DE3321660A1

DE3321660A1 - Verfahren zum herstellen einer zahnstange

Info

Publication number: DE3321660A1
Application number: DE19833321660
Authority: DE
Inventors: Megumu Tokyo Higuchi; Kunihiko Morikawa; Tokiyoshi Yokosuka Yanai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB2122117A; JPS6340716B2; JPS58221768A; GB8315917D0; GB2122117B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen ■

von Zahnstangen für Zahnstangen-Lenkgetriebe mit sich änderndem Übersetzungsverhältnis.

Bei einer Zahnstange für ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit sich änderndem Übersetzungsverhältnis variiert über die Zahnstangenlänge der Zahnabstand und die Zahnform und damit das Übersetzungsverhältnis. (US-amerikanische Patentanmeldungen 29 79 32 und 31 21 37). Eine derartige Zahnstange wird mit einem Verfahren

_1F. hergestellt, bei dem in einem Vorform-Prozeß ein Zahnstangen-Rohling entsteht, dessen Zähne so geformt sind, daß sie in der Form der wünschenswerten End-Forra schon sehr ähnlich sind, und bei dem in einem Endform-Prozeß die Zähne in die endgültige Form gebracht werden, und

2Q zwar durch Kaltverformung oder durch Prägen in einer Form. Diese Form ist so ausgebildet, daß sie exakt die negative Form der fertigen Zahnstange aufweist (GB-PS 20 26 908 und US-PS 4l 93 722).

,Bei den bekannten Verfahren ist es nachteilig, daß die Qualität der Endprodukte in einem weiten Bereich streut, so daß es schwierig ist, ein wünschenswertes Qualitätsniveau einzuhalten. Ein weiteres Problem der bekannten Verfahren besteht darin, daß die Form für den-Endform-Prozeß bereits nach verhältnismäßig kurzer Standzeit beschädigt wird.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange für ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit sich veränderndem Übersetzungsverhälntis zu schaffen,

mit dem die vorerwähnten Nachteile vermieden werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt 5

in der Schaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens zum Herstellen derartiger Zahnstangen, bei dem die Einhaltung eines vorbestimmten Qualitätsniveaus der Endprodukte gewährleistet wird.

Weiterhin wird angestrebt, ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen derartiger Zahnstangen zu schaffen, bei dem die Lebensdauer der Form für den Endform-Prozeß wirkungsvoll verlängert werden kann.

Um diese vorerwähnten Ziele zu erreichen wird erfindungsgemäß die vorgeformte Form der Zähne so verbessert , daß die beim Endform-Prozeß auf die Zähne des Zahnstangen-Rohlings einwirkenden Kräfte

2Q einander gleich sind. Dadurch liegen auch für die Zähne der Form annähernd gleiche Reaktionskräfte vor. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß die vorgeformte Form der Zähne so bestimmt wird, daß die vorgeformten Zähne Zahnrücken aufweisen, die eben sind oder mit dem Zahnrücken der endgültigen Zähne in der Höhenlage übereinstimmen, und die Zahngrundbereiche aufweisen, die in ihrer Tiefe zur Veränderung des Lenk-Übersetzungsverhältnisses umgekehrt proportional sind, so daß einem Zahn für ein höheres Lenk-übersetzungsverhältnis ein seichterer Zahngrundbereich gegeben wird, als einem Zahn für ein niedrigeres Lenkungs-übersetzungs-Verhältnis.

Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen hervor.

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Es zeigen:

Fig. 1 . eine Seitenansicht, teilweise im 5

Schnitt,einer Zahnstange für ein

Zahnstangen-Lenkgetriebe mit sich änderndem übersetzungsverhältnis, bei dessen Herstellung die Erfindung

vorteilhaft anwendbar ist; 10

Fig. 2 eine Perspektivansicht einiger Zähne

einer Zahnstange gemäß dem Stand der Technik, wobei diese Zähne für niedrigere Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnisse vorgesehen sind und

mit den in dem Ausschnitt A von Fig. angedeuteten Zähnen korrespondieren, und wobei die vorgeformte Form der Zähne durch ausgezogene Linien und die endgültige Form der Zähne durch strich

lierte Linien angedeutet sind;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht anderer

Zähne einer Zahnstange gemäß dem 25

Stand der Technik, welche Zähne für

ein höheres Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnis bestimmt sind und den im Ausschnitt B von Fig. 1 angedeuteten

_o_ Zähnen entsprechen, wobei die vorge-

formte Zahnform in ausgezogenen Linien und die endgültige Zahnform in strichlierten Linien angedeutet sind;

op- Fig. 4 A eine Perspektivansicht einiger Zähne

einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der gestellten Zahnstange, wo-

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bei diese Zähne für ein niedriges Lenkungs-übersetzungsverhältnis ausgelegt sind und mit den Zähnen im Ausschnitt A der Zahnstange von Fig. 1 korrespondieren, und wobei die vorgeformte Zahnform in vollen Linien und die engültige Zahnform in strichlierten Linien angedeutet sind;

Fig. 4 B eine vergrößerte Schnittansicht der

Zähne von Fig. U A, wobei die vorgeformte Zahnform in vollen Linien und

15

die endgültige Zahnform mit strichlierten Linien angedeutet sind;

Fig. 5 A eine perspektivische Ansicht einiger

anderer Zähne der Zahnstange, die 20

für ein höheres Lenkungs-Ubersetzungsverhältnis bestimmt sind und mit den Zähnen im Ausschnitt B der Zahnstange von Fig. 1 korrespondieren, wobei die

vorgeformte Zahnform in vollen 25

Linien und die endgültige Zahnform in strichlierten Linien angedeutet sind; und

Fig. 5 B eine vergrößerte Schnittansicht der

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Zähne \on Fig. 5 A, wobei die vorgeformte Zahnform in ausgezogenen Linien und die endgültige Zahnform in strichlierten Linien angedeutet sind.

35

In Fig. 1 ist eine Zahnstange 10 für ein manuell betätig-

bares Lenkgetriebe schematisch dargestellt. Die Zahnstange 10 weist Zähne 10 a auf, die mit einem nicht dargestellten Ritzel kämmen können- Die Zähne 10 a sind in einem Mittelabschnitt A der Zahnstange für ein niedriges Lenkungs-Übersetzungsverhältnis und in den Endabschnitten B für höhere Lenkungs-Übersetzungsverhältnisse ausgelegt. Das Lenkungs-übersetzungsverhälntis nimmt vom Mittelabschnitt A zu jedem Seitenabschnitt B allmählich zu.

Fig. 2 zeigt einige Zähne einer bekannten Zahnstange, wobei die Zähne entsprechend dem Abschnitt A von Fig. für niedrige Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnisse ausgelegt sind. Die Zähne gemäß Fig. 2 besitzen große Druckwinkel o< , große Zahnabstände (nicht hervorgehoben) und große Schrägstellungswinkel ß

Fig. 3 zeigt einige andere Zähne der gleichen Zahnstange, die jedoch für höhere Lenkungs-übersetzungsverhältnisse ausgelegt sind und mit denen im Abschnitt B der Zahnstange von Fig. 1 angedeuteten Zähne korrespondieren. Diese Zähne gemäß Fig. 3 haben kleine Druckwinkel ο(' , kleine Zahnabstände (nicht hervorgehoben) und kleine Schrägstellungswinkel ß' .

Wie zuvor erläutert wurde, wird eine derartige Zahnstange mit einem Verfahren hergestellt, bei dem in einem Vorformprozeß ein Zahnstangenrohling entsteht, der Zähne trägt, die in ihrer Form schon der endgültigen Zahnform der Zahnstange sehr ähnlich sind, und bei dem in einem Endform-Prozeß diese Zähne durch Kaltverformung oder Prägen in die endgültige Form umgewandelt werden, und zwar in einer Form, die ein exaktes Gegenstück der Zahnstange im endgültigen Zustand ist.

In den Fig. 2 und 3 ist die vorgeformte Form in ausgezogenen Linien und die endgültige Zahnform in strichlierten Linien erkennbar.

Hierbei ist die vorgeformte Form der Zähne so bestimmt, daß sie auf die Änderung des Lenkungs-übersetzungsverhältnisses keinen Bezug nimmt, so daß der Grundbereich jedes Zahnes mit dem korrespondierenden Zahnrücken jedes Zahnes der Form annähernd zur gleichen Zeit und im wesentlichen ohne einen Zwischenraum oder Spalt in Kontakt kommt, sobald die Form beim Endform-Prozeß vollständig auf ihr Formschließmaß geschlossen wird. In Verbindung damit wurde durch Untersuchungen festgestellt, daß das Pressen, dem die Zähne der Zahnstange bei dem Endformprozeß unterworfen werden, nicht gleichmäßig erfolgt, woraus die Tendenz resultiert, daß die Prägeform ihre Form präziser auf die Zähne mit kleinen Druckwinkeln, kleinem Zahnabstand und kleinem Schrägstellungswinkel überträgt, als auf die Zähne mit größeren Druckwinkeln, größeren Zahnabständen und größeren Schrägstellungswinkeln. Aus diesem unregelmäßigen Pressen resultieren die vorerwähnten Probleme. 25

Um diese Probleme beseitigen zu können, wird erfindungsgemäß ein verbessertes Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Zähne der Zahnstange derart vorgeformt werden, daß sie Zahngrundbereiche aufweisen, die in der Tiefe "^ relativ zu den Zahnrücken variieren, wobei die Zahnrücken eben sind oder in der Höhenlage mit den Zahnrüeken der endgültig fertiggestellten Zähne übereinstimmen. Die Tiefe der Zahngrundbereiche ist der Änderung des Lenkungs-Übersetzungsverhältnisses umgekehrt proportional, so daß die auf die einzelnen Zähne des Zahnstangenrohlings beim Endform-Prozeß einwirkenden Kräfte

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—/f —

einander annähernd gleich ausfallen.

Unter Bezugnahme auf die Fig.4 A , 4 B, 5 A und 5 B wird die Erfindung im Detail nachstehend erläutert.

Die Fig. 4 A und 4 B zeigen einige der Zähne 22 eines Zahnstangenrohlings 20, die erfindungsgemäß ausgebildet sind, wobei die vorgeformte Zahnform in ausgezogenen Linien und die endgültige Zahnform in strichlierten Linien gezeigt sind. Die Zähne gemäß Fig. 4 A sind für niedrige Lenkungs-Übersetzungsverhältnisse ausge· legt und weisen große Druckwinkel <x , große Zahnabstände (nicht hervorgehoben) und große Schrägstellungswinkel ß auf. Wie aus Fig. 4 B deutlicher hevorgeht, hat ein Zahn 22 für ein kleines Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnis eine vorgeformte Form , bei der ein Zahnrücken 24 eben ist bzw. in der Höhenlage mit dem Zahnrücken der endgültigen Zahnform übereinstimmt und im Profil nur geringfügig größer ist, als das Profil der endgültigen Zahnform. Die Zahnflanken 26 führen im Wurzelbereich zu einer Nut 28 bzw. einem flachen Grund 30.

Duch die Anordnung der Nut 28 entsteht ein Freiraum oder ein Spalt zwischen dem Grund 30 des Zahnstangenrohlings 20 und dem korrespondierenden Zahnrücken eines Zahnes 34 einer Form 22, sobald die Form beim Endform-Prozeß vollständig auf ihr Schließmaß geschlossen wird. Die Form 32 ist dabei dieselbe, wie sie für das Verfahren gemäß dem Stand der Technik verwendet wurde.

Die Fig. 5 A und 5 B zeigen einige der Zähne 22 der Zahnstange 20, wobei diese Zähne für höhere Lenkungs-über~ setzungs-Verhältnisse ausgelegt sind. Die vorgeformte Zahnform ist in vollen Linien und die endgültige Zahnform

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in strichlierten Linien gezeigt. Die Zähne gemäß Fig. 5 sind für höhere Lenkungs-Übersetzungs-Ver-

hältnisse ausgelegt und haben deshalb kleinere Druck-5

winkel ς*¹ , kleinere Zahnabstände (nicht hervorgehoben) und kleinere Schrägstellungswinkel ß'. Wie aus Fig. 5 B im Detail hervorgeht, sind Zahne 22 für ein größeres Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnis derart vorgeformt, daß sie einen Zahnrücken 24 besitzen, der eben ist, bzw. auf der Höhe des Zahnrückens der endgültigen Zahnform liegt. Das Zahnprofil ist geringfügig größer als das endgültige Zahnprofil, d.h. der Abstand der Zahnflanken 26 ist größer. Ferner ist der Zahngrund 30 im Bereich einer Erhöhung 36 höher gelegt, so daß der Grundbereich 30 mit dem Zahnrücken des Zahns 34 der Form 32 in Berührung kommt, ehe die Form beim Endform-Prozeß vollständig auf ihr Schließmaß geschlossen wird, wodurch der Zahngrund 30 einer 2Q Verformung unterworfen wird, bei der er die Form des Zahns 34 der Form annimmt.

Durch die vorbestimmte Formung mit Nuten 28 oder Anhebungen 36 in zweckmäßiger Tiefe bzw. Dicke liegen die Zahngrundbereiche 30 der vorgeformten Zähne 24 des Zahnstangenrohlings in Abständen von den Zahnrücken, die zu der Änderung des Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnisses umgekehrt proportional sind. Mit anderen Worten nimmt die Zahntiefe vom Mittelbereich der Zahnstange zu den Endbereichen für höhere Lenkungs-Übersetzungsverhältnisse ab bzw. besitzen die Zähne für die höheren Lenkungs-übersetzungsverhältnisse seichtere Zahngrundbereiche, so daß die auf die Zähne 22 des Zahnstangenrohlings 20 beim Endform-Prozeß einwirkenden Kräfte einander annähernd gleich sind.

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Aus vorstehendem geht hervor, daß erfindungsgemäß die Zähne der Zahnstange so vorgeformt sind, daß sie

Zahnrücken haben, die eben sind bzw. in der Höhenlage 5

mit den Zahnrücken der endgültigen Zahnform übereinstimmten, und. Zahngrundbereiche haben, die in ihrer Tiefe zur Änderung des Lenkungs-Übersetzungsverhältnisses umgekehrt proportional sind, so daß die auf die einzelnen Zähne der Zahnstange beim Endform-Prozeß einwirkenden Kräfte einander annähernd gleich sind, wodurch die resultierenden Reaktionskräfte auf die entsprechenden Zähne der Form ebenfalls annähernd einander gleich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren

, _c läßt deshalb besonders wirksam ein gleichförmiges Pressen beim Endform-Prozeß zu, wodurch eine größere Streuung in der Qualität der Endprodukte vermieden und ein bestimmtes Qualitätsniveau eingehalten wird. Weiterhin bewirkt das erfindungsgemäße Verfahren

„_n eine Verlängerung der Lebensdauer der Form, da die Reaktionskräfte an den Zähnen der Form, insbesondere im Zahnrückenbereich, nicht sehr verschieden sondern einander annähernd gleich sind.

Im·Rahmen der vorstehenden Lehre sind natürlich viele Modifikationen und Abwandlungen denkbar. Es soll deshalb hervorgehoben werden, daß die Erfindung auch auf andere Art realisiert werden kann, als sie beschrieben wurde. Solche Abwandlungen liegen jedoch im Rahmen der durch die Ansprüche gegebenen Offenbarung . ■

Claims

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GRÜNECKER, KINKELDEY. STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE

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Nissan Motor Co., Ltd

No. 2

Takara-cho

Kanagawa-ku

SOOO MÜNCHEN 22

Yokohama City ■ "

Japan

13.6.1983

P 18 082-25/win

Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange

2Q Patentansprüche

M .JVerfahren zum Herstellen einer Zahnstange eines Zahnstangen-Lenk-Getriebes mit sich änderndem

Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnis, bei dem in einem 25

Vorform-Prozeß ein Zahnstangenrohling mit einer Vielzahl von Zähnen hergestellt wird, deren Zahnform annähernd mit der endgültigen Zahnform korrespondiert, und bei dem in einem Endform-Prozeß die

Zahnform durch Kaltverformen in einer Form in die 30

endgültige Zahnform umgewandelt wird, wobei die

Form eine exakte Negativform der endgültigen Zahnform aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformten Zähne (22) so ausgebildet sind, _oc daß die Zahnrücken (24) auf der Höhenlage der Zahn-

rücken der endgültigen Zahnform liegen und daß die Tiefe der Zahngrundbereiche (30) zur Änderung des

Lenkungs-übersetzungs-Verhältnisses umgekehrt proportional sind, derart, daß ein Zahn für ein höheres Lenkungs-Übersetzungs-Verhältnis einen seichteren Zahngrundbereich (30) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder vorgeformte Zahn (22) des Zahnstangenrohlings in seinem Profil der Zahn-¹^ flanken (26) geringfügig größer ist, als das endgültige Zahnflankenprofil.

3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahngrundbereiche (30)

reäiv zu den Zahngrundbereichen der endgültigen Zahnform durch die Ausbildung von Nuten (28) oder Anhebungen (36) unterschiedlicher Tiefe oder Dicke abgesenkt oder angehoben werden.