DE3039010A1 - Verfahren zur herstellung von zahnstangen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von zahnstangen

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DE3039010A1 DE19803039010 DE3039010A DE3039010A1 DE 3039010 A1 DE3039010 A1 DE 3039010A1 DE 19803039010 DE19803039010 DE 19803039010 DE 3039010 A DE3039010 A DE 3039010A DE 3039010 A1 DE3039010 A1 DE 3039010A1
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
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    • B21K1/00Making machine elements
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Zahnstangen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 4 gezeigt ist.
  • Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen der übersetzungsveränderlichen Zahnstange 2 beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In dem folgenden Beispiel werden die Zahnstangenzähne 13a durch Schneiden gebildet, während die geneigten Flächen -13b statt durch Schneiden durch Fließpressen hergestellt werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: b Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt zum Bilden von Zahnstangenzähnen in einem Zahnstangenrohling, wobei die Zahnstangenzähne der Konfiguration der zu bildenden endgültigen Zahnstangenzähne ähneln, und durch einen zweiten Schritt zum Schmieden der in dem ersten Schritt gebildeten Zahnstangenzähne in die Form, die mit der der herzustellenden endgültigen Zahnstangenzähne im wesentlichen übereinstimmt.
  2. 2. Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen, gekennzeichnet durch einen ersten Schmiedeschritt zum Bilden von Zahnstangenzähnen durch Schmieden in einem aus einer Rundstange bestehenden Zahnstangenrohling, wobei die Zahnstangenzähne der Konfiguration der zu bildenden endgültigen Zahnstangenzähne ähneln, und durch einen zweiten Schmiedeschritt zum Schmieden der in dem ersten Schmiedeschritt gebildeten Zahnstangenzähne in die Form, die im wesentlichen mit der der herzustellenden endgültigen Zahnstangenzähne übereinstimmt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Zahnstangenzähnen entgegengesetzte Seite in dem ersten Schmiedeschritt durch Schmieden gleichzeitig in eine Y-Querschnittsform gebracht wird.
  4. 4. Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt, welcher aus einem Schmiedeschritt besteht, in welchem ein Zahnstangenrohling in Form einer Rundstange so geschmiedet wird, daß eine ebene Fläche zum Herstellen von Zahnstangenzähnen in der vorbestimmten Seite des Zahnstangenrohlings gebildet und gleichzeitig die zu der ebenen Fläche entgegengesetzte Seite in eine Y-Querschnittsform gebracht wird, und indem weiter geneigte Flächen auf beiden Seiten derselben gebildet werden, und aus einem Zahnschneidschritt, in welchem Zahnstangenzähne durch Schneiden in der ebenen Fläche gebildet werden, wobei diese Zahnstangenzähne der Konfiguration der herzustellenden endgültigen Zahnstangenzähne ähneln, und durch einen zweiten Schmiedeschritt, in welchem die Zahnstangenzähne in die Form geschmiedet werden, die mit den herzustellenden endgültigen Zahnstangenzähnen im wesentlichen übereinstimmt.
  5. 5. Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt, welcher aus einem FlieBpreB-schritt besteht, in welchem ein Zahnstangenrohling in Form einer Rundstange einem Fließpreßvorgang ausgesetzt wird, so daß eine ebene Fläche zum Herstellen von Zahnstangenzähnen in der vorbestimmten Seite des Zahnstangenrohlings gebildet wird und gleichzeitig die zu der ebenen Fläche entgegengesetzte Seite zu einer Y-Querschnittsform verformt wird und weiter geneigte Flächen auf beiden Seiten derselben gebildet werden, und aus einem Zahnschneidschritt, um Zahnstangenzähne durch Schneiden in der ebenen Fläche zu bilden, wobei die Zahnstangenzähne der Konfiguration der herzustellenden endgültigen Zahnstangenzähne ähneln, und durch einen zweiten Schmiedeschritt zum Schmieden der Zahnstangenzähne in die Form, die mit der der zu bildenden endgültigen Zahnstangenzähne im wesentlichen übereinstimmt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Zahnstangen mit veränderlicher Ubersetzung hergestellt werden, die gerade Zahnstangenzähne und gekrümmte Zahnstangenzähne haben.
DE19803039010 1979-10-27 1980-10-15 Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange mit Y-Querschnitt Expired DE3039010C2 (de)

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