DE3442021C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hohlen Zahnstange durch Schmieden eines hohlen Rohlings, bei dem die Bohrung des Rohlings mit einem Druckmedium ge­ füllt wird und bei dem während des Schmiedens das Druck­ medium im Rohling eingeschlossen bleibt.

Das Druckmedium, mit welchem die Bohrung des Rohlings ge­ füllt wird, dient dazu, dem später von außen aufgebrachten Druck entgegenzuwirken.

Es gibt eine Vielzahl von Techniken, welche im Zusammenhang mit der Herstellung einer Zahnstange unter Verwendung eines Verfahrens der einleitend genannten Art vorgeschlagen wurden, um das Gewicht der Zahnstange zu reduzieren. Beispielsweise ist es bekannt (JP-OS 1 95 960/1982 und JP-OS 93 537/1983), als Druckmedium in die Bohrung des Rohlings dort, wo die Verfor­ mung stattfindet, eine Stahlstange einzusetzen, die mit dem Innendurchmesser der Bohrung des Rohlings übereinstimmt. Weiterhin ist es bekannt (JP-OS 2 06 546/1982 und JP-OS 93 537/ 1983), einen massiven Körper aus Urethankautschuk, Kunst­ stoff oder dergleichen als Druckmedium in die Bohrung des Rohlings einzusetzen. Schließlich ist es auch bekannt (JP-OS 93 537/1983), ein Material unbestimmter Gestalt, wie Sand, in die Bohrung des Rohlings als Druckmedium einzu­ füllen.

Bei diesen herkömmlichen Schmiedeverfahren muß das in die Bohrung des Rohlings eingesetzte oder eingefüllte Druck­ medium in Form einer Stahlstange, eines massiven Körpers aus Urethankautschuk oder dergleichen oder in Form von Sand oder dergleichen auch nach dem Schmieden innerhalb der durch das Schmieden gebildeten Zahnstange verbleiben, wodurch der eigentliche Zweck der Verwendung eines hohlen Rohlings nicht erreicht wird, nämlich das Gewicht der Zahn­ stange zu reduzieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer hohlen Zahnstange gemäß der einleitend genannten Art derart auszuführen, daß das Gewicht der Zahnstange auf optimale Weise reduziert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß ein flüssiges Druckmedium verwendet wird, daß ein graduelles Abgeben eines Teils des Druckmediums zugelassen wird, und daß während des Abgebens des Druckmediums der Rohling ge­ schmiedet wird.

Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung verbleibt keinerlei Druckmedium in der Bohrung des Rohlings, so daß die gewünschte Gewichtsreduzierung vollständig erhalten wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen einer hohlen Zahnstange durch Schmieden eines hohlen Rohlings, mit einer eine Ausnehmung aufweisenden Untermatrize und einer in die Ausnehmung einzusetzenden Obermatrize, wobei der Rohling zwischen die beiden Matrizenhälften gelegt wird. Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Untermatrize die Öffnung des hohlen Rohlings blockiert, daß die Untermatrize mit einer Passage versehen ist, die den Innenraum des hohlen Rohlings mit der Umgebung verbinden kann, und daß innerhalb der Passage Mittel zum Begrenzen der Strömungsmenge des im hohlen Roh­ ling eingeschlossenen Druckmediums zur Aufrechterhaltung eines Innendrucks angeordnet sind.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise erläutert.

Fig. 1a ist eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung ge­ mäß der Erfindung,

Fig. 1b ist eine Querschnittsansicht nach Linie B-B der Fig. 1a.

Fig. 1c ist eine Teilansicht der in Fig. 1a dargestellten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Preßdruckes und des Innendruckes des Druckmediums während der Her­ stellung einer Zahnstange mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei deren Steigungsmuster darge­ stellt sind.

Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Druckmuster ähn­ lich denen der Fig. 2, jedoch erzielt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1a umfaßt eine Untermatrize mit einem unteren Matrizenteil 1 und zwei seitlichen Matrizen­ teilen 2 und 3, welche dicht gegen die entgegengesetzten Längsendflächen des unteren Matrizenteiles 1 gehalten sind, um so eine Ausnehmung zu bilden in der ein Zahnstangenroh­ ling 4 aufgenommen wird. Die beiden seitlichen Matrizenteile 2, 3 sind jeweils mit einem kleinen Loch 2 a bzw. einer Öffnung oder einer Passage 3 a versehen, die beide horizontal ver­ laufen. Das Loch 2 a steht mit einer Leitung 2 b für ein flüssi­ ges Druckmedium in Verbindung, während ein dem Druck wider­ stehendes Ventil 5 in die Passage 3 a verschiebbar passend eingesetzt ist. Eine Blattfeder 6 liegt an der Außenseite des Ventils 5 an und schafft eine elastisch nachgiebige Ab­ stützung gegen Gleitbewegung des Ventils 5, bis der Innen­ druck einen bestimmten Druck überschreitet.

Fig. 1c zeigt die relative Anordnung des seitlichen Matri­ zenteiles 3, des Ventils 5 und der Blattfeder 6. Insbe­ sondere umfaßt das Ventil 5 einen Flansch 5 a, welcher dicht gegen den seitlichen Matrizenteil 3 gehalten ist, und zwar mit einem dazwischen angeordneten Dichtglied 7, um eine hermetische Dichtung auf­ rechtzuerhalten. Das Ventil 5, welches in die von dem seitlichen Matrizenteil 3 gebildete Passage 3 a eingesetzt ist, ist mit einem zylindrischen Abschnitt 5 b versehen, in dem ein kleiner Schlitz 5 a ausgebildet ist. Dieser Schlitz befindet sich am Ende des Matrizenteils 3 in der Nähe des Flansches 5 a. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine Verbindung zwischen dem Inneren und der Außenseite des Ventils 5 erhalten wird als Resultat der Schiebebewegung des Ventils 5 nach rechts, wenn der auf das Ventil 5 wirkende Innendruck einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn folglich ein Flüssigkeitsdruckmedium durch die Leitung 2 b injiziert wird, kann das Medium den hohlen Innenraum des Zahnstangenrohlings 4 füllen, welcher in der Untermatrize angeordnet ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist es verständlich, daß die Leitung 2 b eine Einrichtung aufweist, welche das Druckmedium unterbricht. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß die Blattfeder 6 an einem Paar von Stützgliedern 6′ verankert ist.

Oberhalb der Untermatrize ist eine Obermatrize 8 vorgesehen. Diese Obermatrize 8 umfaßt einen Stempel 9, dessen Unterseite ein Zahnprofil aufweist, um in der Zahnstange die Zahnstangenzähne auszubilden. Außerdem weist die Obermatrize 8 einen Halter 10 auf, welcher den Stempel 9 fest trägt. Die Unterseite des Halters 10 trägt eine Halterung 11 mit einer dazwischen angeordneten Feder 12. Die Halterung 11 befindet sich in Anlagerung an den Stempel 9 und ist relativ zu diesem verschiebbar. Wenn dementsprechend die Obermatrize 8 heruntergedrückt wird, um einen Preßvorgang eines Bereiches 4 a des zu bearbeitenden Zahnstangenrohlings 4 vorzunehmen, drückt die Halterung elastisch nachgiebig gegen einen nicht bearbeiteten Bereich 4 b des Rohlings 4 und hält diesen in Position.

Nachfolgend wird nun anhand von Fig. 1 und 2 das Herstellungsverfahren für eine Zahnstange beschrieben. Der Zahnstangenrohling 4 einer bestimmten Größe, welcher einen hohlen Teil bzw. eine Bohrung besitzt, wird in den Raum eingesetzt, welcher durch den unteren Matrizenteil 1 und die beiden seitlichen Matrizenteile 2, 3 begrenzt ist. Das Ventil 5 wird in den Matrizenteil 3 eingesetzt. Das Ventil 5 wird in einem solchen Ausmaß eingesetzt, daß der Schlitz 5 c, welcher im Ventil 5 ausgebildet ist, zur Atmosphäre frei liegt. Öl, welches als flüssiges Druckmedium dient, wird in den hohlen Innenraum des Zahnstangenrohlings 4 durch die Leitung 2 b eingespritzt, so daß die Innenluft durch den Schlitz 5 c herausgeschoben wird. Nachdem festgestellt worden ist, daß das Innere des Rohlings vollständig mit Öl gefüllt ist, wird das Ventil 5 dichtend in die Seitenmatrize 3 eingesetzt und die Blattfeder 6 so angebracht, daß sie am Ventil 5 anliegt. Daraufhin wird die Obermatrize 8 abgesenkt, um den Formvorgang des Bereichs 4 a des Zahnstangenrohlings einzuleiten. Wie in Fig. 2 graphisch dargestellt, nimmt der Öldruck im hohlen Innneraum einen Wert P ₁ (kg/cm²) an, wenn das Öl eingespritzt wird. Wenn der Preßdruck graduell zunimmt, nimmt der Öldruck innerhalb des hohlen Innenraumes zu, bis der vorgenannte Wert einen Wert P ₂ (kg/cm²) überschreitet und eine plastische Verformung des Rohlingbereiches 4 a einleitet. Der Öldruck erreicht einen Wert P ₃ (kg/cm²), wenn der Preßdruck auf einen Wert P ₄ (kg/cm²) zunimmt. Der Innendruck mit einem Wert P ₃ (kg/cm²) verursacht ein Verschieben des Ventils 5 nach außen gegen die elastische Nachgiebigkeit der Blattfeder 6, so daß der darin ausgebildete Schlitz 5 c frei liegt und ein Abgeben des Öls durch diesen Schlitz erlaubt. Es ist festzustellen, daß die Menge einer derartigen Ölabgabe gleich dem Volumen ist, um den der Stempel 9 in den Zahnstangenrohling 4 vorgeschoben worden ist, um so den Öldruck auf dem konstanten Wert von P ₃ (kg/cm²) zu halten, unabhängig von der Zunahme des Preßdruckes. Der Preßdruck nimmt nicht länger zu, wenn der Stempel 9 seinen Maximalhub erreicht hat. Somit ist der Enddruck P ₅ (kg/cm²) wirksam, um die Zahnstangenzähne auszubilden. Nachfolgend wird die Obermatrize 8 angehoben, um dadurch den Vorgang zu vollenden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Möglichkeit schafft, Zahnstangenzähne hoher Genauigkeit auszubilden, indem ein Zahnstangenrohling 4 verwendet wird, welcher nicht auf eine besondere Genauigkeit bearbeitet sein muß, und zwar bei einem geschlossenen Schmiedevorgang. Außerdem wird die Ausbildung von Graten vermieden, indem ein hohles Teil verwendet wird, welches innen mit Öl gefüllt ist, so daß, wenn der Öldruck einen bestimmten Wert während des Schmiedevorganges der Zahnstangenzähne überschreitet, das Öl in einer Menge abgegeben wird, die der Größe der Deformation des Rohlings entspricht. Dementsprechend wird der beim herkömmlichen Verfahren notwendige nachfolgende Entgratungsschritt vermieden und es werden somit durch die Erfindung Schmiedemittel vorgesehen, welche den Formungsvorgang erleichtern.

Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel gleicht im wesentlichen der Anordnung des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme eines Teils, welcher in Funktion mit dem Ventil 5 des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels äquivalent ist. Insbesondere ist ein seitlicher Matrizenteil 13 mit einer länglichen Passage 13 a abgewinkelter Gestalt in einen Teil 1 der Untermatrize eingesetzt. Eine Öffnung 13 b ist an einem Teil der Passage 13 a ausgebildet, um eine Einschnürungs- oder Drosselwirkung vorzusehen. Wenn dementsprechend Öl, das als Druckmedium dient, in den hohlen Innenraum des Hauptzahnstangenrohlings 4, welcher in die Untermatrize 1 eingesetzt wird, eingespritzt wird, kann die Ein­ spritzmenge so eingestellt werden, daß das Ölniveau oberhalb der Stelle der Öffnung 13 b liegt.

Wenn der Stempel 9 abgesenkt wird, um gegen den Bereich 4 a des Zahnstangenrohlings 4 zu drücken, nimmt der Preßdruck und der Öldruck entsprechend der graphischen Darstellung in Fig. 4 zu. Aus Fig. 4 ist festzustellen, daß der Öldruck graduell zuzunehmen beginnt, wenn der Preßdruck einen Wert P ₁₁ (kg/cm²) erreicht, und zwar beim Beginn der Abgabe des Öls durch die Passage 13 a. Wenn der Preßdruck einen Wert P ₁₂ (kg/cm²) überschreitet, tritt die Einschnürung bzw. Drosselung aufgrund der Öffnung 13 b in Aktion und der Öldruck nimmt abrupt zu, wenn der Stempel 9 abgesenkt wird, woraus eine plastische Verformung des Bereiches 4 a des Zahnstangenrohlings 4 erfolgt, um so die Zahnstangenzähne auszubilden. Wenn der Stempel 9 seinen maximalen Hub bei einem Preßdruck von P ₁₄ (kg/cm²) erreicht und der Öldruck den Wert P ₁₃ (kg/cm²) erreicht, wird der Formvorgang der Zahnstangenzähne vollendet. Nachfolgend wird der Stempel 9 zur Beendigung des Vorganges angehoben. Es ist festzustellen, daß die Einschnürung oder Drosselung durch die Öffnung 13 b nicht wirksam sein kann und eine gewünschte plastische Verformung nicht auftreten kann, wenn die maximale Strömungsmenge des Öls durch die Öffnung 13 b geringer ist als der Änderungsbetrag des Volumens aufgrund des Hubes des Stempels 9.

Das Druckmuster für den Preßdruck kann auf geeignete Weise in Abhängigkeit von den verschiedenen Zahnstangen gewählt werden. Außerdem muß das Ventil 5 nicht mit einem kleinen Schlitz versehen sein, wie dies dargestellt ist. Es ist auch jede andere Konstruktion möglich, die ein Abgeben des flüssigen Druckmittels erlaubt, wenn dieses einem bestimmten Innendruck unterworfen ist. Ebenso kann die elastisch nachgiebig das Ventil 5 vorspannende Blattfeder durch eine andere geeignete Vorspanneinrichtung ersetzt werden.

Die Erfindung wurde anhand der Herstellung einer Zahnstange beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Elementen Anwendung finden, wie beispielsweise bei Stirnrädern, vorausgesetzt diese weisen einen zentralen Innenraum auf.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen einer hohlen Zahnstange durch Schmieden eines hohlen Rohlings, bei dem die Bohrung des Rohlings mit einem Druckmedium gefüllt wird und bei dem während des Schmiedens das Druckmedium im Rohling eingeschlossen bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Druckmedium verwendet wird, daß ein graduelles Abgeben eines Teils des Druckmediums zugelassen wird, und daß während des Abgebens des Druckmediums der Rohling geschmiedet wird.

2. Vorrichtung zum Herstellen einer hohlen Zahnstange durch Schmieden eines hohlen Rohlings, mit einer eine Ausnehmung aufweisenden Untermatrize (1) und einer in die Ausnehmung einzusetzenden Obermatrize (8), wobei der Rohling zwischen die beiden Matrizenhälften gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Untermatrize (1) die Öffnung des hohlen Rohlings (4) blockiert, daß die Untermatrize (1) mit einer Passage (3 a) versehen ist, die den Innenraum des hoh­ len Rohlings (4) mit der Umgebung verbinden kann, und daß innerhalb der Passage Mittel zum Begrenzen der Strömungsmenge des im hohlen Rohling eingeschlossenen Druckmediums zur Aufrechterhaltung eines Innendrucks angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zum Begrenzen der Strö­ mungsmenge ein Ventil (5) umfassen, welches die Passage (3 a) schließt, daß eine Vorspannfeder (6) normalerweise das Ventil in Richtung des Blockierens der Passage (3 a) drückt, um einen Freiraum (5 c) abzuschließen, welcher zwi­ schen dem Ventil (5) und der Passage (3 a) angeordnet ist, um unter bestimmten Voraussetzungen Druckmedium abzugeben, wenn der Außendruck aufgebracht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorspannfeder eine Blattfeder (6) mit einer gekrümmten Fläche ist, so daß die konvexe Seite der Blattfeder elastisch nachgiebig an dem Ventil (5) anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (5) einen zylindrischen Abschnitt (5 b) aufweist, welcher in die Passage (3 a) eingesetzt ist und welcher mit einem Schlitz (5 c) versehen ist, der eine Verbindung zwischen dem In­ neren des hohlen Rohlings (4) und der Umgebung herstellen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zum Begrenzen der Strö­ mungsmenge eine Öffnung (13 b) umfassen, die in der Passa­ ge (13 a) ausgebildet ist, um die Strömungsmenge des Druck­ mediums zu begrenzen, wenn dieses bei Aufbringung eines Außendrucks auf den Rohling abgegeben wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Obermatrize (8) eine Halterung (11) umfaßt, welche einen Bereich (4 b) des hohlen Rohlings (4) in Lage hält, welcher nicht einem Verformungsvorgang unterworfen wird.