unterschiedlichen Durchmessern 3.3, 3.4 aufweist. Zwischen den Längenabschnitten 3.1, 3.2 befindet sich ein Bereich 4 eines freien Materialflusses mit vorteilhaftem Übergang. Der Längenabschnitt 3.1 mit dem kleineren Durchmesser 3.3 der Bohrung 3 ist für die Anbringung der Verzahnung 5 vorgesehen.

Das Zahnstangenwerkstück 2 ist kostengünstig herstellbar und für die Verzahnung 5 techno logisch und festigkeitsmäßig gut vorbereitet. Der statisch vorteilhafte rohrförmige, runde Querschnitt gewährleistet ein gutes Festigkeitsverhalten, welches infolge der erfindungsge mäßen Umformung in den zuvor kritischen Zonen noch verstärkt wird.

Für die schließlich anzubringende Verzahnung 5 im Längenabschnitt 3.1 ist dadurch eine hinreichende statische und festigkeitsmäßige Voraussetzung geschaffen worden, um Risiken in diesem Bereich ausschließen zu können, wodurch auch ein aufwendiges Richten des verzo genen Werkstückes entfällt, welches früher infolge unzureichender Stabilität in technologischen Zwischenschritten zwangsläufig entstanden ist.

Bezugszeichenliste

1

Ausgangswerkstück

2

Zahnstangenwerkstück

3

Bohrung

3.1

Längenabschnitt

3.2

Längenabschnitt

3.3

kleiner Durchmesser der Bohrung

3

3.4

großer Durchmesser entsprechend der Bohrung

3

4

Bereich eines freien Materialflusses als Übergang

5

Bereich für die Verzahnung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Zahnstagenwerkstückes, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen, welches im Bereich der anzubringenden Verzahnung einen rohrförmigen, runden Querschnitt aufweist und ein verändertes Festigkeits- und Formverhältnis zwischen dem Ausgangswerkstück und dem fertigen Zahnstangenwerkstück vor der Anbringung der Verzahnung erhält, wobei ein rohrför miges Ausgangswerkstück aus einem unvergüteten, geschälten, gerichteten und vollen Rundmaterial auf ein Maß, welches wesentlich geringer als die Länge des fertigen Zahn stangenwerkstückes ist, durch planes Ablängen und anschließendes axiales Tieflochboh ren hergestellt wird und danach eine spanlose, kalte Umformung mittels eines Dornes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Ausgangswerkstück (1) freifließend gelängt, geformt und dabei der Außen durchmesser verringert wird, wobei die Bohrung (3) nur in einem Längenabschnitt (3.2) von dem Dorn aufgenommen wird und somit eine Bohrung (3.4), die der Bohrung (3) entspricht, erhalten bleibt,
b) während dieser längenden Formung in einem dornfreien Längenabschnitt (3.1) die Ausgangsbohrung (3) freifließend zu einer Bohrung (3.3) mit einem geringeren Durchmesser geformt wird,
c) somit Längenabschnitte (3.1, 3.2) mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern (3.3, 3.4) gebildet sind, zwischen denen ein ebenfalls freigeflossener Bereich (4) als Übergang liegt, und
d) das Zahnstangenwerkstück (2) sowohl in seinem dornfrei geformten Längen abschnitt (3.1) als auch in seinem während der Formung vom Dorn aufgenomme nen Längenabschnitt (3.2) einen nicht zerschnittenen Faserverlauf aufweist und infolge dieser Kaltumformung gegenüber dem Ausgangswerkstück (1) die Festig keit von z. B. 600 N/mm² auf z. B. 930 N/mm² erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (5) im Längenbereich (3.1) des dornfrei geformten Längenabschnittes (3.1) mit dem geringeren Bohrungsdurchmesser (3.3) angebracht wird.