EP2097187B1

EP2097187B1 - Formteil und verfahren zur herstellung eines solchen formteils

Info

Publication number: EP2097187B1
Application number: EP07845277A
Authority: EP
Inventors: Ralf Eckstein; Markus Meidert
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-12-05
Also published as: ES2380012T3; DE102006062242B4; DE102006062242A1; ATE538882T1; PL2097187T3; EP2097187A1; WO2008077163A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Formteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Abschnitts eines Formteils oder eines hohlen Formteiles nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Derartige Formteile sind beispielsweise Maschinenteile mit Konturen zur Übertragung von Kraft und Bewegung wie Nocken, Rampen mit Steigungen in achsialer Richtung und in Umfangsrichtung, Schaltkulissen in Form von Durchbrüchen, Schaltkulissen in Form von Einsenkungen, mäanderförmige Strukturen und Verzahnungen. Wenn für solche Formteile hohe Festigkeits- und Genauigkeitsanforderungen gelten, ist ihre Herstellung sehr aufwändig und teuer. Beispielsweise bei Zahnstangen, insbesondere für Lenksysteme von Kraftfahrzeugen, ist es wichtig, eine möglichst genau definierte Zahngeometrie und hohe Zahnfestigkeit zu erhalten. Im Stand der Technik gibt es eine Reihe von Verfahren, mit denen Zahnstangen durch umformende oder spanende Verfahren und entsprechende Nachbearbeitungsschritte hergestellt werden. Derartige Zahnstangen weisen aber vielfach ein hohes Gewicht und entsprechend hohe Materialkosten auf.
In der JP 11-180318 Awird ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange aus einem ebenen Blech vorgestellt, bei dem in einem ersten Schritt das Blech in eine U-Form gebogen wird, wobei der Verbindungsabschnitt zwischen den beiden U-Schenkeln halbkreisförmig ausgebildet ist. Anschließend wird die Verzahnung in den Scheitel des Bogens des Verbindungsabschnitts eingepresst und die Schenkel zu einem geschlossenem Rohrprofil umgebogen.
In einer alternativen Ausführungsform der JP 11-180318 A wird die Verzahnung zunächst in das ebene Blech eingepresst. Im Anschluss daran werden die Bereiche des Blechs neben der Verzahnung zu einem geschlossenem Rohr umgebogen.
In beiden Ausführungsformen sind die Schenkel des U-Profils ungleich lang und es wird der längere der beiden Schenkel zur Bildung des geschlossenen Rohrprofils umgeformt. In beiden Ausführungsformen ist die Zahnform jedoch nicht sehr präzise herstellbar. Die Biegeoperationen bringen Spannungen in den Bereich der Verzahnung, die zu einem Verzug der Verzahnung führt. Daran ändert auch die ungleiche Schenkellänge nur wenig.
In der US 6,845,560 B2 wird ebenfalls die Herstellung einer Zahnstange aus einem ebenem Blech vorgestellk. Hier wird das Blech zu einem U-Profil mit zwei Seitenschenkeln und einem Verbindungsstück umgebogen. Im Verbindungsstück ist ein Bereich eben ausgebildet und beidseitig daran anschließend sind zwei Bereiche halbkreisförmig ausgebildet. Zusätzlich ist dieser halbkreisförmige Bereich neben dem ebenen Bereich mit größer werdendem Abstand vom ebenem Bereich mit einem ansteigenden Verlauf umgeformt. Im Anschluss an diese Umformung werden in einem zweiten Schritt die Verzahnung in den ebenen Bereich eingepresst und in einem dritten Schritt die Seitenschenkel zu einem Rohr zusammengebogen.
Auch in diesem Beispiel werden in der auf das Einpressen der Verzahnung nachfolgenden Umformung Spannungen in die Verzahnung eingebracht, die zu einem Verzug führen. Die speziell ansteigende Form des halbkreisförmigen Verbindungsabschnitts neben dem ebenen Bereich, in den die Verzahnung anschließend eingepresst wird, reicht nicht aus, derartige Spannungen zu vermeiden.
Die EP 1 123 855 A2 und die EP 1 132 277 A2 zeigen Formelemente, bei denen Schwächungen an der Innenseite der Wandung in einem Bereich angeordnet sind, in dem an der Außenseite der Wandung das Formelement in Form einer eingepressten Verzahnung angebracht ist.
Bei einer Umformung werden in das Ausgangswerkstück durch Umformwerkzeuge oder Wirkmedien Spannungen eingebracht, die zu entsprechenden Formänderungen führen. In der Regel liegt im Werkstück ein mehrachsiger Spannungszustand vor, woraus dementsprechend mehrachsige Formänderungen resultieren. Nach "Umformfechnik, Handbuch für Industrie und Wissenschaft", herausgegeben von Kurt Lange, Springer Verlag 1984 können für derartige Formänderungen Hauptformänderungen definiert werden, die im Falle einer ebenen Formänderung in zwei Richtungen verlaufen (Bd. 1, Seite 144). Bei der Umformung eines Blechs wird zur Vereinfachung ein (stückweise) ebener Formänderungszustand angenommen und es ergeben sich daraus im wesentlichen zwei Hauptformänderungsrichtungen, wovon eine innerhalb des Blechstücks verläuft. Im Falle der Biegung des Blechs verläuft eine der Hauptformänderungen tangential zur Biegelinie. Die Aneinanderreihung der Hauptformänderungen der einzelnen der Umformung unterworfenen Volumenelemente innerhalb des Blechstücks entspricht im Falle der Biegung der Biegelinie. Entlang dieser Haupformänderungen wird die Form des Blechstücks plastisch verformt. Diese Aneinanderreihung der Hauptformänderung in der Blecheben soll im weiteren analog zur Biegelinie als Hauptformänderungs-Linie bezeichnet werden.
Eine Biegelinie des Formteils ist dadurch definiert, dass sie ausgehend von einem Punkt des Formteils entlang eines Maximums der Biegung des Formteils verläuft. Im Falle einer Biegeverformung des Formteils entspricht sie der neutralen Faser im Querschnitt rechtwinklig zur Achse, um welche das Formteil gebogen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein aus einem ebenen Blechstück durch Umformung des ebenen Blechstücks ausgebildetes Formteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei einem geringen Herstellungsaufwand eine sehr genaue Form des mindestens einen Formelements aufweist. Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils der eingangs genannten Art bereitgestellt werden, bei dem bereits nach der Umformung eine sehr hohe Präzision des Formelements erreicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Formteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Formteils bzw. des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens für das Formteil vorgestellt.
Kerngedanke der Erfindung ist dabei, dass durch entsprechend in das Blech eingebrachte Schwächungen und/oder Haltekanten die durch die nachfolgenden Umformschritte in das Blech eingebrachte Spannungsverteilung beeinflusst werden kann. So werden beispielsweise Spannungen, insbesondere Biegespannungen über quer zu einer Hauptformänderungs-Linie bzw. einer Biegelinie verlaufende Schwächungen, beispielsweise Sicken oder auch Einfräsungen, nur in geringem Umfang übertragen. Zumindest der Großteil der Spannung wird durch eine Verformung an der Schwächungsstelle abgebaut. An Haltekanten wird der Stofffluss durch den Kontakt mit dem Werkzeug behindert. Entsprechend kann eine auf der einen Seite der Haltekante eingebrachte Spannung mit der daraus resultierenden Verformung nur in geringerem Umfang auf die andere Seite der Haltekante weitergeleitet werden.
Es ist offensichtlich, dass die Biegelinie ausgewählt wird, entlang derer sich die Verformung während der nachfolgenden Umformstufen in den Teilbereich, in dem das Formelement angeordnet ist, übertragen würde.
Bei einer Anordnung einer derartigen Schwächungsstelle und/oder Haltekante an einem Rand eines Teilbereichs des umzuformenden Blechstücks wird demzufolge nur ein geringer Teil der Spannungen, die bei einer nachfolgenden Umformung des zum Teilbereich benachbarten, auf der anderen Seite der Schwächung bzw. Haltekante liegenden Bereiches des Blechstücks in das Werkstück eingebracht werden, in diesen Teilbereich eingeleitet. Dadurch wird weitgehend verhindert, dass in ein eng toleriertes Formelement, beispielsweise eine Oberflächenkontur, das zuvor in den Teilbereich eingebracht worden ist, zusätzliche Spannungen und entsprechende Formänderungen durch die nachträgliche Umformung des durch die mindestens eine Schwächung und/oder Haltekante vom Teilbereich abgegrenzten Bereichs des Bleches bewirkt werden.
Dabei sei angemerkt, dass derartig präzise umgeformte Formelemente auch im Falle einer nachfolgenden Nachbearbeitung, z. B. Schleifoperation von Vorteil sind.
Der das Formelement aufweisende Teilbereich stellt somit einen vom Einfluss nachfolgender Umformungen möglichst unbeeinflussten Bereich dar. Zumindest entspricht der Teilbereich in seiner Ausdehnung der Ausdehnung des Formelements.
Es ist bevorzugt, wenn nicht nur mindestens eine sondern alle vorhandenen Schwächungen und/oder Haltekanten von der Verzahnung beabstandet sind, also einen Abstand größer als 0 aufweisen (bezogen auf die Umfangsrichtung). Es ist dann also keine Schwächung und/oder Haltekante vorhanden, die ohne Abstand zur Verzahnung angeordnet ist bzw. innerhalb dieser bzw. unterhalb dieser (bei einer Anordnung auf der gegenüberliegenden Innenfläche der Wandung des Werkstücks) liegt.
Das Formelement kann beispielsweise eine in die Wandung des Formteils innerhalb des Teilbereichs eingebrachte Oberflächenkontur oder eine in die Wandung des Formteils im Teilbereich eingebrachte nicht durchgehende oder durchgehende Ausnehmung sein oder von einer Mehrzahl solcher Ausnehmungen gebildet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verlaufen in Richtung einer Biegelinie des Formteils gesehen vor und hinter dem Teilbereich bzw. dem Formelement, also im Querschnitt parallel zur Biegelinie gesehen beidseitig des Teilbereichs bzw. des Formelements jeweils mindestens eine Schwächung und/oder Haltekante. Beispielsweise könnte beiderseits des Teilbereichs jeweils genau eine Schwächung oder Haltekante vorgesehen sein.
Zur Anordnung und Auslegung derartiger Schwächungsstellen werden vorteilhafterweise die nachfolgend geplanten Umformoperationen berücksichtigt. Hierzu können numerische Simulationen (FEM-Simulationen) herangezogen werden, in denen die Spannungsverläufe im Bauteil simuliert werden und damit können die richtige Anordnung und Auslegung der Schwächungsstellen bestimmt werden. Grundsätzlich sind die Schwächungsstellen derart auszulegen, dass die außerhalb des Teilbereiches eingebrachten Spannungen, wie insbesondere Biegespannungen, an der Schwächungsstelle abgebaut werden können. Das bedeutet, dass in der Regel die Schwächungsstellen einen zu schützenden Teilbereich teilweise oder vollständig umgrenzen.
Werden durch die Ausbildung der Schwächungen zusätzlich Absätze oder Kanten in das Werkstück eingebracht, so wird der Werkstofffluss durch die Anlage der entsprechenden Absätze oder Kanten am Werkzeug stark vermindert. Die Schwächungen bilden in diesem Fall also gleichzeitig auch Haltekanten aus. Dadurch wird zusätzlich eine Einbringung von Spannungen in den Teilbereich, der durch die Schwächungen abgegrenzt ist, weiter verringert. In einer Weiterführung der Erfindung ist demzufolge zumindest eine Haltekante als Schwächung ausgebildet.
Denkbar und möglich wäre es beispielsweise auch, Haltekanten auszubilden, die nicht gleichzeitig auch eine Schwächung darstellen. Schwächungen können gegenüber Haltekanten unter anderem dahingehend vorteilhaft sein, dass ein Kontakt mit dem Werkzeug an der Stelle der Schwächung während des Umformens nicht erforderlich ist, um unerwünschte Verformungen in dem das Formelements aufweisenden Teilbereich zu vermeiden. Im Fall einer Haltekante ist ein Werkzeugkontakt erforderlich.
Die mindestens eine Haltekante wird somit zur Beeinflussung von Spannungen verwendet, welche bei zur Herstellung der Zahnstange erforderlichen Prozessen auftreten.
Ein erfindungsgemäßes Formteil kann beispielsweise ein Maschinenteil mit einem in mindestens einem Teilbereich angeordneten Formelement zur Übertragung von Kraft und/oder Bewegung sein, wobei das Formelement z. B. eine Nocke, Rampe mit Steigung in achsialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung, eine Schaltkulisse in Form einer nicht durchgehenden oder durchgehenden Ausnehmung (also in Form einer Einsenkung oder eines Durchbruchs), eine mäanderförmige Struktur oder eine Verzahnung sein kann. Weiters wäre es beispielsweise denkbar und möglich, dass das Formelement eine Oberflächenstruktur mit einer optischen Wirkung ist, wie z. B. in einer Fresnel-Linse.
Nach der Einbringung des mindestens einen Formelements in den Teilbereich des Formteils wird mindestens eine weitere Umformung des Formteils, welche insbesondere eine Biegung des Formteils darstellt oder umfasst, durchgeführt, wobei die jeweilige eingebrachte Schwächung und/oder Haltekante einer weiteren unkontrollierten Verformung des Formteils im Teilbereich entgegenwirkt. Vorzugsweise ist der Teilbereich, in dem sich das Formelement befindet, hierbei bezogen auf die bei der Biegeoperation die zur Ausbildung des Formteils erfolgt, ausgebildeten Biegelinie des Blechstücks beidseitig von mindestens einer Schwächung und/oder Haltekante abgegrenzt, wobei diese Schwächung bzw. Haltekante quer, vorzugsweise orthogonal, zur Biegelinie verläuft.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vor der Einbringung des mindestens einen Formelements schon mindestens eine vorausgehende Umformung des Blechstücks, welche eine Biegung des Formteils darstellt oder umfasst, durchgeführt worden.
Die Schwächungen und/oder Haltekanten sind vorzugsweise linienförmig ausgebildet. Der linienförmige Verlauf kann hierbei gradlinig sein. Auch ein Krümmungen und/oder winklig zueinanderstehende Abschnitte aufweisender linienförmiger Verlauf ist denkbar und möglich. Weiters sind Unterbrechungen der Schwächungen und/oder Haltekanten im linienförmigen Verlauf möglich.
Die erfindungsgemäße Lösung wird in den Fällen mit Vorteil angewendet, in denen das in den Teilbereich einzubringende Formelement, wegen einer eingeschränkten Zugänglichkeit, nicht vollständig bis zur fertigen Ausformung des Bauteils zwischen entsprechenden Werkzeuggravuren eines Ober- und Unterwerkzeuges gehalten werden können.
Im Weiteren wird die Erfindung beispielhaft anhand von schematischen Figuren erläutert. Die Figuren veranschaulichen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formteils, welches in Form einer Zahnstange ausgebildet ist;
Figur 2 das Ausgangswerkstück, die ebene Blechplatine, zur Herstellung der Zahnstange;
Figur 3 eine erste Umformstufe zur Bildung der Zahnstange, im Querschnitt dargestellt;
Figur 4 eine zweite Umformstufe zur Bildung der Zahnstange, im Querschnitt dargestellt;
Figur 5 eine mögliche dritte Umformstufe zur Herstellung der Zahnstange, im Querschnitt dargestellt;
Figur 6 eine Ausführungsform der fertig umgeformten Zahnstange im Werkzeug, entsprechend der Figur 1, im Querschnitt dargestellt;
Figur 7 die halbfertige Zahnstange, entsprechend nach dem Umformschritt entsprechend der Figur 3 in isometrischer Ansicht;
Figur 8 die halbfertige Zahnstange nach dem Einprägen der Verzahnung und der Schwächungen, korrespondierend mit der Figur 4 in Seitenansicht;
Figur 9 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange, entsprechend der Figur 1 im Längsschnitt;
Figur 10 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Zahnstange, entsprechend der Ausführungsform der Figur 1 in Draufsicht auf die Verzahnungsseite der Zahnstange;
Figur 11 die halbfertige Zahnstange, entsprechend nach dem Umformschritt entsprechend
Figur 4 in isometrischer Ansicht;
Figur 12 Ausschnitt Z aus Figur 6;
Figur 13 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Formteils, welche in Form einer eine Nockenkontur aufweisenden hohlen Stange ausgebildet ist, in isometrischer Ansicht;
Figur 14 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Formteils, welches in Form einer hohlen Stange mit einer Kulissenausnehmung ausgebildet ist, in isometrischer Ansicht;
Figur 15 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Formteils gemäß der Erfindung, im Querschnitt dargestellt, zusammen mit einem schematisch dargestellten Umformwerkzeug zur Durchführung eines Umformschritts dieses Formteils.

Alle Figuren dienen nur der Veranschaulichung der Erfindung. Insbesondere sind die Werkzeuggeometrien und/oder die Größenverhältnisse nur schematisch wiedergegeben.
Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Werkzeuge in den Figuren 5, 6 und 15 auseinandergefahren und die Schnitte teilweise nicht als Schraffuren dargestellt.
In der Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Ausführungsform eines in Form einer Zahnstange 1 ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils in isometrischer Ansicht dargestellt. Die Zahnstange erstreckt sich in eine Längsrichtung 39 und umfasst die Wandung 3, die unter Ausbildung des Hohlraums 49 die Längsachse 2 der Zahnstange 1 umschließt. In einem Teilbereich 5 ist als Formelement eine Verzahnung 6 mit den Zähnen 13 eingeprägt. Der Teilbereich 5 dehnt sich zumindest über den Bereich der Verzahnung 6 aus. Bezogen auf die tangentiale Richtung bzw. Umfangsrichtung 4 ist der Teilbereich 5 durch Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11, 12 abgegrenzt, die sich in Umfangsrichtung um einen Abstand 24 bzw. 24' beabstandet beidseitig neben der Verzahnung 6 erstrecken. Diese Schwächungen 7 - 12 erstrecken sich in der Längsrichtung 39 der Zahnstange, also parallel zur Längsachse 2, und besitzen eine Länge 25, die in etwa der Länge des verzahnten Abschnittes 6 entspricht. Wie in der Schnittdarstellung (Figur 6, 12) gut erkennbar ist, ist die Wandstärke der Wandung 3 an den Schwächungsstellen 7, 8, 9, 10, 11, 12 gegenüber der Ausgangswandstärke bzw. der Wandstärke in der Umgebung dünner ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Zähne geradlinig und unter einem Winkel von α= 90° sowohl zur Längsachse 2 als auch zur Richtung der Schwächungsstellen 7, 8, 9, 10, 11, 12 (siehe Figur 10). Die Erfindung umfasst jedoch auch anders geartete Verzahnungen, bei denen beispielsweise der Winkel der Zahnrichtung in Bezug zur Längsrichtung 2 im Bereich zwischen 30 und 90° liegt. Dabei können die Verzahnungen beliebig ausgebildet sein beispielsweise als schraubenförmige Verzahnung oder als Verzahnung mit variabler Teilung.
Die Umfangsrichtung 4 entspricht der Richtung des Verlaufs der Biegelinie der Zahnstange 1 (vgl. Fig. 6), die hier der Hauptformänderungs-Linie 52 entspricht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind an der Außenfläche 15 und an der Innenfläche 14 Schwächungen 7-12 ausgebildet. Denkbar und möglich ist es auch, Schwächungen nur an der Außenfläche 15 der Wandung 3 vorzusehen.
In den Figuren 9 und 10 ist die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange 1 im Längsschnitt (Fig. 9) und in einer Draufsicht auf die Verzahnung (Fig. 10) veranschaulicht. Insbesondere anhand der Figuren 9 und 10 ist erkennbar, dass im Beispiel der Teilbereich 5 in Längsrichtung 2 zusätzlich durch die Haltekanten 37, und Bögen 38, die auch als Haltekanten dienen, abgegrenzt ist. Wie im Beispiel zu erkennen ist, muss dabei die Abgrenzung durch die Schwächungsstellen und/oder Haltekanten nicht ohne Unterbruch erfolgen. Es ist ohne weiteres denkbar und möglich Lücken in den Abschnitten der Schwächungen und/oder Haltekanten vorzusehen. Die Begrenzung des Teilbereiches 5, in den die Verzahnung 6 eingebracht ist, in Längsrichtung erhöht zwar die Qualität, ist jedoch aufgrund der Richtung der Verzahnung und der im Fertigungsprozess notwendigen Umformschritte nicht unbedingt erforderlich, da über diesen Weg nur ein geringer Anteil Spannungen in den Teilbereich 5 von außerhalb eingebracht wird.
Durch die Biegung des Werkstücks quer zur Längsrichtung 2 wird der größte Teil der Spannungen in Umfangsrichtung 4 in das Werkstück eingebracht. Daher sind die Schwächungen 7-12, die den Teilbereich 5 bezogen auf die Umfangsrichtung 4 abgrenzen, vorgesehen, um eine Übertragung der Spannungen in den Teilbereich 5 zu reduzieren. Es ist dabei zu bevorzugen, wenn die Länge 25 der Schwächungen 7-12, zumindest der Länge des Teilbereiches 5, also zumindest der Länge der Verzahnung 6, in Längsrichtung 2 gemessen entspricht. Dabei ist es durchaus möglich die Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11, 12 mit Unterbrechungen entlang ihrer Länge auszubilden. Bevorzugt ist die Schwächung als eingepresst durchgehende Nut ausgebildet, wobei ihre Länge 25 der Länge des Teilbereiches 5 bzw. der Verzahnung 6 in Längsrichtung 2 entspricht oder diese um bis zu 5% beidseitig überragt. Die Tiefe 33 der eingeprägten Nut beträgt im bevorzugten Fall 1/4 bis 1/3 der Wandstärke der Wandung 3 (siehe hierzu auch Fig. 12). Für den Fall, dass sowohl an der Innenfläche 14 als auch an der Außenfläche 15 der Wandung 3 Einprägungen als Schwächung vorgesehen sind, kann die Tiefe der Nut noch herabgesetzt werden. Die Tiefe 33 beträgt dann vorzugsweise zumindest 1/6 der Wandstärke der Wandung 3. Prägetiefen, die größer als die Hälfte der Wandstärke betragen, sollten vermieden werden. Alternativ ist auch an diesen Längsseiten des Teilbereiches 5 der Einsatz von Haltekanten denkbar und möglich, wobei festzustellen bleibt, dass die im Beispiel dargestellten eingeprägten Nuten bereits zusätzlich zur Wirkung als Schwächung auch als Haltekante wirken, wenn die Nuten bei der nachfolgenden Umformung in Kontakt mit dem Werkzeug stehen.
Der Abstand 24, 24' der Mittellinien der Schwächungen und/oder Haltekanten 7, 8, 9, 10, 11, 12 von dem Auslauf 32 der Verzahnung 6 in Umfangsrichtung 4 beträgt dabei im bevorzugten Teil zumindest 1/3 der Wandstärke der Wandung 3. Im Falle, dass zwei parallel verlaufende Schwächungen und/oder Haltekanten 7, 8, 9, 10 auf jeder Seite der Verzahnung in der Außenfläche 15 der Wandung 3 vorgesehen sind, liegt der Abstand 24 vom Zahnauslauf 32 bis zur ersten Schwächung und/oder Haltekante in Umfangsrichtung 4 im bevorzugten Fall etwa im Bereich von 1/3 des Betrages der Wandstärke der Wandung 3 bis zum ganzen Betrag der Wandstärke der Wandung 3. Der Abstand 24' vom Zahnauslauf 32 bis zur zweiten Schwächung und/oder Haltekante in Umfangsrichtung 4 liegt im bevorzugten Fall etwa im Bereich von 2/3 des Betrages der Wandstärke der Wandung 3 bis zum doppelten Betrag der Wandstärke der Wandung 3. Falls zusätzlich noch eine weitere Schwächung 11, 12 auf der Innenfläche 14 der Wandung 3 beidseits der Verzahnung vorgesehen sind, so wird diese vorzugsweise in Umfangsrichtung 4 zwischen den beiden außen angeordneten Schwächungen und/oder Haltekanten 7, 8, 9, 10 angeordnet.
Je nach Wandstärke der Wandung 3 und den Umformschritten ist die Anzahl der Schwächungsstellen und/oder Haltekanten und ihre Lage an der Innenfläche 14 oder Außenfläche 15, der Wandung 3 festzulegen. Dabei ist eine Anordnung von Haltekanten nur an der Außenfläche 15 der Wandung 3 zu bevorzugen, da es nur während der ersten Umformstufen einfach möglich ist, einen Werkzeugkontakt zwischen Haltekante und Werkzeuggravur zu erreichen. Je nach Lage der Schweißnaht 35 in Umfangsrichtung kann es sogar genügen nur eine einzige Schwächung und/oder Haltekante vorzusehen. Da in der Regel jedoch die Zahnstange sehr hohen Belastungen standhalten muss, wird in der Regel die Wandstärke der Wandung 3 relativ dick sein müssen. Entsprechend werden bevorzugt auf jeder Seite des Teilbereiches drei Schwächungen, jeweils zwei an der Außenfläche 15 und eine an der Innenfläche 14 der Wandung 3, in das Werkstück eingebracht. Die beiden Schwächungen 7, 8 an der Außenfläche 15, die am dichtesten am Teilbereich angeordnet sind, sind dabei gleichzeitig als Haltekanten ausgelegt. Die geometrische Gestaltung der Schwächungen ist vorzugsweise so auszuführen, dass eine Entnahme des Werkstücks nach dem Umformen der Verzahnung nicht durch Hinterschneidungen behindert wird.
Schwächungen und/oder Haltekanten, die den Teilbereich 5 in Umfangsrichtung 4 abgrenzen, könnten auch winkelig zur Längsrichtung 39 verlaufen, vorzugsweise in einem Winkel von weniger als 45° zur Längsrichtung 39.
Die Verfahrensfolge zur Herstellung der Zahnstange aus einem ebenen Blech 16 ist in den Figuren 2, 3, 4 , 5 und 6 beispielhaft in ihren Hauptschritten veranschaulicht.
In einem ersten Schritt (Fig. 3) wird das ebene Blech in einem Umformwerkzeug, bestehend aus Stempel 17 und Matrize 18, in eine halbschalenförmige bzw. U-förmige Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21, 22 und einem Verbindungsabschnitt 23 der zwischen den beiden Schenkeln 19, 20 angeordnet ist, umgeformt. Im bevorzugten Fall sind die beiden Schenkel 19, 20 nicht parallel zueinander, sondern in Richtung weg vom Verbindungsabschnitt 23 sich öffnend ausgerichtet. Die Wandung 3 des Werkstück umfasst nach der Umformung eine konkave Fläche (=Innenfläche 14) und eine konvexe Fläche (=Außenfläche 15). Zur Verbesserung der Ausbildung einer kreisrunden Endform der Zahnstange 1, sind die Endstücke der beiden Schenkel 19, 20 nach der Umformung etwas abgewinkelt, derart, dass die Ebenen auf denen die beiden Schenkelenden 20, 21 liegen, sich innerhalb des vom Verbindungsabschnitt 23 und von den Schenkeln 19, 20 teilweise umschlossenen Raumes schneiden. Es ist dabei unerheblich, ob die Abwinklung der beiden Schenkelenden 20, 21 in einem vorausgehenden Umformschritt oder integriert in diesen ersten Schritt, wie er in Fig. 3 veranschaulicht ist, erfolgt ist. In der Figur 7 ist das Werkstück nach dem ersten Umformschritt in isometrischer Darstellung veranschaulicht. Der Teilbereich 5, in dem in den späteren Umformschritten die Verzahnung 6 eingebracht wird, ist durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet.
Durch die Ausrichtung der Schenkel 19, 20 wird eine gute Zugänglichkeit von Umformwerkzeugen für nachfolgende Umformoperationen gewährleistet.
Die Figur 4 veranschaulicht einen zweiten und dritten Umformschritt zur Einbringung der Schwächungen 7-12 und der Verzahnung 6. In der bevorzugten Verfahrensfolge erfolgen der zweite und dritte Umformschritt in einen Umformschritt zusammengefasst gleichzeitig in einem Umformwerkzeug. In diesem Umformschritt werden in einem weiteren Umformwerkzeug, bestehend aus Stempel 26 und Matrize 27, die Schwächungen 7, 8, 9, 10 an der Außenfläche der Wandung 3, die Schwächungen 11, 12 an der Innenseite der Wandung 3 und die Verzahnung 6 in das Bauteil eingepresst. Die geöffnete nichtparallele Ausrichtung der beiden Schenkel 19, 20 erleichtert das Einfahren des Stempels 26 an die Innenfläche 14, was einerseits die Ausformung der Verzahnung erleichtert und andererseits die Einformung der Schwächungen 11, 12 an der Innenfläche 14 der Wandung 3 ermöglicht. Insbesondere kann der Stempel 26 nach der Umformung ohne Beschädigung der Innenfläche 14 und der Schenkelenden 21, 22 aus dem Werkstück herausgefahren werden. In der Matrize 27 sind zumindest die entsprechenden Negativ-Konturen für die Schwächungen und die Verzahnung 6 ausgebildet. Im Stempel 26 sind die Negativ-Konturen für die Schwächungen und für die Innenfläche im Bereich der Verzahnung 6 ausgebildet. Die Innenfläche im Bereich der Verzahnung 6 wird dabei nach umformtechnischen Gesichtspunkten derart ausgelegt, dass die Verzahnung 6 in möglichst guter Qualität ausgebildet wird. Als Qualitätsmaßstab dient dabei insbesondere die Formabweichung und die Eigenspannungen im Werkstück. Beispielhaft hierfür ist die Innenkontur im Bereich der Verzahnung 6, wie sie in der Figur 9 dargestellt ist.
Zur Ausbildung von mindestens einer Schwächung 11, 12 an der Innenfläche 14 der Wandung 3 (im Ausführungsbeispiel sind es zwei Schwächungen 11, 12) können im Stempel 26 entsprechenden Formelemente, wie Kanten, vorgesehen sein. Mindestens eines dieser Formelemente, vorzugsweise alle, ist in Umfangsrichtung gesehen im Abstand zur Verzahnung angeordnet, liegt also nicht unterhalb derselben.
In der Figur 11 ist das umgeformte Werkstück, entsprechend der gleichen Zwischenstufe der Umformfolge, wie in Figur 4 veranschaulicht, in isometrischer Darstellung veranschaulicht. Die Schwächungen 7, 9, begrenzen den Teilbereich 5, in dem die Verzahnung 6 eingebracht ist.
In der Figur 8 ist das Werkstück nach dem erfolgten zweiten und dritten Umformschritt in Seitenansicht dargestellt.
Es ist denkbar und möglich den im Ausführungsbeispiel zusammengefassten zweiten und dritten Umformschritt in zwei oder mehr Teilschritte zu zerlegen, bei denen erst die Schwächungen und anschließend die Verzahnung eingeformt wird. Alternativ kann auch zunächst die Verzahnung und anschließend die Schwächung in das Werkstück eingebracht werden. Denkbar und möglich ist es ebenso, in einem ersten Schritt einige der Schwächungen einzubringen und im Anschluss daran die Verzahnung und daran anschließend die restlichen Schwächungen in das Werkstück einzubringen. Es können alternativ auch weniger Schwächungen in das Werkstück eingebracht werden. Die Schwächungen können auch auf andere Art und Weise als Pressen hergestellt werden. Beispielsweise können die Schwächungen durch ein Roll- oder Walzverfahren eingebracht sein.
Im nächsten Umformschritt (Fig. 5) werden die beiden Schenkel 19, 20 weiter geschlossen. Hierzu wird das Werkstück zwischen die Umformwerkzeuge 29, 30 eingelegt, die entsprechend zur Umformung geschlossen werden. Wichtig ist dabei, dass die Obermatrize 29 zumindest die Negativ-Kontur der Verzahnung besitzt. Im Verlaufe der Umformung erfolgt eine erleichterte Biegung entlang der Knicklinien 34, die durch die Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11, 12 in der Wandung 3 des Werkstücks ausgebildet sind. Die Umformspannungen, die zur Umformung der beiden Schenkel führen, können auf diese Weise nur in sehr geringem Ausmaß oder überhaupt nicht im Bereich der Verzahnung 6 eine plastische Formänderung bewirken. Geringe Reste der Umformspannungen werden durch die Reibung im Umformwerkzeug 29, das die Negativ-Kontur der Verzahnung trägt abgestützt. Dadurch kann eine weitere Umformung der Verzahnung weitgehend vermieden werden.
Die Figur 6 veranschaulicht den letzten Umformschritt, bei dem die beiden Schenkel 19, 20 in die endgültige Form der Zahnstange 1 umgeformt werden. Nach erfolgter Umformung stehen die beiden Schenkelenden 21, 22, abgesehen von einer möglichen kleinen elastischen Rückfederung, miteinander in Kontakt, der durch die im ersten Umformschritt vorzugsweise ausgebildete Abwinkelung nahezu vollflächig ist. Nachfolgend können die Schenkelenden 21, 22, bevorzugt schweißtechnisch, miteinander verbunden werden (hier nicht dargestellt). Neben dem Zusammenführen der beiden Schenkelenden 21, 22 erfolgt im letzten Umformschritt auch die endgültige Ausformung der beiden Schenkel 19, 20 in eine Kreisabschnittsform. Auch in diesem Schritt reduzieren die, durch die Schwächungen gebildeten, Knicklinien 34, das Eindringen der Umformspannungen in den Bereich der Verzahnung. Auch in diesem Schritt ist in der Obermatrize 31 die Negativ-Kontur der Verzahnung ausgebildet. Darüberhinaus sind in der Obermatrize 31 und der Untermatrize 30 die Negativ-Kontur der fertigen Zahnstange im Wesentlichen ausgebildet. Die Einschränkung im Wesentlichen betrifft dabei eine eventuelle Abweichung von der Endkontur zum Vorhalten eventuell vorhandener Rückfederungen und/oder entsprechende Materialzugaben für anschließende mechanische Bearbeitungen der Zahnstange.
Es ist offensichtlich, dass bei diesem Zusammenbiegen ein Werkzeugkontakt an der Innenfläche 14 der Wandung 3 der Zahnstange 1 im Bereich der Verzahnung nicht mehr einfach möglich ist und im gezeigten Ausführungsbeispiel auch nicht durchgeführt wird.
Wie im Beispiel dargestellt, liegt die von der Längsachse 2 weggerichtete Fläche der Verzahnung 6 während der auf die Einbringung der Verzahnung 6 bis zum Zusammenbiegen der Enden 21, 22 der Seitenschenkel 19, 20 folgenden Umformschritte in der Werkzeuggravur an. Es kann jedoch aus Gründen der Fertigungsfolge erforderlich sein, diesen Werkzeugkontakt nicht in allen folgenden Umformstufen aufrecht zu erhalten. Das ist jedoch mit Nachteilen verbunden und daher ist diese Verfahrensfolge möglichst zu vermeiden, auch wenn sie von der Erfindung mit umfasst ist.
Es ist offensichtlich, dass die beiden, in den Figuren 5 und 6 veranschaulichten, vorgenannten Umformschritte zu einem einzigen Umformschritt zusammengefasst werden können. Dies wäre dann der vierte Umformschritt bzw. der dritte Umformschritt, wenn der genannte zweite und dritte Umformschritt wie erwähnt in einem einzigen Umformschritt zusammengefasst werden.
Die Aufteilung oder Zusammenlegung der oben einzeln dargestellten Umformschritte erfolgt nach den für den Fachmann bekannten Techniken der Methodenplanung. Dabei ist es stets das Ziel, möglichst viele Umformschritte zusammenzufassen und in einem Prozessschritt in einem Werkzeug durchzuführen.
Ein Beispiel für ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens folgende Schritte umfasst:

o in einem ersten Fertigungsschritt das ebene Blech in einem ersten Umformwerkzeug 17, 18 in eine Halbschalen-Form oder U-Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21, 22, die den Enden 21, 22 gegenüberliegend durch einen Verbindungsabschnitt 23 miteinander verbunden sind, umgeformt wird,
o in einem zweiten Umformschritt eine oder mehrere Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11, 12 und/oder Haltekanten, in tangentialer Richtung 4 vom Teilbereich 5 der Wandung 3, der in einem Bereich des Verbindungsabschnittes 23 angeordnet ist, beabstandet, in Längsrichtung 2 mindestens entlang eines Teils der Länge 25 des Teilbereichs 5 verlaufend, eingeformt werden,
o in einem dritten Umformschritt in den Teilbereich 5 die Verzahnung 6 eingepresst wird und danach
o in einem oder mehreren nachfolgenden Umformschritten die Enden 21, 22 der beiden Schenkel 19, 20 unter Ausbildung eines sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Hohlraums zusammengebogen werden.

Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens folgende Schritte umfasst:

o in einem ersten Fertigungsschritt das ebene Blech in einem ersten Umformwerkzeug 17, 18 in eine Halbschalen-Form oder U-Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21, 22, die den Enden 21, 22 gegenüberliegend durch einen Verbindungsabschnitt 23 miteinander verbunden sind, umgeformt wird,
o in einem zweiten Umformschritt in den Teilbereich 5 die Verzahnung 6 eingepresst wird und
o in einem dritten Umformschritt eine oder mehrere Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11, 12, und/oder Haltekanten in tangentialer Richtung 4 vom Teilbereich der Wandung 3, der in einem Bereich des Verbindungsabschnittes 23 angeordnet ist, beabstandet, in Längsrichtung 2 mindestens entlang eines Teils der Länge 25 des Teilbereichs 5 verlaufend, eingeformt wird und danach
o in einem oder mehreren nachfolgenden Umformschritten die Enden 21, 22 der beiden Schenkel 19, 20 unter Ausbildung eines sich in Längsachse erstreckenden Hohlraums zusammengebogen werden.

Die Ausformung der Verzahnung und die Erzeugung der Schwächungen oder Haltekanten kann in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam in einem einzigen Umformschritt in einem Umformwerkzeug erfolgen.
Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens folgende Schritte umfasst:

o in einem ersten Schritt eine oder mehrere Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11, 12 und/oder Haltekanten, die einen Teilbereich 5 des ebenen Blechs 16 begrenzen eingebracht werden,
o in einem weiteren Fertigungsschritt das ebene Blech in einem ersten Umformwerkzeug 17, 18 in eine Halbschalen-Form oder U-Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21, 22, die den Enden 21, 22 gegenüberliegend durch einen Verbindungsabschnitt 23 miteinander verbunden sind, umgeformt wird,
o in einem weiteren Umformschritt, der vor der Ausbildung der U-Form, nach der Ausbildung der U-Form oder gemeinsam mit der Ausbildung der U-Form erfolgt, in den Teilbereich 5 die Verzahnung 6 eingepresst wird und danach
o in einem oder mehreren nachfolgenden Umformschritten die Enden 21, 22 der beiden Schenkel 19, 20 unter Ausbildung eines sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Hohlraums zusammengebogen werden.

Die Schwächungen sind in den in den Figuren veranschaulichten Beispielen als eingeprägte Nuten ausgebildet. Es ist alternativ denkbar und möglich die Schwächungen als Sicken, die gerollt oder gepresst sein können auszulegen. Ebenso können die Schwächungen und/oder Haltekanten durch ein spanendes Verfahren, beispielsweise Fräsen, erzeugt sein. Es ist jedoch auch denkbar und möglich die Schwächungen als Durchbrüche auszulegen. Weiter können auch Bereiche des Werkstücks weichgeglüht werden, um eine derartige Schwächung zu erreichen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die Schwächungen und/oder Haltekanten bereits in das Ausgangswerkstück, das ebene Blech 16, eingebracht. Dies kann in einfacher Weise durch eine Prägeoperation gleichzeitig mit dem Ausschneiden der Blechstücke 16 von einem Coil erfolgen. Es ist sogar denkbar und möglich die Schwächungen und/oder Haltekanten bereits beim Walzen des Blechstreifens, aus dem die Blechstücke 16 gestanzt werden, einzubringen. Im Verlaufe der übrigen Schritte des Verfahrensablaufs brauchen dann entsprechend keine zusätzlichen Schwächungen und/oder Haltekanten eingebracht werden.
Eine Zahnstange gemäß der Erfindung kann insgesamt hohl ausgebildet sein oder sie kann einen hohlen Abschnitt umfassen, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, an welchem einseitig oder beidseitig weitere, beispielsweise massive Teile angebracht sind, z. B. angeschweißt sind.
Der hohle Abschnitt der Verzahnung kann außer der gezeigten im Wesentlichen (abgesehen von dem Verzahnungsbereich) kreisringförmigen Querschnittskontur auch andere Querschnittskonturen aufweisen, beispielsweise eine quadratische oder dreiecksförmige Querschnittskontur.
Denkbar und möglich wäre es auch, mehrere Teilbereiche 5 an der Zahnstange 1 vorzusehen, die an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung 4 und/oder an verschiedenen Positionen in Längsrichtung 39 in der Wandung 3 der Zahnstange 1 ausgebildet sind, wobei die Teilbereiche 5 entsprechend der Erfindung durch Schwächungen und/oder Haltekanten abgegrenzt sind. Dabei können die verschiedenen Teilbereiche 5 Verzahnungen 6 und/oder andere Formelemente, wie beispielsweise Funktionsflächen für die Lagerung der Zahnstange im Druckstück des Lenksystems, aufweisen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 13 dargestellt. Das Formteil ist hier in Form einer zumindest abschnittsweise hohlen Stange 46 ausgebildet, welche eine Nockenkontur 40 aufweist. Die Stange 46 erstreckt sich wiederum in eine Längsrichtung 39 und besitzt eine Wandung 3, die die Längsachse 2 der Stange 46 im Querschnitt gesehen ringförmig umschließt. Die Umfangsrichtung 4 entspricht wiederum der Richtung des Verlaufs der Biegelinie der Stange 46.
Die Nockenkontur 40 ist in einem Teilbereich 5 der Stange 46 an ihrer Außenfläche 15 ausgebildet. Von der Nockenkontur 40 kann beispielsweise ein an diese durch Federkraft angedrücktes, in Figur 13 nicht dargestelltes Teil bei einer in Längsrichtung 39 der Stange erfolgenden Verschiebung der Stange 46 verschoben werden (in Richtung rechtwinklig zur Längsachse 2).
In Umfangsrichtung 4 gesehen befinden sich vor und hinter der Nockenkontur 40 wiederum in Längsrichtung 39 verlaufende Schwächungen, von denen in Figur 13 nur die auf einer Seite der Nockenkontur 40 angeordneten Schwächungen 7, 9 sichtbar sind. Weiters können wiederum bezogen auf die Längsrichtung 39 vor und hinter der Nockenkontur 40 Schwächungen angeordnet sein, die sich quer zur Längsrichtung 39 erstrecken und von denen in Figur 13 nur die Schwächung 37 sichtbar ist.
An der Innenfläche der Wandung 3 können ebenfalls wiederum Schwächungen angeordnet sein.
Die Schwächungen und statt dessen oder zusätzlich vorsehbare Haltekanten können alle bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausbildungen und Anordnungen aufweisen.
Das in Figur 13 schematisch dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel somit nur durch die Art des im Teilbereich 5 angeordneten Formelements.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 14 schematisch dargestellt, welches sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel wiederum nur durch die Art des eingebrachten Formelements unterscheidet. Dieses wird beim dritten Ausführungsbeispiel von einer in Form einer Einsenkung ausgebildeten Kulissenausnehmung 41 gebildet. Diese dient zum Zusammenwirken mit einem in Figur 14 nicht dargestellten, in die Kulissenausnehmung 41 eingreifenden Teil, welches bei der Verschiebung der Stange 47 in deren Längsrichtung 39 betätigt wird.
Die Kulissenausnehmung 41 könnte auch durch die Wandung 3 durchgehend ausgebildet sein, also eine Öffnung in der Wandung 3 bilden.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 15 schematisch im Querschnitt dargestellt. Das Formteil 48 besitzt wiederum einen inneren Hohlraum 49, der im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen aber gegenüber dem Außenraum nicht vollständig abgeschlossen ist, sondern zwischen den Enden der Schenkel 50, 51 des Formteils 48 eine Öffnung aufweist. Auch in Richtung senkrecht zur Bildebene kann der Hohlraum 49 an den Enden des Formteils 48 offen sein.
In einem Teilbereich 5 des Formteils 48 ist an der Außenfläche 15 der den Hohlraum 49 teilweise umgebenden Wandung 3 eine Oberflächenkontur 42 ausgebildet. Im Querschnitt entsprechend Figur 15 durch das Formteil 48 gesehen sind beidseitig neben der Oberflächenkontur 42 Schwächungen 7, 8 der Wandung 3 angeordnet. Diese verlaufen rechtwinklig zur Hauptformänderungs-Linie 52 in Form der Biegelinie des Formteils 48. Die linienförmig verlaufenden Schwächungen 7, 8 könnten gegenüber der Biegelinie 52 wiederum auch andere Winkel als 90° einschließen, wobei die mit der Biegelinie 52 eingeschlossenen Winkel vorzugsweise im Bereich zwischen 45 und 135° liegen.
In Richtung rechtwinklig zur Schnittebene von Figur 15 gesehen könnten vor und hinter der Oberflächenkontur 42 ebenfalls Schwächungen angeordnet sein, die beispielsweise parallel zur Biegelinie 52 liegen.
In Figur 15 ist zusammen mit dem Formteil 48 schematisch ein Werkzeug dargestellt, mit welchem der letzte Umformschritt durchgeführt worden ist und welches die Werkzeughälften 43, 45 umfasst. Die Gravur der Werkzeughälfte 43 enthält die Negativform der Oberflächenkontur 42. Weiters besitzt die Werkzeughälfte 43 Vorsprünge 53, 54, die in nutförmig ausgebildeten Schwächungen 7, 8 eingreifen. Die Schwächungen 7, 8 stellen somit gleichzeitig Haltekanten dar.
Die Werkzeughälfte 45 besitzt einen Abstützstempel 44, von dem bei der Umformung das Formteil 48 an seiner Innenfläche 14 über einen Teil des Teilbereichs 5 abgestützt wird. Weiters umfasst die Werkzeughälfte 45 Biegenasen 55, 56 zur Biegung der Schenkel 50, 51 beim Zusammenführen der Werkzeughälften 43, 45.
In der Figur 15 ist ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Lösung veranschaulicht, bei dem ein erster Bereich 57 des Formelements 42 bis zur fertigen Ausbildung des Formteils 48 zwischen den Gravuren einer oberen Werkzeughälfte 43 und dem Abstützstempel 44 einer unteren Werkzeughälfte 45 gehalten ist. Ein Randbereich 58 des Formelements 42 kann an der Innenfläche 34 des Formelements 48 jedoch wegen der ungünstigen Zugänglichkeit nicht durch den Abstützstempel gehalten werden. Durch die Erfindungsgemäße Lösung wird das Formelement 42 jedoch dennoch in hoher Qualität ausgeformt.
Anstelle der Schwächungen 7, 8 oder zusätzlich zu diesen könnten auch Schwächungen an der Innenfläche 14 des Formteils 48 vorhanden sein. Auch mehr als zwei Schwächungen 7, 8 könnten an der Außen- und/oder Innenfläche 15, 14 angeordnet sein. Anstelle von Schwächungen oder zusätzlich zu diesen könnten auch reine Haltekanten vorgesehen sein, von denen die Wandung 3 nicht geschwächt wird.
Weiter ist die erfindungsgemäße Lösung anwendbar auf Bauteile mit sehr einer großen Aspektverhältnis im Bereich des Formelements.
Es ist offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Lösung auch bei Bauteilen anwendbar ist, die mehrere Formelemente aufweisen.

Legende

zu den Hinweisziffern:

1: Zahnstange
2: Längsachse
3: Wandung
4: Umfangsrichtung
5: Teilbereich
6: Verzahnung
7: Schwächung
8: Schwächung
9: Schwächung
10: Schwächung
11: Schwächung
12: Schwächung
13: Zahn
14: Innenfläche
15: Außenfläche
16: ebenes Blech
17: Umformwerkzeug, Stempel
18: Umformwerkzeug, Matrize
19: Schenkel
20: Schenkel
21: Schenkelende
22: Schenkelende
23: Verbindungsabschnitt
24: Abstand
24': Abstand
25: Länge
26: Umformwerkzeug, Stempel
27: Umformwerkzeug, Matrize
28: Umformwerkzeug
29: Umformwerkzeug
20: Umformwerkzeug
31: Umformwerkzeug
32: Zahnauslauf
33: Prägetiefe
34: Knicklinie
35: Schweißnaht
36: Knicklinie
37: Haltekante
38: Bogen
39: Längsrichtung
40: Nockenkontur
41: Kulissenausnehmung
42: Oberflächenkontur
43: Werkzeughälfte
44: Abstützstempel
45: Werkzeughälfte
46: Stange
47: Stange
48: Formteil
49: Hohlraum
50: Schenkel
51: Schenkel
52: Hauptformänderungs-Linie, Biegelinie
53: Vorsprung
54: Vorsprung
55: Biegenase
56: Biegenase
57: erster Bereich
58: Randbereich
α: Winkel

Claims

Formteil, welches aus einem ebenen Blech (16) hergestellt ist, und das zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet ist und in seinem hohlen Bereich eine den Hohlraum (49) des Formteils zumindest teilweise umgebende Wandung (3) umfasst, die in mindestens einem Teilbereich (5) ein Formelement (6, 40, 41, 42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung einer Biegelinie (52) des Formteils vom Formelement (6, 40, 41, 42) beabstandet mindestens eine lokale Schwächung (7-12) und/oder Haltekante an der Außenfläche (15) der Wandung (3) ausgebildet ist, die sich winklig zur Biegelinie (52) zumindest über einen Teil der Ausdehnung des Formelements (6, 40, 41, 42) neben diesem erstreckt, wobei nach der Einbringung des Formelements (6, 40, 41, 42) in einen Teilbereich (5) des Blechs (16) mindestens eine weitere Umformung des Blechs (16), welche eine Biegung des Formteils darstellt oder umfasst, durchgeführt worden ist, wobei die jeweilige eingebrachte Schwächung (7-12) und/oder Haltekante einer weiteren unkontrollierten Verformung des Formteils im Teilbereich (5) entgegengewirkt hat.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt parallel zur Biegelinie (52) gesehen beiderseits des Formelements (6, 40, 41, 42) zumindest eine Schwächung (7, 8) oder Haltekante vorgesehen ist und/oder dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) und/oder Haltekante rechtwinklig zur Biegelinie (52) ausgerichtet ist.
Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) oder Haltekante durch eine Einpressung an mindestens einer Fläche (14, 15) der Wandung (3) erzeugt ist und/oder dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) oder Haltekante durch eine gerollte Sicke in der Wandung (3) erzeugt ist.
Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) an der Innenfläche (14) der Wandung (3) angeordnet ist.
Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche (15) der Wandung (3) beidseitig des Formelements (6, 40, 41, 42) jeweils zwei Schwächungen (7, 8, 9 , 10) angeordnet sind.
Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (6, 40, 41, 42) eine Oberflächenkontur der Wandung oder eine Ausnehmung in der Wandung (3) ist.
Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Formteil in eine Längsrichtung (39) erstreckt und die Biegelinie (52) rechtwinklig zur Längsrichtung (39) verläuft.
Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schwächung (7-12) und/oder Haltekante einen linienförmigen Verlauf aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines hohlen Abschnitts eines Formteils oder eines hohlen Formteils aus einem ebenen Blech (16), wobei das Blech derart umgeformt wird, dass es eine den Hohlraum (49) des Formteils zumindest teilweise umgebende Wandung (3) bildet, welche in mindestens einem Teilbereich (5) ein Formelemente (6, 40, 41, 42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Blech (16) an der Außenfläche (15) der Wandung (3) eine oder mehrere Schwächungen (7-12) und/oder Haltekanten in Richtung einer Biegelinie (52) vom bereits eingebrachten oder noch einzubringenden Formelement (6, 40, 41, 42) beabstandet eingeformt werden, die sich winklig zur Biegelinie (52) zumindest über einen Teil der Ausdehnung des bereits eingebrachten oder noch einzubringenden Formelements (6, 40, 41, 42) neben diesem erstrecken und nach der Einbringung des mindestens einen Formelements in einen Teilbereich (5) des Blechs (16) mindestens eine weitere Umformung des Blechs (16), welche eine Biegung des Formteils darstellt oder umfasst, durchgeführt wird, wobei die jeweilige eingebrachte Schwächung (7-12) und/oder Haltekante einer weiteren unkontrollierten Verformung des Formteils im Teilbereich (5) entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Schwächungen (7-12) und/oder Haltekanten vor mindestens einem nachfolgenden Umformschritt eingeformt werden, in welchem das ebene Blech (16) in eine gebogene Form gebracht wird oder das bereits in eine gebogene Form gebrachte Blech in eine andere gebogene Form gebracht wird und/oder dass ein oder mehrere Schwächungen (7 - 12) und/oder Haltekanten in das ebene Blech eingeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der auf die Einbringung des Formelements (6, 40, 41, 42) folgenden Umformschritte das Formelement (6, 40, 41, 42) in der Matritze eines Umformwerkzeuges (27, 29, 31, 43, 45) zumindest an der Außenfläche (15) abgestützt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Blech (16) in einem ersten Umformwerkzeug (17, 18) in eine Halbschalenform oder U-Form, umfassend zwei Schenkel (19, 20), die durch einen Verbindungsabschnitt (23) miteinander verbunden sind und jeweils ein vom Verbindungsabschnitt abgelegenes Ende (21, 22) aufweisen, umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass danach mindestens ein weiterer Umformschritt durchgeführt wird, in welchem die Enden (21, 22) der beiden Schenkel (19, 20) näher zueinander gebracht oder zusammengebracht werden und in welchem die mindestens eine Schwächung (7-12) und/oder Haltekante bereits eingebracht ist.