WO2000012245A1 - Verfahren zum herstellen einer zahnstange und prägevorrichtung zum durchführen des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer zahnstange und prägevorrichtung zum durchführen des verfahrens Download PDF

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WO2000012245A1
WO2000012245A1 PCT/EP1999/006136 EP9906136W WO0012245A1 WO 2000012245 A1 WO2000012245 A1 WO 2000012245A1 EP 9906136 W EP9906136 W EP 9906136W WO 0012245 A1 WO0012245 A1 WO 0012245A1
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rack
another
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plane
blank
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PCT/EP1999/006136
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Alfred Brenner
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Zf Lenksysteme Gmbh
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21K1/767—Toothed racks
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49462—Gear making
    • Y10T29/49467—Gear shaping
    • Y10T29/49474—Die-press shaping

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a blank for a rack for rack and pinion steering of motor vehicles and an embossing device for performing the method.
  • Such a method is partly the subject of the older German patent application 197 26 697.5.
  • a method for manufacturing a rack is described.
  • the blank for the production of this toothed rack has a shape deviating from a circular cylinder, at least in the area of its toothing.
  • Such a blank has hitherto been able to be produced, for example, by a machining process, by extrusion molding or by another metal-forming process. With such a metal-forming manufacturing process, greater strain hardening could occur in the blank in various areas. Such strain hardening, however, makes subsequent chipless forming processes considerably more difficult.
  • a remedy was possible by switching additional annealing processes between the individual forming processes. However, such heat treatment processes mean an interruption in the cold forming from the starting material via the blank to the finished rack.
  • the invention is based on the object of producing a blank for a toothed rack in such a way that, particularly in the region of the toothing of the toothed rack to be subsequently produced, only a slight strain hardening occurs.
  • This area is of such great importance because large flow movements of the material occur here in the subsequent forming process, for example a tumbling process. Overall, the manufacturing costs are to be greatly reduced by the method.
  • a starting material with an essentially circular cross section is inserted between the shaping tools in a first step.
  • at least one force is exerted on at least one of the molding tools in at least one direction, through which the molding tools move relative to one another.
  • the starting material can be molded into those areas of the blank that undergo major deformations in the course of the production of the toothed rack without major strain hardening.
  • An additional advantage of this method is that a blank shape can be achieved in a simple manner, with which burr formation is avoided in a subsequent forming process, in particular in a wobble process.
  • the embossing device characterized in claim 10 is used to carry out this method.
  • This device contains at least three molds movable relative to one another, one of which is fixed, while the other two are movable relative to one another and to the fixed mold.
  • Two of the shaping tools have effective surfaces which are inclined towards one another and which lie symmetrically to a plane of symmetry of the toothed rack. This plane of symmetry is perpendicular to the later toothing of the rack and contains the longitudinal axis of the rack.
  • the third of the molding tools has an effective surface that is perpendicular to the plane of symmetry of the rack mentioned.
  • a blank for a toothed rack can be produced using the method according to the invention, without greater friction forces having to be overcome during forming from the starting material and without excessive strain hardening occurring in critical areas.
  • a convex or concave longitudinal profile can be worked into the starting material at least in the axial region of the toothed rack teeth on the circumference of the blank, which serves to support wobble moments during further process steps.
  • the blank is given two surfaces which are arranged essentially symmetrically to one another in the toothing region of the toothed rack and which can be flat or curved.
  • the longitudinal profile can have different cross sections, such as a segment of a circle, a rectangle, a triangle or a combination of these elements.
  • the stationary molding tool can either be one of the two molding tools arranged symmetrically to the plane of symmetry or the molding tool, the effective surface of which is perpendicular to the plane of symmetry of the rack. If the two movable shaping tools are arranged symmetrically to the plane of symmetry of the rack, these two shaping tools are expediently each subjected to the same force and the same speed in a direction perpendicular to the plane of symmetry of the rack.
  • the molding tool whose effective surface is perpendicular to the plane of symmetry of the rack, belongs to the two moving molding tools
  • this molding tool is coupled to the other molding tool in such a way that it moves at half the speed of the other movable molding tool.
  • the plane of symmetry of the toothed rack remains unchanged in its position relative to the molding tool, the effective surface of which is perpendicular to the plane of symmetry. Since this form tool expediently contains the counterpart to the concave or convex longitudinal profile of the blank, this longitudinal profile always remains in the plane of symmetry of the rack.
  • Figure 1 shows the embossing device according to the invention in a schematic representation in its initial position.
  • FIG. 2 shows the embossing device according to FIG. 4 in a position which corresponds to the end of the production process
  • Fig. 3 shows three embodiments of a blank produced by the method according to the invention for a rack in cross section
  • Fig. 6 is a perspective view of the blank.
  • the embossing device contains three molds 1, 2 and 3 that can be moved relative to one another.
  • One of the molds, in this case the mold 1, is fixed.
  • the other two molding tools 2 and 3 are movable relative to one another and to the mold 1.
  • the molds 1 and 2 have effective surfaces 4 and 5 which are inclined relative to one another and which are symmetrical to one another with respect to a plane of symmetry 6.
  • the plane of symmetry 6 belongs to a starting material 7 which has an essentially circular cross section.
  • the plane of symmetry 6 is defined in such a way that it lies perpendicular to the toothing of the later toothed rack formed from the starting material 7.
  • the plane of symmetry 6 contains the longitudinal axis of the starting material 7 and thus the later rack.
  • the molding tool 3 has an effective surface 8 which is perpendicular to the plane of symmetry 6.
  • a convex longitudinal profile 9 is formed on the effective surface 8 of the molding tool 3.
  • the longitudinal profile 9 has an approximately semicircular cross section in the exemplary embodiment.
  • the cross section can be formed with the same effect by a triangle, a rectangle or a combination of all of these shapes.
  • the two molding tools 2 and 3 which are movable relative to one another are coupled to one another in such a way that the molding tool 3 can be moved at half the speed of the molding tool 2 during the actual shaping process.
  • the actual forming process begins as soon as the effective surface 4 comes into contact with the outer contour of the starting material 7.
  • the starting material 7 with an essentially circular cross section is inserted into the embossing device between the molding tools 1, 2 and 3.
  • a force is exerted on the molding tool 2 in the direction of the arrow 11.
  • the molding tool 3, which is coupled to the molding tool 2 in the manner described above, is moved in such a way that the starting material 7 receives a shape deviating from a circular cylinder at least in an axial region 12.
  • the axial region 12 is located in FIG. 6 where the toothing of a rack made from the blank 10 lies.
  • a concave longitudinal profile 13 is expediently incorporated into the starting material 7 by the convex longitudinal profile 9.
  • the longitudinal profile 13 is expediently in the blank 10 in the plane of symmetry 6, on the side opposite the later toothing of the rack.
  • the plane of symmetry 6 is shifted half the way of the molding tool 2 in the direction of the molding tool 1.
  • the toothed rack is formed from the blank 10 by tumbling.
  • the longitudinal profile 13 is worked into the blank 10 in order to ling 10 during the wobble forging against the wobble moments.
  • the blank can also have two or more correspondingly smaller longitudinal profiles.
  • the blank 10 receives at least in the toothing region of the rack two substantially symmetrically arranged, mutually inclined flats 14 and 15, which originate from the mutually inclined effective surfaces 4 and 5 of the molding tools 2 and 1. If the effective surfaces 4 and 5 are not formed flat, but with different partial surfaces which are at an angle to one another, the flattened portions 14 and 15 are given polygon-like surfaces. Likewise, the flats 14 and 15 can be made slightly spherical.
  • the effective surfaces 4 and 5 likewise do not have any flat surfaces, but are curved.
  • the blank 10A receives two constrictions 16 and 17 which are arranged essentially symmetrically to one another and which are expediently limited to the toothing region of the future toothed rack.
  • the angle between the flats 14 and 15 and the plane of symmetry 6 is expediently in a range between 12 degrees and 30 degrees, in particular in the range of 20 plus / minus 5 degrees. These values also apply if the flats 14 and 15 are not as flat surfaces but as polygon-like surfaces or as constrictions 16 and 17 are executed. In these cases, the ranges apply to the averaged angles.
  • the longitudinal profile 13 is concave.
  • the longitudinal profile 13 is designed as a circular segment, in Fig. 4 as a triangular cross-section.
  • Fig. 5 shows a rack blank 10B, the longitudinal profile of which is convex, so that the blank receives a so-called Y cross-section.
  • the molding tools 1, 2 and 3 have the same design as in the exemplary embodiment described so far. Only the coupling of the two molding tools that can be moved relative to one another and to the third molding tool is different.
  • the molds 1 and 2 are connected to each other so that they are move in the opposite direction towards the plane of symmetry 6. In this case, the mold 3 is fixed.

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings (10) für eine Zahnstange für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen weist folgende Schritte auf: In einem ersten Schritt wird ein Ausgangsmaterial (7) mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in eine Prägevorrichtung eingelegt, die wenigstens drei relativ zueinander bewegliche Formwerkzeuge (1, 2, 3) enthält. In einem zweiten Schritt wird auf wenigstens eines der Formwerkzeuge (1, 2, 3) wenigstens eine Kraft in wenigstens einer Richtung ausgeübt, durch die sich die Formwerkzeuge (1, 2, 3) relativ zueinander bewegen, so daß das Ausgangsmaterial (7) in den Rohling (10) für die Zahnstange umgeformt wird. Der Rohling (10) erhält wenigstens in dem axialen Bereich der Verzahnung der zukünftigen Zahnstange eine von einem Kreiszylinder abweichende Form. Mit diesem Verfahren wird ein Teil des Werkstoffes des Ausgangsmaterials einseitig aus der Mitte in den zukünftigen Verzahnungsbereich verdrängt, ohne daß in diesem Bereich eine starke Kaltverfestigung entsteht. Dadurch werden nachfolgende Fertigungsprozesse erleichtert.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange und Prägevorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings für eine Zahnstange für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen und eine Prägevorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist teilweise Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung 197 26 697.5. In dieser Patentanmeldung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange beschrieben. Der Rohling für die Herstellung dieser Zahnstange hat wenigstens im Bereich von deren Ver- zahnung eine von einem Kreiszylinder abweichende Form. Ein solcher Rohling konnte bisher beispielsweise durch ein spanabhebendes Verfahren, durch Fließpressen oder durch ein anderes umformtechnisches Verfahren hergestellt werden. Bei einem solchen umformtechnischen Herstellverfahren konnten in dem Rohling in verschiedenen Bereichen größere Kaltverfestigungen auftreten. Durch eine solche Kaltverfestigung werden jedoch nachfolgende spanlose Umformprozesse erheblich erschwert. Eine Abhilfe war dadurch möglich, daß zwischen die einzelnen Umformprozesse zusätzliche Glühprozesse eingeschaltet werden. Derartige Wärmebehandlungsprozesse bedeuten jedoch eine Unterbrechung in der Kaltumformung von dem Ausgangsmaterial über den Rohling zu der fertigen Zahnstange .
Eine Weiterbearbeitung in einem spanlosen Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE 32 02 254 C2. Bei diesem Verfahren wird aus einem zylindrischen Ausgangsmaterial zwischen einem Ober- und einem Unterwerkzeug eine Zahnstange durch Taumelschmieden hergestellt. Auch bei diesem Verfahren können im Bereich der Verzahnung der Zahnstange Kaltverfestigungen auftreten, die die Herstellung der Zahnstange erschweren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohling für eine Zahnstange derart herzustellen, daß - vor allem im Bereich der nachfolgend herzustellenden Verzahnung der Zahnstange - nur eine geringe Kaltverfestigung auf- tritt. Dieser Bereich ist deshalb von so großer Bedeutung, weil hier bei dem nachfolgenden Umformprozeß, beispielsweise einem Taumelprozeß, große Fließbewegungen des Materials auftreten. Durch das Verfahren sollen insgesamt die Herstellkosten stark reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren und durch die im Anspruch 10 gekennzeichnete Prägevorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Rohlings für eine Zahnstange wird unter Verwendung einer Prägevorrichtung mit wenigstens drei relativ zueinander beweglichen Formwerkzeugen in einem ersten Schritt ein Ausgangsmaterial mit im wesentlichen kreisförmigem Quer- schnitt zwischen die Formwerkzeuge eingelegt. In einem zweiten Schritt wird dann auf wenigstens eines der Formwerkzeuge wenigstens eine Kraft in wenigstens einer Richtung ausgeübt, durch die sich die Formwerkzeuge relativ zueinander bewegen. Dadurch wird das Ausgangsmaterial in einen Rohling für die Zahnstange umgeformt, der wenigstens im axialen Bereich der Zahnstangenverzahnung eine von einem Kreiszylinder abweichende Form erhält. Durch die Einleitung einer Kraft in wenigstens eines der drei relativ zueinander beweglichen Formwerkzeuge kann das Ausgangsmaterial ohne größere Kaltverfestigung in diejenigen Bereiche des Rohlings geformt werden, die im weiteren Verlauf der Herstellung der Zahnstange größere Verformungen erfahren. Ein zu- sätzlicher Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß auf einfache Weise eine Rohlingsform erreicht werden kann, mit der bei einem nachfolgenden Umformprozeß, insbesondere bei einem Taumelverfahren, eine Gratbildung vermieden wird.
Zum Durchführen dieses Verfahrens dient die im Anspruch 10 gekennzeichnete Prägevorrichtung. Diese Vorrichtung enthält wenigstens drei relativ zueinander bewegliche Formwerkzeuge, von denen eines fest steht, während die anderen beiden relativ zueinander und zu dem feststehenden Formwerkzeug bewegbar sind. Zwei der Formwerkzeuge weisen gegeneinander geneigte, wirksame Flächen auf, die symmetrisch zu einer Symmetrieebene der Zahnstange liegen. Diese Symmetrieebene steht senkrecht zu der späteren Verzahnung der Zahnstange und enthält die Längsachse der Zahnstange. Das dritte der Formwerkzeuge weist eine wirksame Fläche auf, die senkrecht zu der genannten Symmetrieebene der Zahnstange liegt.
Mit einer solchen Prägevorrichtung kann unter Verwen- düng des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Rohling für eine Zahnstange hergestellt werden, ohne daß beim Umformen aus dem Ausgangsmaterial größere Reibkräfte zu überwinden wären und ohne daß in kritischen Bereichen eine zu starke Kaltverfestigung auftreten würde.
Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 und der Prägevorrichtung in den Unteransprüchen 11 bis 13 enthalten. So kann während des zweiten Verfahrensschrittes in das Ausgangsmaterial wenigstens in dem axialen Bereich der Zahnstangenverzahnung am Umfang des Rohlings außerhalb der Verzahnung ein konvexes oder konkaves Längsprofil eingearbei- tet werden, das während weiterer Verfahrensschritte zum Abstützen von Taumelmomenten dient. Während des zweiten Verfahrensschrittes erhält der Rohling im Verzahnungsbereich der Zahnstange zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Flächen, die eben oder gewölbt sein können. Das Längsprofil kann unterschiedliche Querschnitte aufweisen, wie beispielsweise ein Kreissegment, ein Rechteck, ein Dreieck oder eine Kombination aus diesen Elementen.
Bei der Prägevorrichtung ist es vorteilhaft, wenn nur eines der drei Formwerkzeuge feststeht. Dabei kann das feststehende Formwerkzeug entweder eines der beiden symmetrisch zu der Symmetrieebene angeordneten Formwerkzeuge sein oder das Formwerkzeug, dessen wirksame Fläche senk- recht zu der Symmetrieebene der Zahnstange steht. Sind die beiden bewegbaren Formwerkzeuge die symmetrisch zu der Symmetrieebene der Zahnstange angeordneten, so werden diese beiden Formwerkzeuge zweckmäßigerweise jeweils mit der gleichen Kraft und der gleichen Geschwindigkeit in einer Richtung senkrecht zu der Symmetrieebene der Zahnstange beaufschlagt. Gehört dagegen das Formwerkzeug, dessen wirksame Fläche senkrecht zu der Symmetrieebene der Zahnstange liegt, zu den beiden bewegten Formwerkzeugen, so wird dieses Formwerkzeug derart mit dem anderen Formwerkzeug gekop- pelt, daß es sich mit der halben Geschwindigkeit des anderen bewegbaren Formwerkzeuges bewegt. In beiden Fällen wird dadurch erreicht, daß die Symmetrieebene der Zahnstange in ihrer Lage gegenüber dem Formwerkzeug, dessen wirksame Fläche senkrecht zu der Symmetrieebene liegt, unverändert bleibt. Da in diesem Formwerk- zeug zweckmäßigerweise das Gegenstück zu dem konkaven bzw. konvexen Längsprofil des Rohlings enthalten ist, so bleibt dieses Längsprofil stets in der Symmetrieebene der Zahnstange .
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Prägevorrichtung in schematischer Darstellung in ihrer Ausgangsstellung;
Fig. 2 die Prägevorrichtung nach Fig. 4 in einer Stellung, die dem Ende des Herstellungsverfahrens entspricht;
Fig. 3 drei Ausführungsbeispiele eines nach dem bis 5 erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohlings für eine Zahnstange im Querschnitt und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Rohlings.
Die erfindungsgemäße Prägevorrichtung enthält drei relativ zueinander bewegbare Formwerkzeuge 1, 2, und 3. Eines der Formwerkzeuge, in diesem Fall das Formwerkzeug 1, steht fest. Die beiden anderen Formwerkzeuge 2 und 3 sind relativ zueinander und zu dem Formwerkzeug 1 bewegbar. Die Formwerkzeuge 1 und 2 weisen gegeneinander geneigte, wirksame Flächen 4 und 5 auf, die symmetrisch zueinander in bezug auf eine Symmetrieebene 6 liegen. Die Symmetrieebe- ne 6 gehört zu einem Ausgangsmaterial 7, das einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Symmetrieebene 6 ist derart definiert, daß sie senkrecht zu der Verzahnung der aus dem Ausgangsmaterial 7 geformten, späteren Zahnstange liegt. Außerdem enthält die Symmetrieebene 6 die Längsachse des Ausgangsmaterial 7 und damit der späteren Zahnstange. Das Formwerkzeug 3 weist eine wirksame Fläche 8 auf, die senkrecht zu der Symmetrieebene 6 steht.
An der wirksamen Fläche 8 des Formwerkzeuges 3 ist ein konvexes Längsprofil 9 ausgebildet. Das Längsprofil 9 besitzt in dem Ausführungsbeispiel einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt. Der Querschnitt kann jedoch mit gleicher Wirkung durch ein Dreieck, ein Rechteck oder eine Kombination aus allen diesen Formen gebildet sein.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sind die beiden relativ zueinander bewegbaren Formwerkzeuge 2 und 3 derart miteinander gekoppelt, daß das Formwerkzeug 3 während des eigentlichen Umformprozesses mit der halben Ge- schwindigkeit des Formwerkzeuges 2 bewegbar ist. Der eigentliche Umformprozeß beginnt dann, sobald die wirksame Fläche 4 mit der Außenkontur des Ausgangsmaterials 7 in Kontakt kommt.
In Fig. 2 ist das Ende des Umformprozesses dargestellt. Sowohl das Formwerkzeug 2 als auch das Formwerkzeug 3 befinden sich in ihrer jeweiligen Endstellung, in der aus dem Ausgangsmaterial 7 ein Rohling 10 geformt ist. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Rohlings für eine Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge unter Verwendung der oben beschriebenen Prägevorrichtung beschrieben.
In einem ersten Schritt wird das Ausgangsmaterial 7 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt in die Prägevorrichtung zwischen die Formwerkzeuge 1, 2 und 3 eingelegt. In einem zweiten Schritt wird auf das Formwerkzeug 2 eine Kraft in der Richtung des Pfeiles 11 ausgeübt. Dabei wird das Formwerkzeug 3, das in der oben beschriebenen Art mit dem Formwerkzeug 2 gekoppelt ist, derart bewegt, daß das Ausgangsmaterial 7 wenigstens in einem axialen Bereich 12 eine von einem Kreiszylinder abweichende Form er- hält. Der axiale Bereich 12 befindet sich in der Fig. 6 dort, wo bei einer aus dem Rohling 10 hergestellten Zahnstange deren Verzahnung liegt.
Während des zweiten Schrittes wird zweckmäßigerweise in das Ausgangsmaterial 7 durch das konvexe Längsprofil 9 ein konkaves Längsprofil 13 eingearbeitet. Das Längsprofil 13 befindet sich in dem Rohling 10 zweckmäßigerweise in der Symmetrieebene 6, und zwar an der Seite, die der späteren Verzahnung der Zahnstange gegenüberliegt. Bei diesem zweiten Verfahrensschritt wird die Symmetrieebene 6 um den halben Weg des Formwerkzeuges 2 in Richtung auf das Formwerkzeug 1 verschoben.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der nicht Gegen- stand dieser Anmeldung ist, wird die Zahnstange durch Taumelschmieden aus dem Rohling 10 umgeformt. Das Längsprofil 13 ist in den Rohling 10 eingearbeitet, um den Roh- ling 10 während des Taumelschmiedens gegenüber den Taumelmomenten abstützen zu können.
Anstelle des einen Längsprofils 13 kann der Rohling auch zwei oder mehr entsprechend kleinere Längsprofile aufweisen.
Bei dem zweiten Verfahrensschritt erhält der Rohling 10 wenigstens im Verzahnungsbereich der Zahnstange zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete, zueinander geneigte Abflachungen 14 und 15, die von den zueinander geneigten wirksamen Flächen 4 und 5 der Formwerkzeuge 2 und 1 herrühren. Werden die wirksamen Flächen 4 und 5 nicht eben ausgebildet, sondern mit verschiedenen Teilflächen, die unter einem Winkel zueinander stehen, so erhalten die Abflachungen 14 und 15 polygonartige Oberflächen. Ebenso können die Abflachungen 14 und 15 leicht ballig ausgebildet werden.
Bei der Ausführungsform des Rohlings 10A nach Fig. 4 besitzen die wirksamen Flächen 4 und 5 ebenfalls keine ebenen Flächen, sondern sind gewölbt ausgebildet. Dadurch erhält der Rohling 10A zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Einschnürungen 16 und 17, die zweckmä- ßigerweise auf den Verzahnungsbereich der zukünftigen Zahnstange beschränkt sind.
Der Winkel zwischen den Abflachungen 14 und 15 und der Symmetrieebene 6 liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich zwischen 12 Grad und 30 Grad, insbesondere im Bereich von 20 plus/minus 5 Grad. Diese Werte gelten auch dann, wenn die Abflachungen 14 und 15 nicht als ebene Flächen sondern als polygonartige Oberflächen oder als Einschnürungen 16 und 17 ausgeführt sind. In diesen Fällen gelten die Bereiche für die gemittelten Winkel.
In den Ausführungsformen des Rohlings nach den Fig. 3 und 4 ist das Längsprofil 13 jeweils konkav ausgebildet. In Fig. 3 ist das Längsprofil 13 als Kreissegment, in Fig. 4 als Dreieck-Querschnitt ausgebildet.
Fig. 5 zeigt einen Zahnstangen-Rohling 10B, dessen Längsprofil konvex ausgebildet ist, so daß der Rohling einen sogenannten Y-Querschnitt erhält.
Wesentlich bei allen Rohlingsformen ist, daß in dem Verzahnungsbereich der zukünftigen Zahnstange ausreichend viel Material vorhanden ist, um die Umformung der Verzahnung zu erleichtern. Das Ausgangsmaterial 7 wird deshalb nahezu ohne Kaltverfestigung derart umgeformt, daß Werkstoff aus der Mitte primär in den Verzahnungsbereich verdrängt wird. Dadurch ergibt sich der in den Fig. 3 bis 5 dargestellte, von der Kreisform abweichende Querschnitt der Rohlinge 10, 10A, 10B.
Andere Variationen und Kombinationen von unterschiedlichen Längsprofilen 13, Abflachungen 14, 15 und Ein- schnürungen 16, 17 liegen im Rahmen der Erfindung.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Prägevorrichtung sind die Formwerkzeuge 1, 2 und 3 gleich ausgebildet wie bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Le- diglich die Koppelung der beiden relativ zueinander und zu dem dritten Formwerkzeug bewegbaren Formwerkzeuge ist eine andere. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Formwerkzeuge 1 und 2 derart miteinander verbunden, daß sie sich gegenläufig in Richtung auf die Symmetrieebene 6 zubewegen. In diesem Fall steht das Formwerkzeug 3 fest.
Anstelle einer Koppelung der beiden Formwerkzeuge 2 und 3 bzw. 1 und 2 können zwei unabhängig voneinander wirkende Kräfte auf die beiden Formwerkzeuge aufgebracht werden.
Für das Verfahren spielt es keine Rolle, welche der beiden Formwerkzeuge sich relativ zueinander und zu dem dritten feststehenden Formwerkzeug bewegen.
Bezugs zeichen
1 Formwerkzeug
2 Formwerkzeug
3 Formwerkzeug
4 wirksame Fläche
5 wirksame Fläche
6 Symmetrieebene
7 Ausgangsmaterial
8 wirksame Fläche
9 Längsprofil
10 Rohling
11 Pfeil
12 axialer Bereich
13 Längsprofil
14 Abflachung
15 Abflachung
16 Einschnürung
17 Einschnürung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen eines Rohlings für eine Zahnstange für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen, unter Verwendung einer Prägevorrichtung mit wenigstens drei relativ zueinander beweglichen Formwerkzeugen (1, 2, 3), mit folgenden Schritten: in einem ersten Schritt wird ein Ausgangsmaterial (7) mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt zwischen die Formwerkzeuge (1, 2, 3) eingelegt; in einem zweiten Schritt wird auf wenigstens eines der Formwerkzeuge (1, 2, 3) wenigstens eine Kraft in wenigstens einer Richtung ausgeübt, durch die sich die Formwerkzeuge (1, 2, 3) relativ zueinander bewegen, so daß das Ausgangsmaterial (7) in den Rohling (10) für die Zahnstange umgeformt wird, der wenigstens in dem axialen Bereich der Zahnstangenverzahnung eine von einem Kreiszylinder abweichende Form erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß während des zweiten Schrittes in das Ausgangsmaterial (7) wenigstens in dem axialen Bereich der Zahnstangenverzahnung am Umfang des Rohlings (10) au- ßerhalb der Verzahnung ein konvexes oder konkaves Längsprofil (13) eingearbeitet wird, das während weiterer Verfahrensschritte zum Abstützen von Bearbeitungsmomenten dient.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da- durch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rohling (10) während des zweiten Schrittes wenigstens in einem axialen Bereich (12) der Verzahnung der zukünftigen Zahnstange wenigstens zwei im wesentlichen symmetrisch zueinan- der angeordnete, zueinander geneigte Abflachungen (14, 15) erhält .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da- durch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rohling (10) während des zweiten Schrittes wenigstens in einem axialen Bereich (12) der Verzahnung der zukünftigen Zahnstangen wenigstens zwei im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnete Einschnürungen (16, 17) seines Quer- Schnittes erhält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längsprofil (13) während des zweiten Schrittes einen kreissegmentförmigen Querschnitt erhält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längsprofil (13) während des zweiten Schrittes einen rechteckigen Quer- schnitt erhält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längsprofil (13) während des zweiten Schrittes einen dreieckförmigen Quer- schnitt erhält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längsprofil (13) während des zweiten Schrittes einen Querschnitt erhält, der sich aus einer Kombination der Elemente Kreissegment, Rechteck und Dreieck zusammensetzt.
9. Prägevorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: die Prägevorrichtung enthält wenigstens drei relativ zueinander bewegbare Formwerkzeuge (1, 2, 3), eines der Formwerkzeuge (1, 2, 3) steht fest, die beiden anderen sind relativ zueinander und zu dem einen Formwerkzeug bewegbar, zwei der Formwerkzeuge (1, 2, 3) weisen gegeneinander geneigte, wirksame Flächen (4, 5) auf, die symmetrisch zu einer Symmetrieebene (6) der späteren Zahnstange liegen, wobei die Symmetrieebene (6) senkrecht zu der Verzahnung der späteren Zahnstange steht und die Längsachse der Zahnstange enthält, - das dritte der Formwerkzeuge (1, 2, 3) weist eine wirksame Fläche (8) auf, die senkrecht zu der genannten Symmetrieebene (6) der Zahnstange steht.
10. Prägevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , daß die beiden relativ zueinander und zu dem einen Formwerkzeug bewegbaren Formwerkzeuge (1, 2, 3) diejenigen Formwerkzeuge (1, 2) sind, deren wirksame Flächen (4, 5) symmetrisch zu der Symmetrieebene (6) der Zahnstange liegen und daß diese Formwerkzeu- ge (1, 2) im wesentlichen senkrecht zu der Symmetrieebene (6) der Zahnstange bewegbar sind.
11. Prägevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eines der beiden relativ zueinander und zu dem einen Formwerkzeug bewegbaren Formwerkzeuge (1, 2, 3) eines der beiden Formwerkzeuge (1, 2, 3) ist, deren wirksame Flächen (4, 5) symmetrisch zu der Symmetrieebene (6) der Zahnstange liegen und das andere der beiden relativ zueinander und zu dem einen Formwerkzeug bewegbaren Formwerkzeuge (1, 2, 3) dasjenige Formwerkzeug (3) ist, dessen wirksame Fläche (8) senkrecht zu der genannten Symmetrieebene (6) der Zahnstange steht.
12. Prägevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden relativ zueinander und zu dem einen Formwerkzeug (1) bewegbaren Formwerkzeuge (2, 3) derart miteinander gekoppelt sind, daß dasje- nige Formwerkzeug (3), dessen wirksame Fläche (8) senkrecht zu der genannten Symmetrieebene (6) der Zahnstange liegt, mit der halben Geschwindigkeit des anderen bewegbaren Formwerkzeuges (2) bewegbar ist.
13. Prägevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis
12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Winkel zwischen den gegeneinander geneigten, wirksamen Flächen (4, 5) der beiden Formwerkzeuge (1, 2) und der Symmetrieebene (6) in einem Bereich zwischen 12 Grad und 30 Grad liegt. , insbesondere im Bereich von 20 plus/minus 5 Grad
14. Prägevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Winkel zwischen den gegeneinander geneigten, wirksamen Flächen (4, 5) der bei- den Formwerkzeuge (1, 2) und der Symmetrieebene (6) in einem Bereich von 20 plus/minus 5 Grad liegt.
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