DE60014458T2

DE60014458T2 - Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange

Info

Publication number: DE60014458T2
Application number: DE60014458T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kasugai-shi Yamawaki
Original assignee: TRW Automotive Japan Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Neturen Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2020-01-08
Also published as: EP1020243B1; JP4224157B2; US6317979B1; JP2000202522A; EP1020243A2; DE60014458D1; EP1020243A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange, bei welchem ein ebener Bereich an einem Stahlrohr ausgebildet wird und Zahnstangenzähne in dem ebenen Bereich ausgebildet werden.
Hintergrund der Erfindung
Bei einem herkömmlichen Zahnstangensteuersystem für Kraftfahrzeuge und dergleichen wurde eine Zahnstange eingesetzt. Kürzlich wurde versucht, die Zahnstange hohl auszuführen, so dass sie ein geringeres Gewicht aufweist. Bei einem Verfahren zum Herstellen einer solchen hohlen Zahnstange wird, wie in der Veröffentlichung der geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-35892 offenbart, ein nach einem elektrischen Widerstandschweißverfahren hergestelltes Rohr oder ein stranggepresstes Stahlrohr eingesetzt und am Umfang des Rohrs oder des Stahlrohrs ein ebener Bereich nach einem Pressbearbeitungsverfahren hergestellt. In dem ebenen Bereich werden Zahnstangenzähne so hergestellt, dass das Stahlrohr mit dem ebenen Bereich in eine ein Zahnprofil aufweisendes Pressumformwerkzeug eingesetzt und ein Dorn mit Gewalt in das Stahlrohr eingeführt wird, wobei der ebene Bereich von der Innenseite aus verpresst wird.
Jedoch besteht bei einem solchen herkömmlichen Verfahren das Problem, dass die Anordnung für Zahnstangenzähne des ein Zahnprofil aufweisenden Pressumformwerkzeugs, insbesondere der mittlere Bereich der Anordnung für Zahnstangenzähne, kontinuierlich einer übermäßigen Belastung ausgesetzt ist. Auch können die in Querrichtung liegenden Endbereiche der Zahnstangenzähne nicht präzise geformt werden. Des Weiteren ist der durch die Bearbeitung auf den Dorn ausgeübte Widerstand beträchtlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange bereitzustellen, bei dem die Belastung, die auf die Anordnung für Zahnstangenzähne eines ein Zahnprofil aufweisendes Pressumformwerkzeugs ausgeübt wird, verringert und die Präzision bei der Bildung der Zahnstangenzähne erhöht wird.
Dies und andere Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange durch Abflachen eines Stahlrohrs zur Bildung eines ebenen Bereichs und durch Bildung von Zähnen der Zahnstange in dem ebenen Bereich gelöst, wobei nach der Bildung des ebenen Bereichs die Zähne der Zahnstange durch Anordnung des Stahlrohrs in einem ein Zahnprofil bildenden Pressumformwerkzeug, das eine Anordnung für Zahnstangenzähne hat, und durch nachfolgendes Einführen einer Vielzahl von Dornen mit unterschiedlich ausgebildeten Pressbereichen unterschiedlicher Größe in das Stahlrohr gebildet werden, wobei der ebene Bereich von der Innenseite aus in Richtung der Anordnung für Zahnstangenzähne gepresst wird. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Dorn mit einem planen Pressbereich und dann ein Dorn mit einer ungefähr mittig angeordneten, sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefung eingeführt.
Da der Dorn, der einen Pressbereich mit einer ungefähr mittig angeordneten, sich in Längsrichtung erstreckenden Absenkung aufweist, zum Pressen in Richtung der Anordnung für Zahnstangenzähne eingeführt wird, wird die auf die Anordnung für Zahnstangenzähne ausgeübte Belastung verringert und auch der durch die Bearbeitung auf den Dorn wirkende Widerstand verringert.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange bereitgestellt, umfassend Pressmittel zur Abflachung eines Stahlrohrs zur Bildung eines ebenen Bereichs, Anordnungsmittel zur Anordnung des Stahlrohrs mit einem mittels der Pressmittel gebildeten ebenen Bereich in einem Pressumformwerkzeug, das eine Anordnung für Zahnstangenzähne hat, und Einschubmittel zum Einführen mindestens eines einen Pressbereich aufweisenden Dorns mit einer etwa mittig angeordneten Vertiefung in das in dem Pressumformwerkzeug angeordnete Stahlrohr.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Dorn zur Herstellung einer hohlen Zahnstange durch Formen von Zahnstangenzähnen in einem ebenen Bereich bereitgestellt, der an einem Stahlrohr durch Abflachen gebildet ist, wobei der Dorn einen Pressbereich zum Einschieben in das Stahlrohr, das in einem Pressumformwerkzeug angeordnet ist, das eine Anordnung für Zahnstangenzähne hat, sowie eine in dem Pressbereich ausgebildete, etwa mittig angeordnete Vertiefung aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der:
1A und 1B beispielhafte Ansichten zeigen, die das Vorgehen bei einem Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
2A und 2B Querschnitte durch Dorne zeigen, die bei dem Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach der bevorzugten Ausführungsform eingesetzt werden;
3 einen Schnitt durch den Hauptteil eines Steuermechanismus zeigt, bei dem eine hohle Zahnstange eingesetzt wird;
4 eine perspektivische Ansicht von Zahnstangenzähnen einer hohlen Zahnstange zeigt;
5 eine perspektivische Ansicht eines Stahlrohrs mit einem ausgebildeten ebenen Bereich zeigt; und
6 einen Längsschnitt zeigt, in dem dargestellt ist, wie die Zahnstangenzähne gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange bei der Ausführungsform ausgebildet werden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Wie in 3 dargestellt ist, steht eine hohle Zahnstange 1 mit einem Ritzel 4 in Eingriff, das in einem Getriebegehäuse 2 drehbar gelagert ist. Die Zahnstange 1 ist, wie in 4 gezeigt, mit Zahnstangenzähnen 1a versehen, die an ihrem Umfang ausgebildet sind und mit dem Ritzel 4 in Eingriff stehen. Auf die dem Ritzel 4 gegenüberliegende Seite der Zahnstange 1 wird durch die Vorspannung einer Feder 8, die den Eingriff der Zahnstange 1 an dem Ritzel 4 durch Drücken der Zahnstange 1 in Richtung des Ritzels 4 einstellt, eine Zahnstangenführung 6 gepresst.
Zur Herstellung der hohlen Zahnstange 1 wird ein Stahlrohr, wie ein nach einem elektrischen Widerstandsschweißverfahren hergestelltes Rohr oder ein stranggepresstes Stahlrohr, als Rohling eingesetzt und zunächst am Umfang des Stahlrohrs 10 ein ebener Bereich 12 im Wege kalter Abflachung oder dergleichen ausgebildet. Nach der Ausbildung des ebenen Bereichs 12 wird das Stahlrohr 10 in einem Pressumformwerkzeug 14 angeordnet, das eine Anordnung für Zahnstangenzähne hat, und ein Dorn 16 gewaltsam in das Stahlrohr 10 eingeführt. Dann werden Zahnstangenzähne 1a dadurch ausgebildet, dass zwei Pressbereiche 18, 19, mit denen der Dorn 16 versehen ist, gegen die Innenseite des ebenen Bereichs 12 gepresst werden, wobei der ebene Bereich 12 von der Innenseite aus in Richtung der Anordnung 14a für Zahnstangenzähne gepresst wird und ein Materialfluss ausgelöst wird.
In diesem Fall ist der hintere Pressbereich 19 etwas größer als der Pressbereich 18 an dem vorderen Ende. Auch kann eine Vielzahl von Dornen 16 mit Pressbereichen 18, 19 unterschiedlicher Größe nacheinander in das Stahlrohr 10 eingeführt werden, wobei der ebene Bereich 12 schrittweise verformt wird, um die Zahnstangenzähne 1a zu bilden. Dieses Verfahren wird nun hinsichtlich des Pressbereichs 18 anhand der 2A und 2B beschrieben. Der Querschnitt rechtwinklig zur axialen Richtung des Pressbereichs 18 ist so wie in 2A dargestellt ausgebildet. Das heißt, dass dort ein bogenförmiger Bereich 20, der zum Anliegen an einem bogenförmigen Bereich 13 des Stahlrohrs 10 ausgelegt ist, und ein ebener Bereich 22 vorgesehen sind, der zum Anliegen an der Innenseite des ebenen Bereichs 12 ausgelegt ist, wenn der Dorn 16 in das Stahlrohr 10 eingeführt wird.
Die Breite W1 des ebenen Bereichs 22 ist geringer als die Breite W2 des Bereichs 18, der schmäler ist als die innere Breite des Stahlrohrs 10. Wenn der Dorn 16 in das Stahlrohr 10 eingeführt ist, liegen zwischen dem Dorn 16 und der Innenseite des Stahlrohrs 10 im Bereich beider seitlichen Ränder des Dorns 16 Spalte g. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Breite W1 und die Breite W2 des Dorns 16 bei allen der Vielzahl an Dornen 16 gleich.
Hingegen nimmt die Höhe des Pressbereichs 18 der Dornen 16 mit der Einführreihenfolge schrittweise leicht zu. Der Betrag der Zunahme ist so ausgelegt, dass er mit dem Fortschreiten der Bearbeitung bis hin zu der Endbearbeitung abnimmt. Unter der Vielzahl an Dornen 16 sind Dorne 16, die in dem späteren Teil der Bearbeitung eingesetzt werden, die, wie in 2B dargestellt, mit einer ungefähr mittig angeordneten Vertiefung 26 versehen sind, deren ungefährer Mittelpunkt am tiefsten liegt, wobei planare Bereiche 24 in Querrichtung neben der Vertiefung 26 angeordnet sind.
Wenn die Zahnstangenzähne 1a unter Verwendung der Vielzahl an Dornen 16 ausgebildet werden, wird zunächst das Stahlrohr 10 mit dem daran ausgebildeten ebenen Bereich 12 in dem Pressumformwerkzeug 14 angeordnet, das die Anordnung 14a für Zahnstangenzähne hat. Dann wird der Dorn 16, der den planaren Bereich 22 aufweist, gewaltsam in das Stahlrohr 10 eingeführt.
Dadurch kommt, wie in 1A dargestellt, der bogenförmige Bereich 20 mit dem bogenfömigen Bereich 13 des Stahlrohrs 10 zur Anlage und der ebene Bereich 22 mit der Innenseite des ebenen Bereichs 12 zur Anlage, was zu einem Verpressen des ebenen Bereichs 12 in Richtung der Anordnung 14a für Zahnstangenzähne führt. Wie in 1A durch Pfeile dargestellt, wird das Material in radialer Richtung von dem Mittelpunkt ausgehend nach außen verpresst, wobei aber das Material in Richtung beider Seiten im Bereich beider Enden des ebenen Bereichs 22 fließt und daher so verpresst wird, dass runde Ecken gebildet werden. Der ebene Bereich 12 wird mittels der Vielzahl an Dornen 16 mit unterschiedlichen Höhen H weiter in Richtung der Anordnung 14a für Zahnstangenzähne verpresst.
Im letzten Teil der Bearbeitung wird der Dorn 16 eingeführt, an dem eine Vertiefung 26 ausgebildet ist, um den ebenen Bereich 12 weiter in Richtung der Anordnung 14a für Zahnstangenzähne zu verpressen. In diesem Fall wird, wie in 1B durch Pfeile dargestellt, das Material mittels der in Querrichtung neben der Vertiefung 26 angeordneten, planaren Bereiche 24 verpresst, und daher wird jeder der Zahnstangenzähne so verformt, dass er an beiden Enden rechtwinklige Ecken hat. Die Präzision der Bildung der Zahnstangenzähne wird so erhöht, und eine effektive Breite der Zahnstangenzähne 1a wird groß.
Insbesondere im letzten Teil der Bearbeitung kann zudem, obwohl eine große Belastung auf die Anordnung 14a für Zahnstangenzähne ausgeübt wird, da der verpresste ebene Bereich 12 gegen diese gepresst wird, die Belastung durch Bereitstellen der Vertiefung 26 verringert werden. Insbesondere kann, da die Belastung nur mittels der in Querrichtung neben der Vertiefung 26 liegenden planaren Bereiche 24 ausgeübt wird, die Belastung auf die Anordnung 14a für Zahnstangenzähne als auch der durch die Bearbeitung auf den Dorn 16 ausgeübte Widerstand verringert werden. Die Spalte g im Bereich der beiden seitlichen Enden des Dorns 16 ermöglichen des Weiteren, dass der durch die Bearbeitung ausgeübte Widerstand verringert wird, und erhöhen die Dauerhaltbarkeit des Dorns 16.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange (1) durch Abflachen eines Stahlrohrs zur Bildung eines ebenen Bereiches (12) und durch Bildung von Zähnen (1a) der Zahnstange in dem ebenen Bereich (12), wobei nach der Bildung des ebenen Bereichs (12) die Zähne (1a) der Zahnstange durch Anordnen des Stahlrohrs in einem Pressumformwerkzeug (14), das eine Anordnung für Zahnstagenzähne hat, und durch Einführen eines Dorns (16) mit einem Pressbereich (18, 19) in das Stahlrohr gebildet werden, wobei der ebene Bereich (12) mittels des Pressbereichs (18, 19) von der Innenseite aus in Richtung der Anordnung für Zahnstagenzähne gepresst wird, welches Herstellungsverfahren durch den Dorn (16) gekennzeichnet ist, der eine ungefähr mittig angeordnete, sich in Längsrichtung erstreckende Vertiefung hat.
Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Dornen mit unterschiedlich ausgebildeten Pressbereichen nacheinander eingeschoben werden.
Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 2, wobei die Zähne der Zahnstange dadurch gebildet werden, dass als erstes der den Pressbereich aufweisende Dorn mit einem ebenen Bereich eingeschoben wird und als zweites der den Pressbereich aufweisende Dorn mit ebenen Bereichen und einer ungefähr mittig angeordneten, sich in Längsrichtung erstreckenden, dazwischen liegenden Vertiefung eingeschoben wird.
Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 1, wobei die Zähne der Zahnstange durch Einschieben des Dorns gebildet werden, dessen Breite geringer ist als der Innendurchmesser des Stahlrohrs.
Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 1, wobei der Dorn einen oder mehrere Pressbereiche aufweist.
Hohle Zahnstange, die nach dem Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange gemäß Anspruch 3 hergestellt ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange, umfassend Pressmittel zur Abflachung eines Stahlrohrs zur Ausbildung eines ebenen Bereiches (12); Anordnungsmittel zur Anordnung des Stahlrohrs mit einem ebenen, mittels der Pressmittel gebildeten Bereich (12) in einem Pressumformwerkzeug (14), das eine Anordnung für Zahnstangenzähne hat; und Einschubmittel zum Einschieben mindestens eines einen Pressbereich (18, 19) aufweisenden Dorns (16) in das in dem Pressumformwerkzeug (14) angeordnete Stahlrohr, gekennzeichnet durch den Dorn (16), der eine ungefähr mittig angeordnete Vertiefung (26) hat.
Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 7, wobei das Einschubmittel nacheinander eine Vielzahl von Dornen mit unterschiedlichen Ausbildungen des Pressbereichs einschiebt.
Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 8, wobei das Einschubmittel als erstes den den Pressbereich aufweisenden Dorn mit einem ebenen Bereich und als zweites den den Pressbereich aufweisenden Dorn mit einem ebenen Bereich und einer ungefähr mittig angeordneten sich in Längsrichtung dazwischen erstreckenden Vertiefung einschiebt.
Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 9, wobei das Einschubmittel den Dorn einschiebt, dessen Breite geringer ist als der Innendurchmesser des Stahlrohrs.
Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange, wobei das Einschubmittel den Dorn einschiebt, der einen oder mehrere Pressbereiche aufweist.
Hohle Zahnstange, die mittels der Vorrichtung zur Herstellung einer hohlen Zahnstange nach Anspruch 9 hergestellt ist.
Dorn (16) zur Herstellung einer hohlen Zahnstange durch Formen von Zahnstangenzähnen in einem ebenen Bereich (12), der an einem Stahlrohr durch Abflachen gebildet ist, umfassend: einen Pressbereich (18, 19) zum Einschieben in das Stahlrohr, das in einem Pressumformwerkzeug angeordnet ist, das eine Anordnung für Zahnstangenzähne hat; und gekennzeichnet durch eine ungefähr mittig angeordnete Vertiefung (26), die in dem Pressbereich (18, 19) ausgebildet ist, wobei die Kraft, die auf die Anordnung für Zahnstangenzähne ausgeübt wird, und der durch die Bearbeitung resultierende Widerstand, der auf den Dorn ausgeübt wird, verringert werden.