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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zahnstangen, welche einen Verzahnungsabschnitt und einen von diesem in Axialrichtung beabstandeten Kugelgewindeabschnitt aufweisen, wobei der Verzahnungsabschnitt und der Kugelgewindeabschnitt nacheinander hergestellt werden.
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Eine derartige Vorgehensweise ist bei der Herstellung von Zahnstangen für Kraftfahrzeuglenkungen gebräuchlich. Herstellungsverfahren für Zahnstangen von Kraftfahrzeuglenkungen sind aus
DE 103 41 156 A1 und
DE 10 2004 049 365 A1 bekannt.
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Im Zuge der immer höheren Qualitätsanforderungen an Kraftfahrzeuge und deren Lenkungen stellt sich bei in herkömmlicher Art und Weise hergestellten Zahnstangen das Problem, dass das Reib- und Querkraftverhalten um die Mittellage, d. h. die Geradeausstellung der Lenkung geringfügig variiert, was zwar nicht am einzelnen Fahrzeug, jedoch bei Vergleich von verschiedenen Fahrzeugen einer Serie haptisch erkennbar ist.
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Die Erfindung zielt darauf ab, in der Serienfertigung von Kraftfahrzeuglenkungen gleiche Funktionseigenschaften bezüglich des Mittellageverhaltens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Zahnstangen zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den Herstellungsschritten für den Verzahnungsabschnitt und den Kugelgewindeabschnitt die Zahnstange derart ausgerichtet wird, dass sich ein vorgegebener Abstand zwischen einem definierten Zahn des Verzahnungsabschnitts und einer definierten Umfangsposition des Kugelgewindeabschnitts ergibt.
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Für die Serienfertigung bedeutet dies, dass der Abstand zwischen einem bestimmten Zahn des Verzahnungsabschnitts und einen bestimmten Punkt in dem Verlauf einer Kugelgewinderille, beispielsweise die Lage eines Nutgrunds bezogen auf eine bestimmte Umfangsposition, stets gleich ist.
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Durch eine solche eindeutige Positionierung des Kugelgewindes relativ zu dem Verzahnungsabschnitt wird bei einer Fahrzeuglenkung mit Kugelgewindetrieb eine eindeutige Einbaulage der mit dem Kugelgewindeabschnitt in Eingriff befindlichen Kugelgewindemutter in Bezug auf die Mittellage der Lenkung ermöglicht.
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Eine an der Kugelgewindemutter vorgesehene Kugelumlenkung nimmt hierdurch für alle Lenkungen einer Serie in Bezug auf die Mittellage in Umfangsrichtung stets die gleiche Position ein.
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Die Lage der Kugelumlenkung in Umfangsrichtung beeinflusst das Reibungs- und Funktionsverhalten eines Kugelgewindetriebs. Durch die stets gleichartige Anordnung der Kugelumlenkung, welche durch den definierten Abstand zwischen dem Verzahnungsabschnitt und dem Kugelgewindeabschnitt ermöglicht wird, werden solche Effekte ausgeschlossen. Hierdurch ergeben sich in der Serienfertigung gleichartige Funktionseigenschaften für das Mittellageverhalten einer Lenkung, so dass sich beim Vergleich verschiedener Lenkungen einer Serie mit erfindungsgemäß hergestellten Zahnstangen bezüglich des Reib- und Querkraftverhaltens um die Mittellage (Geradeausstellung) der Lenkung kein haptisch erkennbarer Unterschied mehr ergibt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Die Erfindung ist unabhängig von der Reihenfolge der Herstellung des Verzahnungsabschnitts und des Kugelgewindeabschnitts. Durch die Vermessung vor dem zweiten Herstellungsschritt wird die vorstehend erläuterte Positionierung zwischen dem Verzahnungsabschnitt und dem Kugelgewindeabschnitt stets gewährleistet. Beide Herstellungsschritte können daher zeitlich nacheinander und gegebenenfalls auch an örtlich beabstandeten Fertigungsstationen ausgeführt werden. Es ist zwar möglich, jedoch nicht erforderlich, die Zahnstange in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten.
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Gemäß einer ersten Ausführungsvariante wird zunächst der Kugelgewindeabschnitt hergestellt. Dies erfolgt vorzugsweise umformtechnisch, ist jedoch auch durch eine spanende Bearbeitung möglich. Anschließend wird die definierte Umfangsposition des Kugelgewindeabschnitts mittels einer Messeinrichtung identifiziert. Hernach wird die Zahnstange so lange axial relativ zu einem Werkzeug zur Herstellung der Verzahnung verfahren, bis der vorgegebene Abstand zu dem anschließend zu fertigenden definierten Zahn eingestellt ist. Schließlich werden die Zähne des Verzahnungsabschnitts spanend hergestellt.
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Wird zunächst der Kugelgewindeabschnitt gefertigt, kann die definierte Umfangsposition des Kugelgewindeabschnitts sehr einfach über die Position einer Kugel in dem Kugelgewindeabschnitt erfasst werden, wobei die Messung in Bezug auf die Umfangsrichtung vorzugsweise an der Seite bzw. in der Winkelstellung erfolgt, an der der Verzahnungsabschnitt aufgebracht wird.
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Insbesondere kann der vorgegebene Abstand auf den Mittelpunkt der Kugel bezogen werden, wodurch sich eine hohe Genauigkeit ergibt.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante wird zunächst der Verzahnungsabschnitt durch spanende Bearbeitung hergestellt. Anschließend wird mittels einer Messeinrichtung der definierte Zahn des Verzahnungsabschnitts identifiziert. Hernach wird die Zahnstange so lange axial relativ zu einem Werkzeug zur Herstellung des Kugelgewindeabschnitts verfahren, bis der vorgegebene Abstand der definierten Umfangsposition des Kugelgewindeabschnitts zu dem definierten Zahn eingestellt ist. Schließlich wird der Kugelgewindeabschnitt umformtechnisch hergestellt.
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Mittels erfindungsgemäß hergestellter Zahnstangen kann im Hinblick auf die Schaffung eines über die Serie einheitlichen Funktionsverhaltens um die Mittellage mit Vorteil eine Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 6 hergestellt werden.
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Hierzu wird eine Kugelgewindemutter in besonderer Weise zu einer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Zahnstange positioniert. Die Kugelgewindemutter wird dazu in Bezug auf die definierte Umfangsposition des Kugelgewindeabschnitts so montiert, dass die Kugelumlenkung zu dieser in Umfangsrichtung eine vorgegebene Stellung einnimmt. Hierdurch kann über die Serie ein einheitliches Funktionsverhaltens um die Mittellage gewährleistet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Kugelumlenkung derart an dem Kugelgewindeabschnitt angeordnet, dass diese bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug in einer Mittelstellung der Lenkung nach oben weist. Hierdurch bleiben Reibungseffekte, welche sich insbesondere um die Mittellage der Lenkung bemerkbar machen würden, besonders gering.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Lenkung mit Kugelgewindetrieb,
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2 eine Detailansicht der Zahnstange der Lenkung.
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Die Erfindung steht im Kontext mit einer in 1 schematisch dargestellten elektromechanischen Fahrzeuglenkung 1, die in Großserie hergestellt wird.
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Die Lenkung 1 weist ein Lenkgetriebegehäuse 2 auf, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein Lenkungsritzel 4 an, um einen vom Fahrer an einer Lenkungshandhabe 5 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 6 zu übertragen. Weiterhin weist die Lenkung einen Elektromotor 7 zur Erzeugung eines Lenkmoments auf. Der Elektromotor 7 kann, wie dargestellt, achsparallel zur Lenkstange 3 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 7 koaxial zur Lenkstange 3 oder an anderer Stelle, beispielsweise an einer Lenksäule, anzuordnen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmoment des Elektromotors 7 über eine Getriebestufe 8 und einen Kugelgewindetrieb 9 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht. Die Getriebestufe 8 kann beispielsweise als Riementrieb ausgebildet sein, wobei ein erstes Riemenrad an einer Abtriebswelle des Elektromotors 7 und ein zweites Riemenrad an einer Kugelgewindemutter 10 des Kugelgewindetriebs 9 angeordnet ist. Über den Kugelgewindetrieb 9 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 7 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Zahnstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
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Zur Ansteuerung des Elektromotors 7 dient ein Lenkungssteuergerät 11, das ein Stellsignal für den Elektromotor 7 generiert und dazu unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer Drehmomentmesseinheit 12 an einer Lenksäule 13 gemessen werden, welche die Lenkungshandhabe 5 mechanisch mit der Lenkstange 3 koppelt.
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2 zeigt eine Detailansicht der Zahnstange 3. Die Zahnstange 3 umfasst einen Verzahnungsabschnitt 14, der mit dem Lenkungsritzel 4 der Lenksäule 13 kämmt. Der Verzahnungsabschnitt 14 umfasst eine Vielzahl aufeinanderfolgend angeordneter Zähne 17 an einer Seite der Zahnstange 3. Weiterhin umfasst die Zahnstange 3 einen Kugelgewindeabschnitt 15, der durch mindestens eine gewindeartig umlaufende Kugellaufrille 16 gebildet wird. Neben einem eingängigen Kugelgewinde sind auch zwei-, drei oder viergängige Kugelgewinde möglich. Der Kugelgewindeabschnitt 15 steht über nicht näher dargestellte Kugeln mit einer oder mehreren gewindeartig umlaufenden Kugellaufrillen am Innenumfang der Kugelgewindemutter 10 in Eingriff, um Axialkräfte zu übertragen.
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Der Verzahnungsabschnitt 14 und die Kugelgewindeabschnitt 15 sind nacheinander in die Zahnstange 3 eingebracht worden, welche zumindest in Bezug auf den Verzahnungsabschnitt 14 und den Kugelgewindeabschnitt 15 einteilig, das heißt nicht aus separaten Bauteilen zusammengesetzt ist. Vielmehr sind beide Abschnitte aufeinanderfolgend durch entsprechende Materialbearbeitung ein und desselben Bauteils hergestellt worden. Der Verzahnungsabschnitt 14 wird vorzugsweise durch eine spanende Bearbeitung, insbesondere Räumen hergestellt. Der Kugelgewindeabschnitt 15 wird hingegen durch Rollieren bzw. Walzen erzeugt, so dass für beide Abschnitte der Zahnstange 3 separate Fertigungsmittel benötigt werden. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den Kugelgewindeabschnitt 15 anstatt durch ein umformtechnisches Herstellungsverfahren durch eine spanende Bearbeitung herzustellen.
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Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Zahnstangen 3 wird gewährleistet, dass für alle Zahnstangen 3 einer Serie die Verzahnung zu dem Kugelgewinde in gleicher Weise ausgerichtet ist, um an einer großen Stückzahl von Lenkungen ein gleichartiges Systemverhalten zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß ist daher zwischen den Herstellungsschritten für die Fertigung des Kugelgewindeabschnitts 15 und des Verzahnungsabschnitts 14 ein zusätzlicher Schritt vorgesehen, mit dem nach dem ersten Fertigungsschritt eine Ausrichtung des Fertigungsmittels für den zweiten Fertigungsschritt zu einem vordefinierten Punkt des zuerst hergestellten Abschnitts 14 bzw. 15 erfolgt.
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Dieser vordefinierte Punkt kann beispielsweise ein bestimmter Zahn 17, insbesondere dessen Scheitel, der Verzahnung oder ein Zahnzwischenraum, insbesondere der Tiefpunkt des Zwischenraums, zwischen zwei benachbarten Zähnen sein: Es ist dabei von untergeordneter Bedeutung, welcher Zahn 17 in der Reihe der Zähne als Bezugspunkt ausgewählt wird, solange für alle Zahnstangen 3 einer Serie stets der gleiche Zahn 17 oder Zahnzwischenraum hierzu herangezogen wird.
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In gleicher Weise kann der vordefinierte Punkt an dem Kugelgewindeabschnitt 15 beispielsweise auf eine bestimmte Winkelposition des Nutgrunds oder einer Flanke des Verlaufs einer Gewindewindung bezogen sein.
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Dabei wird sichergestellt, dass sich in der Serie stets ein vorgegebener Abstand a zwischen einem definierten Zahn 17 des Verzahnungsabschnitts 14 und einer definierten Umfangsposition 18 des Kugelgewindeabschnitts 15 ergibt.
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In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung wird zuerst der Kugelgewindeabschnitt 15 an der Zahnstange 3 mittels einer entsprechenden Fertigungsvorrichtung an einer ersten Fertigungsstation hergestellt. Insbesondere kann der Kugelgewindeabschnitt 15 durch Einziehwalzen oder Durchlaufwalzen hergestellt werden.
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Anschließend wird die Zahnstange 3 zu einer zweiten Fertigungsstationen transferiert, um dort den Verzahnungsabschnitt 14 herzustellen. Im Unterschied zur herkömmlichen Fertigungsweise, bei der der Verzahnungsabschnitt 14 nicht zum Kugelgewindeabschnitt 15 ausgerichtet wird, wird erfindungsgemäß zunächst eine definierte Umfangsposition 18 des Kugelgewindeabschnitts 15 mittels einer Messeinrichtung identifiziert. Wie vorstehend bereits angedeutet, kann diese definierte Umfangsposition 18 beispielsweise über den Nutgrund oder eine Flanke zwischen zwei Gewindegängen ermittelt werden. Wichtig ist hierbei vor allem, dass die definierte Umfangsposition 18 in der Serie stets eine gleiche Phasenlage zum Verzahnungsabschnitt 14 einnimmt, wohingegen eine Differenz um eine volle Gewindeumdrehung in Bezug auf das Mittellageverhalten sekundär ist.
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Die definierte Umfangsposition 18 des Kugelgewindeabschnitts 15 wird bei dem Ausführungsbeispiel über die Position einer Kugel in dem Kugelgewindeabschnitt erfasst. Dies kann beispielsweise mit einem Taster erfolgen, der in die Kugellaufrille 16 eingreift. Der vorgegebene Abstand a wird bevorzugt auf den Mittelpunkt der Kugel bezogen.
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Ist die Lage der Zahnstange 3 bekannt, kann diese so lange axial zu einem Werkzeug zur Herstellung der Verzahnung verfahren werden, bis der vorgegebene Abstand a zu dem anschließend zu fertigenden definierten Zahn 17 eingestellt ist. Dabei werden entweder die Zahnstange 3, das Werkzeug oder beide verschoben.
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Anschließend erfolgt dann die Herstellung dieses Zahn 17 sowie der weiteren Zähne des Verzahnungsabschnitts 14.
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In Abwandlung der ersten Ausführungsvariante kann die Zahnstange 3 während der Herstellung in einer Fertigungsstation gehalten werden, in der aufeinanderfolgend die vorstehend erläuterten Fertigungsschritte ausgeführt werden, wobei dann entsprechende Fertigungsmittel an die Zahnstange 3 herangefahren werden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante wird zunächst die Verzahnung durch spanende Bearbeitung hergestellt, was beispielsweise in einer ersten Fertigungsstation erfolgen kann.
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Danach wird die Zahnstange 3 in eine zweite Fertigungsstation verbracht, in der der Kugelgewindeabschnitt 15 hergestellt wird. Vorher wird jedoch zunächst mit einer Messeinrichtung ein definierter Zahn 17 des Verzahnungsabschnitts 14 identifiziert, um die Fertigungsmittel für die Herstellung des Kugelgewindeabschnitts 15 zu dem Verzahnungsabschnitt 14 auszurichten. Dazu wird die Zahnstange 3 so lange axial relativ zu dem Werkzeug zur Herstellung des Kugelgewindeabschnitts 15 verfahren, bis der vorgegebene Abstand a der definierten Umfangsposition des Kugelgewindeabschnitts 15 zu dem definierten Zahn 17 eingestellt ist. Dabei werden entweder die Zahnstange 3, das Werkzeug oder beide verschoben. Erst daraufhin erfolgt die Herstellung des Kugelgewindeabschnitts 15 durch umformtechnische und/oder spanende Bearbeitung.
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In Abwandlung der zweiten Ausführungsvariante kann die Zahnstange 3 während der Herstellung in einer Fertigungsstation gehalten werden, in der aufeinanderfolgend zunächst der Verzahnungsabschnitt 14 und anschließend der Kugelgewindeabschnitt 15 gefertigt werden, wozu geeignete Fertigungsmittel an die Zahnstange 3 herangefahren werden.
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Die entsprechend hergestellten Zahnstangen 3 zeichnen sich dadurch aus, dass diese in der Serie stets einen gleichen Abstand a zwischen einem definierten Zahn 17 und einer definierten Umfangsposition 18 eines Kugelgewindegangs aufweisen.
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Derartige Zahnstangen 3 werden in elektromechanische Lenkungen 1 der eingangs genannten Art eingebaut, wobei die Kugelgewindemutter 10, welche mindestens eine Kugelumlenkung 19 aufweist, stets in gleicher Lageausrichtung an dem Kugelgewindeabschnitt 15 montiert wird. Insbesondere wird die Kugelgewindemutter 10 derart in Bezug auf die definierte Umfangsposition 18 des Kugelgewindeabschnitts 15 montiert, dass die Kugelumlenkung 19 zu dieser in Umfangsrichtung eine vorgegebene Stellung einnimmt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass das die Lage der Kugelumlenkung 19 in der Mittelstellung der Lenkung einen zumindest in der Serie haptisch spürbaren Einfluss auf das Reibungs- und Querkraftverhalten aufweist. Liegt die Kugelumlenkung 19 in der Mittelstellung für alle Lenkungen stets in der gleichen Lage, wird eine solche Differenz vermieden, das heißt ein über die Serie homogenes Systemverhalten erzielt. In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn die Kugelumlenkung 19 bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug in einer Mittelstellung der Lenkung nach oben weist, was durch die Verwendung erfindungsgemäßer Zahnstangen 3 ohne großen Aufwand realisiert werden kann.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Ausführungsvarianten näher erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkung
- 2
- Lenkgetriebegehäuse
- 3
- Lenkstange
- 4
- Lenkungsritzel
- 5
- Lenkungshandhabe
- 6
- Fahrzeugrad
- 7
- Elektromotor
- 8
- Getriebestufe
- 9
- Kugelgewindetrieb
- 10
- Kugelgewindemutter
- 11
- Lenkungssteuergerät
- 12
- Drehmomentsensor
- 13
- Lenksäule
- 14
- Verzahnungsabschnitt
- 15
- Kugelgewindeabschnitt
- 16
- Kugellaufrille
- 17
- Zahn
- 18
- definierte Umfangsposition
- 19
- Kugelumlenkung
- a
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10341156 A1 [0002]
- DE 102004049365 A1 [0002]
