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Allgemeines
zur Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung einer Zahnstangenwelle für den Einsatz
in Lenkgetrieben für
Fahrzeuge, sowie auf eine Maschine zur Herstellung derselben.
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Herkömmlicherweise wurden als Lenkeinheiten
für Fahrzeuge
Zahnstangen-Lenkgetriebe vorgesehen. Das Zahnstangen-Lenkgetriebe
ist in der Weise angeordnet, dass ein Ritzel mit einer Zähnung, die auf
einer Zahnstangenwelle ausgefräst
ist, auf der Zahnstange in der Weise in Eingriff steht, dass es
die Zahnstangenwelle in axialer Richtung bewegt, wenn es durch Betätigung eines
Lenkrades gedreht wird, wodurch es möglich wird, ein Fahrzeug zu
lenken.
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Gemäß der Darstellung in 12 und 13 wird zur Verringerung des Gewichts
die Zahnstangenwelle für
den Einsatz bei einem solchen Zahnstangen-Lenkgetriebe aus einem Stahlrohr P gebildet.
Dabei sind in dem in axialer Richtung liegenden mittleren Abschnitt
auf dem Stahlrohr P Schaltzähne 90 ausgefräst, die
mit dem Ritzel in Eingriff gebracht werden. Die Zahnstangenzähne 90 werden
durch ein Verfahren gebildet, das die folgenden Arbeitsschritte umfasst:
Bearbeiten eines flachen Abschnitts 92 durch plastische
Verformung eines Teils des Stahlrohres P mit einem gebogenen Abschnitt 91,
der intakt gehalten wird, und Ausführen eines Fräsvorgangs
an dem flachen Abschnitt 92 zur Bildung der Zähnung. Der
Abschnitt mit der Zahnstangen-Zähnung 90 wird
mittels eines Verfahrens zur Induktionshärtung auf einen vorbestimmten
Härtegrad
gehärtet.
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Als Verfahren zur Bildung des vorgenannten flachen
Abschnitts 92 der Zahnstangenwelle wurde ganz allgemein
die Druckformung eingeführt,
wobei hier das Stahlrohr P mittels eines Formstempels 94 mit
einer flachen Unterseite unter Druck geformt wird, während es
von einem Gesenkteil 93 mit einem Obergesenk 93a und
einem Untergesenk 93b gehalten wird, wie dies in 14 und 15 dargestellt ist. Leider führt jedoch
dieses Verfahren zu einer plötzlichen plastischen
Verformung des Stahlrohres P und somit kommt es leicht zu zahnähnlichen
Verformungen an Stellen, die in axialer und peripherer Richtung
in der Mitte des flachen Abschnitts 92 liegen, wie dies
in den Figuren durch strichpunktierte Linien angegeben ist, oder
es bilden sich leicht Risse an Stellen aus, an denen es zu einer
Verformung in großem
Ausmaß kommt,
wie zum Beispiel an den innen liegenden Eckbereichen Pa, wo sich
eine Innenseite des flachen Abschnitts 92 an eine Innenseite
des gebogenen Abschnitts 91 anschließt.
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Als Abhilfe bei diesem Nachteil wurde
ein Arbeitsverfahren in der Form vorgeschlagen, dass eine stangenartige
Vorrichtung 95, die schräg relativ zur Achse des Stahlrohrs
P positioniert ist, gegen das Stahlrohr P angedruckt wird und in
diesem Zustand die Vorrichtung in axialer Richtung des Stahlrohres
P zur Bildung des flachen Abschnitts 92 bewegt wird (vgl.
japanische Auslegeschrift Nr. 5(1993)88662).
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Das Verfahren, bei dem die stangenähnliche Vorrichtung 95 zum
Einsatz kommt, bringt jedoch insofern ein Problem mit sich, als
die Vorrichtung 95 und das Stahlrohr P sich unter hohem
Druck in Gleitkontakt mit einander befinden und deshalb gelegentlich
ein Reibungswiderstand während
der Gleitbewegung trotz Schmierung dazu führt, das die beiden Teile sich
mit dem so genannten „Festfressen" mit einander verschweißen. Dementsprechend
besteht die Notwendigkeit, das Stahlrohr P vorher einem Schmiervorgang
zu unterziehen, beispielsweise einer Verbindungsschmierung, um das
vorgenannte Festfressen zu verhindern. Dies führt zu erhöhten Herstellungskosten.
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In der britischen Patentschrift GB
23,124 wird eine Maschine für
den Einsatz bei der Herstellung von Gegenständen mit unterschiedlichen
Formen aus Metallstangen beschrieben. Bei dieser Maschine wird in
Verbindung mit einer Gleitmulde, in der sich die zu bearbeitende
Stange befindet, ein Rollwerkzeug mit einer peripheren Ausbildung
eingesetzt, welches einer Seite des herzustellenden Gegenstands
entspricht. Das Rollwerkzeug und die Mulde sind so mit einander
verbunden, dass sie sich synchron bewegen. Das erwärmte Ende
der zu bearbeitenden Stange wird in die Mulde so weit eingeschoben,
bis sie gegen einen Anschlag anliegt, und dann wird während eines
Arbeitshubs der Maschine die Mulde linear unter dem Rollwerkzeug
bewegt, während
dieses sich dreht, so dass sich die periphere Ausbildung auf dem
Rollwerkzeug in die Stange eingedrückt wird, um diese nach Wunsch
zu formen.
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In der japanischen Patentschrift
JP-A-05 329513 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnstangen-Stahlrohres
unter Verwendung einer Streckvorrichtung mit drei Rollwerkzeugen
beschrieben. Ein abschließendes
Gerüst
der Streckvorrichtung ist in der Weise ausgebildet, dass es zwei
Rollwerkzeuge aufweist, von denen das eine ein Kaliber aufweist,
dessen unterer Abschnitt flach erhaben ist. Führt man das Stahlrohr zwischen
diesen Rollwerkzeugen hindurch, wird auf dem Rohr eine abgeflachte Oberfläche gebildet,
auf welcher dann eine Zahnstangen-Zähnung gebildet werden kann.
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Aufgabe und Kurzdarstellung
der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt
unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer Zahnstangenwelle und eine Maschine zu deren Herstellung anzuregen,
bei welchem bzw. welcher die Notwendigkeit für die Schmierung des Rohres
entfällt
und welches bzw. welche die Möglichkeit zur
Ausbildung des flachen Abschnitts ohne Risse mit hoher Präzision bietet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstangenwelle aus einem
Stahlrohr mit rundem Querschnitt vorgesehen, welches die folgenden
Schritte umfasst:
Aufmontieren des Rohres auf einem Schiebeteil,
das hin und her gehend beweglich ist; Aufsetzen einer Arbeitsrolle
bzw. eines Rollgesenks, das um eine zur Längsachse des Rohres senkrechte
Drehachse drehbar angebracht ist und eine Außenfläche aufweist, die einen gebogenen
Formabschnitt mit glatter Oberfläche
aufweist; Ausführen
einer Bewegung des Rohres und des Schiebeteils in axialer Richtung
mittels einer Antriebseinrichtung, während das Rollgesenk gleichzeitig
synchron mit der axialen Bewegung des Rohres so in Drehung versetzt
wird, dass sich der Formabschnitt des Rollgesenks mit derselben Geschwindigkeit
wie das Rohr bewegt und in Eingriff mit der Außenfläche des Rohres kommt, um zur
Bildung einer flachen Rohroberfläche,
die sich über
die Länge
des Rohres erstreckt, einen Abschnitt des Rohres nach innen zu verformen;
wobei das Schiebeteil ein Halteteil aufweist, welches eine zylinderförmige Öffnung mit
einem Durchmesser definiert, der im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des
Rohres ist, wobei in die Öffnung
ein Ende des Rohres eingesetzt wird und wobei das Halteteil auch eine
lang gestreckte Öffnung
mit einer Breite definiert, die im Wesentlichen gleich der Breite
des gebogenen Abschnitts des Rollgesenks ist, und wobei in die lang
gestreckte Öffnung
der gebogene Abschnitt des Rollgesenks so eingeführt wird, dass er mit der Außenfläche des
Rohres in Eingriff kommt; und wobei die Antriebseinrichtung ein
Stoßteil
aufweist, das gegen ein Ende des Schiebeteils und gegen das Ende
des in das Halteteil eingesetzten Rohres anliegt, wobei das Stoßteil von
der Antriebseinrichtung in der Weise angetrieben wird, dass es das
Rohr in axialer Richtung zusammen mit dem Schiebeteil bewegt;
sowie
Einführen
eines Dorns in den Innenraum des Rohres in der Weise, dass er den
Abschnitt des Rohres unter der flachen Rohroberfläche ausfüllt; Aufsetzen
eines zweiten Rollwerkzeugs anstelle des Rollgesenks zur Drehung
um die gleiche Drehachse wie das Rollgesenk, welches einen gebogenen
Abschnitt mit von einander beabstandeten Zähnen auf einer bogenförmigen äußeren Umfangslinie
aufweist; und Ausführen
einer Bewegung des Rohres und des Schiebeteils in axialer Richtung
mittels der Antriebseinrichtung, während gleichzeitig das zweite
Rollwerkzeug synchron mit der axialen Bewegung des Rohres in der
Weise in Umlauf gebracht wird, dass die Zähne des zweiten Rollwerkzeugs
sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Rohr bewegen und mit
der flachen Rohroberfläche
so in Eingriff kommen, dass Teile der flachen Oberfläche nach
innen verformt werden, um so eine Zahnstange zu bilden.
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Entsprechend diesem Verfahren zur
Herstellung einer Zahnstangenwelle wird ein Teil des Stahlrohrs
plastisch in den flachen Abschnitt hinein verformt, während das
erste Rollgesenk in Rollkontakt mit dem Stahlrohr gehalten wird.
Somit kann der Reibungswiderstand zwischen den beiden Teilen während der
Gleitbewegung auf ein Mindestmaß verringert
werden. Damit entfällt
die Notwendigkeit der Schmierung des Stahlrohrs, um auf diese Weise
ein Festfressen des ersten Rollgesenks mit dem Stahlrohr zu verhindern,
auch wenn nach dem Stand der Technik eine solche Schmierung erforderlich
ist. Da außerdem
die plastische Verformung des Stahlrohrs in axialer Richtung des
Rohres sich fortschreitend fortsetzt, wird das Auftreten einer zahnähnlichen
Verformung im flachen Abschnitt und von Rissen in einem Abschnitt,
auf den eine starke Verformungskraft einwirkt, verhindert, wobei
diese Fehler bei der Pressformung auftreten.
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Entsprechend diesem Verfahren wird
das Rollgesenk synchron zur relativen Bewegung zwischen dem Stahlrohr
und dem Rollgesenk gedreht. Dies wirkt sich dahingehend aus, dass
das Auftreten eines Schlupfes zwischen dem Stahlrohr und dem Rollgesenk
während
der relativen Bewegung zwischen beiden Teilen verhindert wird, wodurch
noch wirksamer dafür
gesorgt wird, dass ein Festfressen zwischen dem Stahlrohr und dem
ersten Rollgesenk verhindert wird.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung
einer Zahnstangenwelle einen Schritt, bei dem nach der Bildung des
flachen Bereichs in dem Stahlrohr ein zweites Rollwerkzeug zur Bildung einer
Zahnstangen-Zähnung,
die mit Zähnen
auf dem Außenumfang
gebildet wird, gegen den flachen Abschnitt des Stahlrohrs gedrückt wird
und in diesem Zustand zwischen dem Stahlrohr und dem zweiten Rollwerkzeug
eine relative Bewegung in axialer Richtung des Stahlrohres herbeigeführt wird,
so dass das zweite Rollwerkzeug den flachen Abschnitt des Stahlrohres
zur Bildung von Zahnstangen-Zähnungen
auf diesem plastisch verformt, während
es in Drehung gehalten wird.
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Bei der Erfindung wird das zweite
Rollwerkzeug zur plastischen Verformung des flachen Abschnitts zur
Bildung der Zahnstangen-Zähnung
darauf eingesetzt und deshalb wirkt sich die Restspannung, die sich
während
der Bildung des flachen Bereichs durch plastische Verformung in
dem flachen Bereich aufbaut, nicht nachteilig auf die Bildung der Zahnstangen-Zähnung aus.
Dies sorgt für
eine Bildung der Zahnstangen-Zähnung
mit hoher Präzision.
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Eine Maschine zur Herstellung einer
Zahnstangenwelle aus einem Stahlrohr mit rundem Querschnitt gemäß der Erfindung
weist dabei folgendes auf: ein Schiebeteil, das entlang einer linearen
Bahn hin und her gehend beweglich ist und in dem ein Rohr eingesetzt
werden kann; ein Rollgesenk, das um eine zur linearen Bahn des Rohres
senkrechte Drehachse drehbar angebracht ist und eine Außenfläche aufweist,
die einen gebogenen Formabschnitt mit glatter Oberfläche aufweist;
eine Antriebseinrichtung, welche zur Vornahme einer Bewegung des
Schiebeteils entlang der linearen Bahn und zur gleichzeitigen Drehung
des Rollgesenks synchron mit der axialen Bewegung des Schiebeteils
in der Weise geeignet ist, dass sich der Formabschnitt des Rollgesenks
mit derselben Geschwindigkeit wie das Rohr bewegt und in Eingriff
mit der Außenfläche des
Rohres bringbar ist, welches in dem Schiebeteil eingesetzt ist,
um zur Bildung einer flachen Rohroberfläche, die sich über die
Länge des
Rohres erstreckt, einen Abschnitt des Rohres nach innen zu verformen;
und bei welcher das Schiebeteil ein Halteteil aufweist, welches
eine zylinderförmige Öffnung mit
einem Durchmesser definiert, der im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser
des Rohres ist, wobei in die Öffnung
ein Ende des Rohres einsetzbar ist, wobei das Halteteil auch eine
lang gestreckte Öffnung
mit einer Breite definiert, die im Wesentlichen gleich der Breite
des gebogenen Abschnitts des Rollgesenks ist, und wobei in die lang
gestreckte Öffnung
der gebogene Abschnitt des Rollgesenks so einführbar ist, dass er mit der
Außenfläche des
Rohres in Eingriff kommt; und wobei die Antriebseinrichtung ein
Stoßteil
aufweist, das gegen ein Ende des Schiebeteils anliegt und in Anlage
gegen das Ende eines in das Halteteil eingesetzten Rohres bringbar
ist, wobei das Stoßteil
von der Antriebseinrichtung in der Weise antreibbar ist, dass es
das Rohr und das Schiebeteil in axialer Richtung entlang der linearen
Bahn bewegt, wobei sich die Maschine dadurch auszeichnet, dass sie
des Weiteren folgendes aufweist: einen Dorn, der in den Innenraum
des Rohres in der Weise eingesetzt werden kann, dass er den Abschnitt
des Rohres unter der flachen Rohroberfläche ausfüllt; ein zweites Rollwerkzeug,
das anstelle des Rollgesenks einsetzbar und um die gleiche Drehachse
wie das Rollgesenk drehbar ist und welches einen gebogenen Abschnitt mit
von einander beabstandeten Zähnen
auf einer bogenförmigen äußeren Umfangslinie
aufweist; und wobei die Antriebseinrichtung im Betrieb eine Bewegung
des Rohres und des Schiebeteils in axialer Richtung unter gleichzeitiger
Drehung des zweiten Rollwerkzeugs synchron mit der axialen Bewegung des
Rohres in der Weise veranlasst, dass die Zähne des zweiten Rollwerkzeugs
sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Rohr bewegen und mit
der flachen Rohroberfläche
so in Eingriff kommen, dass zur Bildung einer Zahnstange Teile der
flachen Oberfläche
eine Verformung nach innen erfahren.
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Bei dieser Maschine wird das Rollgesenk
gegen das Stahlrohr angedrückt,
welches von dem Halteteil festgehalten wird, während die Bewegungsvorrichtung
die relative Bewegung zwischen dem Rollgesenk und dem Stahlrohr
in axialer Richtung des Stahlrohres in der Weise herbeiführt, dass
das Rollgesenk einen Teil des Stahlrohres in den flachen Bereich
plastisch verformen kann, während
dieser in Rollkontakt mit dem Stahlrohr gehalten wird. Dadurch wird
ein Reibungswiderstand zwischen dem Stahlrohr und dem darauf gleitenden
ersten Rollgesenk auf ein Mindestmaß verringert, wodurch die Notwendigkeit
entfällt,
das Stahlrohr zu schmieren, um das Festfressen der beiden Teile
zu verhindern. Somit werden die Kosten für die Herstellung der Zahnstangenwelle
verringert. Zusätzlich
ist die Maschine so ausgelegt, dass sie die plastische Verformung
des Stahlrohres fortschreitend in der Weise herbeiführt, dass
sich das Auftreten einer zahnähnlichen
Verformung in dem flachen Bereich und von Rissen in einem Bereich
mit sehr starker Verformung verhindern lässt, auch wenn solche Fehler
bei der Pressformarbeit auftreten können.
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Die Maschine weist außerdem eine
Antriebseinrichtung für
das Rollgesenk auf, um das Rollgesenk synchron zur relativen Bewegung
zwischen dem Stahlrohr und dem Rollgesenk zu drehen. Dies ist eine
wirksame Möglichkeit,
um das Auftreten von einem Schlupf zwischen dem Stahlrohr und dem Rollgesenk
während
der zwischen beiden herbeigeführten
relativen Bewegung zu verhindern. Damit wird noch wirksamer dafür gesorgt,
dass ein Festfressen des Stahlrohres mit dem ersten Rollgesenk verhindert
wird.
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Eine Maschine zur Herstellung einer
Zahnstangenwelle zeichnet sich gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dadurch aus, dass der Antrieb des Rollgesenks eine
Zahnstange auf, die integral mit dem Halteteil ausgebildet und parallel
zur Achse des Stahlrohres ausgerichtet ist, sowie ein Ritzel, das
mit einer Stützwelle
des ersten Rollgesenks zur integralen Drehung mit diesem und im
Eingriff mit der Zahnstange gekoppelt ist.
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Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel kann
die Bewegung des Stahlrohres mit der Drehbewegung des ersten Rollgesenks
mit Hilfe des Zahnstangentriebs gekoppelt werden kann. Damit wird
es möglich,
dass sich die in Bewegung befindliche Vorrichtung und der Antrieb
für das
Rollgesenk eine Quelle für
die Antriebskraft teilen. Somit vereinfacht sich der Aufbau der
Herstellungsmaschine und werden die dafür anfallenden Kosten gesenkt.
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Eine Maschine zur Herstellung einer
Zahnstangenwelle zeichnet sich gemäß einem noch anderen bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dadurch aus, dass das erste Rollgesenk ein Basisteil aufweist,
das um eine Stützwelle
gepasst ist, sowie einen fächerförmigen Formabschnitt,
welcher von einer äußeren Umfangslinie
des Basisteils vorsteht und eine Umfangslänge aufweist, die im Wesentlichen
gleich der Gesamtlänge
des flachen Abschnitts ist.
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Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel drückt das
sich drehende erste Rollgesenk den Formabschnitt in einem Oberflächenabschnitt
des Stahlrohres und verformt dabei plastisch einen Teil des Stahlrohres
in eine flache Oberfläche.
Da das erste Rollgesenk in den Oberflächenabschnitt des Stahlrohres
eingedrückt
wird, ist eine Mechanik zum Verändern
eines relativen Abstands zwischen dem ersten Rollgesenk und dem
Stahlrohres nicht erforderlich. Infolgedessen vereinfacht sich der
Aufbau der Maschine.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht mit der Darstellung einer Maschine
zur Herstellung einer Zahnstangenwelle entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 zeigt
eine horizontale Schnittansicht mit der Darstellung der Maschine
zur Herstellung der Zahnstangenwelle;
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3 ist
eine wesentliche Schnittansicht mit der Darstellung der Maschine
zur Herstellung einer Zahnstangenwelle;
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4 zeigt
ein Stahlrohr, in dem ein flacher Abschnitt ausgebildet ist, in
perspektivischer Ansicht;
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5 ist
eine vertikale Schnittansicht mit der Darstellung eines Zustands,
in welchem gerade der flache Bereich geformt wird;
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6 zeigt
eine vertikale Schnittansicht, die einen weiteren flachen Abschnitt
darstellt, der gerade geformt wird;
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7 stellt
einen Zustand mit dem fertig gestellten flachen Abschnitt in vertikaler
Schnittansicht dar;
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8 zeigt
eine Zahnstangenwelle in perspektivischer Ansicht;
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9 stellt
einen Zustand in vertikaler Schnittansicht dar, bei welchem gerade
die Zahnstangen-Zähnung
geformt wird;
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10 stellt
einen weiteren Zustand in vertikaler Ansicht dar, in dem gerade
die Zahnstangen-Zähnung
geformt wird;
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11 ist
eine vertikale Schnittansicht mit der Darstellung eines anderen
Formverfahrens für die
Herstellung der Zahnstangen-Zähnung,
welches nicht der Erfindung entspricht;
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12 ist
eine Vorderansicht mit der Darstellung der Zahnstangenwelle;
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13 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in 12;
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14 ist
eine vertikale Schnittansicht mit der Darstellung eines Beispiels
nach dem Stand der Technik;
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15 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie XV-XV in 14, und
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16 ist
eine vertikale Schnittansicht mit der Darstellung eines anderen
Beispiels nach dem Stand der Technik.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Nachstehend wird die vorliegende
Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
deren bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt
sind.
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1 zeigt
einen vertikalen Schnitt mit der Darstellung einer Maschine zur
Herstellung einer Zahnstangenwelle gemäß der Erfindung, wohingegen 2 die gleiche Maschine im
Querschnitt zeigt. Die Maschine zur Herstellung einer Zahnstangenwelle
ist so ausgelegt, dass sie eine plastische Verformung einer in Achsrichtung
in der Mitte liegenden Abschnitts des Stahlrohrs P mit runder Querschnittsform
herbeiführt,
um darauf eine flache Oberfläche
zu bilden, so dass der Teil des Stahlrohres eine D-förmige Querschnittsform
annehmen kann (vgl. 4). Die
Maschine zur Herstellung weist im Wesentlichen ein Halteteil 1 auf,
in welches das Stahlrohr P zum Halten eingesetzt werden kann, sowie
ein erstes Rollgesenk 2, das gegen den mittleren Abschnitt
des Stahlrohres P angedrückt
werden soll, um einen flachen Abschnitt darauf zu bilden, und ferner
ein Schiebeteil 3 als Bewegungsvorrichtung, welche eine
relative Bewegung zwischen dem Stahlrohr P und dem Halteteil 1 entlang
der axialen Erstreckung des Stahlrohres P herbeiführt, wobei
das erste Rollgesenk 2 dagegen angedrückt ist, sowie einen Rollgesenkantrieb 4,
um das erste Rollgesenk 2 synchron mit der Bewegung des
Stahlrohres P in Drehung zu versetzen, ein Schiebeteil 5 zum
Abstützen
des Hal teteils 1 und einen Rahmen 6, in welchem
die vorgenannten Bauelemente integral untergebracht sind.
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Das Halteteil 1 ist wie
ein Zylinder geformt und weist ein Einführloch 11 auf, welches
das Einschieben des Stahlrohres P ermöglicht. An einem oberen Abschnitt
des Halteteils 1 ist eine lang gestreckte Öffnung 12 zum
Einführen
des ersten Rollgesenks 2 ausgebildet. Die lang gestreckte Öffnung 12 besitzt
eine axiale Länge,
die etwas größer als
die Gesamtlänge
eines flachen Abschnitts P1 des Stahlrohres P ist, sowie eine Breite,
die im Wesentlichen gleich der Breite eines Formabschnitts 22 des
ersten Rollgesenks 2 ist, wobei der Formabschnitt nachstehend
noch erläutert
wird. Das Einführloch 11 besitzt einen
Innendurchmesser, der im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser
des Stahlrohres P ist.
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Das Halteteil 1 ist integral
mit dem Schiebeteil 5 so ausgebildet, dass es in seiner
axialen Bewegung eingeschränkt
ist. Das Schiebeteil 5 wird von einer unteren Platte 61 und
einem Paar seitlicher Platten 62 so gehalten, dass eine
Schiebebewegung in Richtung der Achse des Stahlrohres P möglich wird. Im
oberen Teil des Schiebeteils 5 ist eine Öffnung 51 zum
Einführen
des ersten Rollgesenks 2 ausgebildet. Die seitlichen Platten 62 des
Rahmens 6 sind mittels der unteren Platte 61 und
einer oberen Platte 63 jeweils mit einander gekoppelt.
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Das erste Rollgesenk 2 zur
Bildung des flachen Abschnitts weist ein ringförmiges Basisteil 21 auf,
das um eine Stützwelle 23 gepasst
ist, sowie einen fächerartigen
Formabschnitt 22, der aus einem Außenumfang des Basisteils 21 vorsteht.
Das Basisteil 21 ist an einem Abschnitt 23a mit
großem
Durchmesser auf der Stützwelle 23 angeschraubt.
Das Basisteil 21 ist so ausgebildet, dass es sich mit Hilfe
einer Feder integral mit der Stützwelle 23 dreht,
die zwischen dem Basisteil und der Stützwelle 23 eingepasst
ist.
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Der Formabschnitt 22 weist
eine Umfangslänge
auf, die im Wesentlichen gleich der Gesamtlänge des flachen Bereichs P1
des Stahlrohres P ist, und eine Breite, die im Wesentlichen gleich
der Breite des flachen Bereichs P1 ist. Der Formabschnitt 22 ist in
die lang gestreckte Öffnung 12 des
Halteteils 1 eingesetzt und so ausgelegt, dass er seinen
Außenumfang
in das Einführloch 11 des
Halteteils 1 um einen vorgegebenen Betrag vorschiebt.
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Die Stützwelle 23 wird drehbar
von dem Paar seitlicher Platten 62 des Rahmens 6 mit
Hilfe eines Gleitlagers 25 abgestützt.
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Das Schiebeteil 3 weist
einen Anschlagbereich 31 auf, der gegen eine Endfläche des
Schiebeteils 5, des Halteteils 1 und des von dem
Halteteil 1 gehaltenen Stahlrohres P in Anlage gebracht
wird, sowie einen Hydraulikzylinder 32, welcher über den Anschlagbereich 31 gleichzeitig
das Schiebeteil 5, das Halteteil 1 und das Stahlrohr
P schiebt. Das Schiebeteil 3 ist so ausgebildet, dass es
das Halteteil 1 um einen Abstand bewegt, der gleich der
Gesamtlänge
des flachen Abschnitts P1 des Stahlrohres P ist.
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Der Antrieb 4 für das Rollgesenk
weist eine Zahnstange 41 auf, die an dem Schiebeteil 5 verschraubt
ist, sowie ein Ritzel 42, das mit dieser Zahnstange 41 in
Eingriff steht. Die Zahnstange 41 erstreckt sich parallel
zur Achse des Stahlrohres P, wobei ihre Zahnstangen-Zähnungen 41a nach
oben ausgerichtet sind (vgl. 3).
Die Zahnstange 41 besitzt eine größere Gesamtlänge als
der flache Bereich P1 des Stahlrohres P.
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Das Ritzel 42 ist an dem
Abschnitt 23a der Stützwelle 23 angeschraubt,
der einen großen Durchmesser
aufweist. Das Ritzel 42 ist so ausgelegt, dass es sich
integral mit der Stützwelle 23 mittels
einer (hier nicht dargestellten) Feder dreht, die zwischen der Stützwelle 23 und
dem Ritzel eingepasst ist. Damit ist eine Bewegung des Schiebeteils 5 möglich, welche
mittels des Schiebeteils 3 herbeigeführt wird, damit diese mit der
Drehbewegung des ersten Rollgesenks 2 über das Ritzel 42 und
die Stützwelle 23 gekoppelt
wird. Ein Steigungsradius des Ritzels 42 fällt dabei
mit einem Radius des Formabschnitts 22 des ersten Rollgesenks 2 zusammen,
wodurch die Bewegung des Schiebeteils 5 mit der Drehbewegung
des ersten Rollgesenks 2 synchronisiert wird. Da der Antrieb 4 für das Rollgesenk in
der Weise ausgelegt ist, dass er das erste Rollgesenk 2 in
Kopplung mit der Bewegung des Schiebeteils 5 in Drehung
versetzt, ist eine Quelle für
die Antriebskraft nicht erforderlich, die dazu dienen soll, das erste
Rollgesenk 2 anzutreiben. Dementsprechend wird der Aufbau
der Maschine noch stärker
vereinfacht, was zu einer Kostensenkung führt.
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Dabei ist zu beachten, dass der Formabschnitt 22 des
ersten Rollgesenks 2 von dem Einführloch 11 des Halteteils 1 zurückgezogen
wird, das in eine Ausgangsstellung (am rechten Ende, wie in 1 dargestellt) bewegt wird,
so dass sich das Stahlrohr P leicht in das Halteteil 1 eingeführt werden kann.
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Als nächstes wird nun ein Verfahren
zum Ausbilden des flachen Abschnitts P1 in dem Stahlrohr P unter
Einsatz der in vorstehend beschriebener Weise aufgebauten Maschine
zur Herstellung einer Zahnstangenwelle beschrieben.
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Gemäß 1 wird das Stahlrohr P in das Einführloch 11 des
Halteteils 1 so eingeführt,
dass es in seiner Stellung eingestellt wird, wobei das Halteteil 1 in
seine Ausgangs- bzw. Ruhestellung bewegt wurde.
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Anschließend wird ein Hydraulikzylinder 32 des
Schiebeteils 3 so angetrieben, dass er das Stahlrohr P
zusammen mit dem Halteteil 1 und dem Schiebeteil 5 nach
links – wie
in 1 zu sehen ist – bewegt.
Im Ansprechen darauf versetzt der Antrieb 4 für das Rollgesenk
synchron zur Bewegung des Stahlrohres P das erste Rollgesenk 2 im
Uhrzeigersinn in Drehung, wie in dieser Figur dargestellt ist. Damit kann
das erste Rollgesenk 2 eine außenliegende Umfangskante ihres
Formabschnitts 22 in einen Oberflächenabschnitt des Stahlrohres
P um einen vorgegebenen Betrag eindrücken (vgl. 5). In diesem Zustand, im Zusammenhang
mit der weiteren Bewegung des Stahlrohres P in gleicher Richtung wie
zuvor, veranlasst der Formabschnitt 22 fortschreibend eine
plastische Verformung eines Teils des Stahlrohres P, das in Abrollkontakt
damit verbleibt (vgl. 5), wodurch
schließlich
der flache Abschnitt P1 mit einer Länge geformt wird, die einer Umfangslänge des
Formabschnitts 22 entspricht (vgl. 7).
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Auf diese Weise verformt der Formabschnitt 22 des
ersten Rollgesenks 2 einen Teil des Stahlrohres P plastisch
in der flachen Oberfläche
und bleibt dabei in Abrollkontakt mit dem Stahlrohr P, weshalb sich
der Reibungswiderstand zwischen dem Stahlrohr P und dem darauf gleitenden
ersten Rollgesenk 2 auf einen im Wesentlichen vernachlässigbaren
kleinen Betrag verringern lässt.
Dies sorgt dafür,
dass ein Festfressen des Stahlrohres P und des ersten Rollgesenks 2 verhindert
wird und deshalb ist eine vorherige Schmierung des Stahlrohres P
nicht erforderlich.
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Außerdem zwingt der Rollgesenk-Antrieb 4 dem
ersten Rollgesenk 2 eine Drehbewegung synchron zur Bewegung
des Stahlrohres P auf, so dass sich das Auftreten eines Schlupfes
zwischen dem Stahlrohr P und dem ersten Rollgesenk 2 während dessen
Bewegung wirksam verhindern lässt.
Dies führt
zu einer noch wirksameren Verhinderung des Festfressens des Stahlrohres
P und des ersten Rollgesenks 2 sowie zu einer glatt bearbeiteten
Oberfläche
des flachen Bereichs P1.
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Da außerdem die plastische Verformung
des Stahlrohres P progressiv in dessen axialer Streckung fortschreitet,
wird das Auftreten einer zahnähnlichen Verformung
in dem flachen Bereich P und von Rissen in einem Abschnitt eines
Abschnitt eines Innenumfangs des Stahlrohres P verhindert, an welchem
sich der flache Abschnitt P1 an den gebogenen Abschnitt P2 anschließt, auch
wenn die Pressformarbeit solche Fehler nach sich zieht.
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Des Weiteren ist die vorgenannte
Maschine zur Herstellung einer Zahnstangenwelle so ausgelegt, dass
infolge der Drehung des ersten Rollgesenks 2 dessen Formabschnitt 22 in
den Oberflächenbereich
des Stahlrohres P gedrückt
wird und somit ist eine Mechanik für die vertikale Bewegung des ersten
Rollgesenks 2 bzw. des Stahlrohrs P zum Andrücken des
ersten Rollgesenks 2 in den Oberflächenbereich des Stahlrohres
P nicht erforderlich. Damit vereinfacht sich der Aufbau der Maschine
mit dem Ergebnis, dass die Kosten gesenkt werden.
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Als nächstes wird nun ein Verfahren
zur Ausbildung der Zahnstangen-Zähnung
P3 gemäß 8 in dem Stahlrohr P beschrieben,
an dem der vorgenannte flache Abschnitt P1 ausgebildet ist.
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Die vorgenannte Maschine zur Herstellung einer
Zahnstangenwelle ist so ausgelegt, dass sie die Zahnstangen-Zähnung P3
dadurch ausbildet, dass sie das erste Rollgesenk 2 zur
Bildung des flachen Bereichs gegen ein zweites Rollwerkzeug 7 zur
Ausbildung der Zahnstangen-Zähnung
auswechselt. Gemäß der Darstellung
in 9 weist das zweite
Rollwerkzeug ein ringförmiges
Basisteil 71 auf, das um die Stützwelle 23 gepasst
ist, sowie einen fächerartigen
Formabschnitt 72, der von einem Außenumfang des Basisteils 71 aus
vorsteht. Auf einer Außenumfangslinie
des Formabschnitts 72 sind Zähne 73 ausgebildet,
die in Entsprechung zu der Zahnstangen-Zähnung P3 geformt sind.
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Zur Ausformung der Zahnstangen-Zähnung P3
wird nach der Bewegung des Halteteils 1 in die Ausgangsstellung
das Stahlrohr P, auf dem der flache Bereich P1 ausgeformt ist, in
das Einführloch 11 des
Halteteils 1 eingesetzt, um es in die richtige Position
zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt ist der flache Abschnitt P1 nach
oben ausgerichtet, während
ein Dorn 74 in das Stahlrohr P so eingeführt wird,
dass er über
mindestens einem Innenabschnitt desselben liegt, welcher dem flachen
Bereich P1 entspricht, und dass er dazu dient, eine Belastung, die
auf den flachen Bereich P1 aufgebracht wird, aufzunehmen. Anschließend wird
der Hydraulikzylinder 32 des Schiebeteils 3 so
angetrieben, dass es das Stahlrohr P zusammen mit dem Halteteil 1 und
dem Schiebeteil 5 bewegt, und zwar in 9 nach links. Damit wird es möglich, dass
das sich drehende zweite Rollwerkzeug 7 fortschreitend
die plastische Verformung in dem flachen Bereich P1 des Stahlrohres
P mit Hilfe der Zähne 73 des
zweiten Rollwerkzeugs 7 herbeiführt (vgl. 10). Damit wird die Ausformung der Zahnstangen-Zähnung P3
in dem flachen Bereich P1 erreicht.
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Eine derartige Ausformung der Zahnstangen-Zähnung P3
durch plastische Verformung des flachen Abschnitts P1 des Stahlrohres
P sorgt für eine
hochpräzise
Formung der Zahnstangen-Zähnung
P3 ohne Beeinträchtigung
durch eine Restspannung in dem flachen Abschnitt P1. Mit anderen Worten
baut sich dann, wenn das erste Rollgesenk 2 zur Bildung
des flachen Bereichs den flachen Abschnitt P1 des Stahlrohres P
plastisch verformt, in dem flachen Abschnitt P1 eine Restspannung
auf. Falls dementsprechend an dem flachen Abschnitt P1 eine Gewindeschneidarbeit
mit Einsatz der Schneidkante eines Ausdorn- bzw. Räumwerkzeugs
zur Bildung der Zahnstangen-Zähnung
P3 vorgenommen wird, verringert sich die Präzision der Zahnstangen-Zähnung P3
wegen einer nachteiligen Auswirkung der vorgenannten Restspannung.
Wenn jedoch das zweite Rollwerkzeug 7 eingesetzt wird,
um die Zahnstangen-Zähnung
P3 zu bilden, lassen sich ohne nachteilige Beeinträchtigung
durch die Restspannung die Zahnstangen-Zähne
P3 mit hoher Präzision
erhalten. Wenn außerdem
die hochpräzise
Bildung der Zahnstangen-Zähnung
P3 mit der vorgenannten Gewindeschneidarbeit erreicht werden soll, ist
es notwendig, das Profil der Schneidkante des Räumwerkzeugs zu verändern, die
Vorrichtung neu auszulegen, und ähnliche
Schritte zu unternehmen, was somit zu einer Erhöhung der Kosten für die Ausbildung
der Zahnstangen-Zähnung
P3 führt.
Dur die Bildung der Zahnstangen-Zähnung P3 mit Hilfe des zweiten
Rollwerkzeugs 7 dagegen werden die vorstehend umrissenen
Probleme in vorteilhafter Weise umgangen.
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Die Ausbildung der Zahnstangen-Zähnung P3
kann außerdem
sowohl durch Kaltbearbeitung wie auch durch Warmbearbeitung vorgenommen werden.
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11 ist
eine wesentliche Schnittansicht zur Darstellung eines Verfahrens
zur Pressformung der Zahnstangen-Zähnung P3. Bei diesem Verfahren wird
ein Pressstempel 8 verwendet, auf dem Zähne 81 in einer Reihe
in Entsprechung zu der Zahnstangen-Zähnung P3 als Gesenk zur Bildung
der Zahnstangen-Zähnung
ausgebildet sind. Das Stahlrohr P wird dabei von einem Haltegesenk 82 gehalten,
während
ein Dorn 83 darin eingeführt und über mindestens einen innen
liegenden Bereich desselben platziert wird, welcher dem flachen
Abschnitt P1 entspricht und dazu dient, eine auf den flachen Bereich P1
aufgebrachte Belastung aufzunehmen. In diesem Zustand wird der Pressstempel 8 von
einer Maschinenpresse so gegen den flachen Abschnitt P1 gedrückt, dass
dieser flache Bereich P1 plastisch verformt wird, wodurch man die
Zahnstangen-Zähnung P3
erhält.
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Bei diesem Verfahren wird auch eine
plastische Verformung des flachen Bereichs P1 des Stahlrohrs zur
Bildung der Zahnstangen-Zähnung
P3 herbeigeführt
und deshalb erreicht man eine hochpräzise Ausformung der Zahnstangen-Zähnung P3, ohne dass der Vorgang
durch die Restspannung in dem flachen Bereich P1 beeinträchtigt wird.
Außerdem sind
geringere Bearbeitungskosten als bei der Ausformung der Zahnstangen-Zähnung durch
einen Gewindeschneid-Vorgang ein Merkmal dieses Verfahrens.
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Daneben kann die Ausbildung der Zahnstangen-Zähnung P3
sowohl durch Kaltbearbeitung als auch durch Warmbearbeitung durchgeführt werden.
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Die vorgenannte Produktionsmaschine
zur Herstellung einer Zahnstangen-Welle kann so angeordnet sein, dass
das erste Rollgesenk 2 relativ zum Stahlrohr P bewegbar
ist und zu einer Bewegung entlang des Stahlrohres P unter Einwirkung
des Schiebeteils veranlasst wird. In diesem Fall kann der Hydraulikzylinder
als Quelle der Antriebskraft dienen, um das erste Rollgesenk 2 zu
schieben. Ansonsten kann ein ölhydraulischer
Motor oder ein Getriebemotor als Quelle der Antriebskraft dienen,
um die Stützwelle 23 oder
das Ritzel 42 in Drehung zu versetzen.