-
Pressvorrichtung zur Herstellung einer Zahnstange
-
Die Erfindung betrifft eine Pressvorrichtung zur Herstellung einer
Zahnstange nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschriebenen Art.
-
In der DE-AS 21 41 205 ist ein Lenkgetriebe für Fahrzeuge beschrieben,
worin eine Zahnstange erläutert ist, deren Zähne im mittleren Bereich eine andere
Profilform aufweisen, wie in den Außenteilen. Auf diese Weise wird eine veränderliche
Übersetzung erreicht. Lenkgetriebe mit derartigen Zahnstangen können z.B. in vorteilhafter
Weise für Personenkraftwagen verwendet werden. Dabei ändert sich die Untersetzung
von der Zahnstangenmitte aus nach beiden Seiten relativ rasch, bis ein etwa konstantes
Untersetzungsverhältnis erreicht wird. Die Zahnstange arbeitet dabei mit einem Ritzel
zusammen, das mit schraubenförmigen Zähnen versehen ist und dessen Achse einen von
900 abweichenden Winkel mit der Zahnstangenachse einschließt. Im mittleren Bereich
der Zahnstange schließen die Flankenlinien der Zähne mit der Ritzelachse einen Winkel
ein, der gegenüber dem Winkel in den Aussenteilen der Zahnstange verändert ist.
Mit einer derartigen Ausgestaltung lassen sich Untersetzungsverhältnisse von 2:1
ohne Schwierigkeiten erreichen.
-
Die wirtschaftliche Herstellung für eine Serienproduktion einer derartigen
Za-hnstange ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden. So ist in der DE-AS 21 41
205 vorgeschlagen, die Zahnstange durch einen geradlinigen Räumvorgang für die Mehrzahl
der Zähne herzustellen. Eine Anzahl von Zähnen im mittleren Bereich der Zahnstange
muß jedoch auf besondere Weise gefertigt werden. Hierzu sollen in einer Spezialbehandlung
diese Profile durch ein spezielles Räumverfahren entsprechend abgeändert werden.
Nachteilig bei diesem Herstellungsverfahren
ist jedoch, daß es
sehr aufwendig und teuer ist, bzw. auf diese Art und Weise wirtschaftl.ich überhaupt
nicht durchführbar ist.
-
In der DE-OS 32 02 254 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung einer Zahnstange beschrieben, wobei diese durch einen Pressvorgang
hergestellt wird. Hierzu wird ein Rohling in einer Presse mit einem Obergesenk und
einem Untergesenk durch Kaltumformpressen behandelt, wobei ein Gesenkteil während
des Pressvorganges eine Taumelbewegung über dem Rohling ausführt. Bei diesem Herstellungsverfahren
ist die Fertigungszeit kürzer und der Materialbedarf ist niedriger. Weiterhin werden
eine Erhöhung der Werkstofffestiykeit und glatte Oberflächen erreicht.
-
Pressvorrichtungen zum Kaltflleßpressen mit einem taumelnden Gesenk
sind auch in VDI-Berichte Nr. 266 (1976, S. 29 - 35 beschrieben.
-
Bei dem in der DE-OS 32 02 254 beschriebenen Herstellungsverfahren
liegt zwischen den beiden Gesenkteilen zum seitlichen Abfließen von Material während
des Pressvorganges ein Spalt vor. In diesen Spalt kann während des Pressvorganges
das überflüssige Material einfließen und bildet damit an beiden Längsseiten der
entstehenden Zahnstange verlaufende Leisten. Diese Leisten können nach dem Fertigungsvorgang
entfernt werden.
-
Dieser Spalt hat jedoch den Nachteil, daß das an sich notwendige Abfließen
von überflüssigem Werkstoff auf relativ einfache Weise möglich ist. Dies bedeutet,
der Spalt wird sich während des Taumelpressens sehr schnell mit Material füllen.
Die dabei entstehende Material leiste stellt damit dem weiteren Pressvorgang einen
entsprechenden Widerstand entgegen. In den beiden Leisten tritt eine hohe Verdichtung
ein und es besteht die Gefahr, daß ein weiteres Zusammenrükken
der
beiden Gesenkteile nicht mehr möglich ist. Dies bedeutet, das Hohlräume in der Negativform,
insbesondere im Bereich der Zahnköpfe verbleiben können, bzw. die Zahnköpfe nicht
genügend stark verdichtet und damit nicht widerstandsfähig genug und geometrisch
nicht einwandfrei sind.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Pressvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der zwar ein Materialabfluß
in ausreichendem Maße möglich ist, welcher jedoch die Herstellung der Zahnstange
nicht negativ beeinflußt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das i kennzeichnenden Teil
von Anspruch 1 genannte Merkmal gelöst.
-
Die beiden einander zugekehrten Flächen der Gesenkteile sind nun nicht
mehr flächig bzw. eben verlaufend, sondern sie erweitern sich nach außen wenigstens
teilweise. Auf diese Weise kann das taumelnde Gesenkteil, im allgemeinen das Obergesenk,
in das zu Anfang des Pressvorganges ausgeflossene Material hineingeknetet werden.
Während des weiteren Pressvorganges kann der Spalt dabei jedoch immer enger und
weniger durchlässig werden, so daß der Pressvorgang ohne Störung durch das austretende
Material durchgeführt werden kann.
-
Dadurch daß das überflüssige Material nunmehr durch die erfindungsgemäße
Ausbildung des Spaltes ohne besondere Schwierigkeiten nach außen fließen kann, kann
die Zahnstange aus einem Rohling ggf. ohne Vorpressung in einem Arbeitsgang hergestellt
werden.
-
Bezüglich der Erweiterung des Spaltes sind verschiedene Ausgestaltungen
möglich. So kann sich der Spalt z.B. von den Rändern der Negativform aus nach außen
erweitern, d.h. die einander zugekehrten Flächen der beiden Gesenkteile laufen ohne
Übergang unmittelbar an den Rändern der Negati vformen
auseinander.
-
Der Spalt kann sich dabei kontinuierlich oder stufenförmig erweitern.
Aufgrund der Taumelbewegung können in dem Spalt geringe Stufen auftreten.
-
Die Erweiterung des Spaltes kann dabei keilförmig erfolgen, d.h. der
Rand längs der Gesenkform wird tiammerfinnenartig ausgebildet.
-
Von Vorteil ist es, wenn der halbe Keilwinkel größer ist als der Taumel
winkel des eine Taumelbewegung ausführenden Gesenkteiles. Dabei wird man im allgemeinen
den Keilwinkel wesentlich größer als den Taumelwinkel ausbilden. Es entsteht dann
eine ausreichend große Keilöffnung in der das durch die Engstelle am Gesenkrand
ausgeflossene Material keine Berührung mehr mit dem Gesenkober- oder Unterteil hält.
Der Preßvorgang kann durch das ausgeflossene Material nicht mehr wesentlich behindert
werden.
-
Die Spaltbreite an der engsten Stelle am Ende des Pressvorganges kann
zwischen 0,2 bis 5 mm vorzugsweise 0,4 bis 1 Inm betragen. Selbstverständlich sind
im Rahmen der Erfindung jedoch auch noch andere Werte möglich. Dies hängt von den
einzelnen Gegebenheiten, wie z.B. Größe und Material der Zahnstange ab.
-
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzlpmäßlg
beschrieben.
-
Es zeigen: Fig. 1: die beiden Gesenkteile einer Pressvorrichtung mit
der Zahnstange im Querschnitt nach dem Stand der Technik.
-
Fig. 2: die beiden erfindungsgemäßen Gesenkteile mit einer Zahnstange
im Querschnitt.
-
Fig. 3: Ausschnittsvergrößerung des Kreises A aus der Fig.
-
2 in anderer Ausgestaltung.
-
Von der Pressvorrichtung sind nur die beiden Gesenkteile nämlich ein
Gesenkoberteil 1 und ein Gesenkunterteil 2 dargestellt, da die Pressvorrichtung
selbst von herkömmlicher Bauart und damit ihr Aufbau und ihre Funktionsweise allgenein
bekannt sind.
-
Das Gesenkoberteil ist mit einer Negativform für das Verzahnungsprofil
und das Gesenkunterteil 2 mit einer Negativform für den unteren Teil der aus einem
Rohling herzustellenden Zahnstange 3 versehen. Der Rohling kann z.B. ein Rundstab
sein. Die fertige Zahnstange 3 weist - im Querschnitt gesehen - im wesentlichen
eine Y-Profilform auf. Auf der Unterseite ist die Zahnstange 3 dabei mit einem in
der Symmetrieebene verlaufenden sich ungefähr über den zu verzahnenden Bereich in
Längsrichtung erstreckenden Steg 4 versehen. Von den Steg 4 aus führen zwei Schrägflächen
5 und 6 zur Zahnstangenseite. Die beiden Schrägflächen 5 und 6 stellen die Auflageflächen
für ein Druckstück nach dem Einbau in ein Lenkgetriebe dar. Das Gesenkoberteil 1
ist im allgemeinen in einer nicht dargestellten Glocke befestigt, welche in einer
Lagerung verschwenkbar gelagert ist. Über einen nicht dargestellten Exzenter wird
die Glocke und damit auch das Gesenkoberteil in eine Taumelbewegung gegenüber dem
stationären Gesenkunterteil 2 versetzt. Die Umformkraft konzentriert sich damit
nur auf eine Teilfläche des Werkstückes, wobei die Druckzone über die gesamte Werkstückoberfläche
verlagert wird und damit die Umformung bewirkt wird.
-
In der Fig. 1 sind ein Gesenkoberteil 1 und ein Gesenkunterteil 2
nach dem Stand der Technik dargestellt. Wie ersichtlich, liegt zwischen beiden Gesenkteilen
ein Spalt 7 vor, in welchen während des Pressvorganges überflüssiges Material in
Form von seitlichen Leisten 8 einfließen kann. Die beiden einander zugekehrten Flächen
10 und 11 des Gesenkoberteiles 1 bzw. des Gesenkunterteiles 2 sind flächig bzw.
liegen parallel zueinander. Damit stellen die Leisten 8 einen erheblichenVerformungswiderstand
dar und die beiden Gesenkteile könnensich unter Umständen nicht genügend nahe kommen.
Dies bedeuta , daß im Bereich der Zahnköpfe der Zahnstange 4 Itohlranie 12 verbleiben
können.
-
Aus der Fig. 2 ist die erflndungsgemäße Pressvorrichtung ersichtlich.
Wie angegeben, sind die einander zugekehrten Flächen 10 und 11 des Gesenkoberteiles
1 bzw. des Gesenkunterteils 2 nicht parallel zueinander sondern sie streben auseinander.
Damit ergibt sich ein keilförmiger Spalt 13. Die Spaltbreite an der engsten Stelle
kann dabei zwischen 0,2 und 5 mm vorzugsweise zwischen 0,4 und 1 min betragen.
-
Der Spalt 13 erweitert sich dabei nach außen kontinuierlich.
-
Wie ersichtlich, entsteht damit - im Querschnitt gesehen -eine keilförmige
Form der Leisten 8. Aufgrund der Formen der Spalte 13 kann während der Annäherung
und während des Taumelvorganges des Gesenkoberteiles 1 das überflüssige Material
leicht austreten. Da der Querschnitt der beiden Leisten 8 an den Längsseiten der
Zahnstange sehr gering ist, können die beiden Leisten 8 nachträglich leicht abgestanzt
werden.
-
Der halbe Keilwinkel A ist wesentlich größer als der Taumelwinkel
des Gesenkoberteiles 1.
-
Die Zahnstange 4 ist im oberen Bereich, insbesondere im Bereich der
Zähne 3 an beiden Seiten nach oben zu etwas abgeschrägt nach innen verlaufend ausgebildet,
was in der Fig. 2.
-
durch den Winkel B dargestellt ist. Auf diese Weise findet auch während
des Taumel vorganges zusätzlich noch eine Verdichtung von der Seite her statt.
-
Von Vorteil ist es auch, wenn die Negativform der Zahnstange im Gesenkoberteil
1 nicht nur wie bisher im wesentlichen zur Ausbildung der Zahnprofilformen dient,
sondern mehr von der Zahnstange aufnimmt. Dies ist in der Fig. 2 durch die gestrichelte
Linie 9 angedeutet. Durch diese Maßnahme wird die Herstellung aus einem Rundstab
erleichtert, da dieser besser vom Gesenkoberteil 1 umfasst wird. Die zusätzliche
Einformtiefe kann einige Millimeter betragen.
-
In der Fig. 3 ist im Ausschnitt eine Ausgestaltung der Gesenkteile
1 und 2 im Bereich neben der zu bildenden Zahnstange gezeigt. Wie ersichtlich besitzen
die beiden Gesenkteile 1 und 2 dort scharfe Kanten, wobei die Kante des Gesenkoberteiles
1 die Kante des Gesenkunterteiles sogar etwas überlappen kann. Auf diese Weise kann
am Ende des Preßvorganges die Leiste 8 unmittelbar abgesichert werden.
-
Eine andere Möglichkeit oder in Ergänzung hierzu besteht darin, daß
das Gesenkoberteil 1 eine Anlaufkante 14 (gestrichelt dargestellt) besitzt, geyen
die das austretende Material anläuft und dort während des weiteren Preßvorganges
nach unten umgebogen wird, wodurch die Leiste 8 ebenfalls abbricht. Selbstverständlich
kann die Anlaufkante jedoch auch an dem Gesenkunterteil zum Abbrechen der Leiste
8 angeordnet sein. In diesem Falle wird diese nach oben umgebogen.