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Verfahren zur Herstellung von Zahnstangen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen
und betrifft insbesondere ein Verfahren, welches zum Herstellen von übersetzungsveränderlichen
Zahnstangen geeignet ist, die für Zahnstangenlenkeinrichtungen benutzt werden.
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Zahnstangenlenkeinrichtungen mit veränderlicher Lenkübersetzung, bei
denen übersetzungsveränderliche Zahnstangen benutzt werden, sind bekannt, beispielsweise
aus der US-PS 3 753 378. Die aus dieser Patentschrift bekannte übersetzungsveränderliche
Zahnstange hat gerade Zahnstangenzähne auf beiden Seiten und gekrümmte Zahnstangenzähne
in dem Mittelteil der Zahnstange. Die Konfiguration der gekrümmte Zähne in dem Mittelteil
ist in dieser US-Patentschrift ausführlich beschrieben, und mit solchen Zahnstangenzähnen
kann eine kleinere
oder größere Lenkübersetzung im Vergleich zu
den geraden Zahnstangenzähnen in beiden Seitenteilen erzielt werden.
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Die bekannten übersetzungsveränderlichen Zahnstangen können eine nach
der anderen in geringem Fertigungsumfang hergestellt werden, während die Massenfertigung
dieser Zahnstangen nicht immer einfach ist. In der australischen Offenlegungsschrift
AU-AL 33 584/78 ist eine Maschine zum Herstellen von übersetzungsveränderlichen
Zahnstangen vorgeschlagen, mit welcher das Räumen bis nahe an die endgültige Form
der Zahnstangenzähne der übersetzungsveränderlichen Zahnstange möglich ist. Zum
Herstellen der endgültigen Form ist jedoch eine Einzelfertigung oder eine Fertigung
in geringem Umfang weiterhin notwendig.
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Es ist demgemäß Hauptziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zum Herstellen von Zahnstangen zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile
des Standes der Technik nicht aufweist.
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Weiter soll ein Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen geschaffen
werden, durch das sich übersetzungsveränderliche Zahnstangen, die die oben erwähnten
gekrümmten Zähne und/oder die geraden Zähne haben, leicht und in großen Mengen herstellen
lassen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in
einem ersten Schritt Zahnstangenzähne in einem Zahnstangen Rohling hergestellt werden,
die der Form der herzustellenden Zahnstangenzähne ähneln, und daß in einem zweiten
Schritt die in dem ersten Schritt gebildeten Zahnstangenzähne in die Form geschmiedet
werden, die mit der endgültigen Form der herzustellenden Zahnstangenzähne im wesentlichen
übereinstimmt. Bei der Erfindung kann die Form der Zahnstangenzähne frei gewählt
werden, weil die Zahnstangenzähne, die der Form der endgültigen Zahnstangenzähne
ähneln, in dem
ersten Schritt gebildet und dann in dem zweiten Schritt
zu den endgültigen Zahnstangenzähnen geschmiedet werden. Demgemäß wird die Massenfertigung
von gekrümmten Zahnstangenzähnen sowie von geraden Zahnstangenzähnen mit einem ziemlich
hohen Grad an Genauigkeit möglich.
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Der Schmiedeprozeß, wie der zweite Schritt, kann auf den ersten Schritt
angewandt werden, um die Zahnstangenzähne zu bilden, die den herzustellenden endgültigen
Zahnstangenzähnen ähneln. In dem Fall, in welchem sowohl der erste als auch der
zweite Schritt durch Schmieden ausgeführt werden, kann die Fließgeschwindigkeit
des Materials erhöht werden, und, wenn die Rückseite der Zahnstangenzähne im Querschnitt
Y-förmig gemacht wird, um so die Steifigkeit der Zahnstange zu vergrößern, kann
die Bildung des Y-förmigen Querschnittes gleichzeitig mit dem oben erwähnten Schmiedeschritt
erfolgen. Der Fertigungsprozeß kann auf diese Weise vereinfacht werden.
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Als weiteres Beispiel des ersten Schrittes können die Zahnstangenzähne,
die den endgültigen Zahnstangenzähnen ähneln, durch das Räumwerkzeug gebildet werden,
das in der oben erwähnten australischen Offenlegungsschrift beschrieben ist.
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Selbst in einem solchen Fall können, wenn der oben erwähnte Y-förmige
Querschnitt gebildet wird, die ebene Fläche, die den Zahnstangenzähnen durch Schneiden
zu geben ist, und der Y-förmige Teil auf der Rückseite durch Verwendung eines Obergesenks
und eines Untergesenks durch Schmieden gebildet werden, bevor der Schritt des Zahnschneidens
ausgeführt wird.
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In einem weiteren Fall kann die Form mittels Fließpressen gebildet
werden. Im Vergleich zu dem Schneiden kann die Bildung des oben erwähnten ebenen
Teils und des Y-förmigen Querschnittes mit guter Ausbeute mit Hilfe des Schmiedens
oder des Fließpressens erfolgen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der, Erfindung werden imsfolglenden
unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 im
Längsschnitt und in Draufsicht eine bekannte Zahnstangenlenkeinrichtung mit veränderlicher
Lenkübersetzung, Fig. 2 einen Querschnitt auf der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3
in vergrößerter Draufsicht die übersetzungsveränderliche Zahnstange, die für die
Zahnstangenlenkeinrichtung von Fig. 1 und 2 benutzt wird, Fig. 4 ein Diagramm, das
die Kennlinie der Änderungen von Lenkübersetzungen zeigt, Fig. 5 eine Querschnittansicht
eines Obergesenks und eines Untergesenks, die in dem ersten Schritt eines Beispiels
des Verfahrens nach der Erfindung benutzt werden, auf der Linie V-V in Fig. 6, Fig.
6 in Draufsicht das in Fig. 5 gezeigte Untergesenk, Fig. 7 eine Querschnittansicht
eines Obergesenks und eines Untergesenks, die in dem zweiten Schmiedeschritt benutzt
werden, auf der Linie VII-VII in Fig. 8,
Fig. 8 in Draufsicht das
Untergesenk, das in Fig. 7 gezeigt ist, Fig. 9 eine Längsschnittansicht, die den
Zustand des Fließpressens in einem weiteren Beispiel des Verfahrens nach der Erfindung
zeigt, und Fig. 10 eine Querschnittansicht auf der Linie X-X in Fig. 9.
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Die übersetzungsveränderliche Zahnstange, die in Fig. 3 gezeigt ist,
ist in der Zahnstangenlenkeinrichtung angeordnet, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt
ist. Die übersetzungsveränderliche Zahnstange 2 ist mit Gleitsitz in einem Gehäuse
1 angeordnet. Die Zahnstangenzähne 3 der Zahnstange 2 kämmen mit einem Schrauben-
oder schrägverzahnten Rad 4 das mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) verriegelt ist.
Gemäß Fig. 2 hat die Rückseite der Zahnstangenzähne 3 im Querschnitt eine Y-Form
Die geneigten Flächen 2a der Zahnstange 2 sind auf Seitenführungsflächen 5a eines
zylindrischen Teils 5 verschiebbar. Das zylindrische Teil 5 ist mit Gleitsitz in
dem Gehäuse 1 angeordnet und ist in zu der Achse der übersetzungsveränderlichen
Zahnstange 2 rechtwinkeliger Richtung beweglich. Eine Feder 6 drückt gegen das zylindrische
Teil 5, so daß die Zahnstangenzähne 3 zu dem Schraubenrad 4 gedrückt werden. Gemäß
Fig. 3 bestehen die Zahnstangenzähne 3 aus geraden Zahnstangenzähnen 3a in beiden
Seitenteilen und gekrümmten Zahnstangenzähnen 3b in den Mittelteilen. Die Konfiguration
dieser gekrümmten Zahnstangenzähne 3b ist ausführlich in der eingangs erwähnten
US-PS 3 753 378 beschrieben. Die kleinere oder größere Lenkübersetzung kann im Vergleich
zu beiden Seitenzahnstangenzähnen 3a durch diese gekrümmten Zahnstangenzähne 3b
erzielt werden, wie es in Fig.
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4 gezeigt ist.
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Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen der übersetzungsveränderlichen
Zahnstange 2 beschrieben.
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In dem hier beschriebenen Verfahren wird der Schmiedeprozeß ähnlich
wie in dem zweiten Schritt in dem ersten Schritt angewandt, um die Zahnstangenzähne
herzustellen, die den herzustellenden endgültigen Zahnstangenzähnen ähneln.
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Zuerst wird ein Rundstahl, der einen vorbestimmten Durchmesser hat,
auf eine vorbestimmte Länge in einem Schneidschritt zugeschnitten, um Zahnstangenmaterialien
herzustellen. Nach der Wärmebehandlung dieser Zahnstangenmaterialien zum Vereinheitlichen
des Metallgefüges werden diese warmgeschmiedet. Fig. 5 zeigt die Querschnitte eines
Obergesenks 10 und eines Untergesenks 11, die für dieses Warmschmieden benutzt werden.
Fig. 6 zeigt das Untergesenk 11 in Draufsicht. Die Gesenke 10 und 11 sind so geformt,
daß das Zahnstangenmaterial 12 in die Konfiguration geschmiedet wird, die der endgültigen
Form der herzustellenden Zahnstange ähnelt. Das Untergesenk 11 ist mit zahnformenden
Teilen 11a, 11b zum Formen der Zahnstangenzähne 3a und 3b versehen. Das Obergesenk
10 ist mit geneigten Teilen 10a versehen, so daß die geneigten Flächen 2a auf beiden
Seiten des Y-förmigen Querschnittes in dem Zahnstangenrohling 12 gebildet werden.
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Wenn das Zahnstangenmateriall2 dem Schmiedevorgang unter Verwendung
des Obergesenks 10 und des Untergesenks ausgesetzt wird, wird das aus einer Rundstange
bestehende Zahnstangenmaterial in einen Zahnstangenrohling 13 verformt, der Zahnstangenzähne
13a hat, die der Form der endgültigen Zahnstangenzähne 3 ähneln, und geneigte Teile
13b, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Der Zahnstangenrohling 13 wird dann einer geeigneten
Wärmebehandlung unterworfen, beispielsweise geglüht, um innere Spannungen zu beseitigen
und das Metallgefüge zu vereinheitlichen. Nach der Wärmebehandlung wird weiter kaltgeschmiedet.
Fig. 7 zeigt die Querschnitte eines Obergesenks 14 und eines Untergesenks 15, die
für dieses Kaltschmieden benutzt werden, und Fig. 8 zeigt das Untergesenk 15 in
Draufsicht.
Das Obergesenk 14 und das Untergesenk 15 sind grundsätzlich
gleich dem Obergesenk 10 bzw. Untergesenk 11, die für das Warmschmieden benutzt
werden. Es sei jedoch angemerkt, daß die geneigten Teile 14a und die zahnformenden
Teile 15a und 15b so geformt sind, daß die endgültigen Konfigurationen der Zahnstangenzähne
3a und 3b und der geneigten Flächen 2a der übersetzungsveränderlichen Zahnstangen
2 gebildet werden. Wenn der Zahnstangenrohling 13 dem Schmiedevorgang mit dem Obergesenk
14 und dem Untergesenk 15 ausgesetzt wird, können demgemäß die im wesentlichen fertigen
Zahnstangenzähne 3a und 3b und die geneigten Flächen 2a gebildet werden.
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Nach dem vorstehenden Kaltschmiedevcrgang wird wieder eine Wärmebehandlung
durchgeführt, um innere Spannungen zu beseitigen und das Metallgefüge zu vereinheitlichen,
woran sich ein Entgraten anschließt. Weiter werden Schraubenlöcher zur Befestigung
oder Nuten für Anschlagringe in beiden Endteilen der Zahnstange hergestellt. Daran
anschließend erfolgen die Wärmebehandlung, wie Vergüten, Induktionswärmebehandeln,
Richten, Polieren und Schleifen der zylindrischen Fläche in dieser Reihenfolge,
woran sich eine magnetische Rißprüfung und eine Endkontrolle anschließen, mit denen
der gesamte Fertigungsprozeß abgeschlossen wird.
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In dem obigen Beispiel werden die Zahnstangenzähne 13a und die geneigten
Flächen 13b, die den Endformen ähneln, in dem Rundstahl 12 zwar mittels Warmschmieden
hergestellt, sie können jedoch auch durch Schneiden hergestellt werden.
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In dem folgenden Beispiel werden die Zahnstangenzähne 13a durch Schneiden
gebildet, während die geneigten Flächen -13b statt durch Schneiden durch Fließpressen
hergestellt werden.
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Fig. 9 zeigt den Fließpreßzustand im Längsschnitt. Fig. 10 zeigt einen
Querschnitt auf der Linie X-X in Fig. 9. Ein Zahnstangennaterial 12 in Form einer
Rundstange wird in ein Werkzeug 23 eingeführt und in seinem Mittelteil durch ein
Tragteil
21 abgestützt, welches verhindert, daß sich die Rundstange
krümmt. In diesem Zustand wird der Endteil des Zahnstangenmaterials 12 durch einen
Stempel 22 in Richtung des Pfeils gepreßt. Die Vorderfläche des Werkzeuges 23 hat
ein Extrusionsloch 23a mit einer vorbestimmten Konfiguration.
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Demgemäß wird das Vorderende des Zahnstangenmaterials 12 durch die
Kraft des Stempels 22 in das Loch 23a des Werkzeuges 23 gepreßt und der Querschnitt
der Rundstanqe 12 wird beidem Fließpreßvorgang in die Gestalt des Loches 23a verformt.
In diesem Fall hat der Querschnitt des Loches 23a, d.h. der Querschnitt des fließgepreßten
Zahnstangenrohlings 13 einen ebenen Teil 13c zum Bilden der Zahnstangenzähne 13a
auf einer Seite und geneigte Teile 13b auf beiden Seiten entgegengesetzt zu dem
ebenen Teil 13c.
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Nachdem der ebene Teil 13c und die geneigten Teile 13b in dem Zahnstangenrohling
13 durch Extrusion gebildet worden sind, erfolgt das Richten des Zahnstangenrohlings,
woran sich die Wärmebehandlung, beispielsweise Glühen zum Beseitigen von inneren
Spannungen und zum Vereinheitlichen des Metallgefüges, anschließt.Die Zahnstangenzähne
13a, die der Form der endgültigen Zahnstangenzähne 3 ähneln, werden dann durch Schneiden
gebildet. Das Bilden dieser Zahnstangenzähne 13a kann durch die in der eingangs
erwähnten australischen Offenlegungsschrift bekannte Vorrichtung erfolgen, weshalb
sich eine ausführliche Beschreibung an dieser Stelle erübrigt.
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Der so erhaltene Zahnstangenrohling 13 wird dann entgratet, um die
durch das Schneiden der Zähne gebildeten Grate zu beseitigen. Daran anschließend
erfolgt das Kaltschmieden genau wie in dem vorhergehenden Beispiel, um fertige Zahnstangen
herzustellen.
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Es sei weiter erwähnt, daß als Verfahren zum Bilden des ebenen Teils
13c und der geneigten Teile 13b des Zahnstangenrohlings
13 auch
das folgende Verfahren angewandt werden kann, d.h. das Schmieden kann unter Verwendung
von Gesenken ausgeführt werden, bei denen die zahnformenden Teile 11a, 1lb, 15a
und 15b in den Untergesenken 11 bzw. 15 von Fig. 5 und 8 und in den Obergesenken
10 bzw. 14 von Fig. 5 und 7 weggelassen sind.