DE4006038A1

DE4006038A1 - Zahnstange, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4006038A1
Application number: DE19904006038
Authority: DE
Inventors: Helmut Boegel
Original assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Current assignee: Gesellschaft fur Innenhochdruckverfahren Mbh & Co
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1991-08-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange, insbesondere für Lenkgetriebe von Fahrzeugen. Herkömmliche Zahnstangen werden als Vollteile unter spanabhebender oder spanloser Verformung durch Taumelpressen der Verzahnung hergestellt.

Diese bekannten Zahnstangen sind insofern nachteilig, als sie ein relativ hohes Gewicht besitzen, demzufolge das Fahrzeug gewicht erhöhen und auch die Zahnstangenhandhabung durch ihr Eigengewicht (erhöhte Reibung etc) erschweren.

Ein weiterer Nachteil bekannter, aus Vollmaterial bestehender Zahnstangen besteht darin, daß das Vollmaterial Vibrationen jeder Art gut leitet und demzufolge auf die Lenkung über trägt.

Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber be kannten leichtere Zahnstange herzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zahnstange für Lenkgetriebe gelöst, wobei die Zahnstange hohl ist und auf einem Teilbereich der Außenwand eine Verzahnung angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine erfindungsgemäße Zahnstange wird dabei üblicherweise so hergestellt, daß ein rohrförmiger Grundkörper mittels eines Umformverfahrens, bevorzugt eines Innenhochdruckumformver fahrens bei dem der umzuformende Hohlkörper durch ein unter hohem Druck eingepreßtes Fluid gegen eine Form geformt wird.

Derartige Innenhochdruckumformverfahren sind bspw. in Indu strieanzeiger Nr. 20 vom 9.3.1984 A. Ebbinghaus: "Hohlteile, materialsparend hergestellt" und in Werkstatt und Betrieb 122 (1989), Heft 11, S. 933-938 A. Ebbinghaus: "Gesenkschmiede mit neuer Technologie" beschrieben. Ein Verzahnungsteil wird getrennt davon spanabhebend oder vorzugsweise spanlos z. B. durch Taumelpressen geformt und auf der Zahnstange in einer dem Fachmann geläufigen Weise befestigt, bspw. durch Schweißen, Kleben, Verstiften etc.

Bei der zweiteiligen Ausgestaltung der Zahnstange können Grundkörper und Verzahnungsteil jeweils aus dem für sie gün stigsten Material gefertigt werden, wobei das Verzahnungsteil die Anforderungen an ein abriebfestes Material für die Zähne erfüllen muß, während das Gestängeteil lediglich leicht und fest sein muß, aber keine besonderen Anforderungen an die Be lastbarkeit der Außenwand gestellt werden, wie von Verzahnun gen gefordert werden. Derartige zweiteilige Zahnstangen er zielen bei einer PKW-Zahnstange mit etwa 23 mm Durchmesser und 600 mm Gesamtlänge eine Gewichtserparnis von 0,8-0,9 kg; also 40 bis 45% Einsparung an Bauteilmasse, verglichen mit herkömmlichen Zahnstangen.

Es ist aber auch möglich, eine erfindungsgemäße hohle Zahn stange einstückig herzustellen, bspw. durch Umformung eines rohrförmigen Grundköpers mittels eines Innenhochdruckumform verfahrens und anschließendes Taummelpressen der Verzahnung, wobei der Hohlraum im Verzahnungsbereich des Grundkörpers während der Umformung mit einem plastischen Material gefüllt ist. Es ist ein Vorteil der einstückigen Zahnstange, daß keine Verbindungsprobleme zwischen einem Verzahnungsteil und einem Grundkörper auftreten, was insbesondere bei thermi scher Belastung des Gegenstandes wichtig sein kann. Bei einer üblichen PKW-Zahnstange wird eine Gewichtseinsparung von 1,1 bis 1,3 kg erzielt, das entspricht 55 bis 60% der Bauteil masse herkömmlicher Zahnstangen.

Nachfolgend sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung näher erläutert werden. Da bei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zahnstangen- Lenkgetriebes mit einer Fahrzeugachse,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den hohlen Grundkörper einer zweiteiligen hohlen Zahnstange,

Fig. 2a einen Querschnitt entlang der Linie 2A-A der Fig. 2,

Fig. 2b einen Querschnitt entlang der Linie 2B-B der Fig. 2,

Fig. 3 Verzahnungsteil der Ausführungsform der Fig. 2,

Fig. 3a den Verzahnungsteil der Fig. 3 im Querschnitt,

Fig. 4 eine mehrteilige Zahnstange im zusammengebauten Zustand;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße einstückige Zahnstange,

Fig. 5a einen Querschnitt entlang der Linie 5A-A der Fig. 4,

Fig. 5b einen Querschnitt entlang der Linie 5B-B der Fig. 4,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt des Verzahnungsteils der Fig. 4.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine erfindungsgemäßen Zahn stange ein im wesentlichen rohrförmiges Verbindungsteil 10 auf, das bei einer Zahnstange für PKW′s bspw. einen Durch messer vom 23 mm und eine Länge vom etwa 600 mm besitzt. In den Fig. 2-4 sind die Ausgangsmaterialien bzw. Teile einer zweiteiligen Zahnstange 10 gezeigt. In Fig 2 ist das Verbin dungsteil 10 im Längsschnitt dargestellt, das über einen Teilbereich an seinem einen Ende einen Bereich verminderten Querschnitts - Y-Profil - 12 aufweist. Das Verbindungsteil 10 ist auch entsprechend den Lenkanforderungen im Raum in an sich bekannter Weise gekröpft. Diese Form des Verbindungs teils 10 wird bevorzugt durch ein Innendruckumformverfahren hergestellt, das eine Umformung des Rohrs ohne Entstehen von Schwachstellen durch Knicke im Faserverlauf des Rohrmaterials ermöglicht. In Fig. 2A ist ein Querschnitt durch das Verbin dungsteil der Fig. 2 entlang der Linie 2A-A dargestellt und aus Fig. 2B ist ein Querschnitt durch das Verbindungsteil der Fig. 2 entlang der Linie 2B-B gezeigt. Vorteilhafterweise kann das Verbindungsteil 10 aus einem mehrschichtigen Mate rial gebildet sein, das eine hohe Festigkeit besitzt und schlechte Vibrationsleitfähigkeit aufweist, was zur Vermei dung von Vibrationen von den Fahrzeugrädern günstig ist. Ge eignete Verbundmaterialien sind mehrschichtig und haben ein Außenschichtmaterial, das korrosionsfest gegenüber Umweltbe dingungen ist und außerdem leicht mit dem Zahnteilmaterial verbindbar ist.

Auf dem Bereich des Y-Profils 12 des Verbindungsteils 10 ist ein Zahnteil 14 befestigt, das in Fig. 3 in der Längsansicht und in Fig. 3a im Querschnitt gezeigt ist. Es ist möglich, bspw. beim Taumelpressen des Verzahnungsteils 14 an dessen den Zähnen gegenüberliegenden Seite Zapfen 16 mit anzupres sen, mittels derer es in entsprechenden Bohrungen im Grundkor per verstiftet werden kann und so an ihm verschiebungsfest angebracht wird. Dabei ist es bevorzugt, zusätzlich zur Befe stigung ein verzugsarmes Schweißverfahren einzusetzen, bspw. Laser- oder Impulsschweißen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 5 bis 6 schematisch gezeigt ist, ist die hohle Zahnstange einstückig und kann bspw. wie folgt gefer tigt werden:

Aus einem Rohr wird im Innenhochdruckumformverfahren zunächst der Grundkörper 10′ der Zahnstange geformt, wobei anschließend die Verzahnung 14′ bspw. spanlos, vorzugsweise durch Taumel pressen aufgebracht wird. Fig. 5 zeigt eine fertiggestellte einstückige Zahnstange, wobei in Fig. 5A der Querschnitt entlang der Linie 5A-A und in Fig. 5b der Querschnitt entlang der Linie 5B-B gezeigt ist. Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt X′′ des Zahnabschnitts der Fig. 5 in vergrößerter Darstellung.

Bezugszeichenliste:

10 Verbindungsteil der zweiteiligen Zahnstange
12 Bereich geringeren Durchmessers von 10
14 Zahnabschnitt von 10
16 Zapfen an 14
10′ Grundkörper der einteiligen Zahnstange
12′ Bereich geringeren Durchmessers von 12′
14′ Zahnabschnitt von 10′

Claims

1. Zahnstange für Lenkgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper der Zahnstange (10) hohl ist und auf einem Teilbereich seiner Außenwand ein Zahnabschnitt (14) angeordnet ist.

2. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler Grundkörper (10) mit einem Zahnteil (14) aus Vollmaterial verbunden ist, wobei sich das Zahnteil nur über einen Teilbereich (12) des Grundkörpers (10) erstreckt.

3. Zahnstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) im wesentlichen gleichbleibende Wandstärke aufweist.

4. Zahnstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein Rohr aus einem mehr schichtigen Verbundmaterial ist.

5. Zahnstange nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekenn zeichnet, daß der Grundkörper ein Rohr aus einem einschichtigen Metall, bevorzugt Stahl, ist.

6. Zahnstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper mit im wesentlichen gleichbleibender Wanddicke in allen Querschnitten, vorzugs weise aus Stahlrohr im Innenhochdruckverfahren hergestellt ist und das zweite Teil ein getrennt gefertigtes Verzahnungs teil ist, das in geeigneter Weise mit dem Grundkörper verbun den ist.

7. Zahnstange für Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß sie ein einteiliges Hohlteil (10′) ist, wobei die Verzahnung (14′) in einem Wandbereich des Hohlteils ausgeformt ist.

8. Zahnstange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlteil (10′) eine Wanddickenverstärkung im Bereich der Verzahnung (14′) aufweist und aus dieser verdickten Wand der Verzahnung (14′) gebildet ist.

9. Zahnstange nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlteil (10′) aus einem einschichtigen Rohrmaterial be steht.

10. Zahnstange nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlteil (10′) aus einem mehrschichtigen Rohrmaterial besteht.