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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung
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von Zahnstangen mit Zähnen unterschiedlicher Form und unterschiedlicher
Neigung, wie sie beispielsweise für die Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen verwendet
werden. In einem derartigen Lenkgetriebe ist ein Zahnrad an der Lenksäule befestigt
und kämmt mit einer Zahnstange, deren Enden über ein Lenkgestänge mit den beiden
Vorderrädern in Verbindung-stehen.
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Bisher wiesen die verwendeten Zahnstangen immer eine konstante Zahnteilung
auf, so daß sich ein gleichmäßiges Teilungsverhältnis ergab. Der Einsatz von unterschiedlichen
Zahnteilungen, durch die sich ein veränderliches Teilungsverhältnis ergibt, hat
jedoch verschiedene Vorteile, wie dies in der US-PS 3 753 378 beschrieben ist.
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Wie in dieser Vorveröffentlichung dargelegt, müssen viele Zähne einer
derartigen Zahnstange eine besondere Ausbildung mit einer sich über ihre Länge ändernden
Form oder Kontur aufweisen, und nur wenige Zähne sind von gleichem Ouerschnitt und
können dadurch durch Räumen bearbeitet werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Schneiden der Zähne
von Zahnstangen mit derart unterschiedlicher Zahnteilung, insbesondere unterschiedlicher
Zahnform und/oder unterschiedlicher Zahnneigung zu schaffen, die wirksam und reproduzierbar
arbeitet und die Zähne möglichst genau entsprechend der richtigen Form herstellt,
so daß sie ohne großen Aufwand zur genauen Form bzw. zum genauen Profil nachbearbeitet
werden können.
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Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Herstellung von
Zahnstangen, insbesondere für Lenkgetriebe, mit Zähnen unterschiedlicher Form und/oder
unterschiedlicher Neigung, die in zwei Gruppen symmetrisch bezüglich eines Mittelpunktes
der Zahnstange angeordnet sind, die sich auszeichnet durch einen Grundrahmen, eine
Werkstückhalterung zur Halterung mindestens eines Zahnstangenrohlings, die um eine
sich senkrecht zur Längsachse des Zahnstangenrohlings durch dessen Mittelpunkt erstreckende
Achse bewegbar ist, einen Räumnadelträger mit einer Anzahl von Räumnadelpaaren,
die im Abstand voneinander entlang dem Räumnadelträger angeordnet sind, wobei Räumnadelträger
und Werkstückhalterung relativ zueinander bewegbar sind, die Räumnadelpaare zum
gleichzeitigen Schneiden entsprechender Zähne infolge der Relativbewegung angeordnet
sind und die Werkstückhalterung während des Schneidens der Zähne in einer vorgegebenen
Lage gehalten ist,
jedoch nach dem Schneiden eines entsprechenden
Zahnpaares und vor dem Schneiden eines nachfolgenden Zahnpaares um die Achse bewegbar
ist.
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Die Form der Werkzeuge, die zum Schneiden der Zahngrundformen verwendet
werden, erfordert, daß die genaue Geometrie jedes Zahns sowohl bezüglich seiner
Eingriffsflächen als auch seines Zahnfußbereiches bestimmt wird, und zwar für alle
Querschnitte entlang der Länge jedes Zahns. Wie erläutert werden wird, unterscheidet
sich die Form jedes Zahns von der Form eines anderen Zahns, und die Querschnittsform
ist über die gesamte Länge unterschiedlich.
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Durch genauen Entwurf kann die Abweichung in irgendeinem der Zähne
gering gehalten werden, so daß sich eine Durchschnittsform bestimmen läßt, die von
der genauen Form nur wenige Hundertstel Millimeter abweicht.
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Es ist jedoch ohne weiteres klar, daß die Vorbearbeitung weit mehr
als ein bloßer Schruppvorgang ist, da die vorstehend erwähnten Endbearbeitungen
nur sehr kleine Fehler korrigieren können, also große Fehler bei der Vorbearbeitung
nicht zulässig sind.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
zeigenden Figuren näher erläutert.
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Fig. I zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Herstellung von Zahnstangen mit unterschiedlich ausgebildeten Zähnen durch Räumen.
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Fig. II zeigt einen Schnitt entlang einer sich durch die Achse der
Spindel 13 erstreckenden vertikalen Ebene der Maschine gemäß Fig. I.
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Fig. III zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. II.
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Jeder Zahn der erfindungsgemäß herzustellenden Zahnstange hat üblicherweise
eine unterschiedliche Form und ist unterschiedlich bezüglich der Zahnstangenachse
geneigt. Die Zähne zu einer Seite eines Mittelpunktes der Zahnstange, d.h. einem
Punkt in der Mitte der Zähne der Zahnstange, der normalerweise nicht mit dem Mittelpunkt
der Zahnstange als Ganzes zusammenfällt, sind jedoch spiegelbildlich zu den Zähnen
an der anderen Seite dieses Mittelpunktes ausgebildet. Somit liegen die Achsen von
vorgeformten, entsprechenden Zähnen zu beiden Seiten des Mittelpunktes unter dem
gleichen Winkel bezüglich der Zahnstangenachse.
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Aus diesem Grund ist es möglich, gleichzeitig ein Paar Räumnadeln
vorzusehen, um beide Zähne jedes Paares, die symmetrisch bezüglich des Mittelpunktes
der Zahnstange liegen, spanabhebend zu bearbeiten, und man kann eine Anzahl derartiger,
paarweise angeordneter Räumnadeln entlang dem Stößel der Räumvorrichtung vorsehen.
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Eine Vorrichtung mit einer derartigen Anordnung ist schematisch in
Fig. I gezeigt. Bei dieser Vorrichtung ist ein Zahnstangenrohling 11 in einer Werkstückhalterung
12 festgeklemmt, die an einer um ihre Achse 13a schwenkbaren Spindel 13 befestigt
ist. Die Spindel 13 ist in einem Stehlager 14 des Grundrahmens 15 gelagert. Der
Zahnstangenrohling 11 wird mittels der dargestellten Backen 11a gehalten, doch ist
es zur Verkürzung der Beschickungszeit auch möglich, angetriebene Backen zu verwenden.
Der Zahnstangenrohling liegt in seinem gehaltenen Zustand rechtwinklig zur Achse
der Spindel 13, die sich durch den Mittelpunkt des Zahnstangenrohlings erstreckt.
Der von der Werkstückhalterung 12 ausgehende Hebel 16 trägt eine Rolle 17, die in
Eingriff mit einer schlitzförmigen Nockenbahn 18 des Räumschlittens 19 steht, der
in geeigneter Weise, beispielsweise in Rollenführungen 20 axial bezüglich des Maschinenrahmens
15 verschiebbar ist.
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Die Hin- und Herbewegung des Räumschlittens auf dem Grundrahmen wird
von einem Motor 21 bewirkt, der über ein nicht dargestelltes Zahnradgetriebe eine
am Räumschlitten befestigte Zahnstange 22 antreibt. An der Vorderseite des Räumschlittens
sind über seine Länge Paare von Räumnadeln 23a, 23b, 23c usw.
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befestigt, und diese Paare sind jeweils durch einen Zwischenraum 24a,
24b, 24c usw. voneinander getrennt. Man erkennt, daß die Räumnadeln jedes der aufeinanderfolgenden
Paare von Räumnadeln ausgehend vom ersten Paar in der Senkrechten durch sich vergrößernde
Abstände voneinander getrennt sind, so daß aufeinanderfolgende Paare von Zähnen
der Zahnstange, die spanabhebend bearbeitet werden, weiter von dem Mittelpunkt der
Zahnstange entfernt liegen.
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Der Hebel 16 dient zur Weiterbewegung der Werkstückhalterung 12 um
eine Achse, die sich rechtwinklig zur Längsachse des Zahnstangenrohlings erstreckt
und damit zur Bewegung des Zahnstangenrohlings 11 um seinen Mittelpunkt auf denjenigen
Winkel, der für jedes Zahnpaar erforderlich ist. Diese Weiterbewegung erfolgt bei
Bewegung des Räumschlittens schrittweise entsprechend den Abstufungen 25a, 25b,
25c usw. in der schlitzförmigen Nockenführung 18. Diese Abstufungen sind so gewählt,
daß die schrittweise Bewegung stattfindet, wenn die Zwischenräume 24 zwischen den
Räumnadeln dem Zahnstangenrohling 11 gegenüberliegen und somit keine spanabhebende
Bearbeitung
erfolgt, während während der spanabhebenden Bearbeitung
der Winkel, auf den der Zahnstangenrohling eingestellt ist, konstant gehalten wird.
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Zusätzliche, nicht dargestellte Nockeneinrichtungen am Räumschlitten
19 können dazu dienen, die Spindel 13 während des Schneideingriffes jedes Paares
von Räumnadeln festzuhalten und die Spindel während der Zeitspanne, während sich
der Zwischenraum 24 zwischen den Paaren von Räumnadeln gegenüber dem Zahnstangenrohling
11 befindet, zur Einstellung des Winkels 9 freizugeben.
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Wie beim üblichen Räumen werden die Werkstückhalterung 12 und die
Spindel 13 nach einem Durchlauf des Räumschlittens, beispielsweise von rechts nach
links in Fig. I, vom Räumschlitten weg bewegt und während des Rücklauf in diesem
Abstand gehalten.
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Außerdem sind Einrichtungen vorgesehen, die ein leichtes Einbringen
der Zahnstangenrohlinge in die Werkzeughalterung durch die Bedienungsperson ermöglichen.
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Es ist ohne weiteres klar, daß die beschriebene Vorrichtung vom Fachmann
verbessert und verändert werden kann.
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So kann beispielsweise die Werkstückhalterung 12 derart ausgebildet
sein, daß sie gleichzeitig mehrere Zahnstangenrohlinge
aufnimmt,
um bei einem Durchlauf des Räumschlittens in allen Rohlingen Zähne zu schneiden.
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Während in der beschriebenen Vorrichtung der Zahnstangenrohling während
des Schneidens der Zähne stationär gehalten wird und sich die Räumnadeln quer über
den Zahnstangenrohling bewegen, kann selbstverständlich auch eine Anordnung gewählt
werden, bei der sich die Zahnstangenrohlinge quer über die stationär gehaltenen
Räumnadeln bewegen. Dieses Prinzip ist vom Kettenräumen bekannt, bei dem jedes zu
räumende Werkstück auf dem Glied einer Kette befestigt wird, die entlang einer festen
Räumnadel bewegt wird. Die Werkstücke werden vor der Bewegung der Kette entlang
der Räumnadel auf der Kette befestigt und nach dem Räumen wieder entfernt. Bei einer
in dieser Art ausgebildeten Vorrichtung gemäß der Erfindung kann eine Anzahl von
Räumnadelpaaren der vorstehend beschriebenen Art auf einem stationären Räumnadelträger
angeordnet werden, und es können Ketten mit Gliedern zur Bewegung der Zahnstangenrohlinge
vorhanden sein, auf denen die Rohlinge befestigt werden, bevor jedes Zahnpaar hergestellt
wird.
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Wenn eine Anzahl benachbarter Zahnpaare im wesentlichen den gleichen
Winkel zur Achse der Zahnstange aufweist, können diese Zähne gleichzeitig durch
entsprechende Vergrößerung der Anzahl von Räumnadeln für jedes Paar hergestellt
werden.
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