DE3346462A1 - Verfahren zur herstellung einer zahnstange, insbesondere fuer ein lenkgetriebe mit einem variablen uebersetzungsverhaeltnis - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE._:;SP:Ö"T.t.:ÜND -.BUSCHMANN

TRW Cam Gears Limited München, den 22.12.1983

45 Wilbury Way , P 1125/83

Hitchin, Hertfordshire, Pu/ho SG4 OTU, Großbritannien

Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange, insbesondere für ein Lenkgetriebe mit einem variablen übersetzungsverhältnis

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnstangengliedes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche in ihrer Längsrichtung eine Verzahnung aufweisende Zahnstangenglieder, die mit einem Schneckenrad konstanter Steigung kämmen, so daß bei Drehung des Schneckenrades das jeweilige Zahnstangenglied in Richtung seiner Längsachse bewegbar ist, und wobei die Zahnstange mindestens einige Zähne aufweist,'die eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses bewirken, d.h. deren Steigungen, deren Zahnwinkel in der Ebene senkrecht zur Längsachse des Zahnstangengliedes sowie deren Zahnprofile sich über die Länge des Zahnstangengliedes ändern, wobei sowohl die Zahnwinkel als auch die Zahnform einander benachbarter Zähne unterschiedlich sind, so daß beim Eingriff des Ritzels in diesen Teil der Verzahnung eine sanfte Änderung im Antriebsverhältnis zwischen Ritzel und Zahnstange bewirkt wird, sind generell als Zahnstangen-Lenkgetriebe mit sich ändernden Übersetzungsverhältnis für Fahrzeug-Lenksysteme bekannt; vgl. britisches Patent 1 356 172.

Bei einem herkömmlichen Zahnstangengetriebe mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis weisen dagegen die Zähne der Zahnstange eine konstante Steigung auf, sind in der Zahnform gleich und lie-

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gen über die gesamte Längserstreckung der Zahnstange unverändert paralIeI zueinander, so daß alle Zähne den gleichen Zahnwinkel aufweisen, also eine konstante übersetzung liefern. Derartige Zahnstangen mit einer gleichförmigen Verzahnung werden durch ein einfaches Räumverfahren hergestellt, bei dem eine Anordnung von untereinander gleichen Schneidwerkzeugen, deren Profil das Gegenstück zu den Zahnlücken in der herzustellenden Verzahnung bildet, parallel und unter dem Zahnwinkel der Zähne in bezug auf das die Zahnstange ergebende Werkstück bewegt wird, _so d_aß sämtliche Zähne für ein konstantes Übersetzungsverhältnis mit der erforderlichen Steigung zu gleicher Zeit ausgeschnitten werden.

Bei einem Zahnstangenglied der eingangs genannten Art, dessen Verzahnung ein sich änderndes übersetzungsverhältnis zuläßt, sind sowohl die Zahnwinkel als auch die Zahnformen zwischen zwei oder mehreren benachbarten Zähnen unterschiedlich. Derartig unterschiedlich ausgebildete Zähne können beispielsweise nur in einem Teilbereich der Verzahnung vorgesehen sein, während ein anderer Teilbereich oder mehrere andere Teilbereiche auch Zähne aufweisen können, die beim Eingriff des Ritzels ein konstantes übersetzungsverhältnis liefern, während in wiederum anderen Teilbereichen die unterschiedlich ausgebildeten Zähne ein sich änderndes Übersetzungsverhältnis dort liefern, wo beim Abwälzen des Ritzels sich die wirksame Steigung der Zähne der Zahnstange än'dert.

Wahlweise können die Zähne auch ein sich konstant änderndes Übersetzungsverhältnis liefern, so daß sich das Verhältnis bei Übergang des Ritzels von einem zum anderen Zahn leicht ändert.

Da sich bei Zahnstangen mit unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse verkörpernden Zähnen die Zahnwinkel, die wirksame Steigung und die Zahnform, insbesondere hinsichtlich der unterschiedlichen Zahnprofile und der Flankenwinkel an den Flanken-

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flächen ändern, ist es schwierig, bei der Herstellung solcher Zahnstangen die erforderliche Genauigkeit der Verzahnung, wie sie insbesondere für Fahrzeug-Lenkgetriebe gefordert wird, unter wirtschaftlichen Bedingungen einzuhalten.

Ein einfaches Räumen mit einer Schneidwerkzeuganordnung - wie vorstehend beschrieben - ist hierfür nicht geeignet, vor allem mit Rücksicht auf die sich ändernden Zahnwinkel und Zahnprofile über die Längserstreckung der Zahnstange. Aus diesem Grund sind für die Herstellung einer derartigen Verzahnung bereits elektrisch Bearbeitungsverfahren vorgeschlagen worden, die jedoch für diesen Zweck viel zu teuer und zu langsam sind.

Präge- oder andere Formverfahren erfordern einen großen Investitionsaufwand und erscheinen undurchführbar, weil zuviel Material im Ausgangswerkstück bei der Ausforrnung der Zähne zu verdrängen ist. Ein einfaches kombinieren von Räum- und Prägevorgängen, z.B. in der Weise, daß eine Anzahl von aufrechtstehenden Ansätzen grob in einem Werkstück durch Räumen vorgeformt wird, und anschließend die Ansätze im Prägeverfahren in der Höhe reduziert und zu einer Verzahnung mit den geforderten Eigenschaften umgeformt werden, erscheint aus kommerzieller Sicht ebenfalls nicht lohnend, denn es ist zuviel Metall während des Prägeverfahrens zu verdrängen, wie die britischen Patente 1 356 172 und 2 026 908 zeigen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnstanqengliedes der hier in Rede stehenden Art zu schaffen, das einfach und wirtschaftlich ist und durch das die notwendige Genauigkeit erzielbar ist, ohne die Nachteile der bisher bekannten Verfahren aufzuweisen.

Diese Aufgabe ist gernäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach vorliegender Erfindung wird also ein Zahnstangenglied der hier infragestehenden Art durch ein zweistufiges Verfahren hergestellt, bei dem zuerst eine Grundverzahnung in einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung herausgearbeitet wird, in der alle Zähne den gleichen Zahnwinkel aufweisen und in der jeder Zahn ein konstantes Profil über die Längserstreckung der Zahnstange aufweist; es kann jedoch diese Form und der Zahnlückenabstand der Grundverzahnung über die Längs« erstreckung variieren. Daran anschließend wird die die Grundverzahnung tragende Zahnstange einem Preßvorgang, beispielsweise einem Prägevorgang, unterzogen, bei dem das Metall des Werkstückes zu der neuen gewünschten Form verdrängt wird, so daß die Grundverzahnung in die gewünschte Form und Position gebracht wird,

Um unnötige Beanspruchung des Materials während des Preß- oder Prägevorganges zu vermeiden, wird die Grundverzahnung vorzugsweise im Werkstück in einer solchen Form und mit solchen Zahnwinkeln und in einer solchen Anordnung ausgearbeitet, daß ein Minimum an Metallverdrängung während des nachfolgenden Preßvorganges der Verzahnung erforderlich ist. Die gewünschten Eigenschaften lassen sich durch geeignete Wahl des konstanten Zahnwinkels für die Erzeugung der Grundverzahnung erreichen, ebenso wie durch die Wahl des Profils und der Anordnung der Schneidwerkzeuge sowie des Schneidwinkels, unter dem die Werkzeuge in bezug auf das Werkstück für die Ausarbeitung der Grundverzahnung angeordnet werden. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn der vorbestimmte konstante Winkel zwischen dem größten und kleinsten Zahnwinkel der Zähne der Verzahnung des fertigen Zahnstangengliedes liegt; dies führt dazu, daß während des Preßvorganges Metall von einigen der Zähne der Grundverzahnung axial zum Werkstück und in der einen Richtung verdrängt und

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Metall von anderen Zähnen der Grundverzahnung in der entgegengesetzten axialen Richtung verdrängt wird, wobei im Idealfall die Metallverdrängung in den einander entgegengesetzten Richtungen gleich groß ist. Dadurch wird so wenig Metall wie möglich verdrängt und die Prägekräfte an der Prägeform sind besser beherrschbar.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es ferner, daß sämtliche Schneidwerkzeuge der Anordnung gleichzeitig in bezug auf das Werkstück zwecks Ausschneidens der Grundverzahnung verschoben werden können, was fertigungstechnisch besonders günstig ist. Die Schneidwerkzeuge können als endloses Band ausgebildet sein, so daß die Primär- oder Grundzähne, d.h. alle Zähne der Grundform in ähnlicher Weise wie beim herkömmlichen Räumen ausgeschnitten werden können. Diese Methode, im Verein mit dem anschließenden verhältnismäßig einfachen Prägeformen, macht also eine wirtschaftlich sinnvolle und lohnende Herstellung von Zahnstangengliedern mit Zähnen, die ein variables übersetzungsverhältnis bewirken, erstmals möglich.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht in die Ebene eines Zahnstangengliedes der hier in Rede stehenden Art, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,

Figur 2 das Profil und die Anordnung der Zähne und der jeweiligen Zahnlücken auf dem Zahnstangenglied nach Figur 1 an Hand des linken Teils, wobei diese Darstellung einer Ansicht jedes

Zahnes unter einem vorbestimmten konstanten Zahnv/inkel entspricht, der in Figur 1 durch den Pfeil X gekennzeichnet ist und

Figur 3 das Profil und die Anordnung der Primärverzahnung bzw. der Grundform der einzelnen Zähne, die in ein Werkstück durch eine Anordnung von Schneidwerkzeugen eingearbeitet wurden, deren Profile in an sich bekannter Weise das Gegenstück zu der herzustellenden Verzahnung bilden.

Ein nach dem noch zu beschreibenden Verfahren herzustellendes Zahnstangenglied hat - wie Figur 1 zeigt - generell den Aufbau eines herkömmlichen Zahnstangengliedes eines Lenksystems eines Fahrzeuges. Es besteht aus einer Stahlstange, deren Enden für die Kupplung mit dem nicht dargestellten Gestänge des Lenksystems ausgebildet sind und die in Richtung der Längsachse an ihrem Umfang eine zwanzig Zähne und die zugehörigen Zahnlücken umfassende Verzahnung 1 bis 21 gemäß Figur 1 aufweist. Diese Verzahnung dient dem Eingriff in ein nicht dargestelltes Schneckenrad des Lenkgetriebes. Die Zähne dieses Ritzels weisen alle eine konstante Steigung auf und sind derart angeordnet, daß beim Drehen des Ritzels das Zahnstangenglied in Richtung seiner Längsachse verschoben wird. Das Zahnstangenglied bildet also zusammen mit dem Ritzel ein allgemein als Zahnstangentrieb mit variabler übersetzung bezeichnetes Getriebe, bei dem mindestens einige der Zähne als Zähne unterschiedlicher übersetzung eine über die Erstreckung der Zahnstange jeweils unterschiedliche Zahnform aufweisen und daher ein variables Übersetzungsverhältnis liefern, wobei die Zahnwinkel dieser Zähne in der Ebene der Zahnstange bezogen auf deren Längserstreckung zwischen jeweils benachbarten Zähnen unterschiedlich sind, so daß bei Verschiebung der Zahnstange durch das Ritzel die Zähne für die unterschied-

liehe Übersetzung eine Änderung der Steigung und damit eine Änderung in der Antriebsübertragung zwischen dem Ritzel und dem Zahnstangenglied bewirken.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ändert sich das übersetzungsverhältnis symmetrisch von der Mitte des Zahnstangengliedes aus nach beiden Seiten. Die Symmetrieachse liegt in der Mitte (sowohl in Längsrichtung als auch senkrecht hierzu) der Zahnlücke 11. Ferner sind die Zähne derart angeordnet, daß die im mittleren Bereich des Zahnstangengliedes vorgesehenen Zähne eine geringe mechanische Kraftverstärkung beim Antrieb durch das Ritzel liefern - also eine große wirksame Steigung haben - , während die Zähne in den Endbereichen des Zahnstangengliedes eine konstante hohe mechanische Kraftverstärkung beim Antrieb aufweisen sollen - also eine relativ kleine wirksame Steigung aufweisen - . Um einen sanften übergang beim Antrieb durch das Ritzel zwischen den Bereichen mit großer und kleiner wirksamer Steigung zu gewährleisten, sind Zähne unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisses gruppenweise vorgesehen.

Da die Übersetzungseigenschaften des Zahnstangengetriebes symmetrisch zur Zahnlücke 11 sind und folglich auch die Zahnformen der Zähne in der Längserstreckung der Zahnstange, sind auch die Zahnwinkel - durch die Linien A bis J in Figur 1 angegeben - und die zugeordneten Zahnlücken zwischen benachbarten Zähnen beidseitig von der Zahnlücke 11 ausgehend gleich ausgebildet. Der Einfachheit halber genügt es daher, die Ausbildung des einen Endstückes des Zahnstangengliedes, beispielsweise die Zahnlücken 11 bis 21 umfassend zu betrachten, und sinngemäß auf das andere Ende zu übertragen, das ähnlich geformt ist.

Unter Berücksichtigung dieser Ausnahme sind die zwischen den Zahnlücken 11 bis 18 vorhandenen Zähne für ein sich änderndes Übersetzungsverhältnis ausgebildet, wie aus Figur 1 ersichtlich

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ist, wobei die wirksame Steigunq von einem Zahn zürn anderen in. Richtung auf das Zahnstangenende progressiv abnimmt und wobei sich die Zahnwinkel, wie durch die Linien B bis J angegeben, ändern, so daß jeder Zahn gegenüber seinen jeweils benachbarten Zahnen ein unterschiedliches Profil oder eine unterschiedliche Zahnform aufweist, wie in dem britischen Patent 1 356 172 im einzelnen beschrieben ist. Demgegenüber sind die zwischen den Zahnlücken 18 bis 21 liegenden Zähne für ein konstantes übersetzungsverhältnis ausgebildet und sind daher untereinander im wesentlichen identisch, d.h. sie weisen gleiche Steigung zwischen den Zähnen und gleiche Zahnwinkel, wie durch die Linien A angegeben, auf.

Im dargestellten Beispiel nehmen die Zahnwinkel A bis J - in der Ebene des Zahnstangenglieds und in bezug auf eine zur Längsachse der Zahnstange senkrechten Ebene gesehen - von der Mitte der Zahnstange in Richtung der Enden ab, und wie Figur 1 zeigt, von 21° 57' bis 15⁰OO¹ , während die drei identischen Zähne am Zahnstangenende einen Zahnwinkel von 15° haben. Wie schon erwähnt, ist es in der Praxis außerordentlich schwer, Zähne mit jeweils unterschiedlichem Zahnwinkel und sich im gewünschten übersetzungsverhältnis in Längsrichtung der Zahnstange sich ändernder Zahnform in eine Zahnstange in wirtschaftlich vertretbarer Weise einzuformen oder herzustellen. Hier soll das nunmehr zu beschreibende Herstellungsverfahren Abhilfe schaffen.

Bei den herkömmlichen und allgemein als am wirtschaftlichsten angesehenen Verfahren zur Herstellung von Zahnstangengliedern mit einer ein konstantes Übersetzungsverhältnis liefernden Verzahnung wird die Verzahnung durch Räumen hergestellt. Hierzu wird eine Mehrfachanordnung von einzelnen Schneidwerkzeugen parallel zum Werkstück unter vorbestimmten Winkel zur Werkstücklängsachse, so daß dabei jeder Zahn gleichzeitig mit gleichem Zahnwinkel und gewünschtem Profil geschnitten wird.

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Dieses bekannte Verfahren v/i rd hier soweit ausgenutzt als es sich mit den Eigenschaften der ein variables Übersetzungsverhältnis liefernden Verzahnung im Endprodukt vereinbaren läßt, insbesondere in der Weise, daß während des Räumvorganges ein möglichst großer Materialabtraq vom Werkstück zwecks Bildung einer Verzahnung in einer Grundform der einzelnen Zahne und der jeweiligen Zahnlücken oder -abstände stattfindet, so daß das Material dann in einem weiteren Verformungsvorgang» nämlich durch Prägen in die gewünschtm endgültigen Zahnformen mit den gewünschten Zahnwinkeln gebracht werden kann. Zur Verwirklichung dieser Verfahrensweise sind zunächst einmal imaginäre Profile und ihre jeweilige Anordnung nach den Zahnlücken 1 bis 21 zwischen den einzelnen Zähnen, die auf dem Zahnstangenglied nach Figur 1 zu formen sind, festzulegen. Diese imaginären Profile ändern sich in Abhängigkeit des imaginären Betrachtungswinkels des Zahnstangengliedes in der Ebene der Verzahnung und längs eines vorbestimmten Zahnwinkels. Bei imaginärer Betrachtung der Verzahnung in Figur 1 unter einem vorbestimmten Zahnwinkel, der zwischen dem größten und kleinsten Zahnwinkel der Zähne des Zahnstangengliedes liegt, kann hieraus ein optimaler Winkel abgeleitet werden, auf den auch die Schneidwerkzeuge während des Räurnvorganges eingestellt werden, so daß ein Höchstmaß von Material in herkömmlicher Weise abgetragen wird, so daß eine Anordnung von Zähnen einer der endgültiaen Form angenäherten Grundform entsteht, die anschließend in einer Presse in effizienter und wirtschaftlicher Weise auf die endgültige Form gebracht werden kann.

Das angenommene imaginäre Profil der Verzahnung, nach dem der Räumvorgarig zur Erzeugung der Grundform in einem das Zahnstangenglied ergebenden Werkstück festgelegt wird, ist vorzugsweise das, das sich aus der imaginären Ansicht der Verzahnung in einer Richtung ergibt, die dem mittleren odor durchschnittlichen Zahnwinkel zwischen dem größten und kleinsten Zahnwinkel

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der Verzahnung auf der Zahnstange angenähert ist.

In Figur 1 sind als Maximalwinkel und als Minimalwinkel 21°57' und 15⁰⁰OO¹ gezeigt, so daß der Mittelwert dieser Winkel bei etwa 18°30' liegt. Betrachtet man nun jeden Zahn in Figur 1 in Richtung des Pfeiles X in der Ebene der Zahnstange und liegt diese Richtung in dem vorbestimmten das arithmetische Mittel bildenden Winkel von 18°30', dann ergibt sich nach den in diesem Fall sichtbaren Abständen zwischen den Zähnen das in Figur 2 gezeigte Profil. Der Übersichtlichkeit halber wurde in Figur 2 nur die linke Hälfte der Zahnstange dargestellt, in der die schraffierten Bereichs 11a bis 21a das imaginäre Profil angeben, das sich aus der Ansicht der Zahnabstände 11 bis 21 entlang dem Pfeil X ergibt.

Nach dem das imaginäre Profil der Zahnlücken 11a bis 21a bestimmt ist, wird im Zuge der Bearbeitung des Werkstückes durch die Schneidvorrichtung das Material an den schraffiert gezeichneten Bereichen 11a bis 21 ausgeschnitten und zwar derart, daß die Profile konstant über die Längserstreckung des Werkstücks bleiben und den vorbestimmten konstanten Winkel von 18° 30' aufweisen und auf dem Werkstück eine Anordnung von Zähnen in einer Grundform entsteht, die die endgültigen Zahnforrnen der Zähne des Zahnstangengliedes bereits beinhaltet.

Demgemäß bieten sich hier für die Herstellung Mehrfach-Räumwerkzeuge an, die in bezug auf Profil und Anordnung das Gegenstück zu den jeweiligen imaginären Zahnlücken 11a bis 21a bilden (und sinngemäß in gleicher Weise in bezug auf die Zahnlücken 1 - 10). Diese Mehrfach-Räurnwerkzeuge schneiden dann aus einem Zahnstangen-Rohling, der Stange 22, (Figur 3) eine Primär- oder Grundverzahnung mit den Zahnlücken 11b bis 21b aus, vgl. Figur Zum Ausschneiden dieser Grundverzahnung werden die Schneidwerkzeuge parallel zu Schneidachson verschoben, von denen jede den gleichen konstanten Zahnwinkel von 18° 30' bezogen auf die

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- y( -radiale Ebene der Längsachse der Stange 22 aufweist.

Demgemäß ist der Querschnitt jedes Grund- oder Primärzahnes in einer senkrechten Ebene zum konstanten Zahnwinkel in der Längserstreckung der Zahnstange und damit über die Breite des Zahnes im wesentlichen konstant und die Profile und die Anordnung der Zahnlücken entsprechen irn wesentlichen den imaginären Zahnlücken 11a bis 21a in Figur 2.

Vergleicht man die Zahnlücken in Figur 3 mit den imaginären Zahnlücken in Figur 2 so ist festzustellen, daß qeringfügige Abweichungen in den Profilen mit Rücksicht auf die Vereinfachung des Räumvorganges und/oder des Formvorqanges in der Presse, dem das Werkstück anschließend unterworfen wird, zulässig sind. Beispielsweise ist es unwirtschaftlich, auf einen Punkt oder bis zum Scheitelpunkt zu räumen, da hierdurch eine kurze Lebensdauer des Werkzeuges in Kauf genommen werden muß; daher sind die gedachten Scheitelpunkte, dargestellt als Füße der imaginären Zahnlücken 11a bis 13a, in Form von Kanälen 23 in die Wurzeln der jeweiligen Lucken 11b bis 13b in der Grundverzahnung eingebracht. Desgleichen wurden die Wurzeln der imaginären Lücken 14a bis 21a ausgerundet, wobei, das Räumwerkzeug die Lücken 14b bis 21b in das Werkstück schnitt, wodurch die Lebensdauer des Räurnwerkzeuges verlängert wird. Die Fertigbearbeitung der Verzahnung - wie sie Figur 1 darstellt - wird durch einen Prägevorgang der Grundverzahnunq auf dem Werkstück durchgeführt. Bei diesem Präge- oder Formvorgang wird das Material des Werkstückes verdrängt und die Grundzähne werden derart verformt, daß die Zahnforrnen, deren Anornung und die Zahnwinkel der Verzahnung nach Figur 1 entstehen. Prägeverfahren sind an sich bekannt und ermöglichen die Meta 11 verformung mit hoher Präzision, so daß sich eine genaue Beschreibung hierzu erübrigt. Bemerkt sei jedoch, daß die Prägeformen präzise Innenprofile aufweisen müssen, da sie das Gegenstück zur Verzahnung

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in Figur 1 bilden, so daß beim Schließen der Prägeform über dem Werkstück 22 das Material der Grundform der Verzahnung in die gewünschte Form für die Verzahnung des Zahnstangengliedes gebracht wird. Da die Grundverz'ahnunq in das Werkstück mit einem konstanten Zahnwinkel von 18°30' eingearbeitet wurde - was annähernd dem mittleren Zahnwinkel des Zahnstangengliedes entspricht - , wird ein Teil des Materials der Grundverzahnung axial zum Werkstück in der einen Richtung verdrängt, während bei anderen Zähnen das Material in der entgegengesetzten axialen Richtung verdrängt wird. Hierdurch wird gleichzeitig eine druckausgleichene Wirkung innerhalb der Form erzielt und außerdem wird das Ausmaß, in dem die Grundverzahnung axial zu verdrängen wäre, verringert und folglich auch die Nachforming während des Preßvörganges, um die endgültige Zahnform des Zahnstangenqliedes sicherzustellen. Bei dieser Nachformung wird der Metallfluß während des Prägens durch die beim Räumen eingeformten Kanäle 23 begünstigt, durch die die Zahn" höhe der Zähne in ihrer Grundform vergrößert wurde (vorzugsweise auf die Höhe der gewünschten Endform der Verzahnung); gleiches gilt für das Ausrunden der Wurzeln in den Zahnlücken 14b bis 21b. Bei Bedarf kann die Ausrundung der Grundverzahnung auch um ein Geringes höher gelegt werden - wie gestrichelt in Figur 3 für die Lücken 15b bis 21b gezeigt - , beispielsweise in der Größenordnung von ca. 0,004 mm (6000stel inch) gegenüber den Wurzeln der Grundverzahnung. Diese Maßnahme wird für das Verdrängen des Materials während des Prägevorganqes für günstig angesehen und kann unerwünschte Spannung in der Endverzahnung verringern, beispielsweise durch höhere Belastung der Enden der Prägeform während des Prägevorganges, um die Belastung auszugleichen, die vom Zentrum des Zatinstangengl iedes gegen beide Enden erforderlich ist.

Die bei der Metallumformung auftretenden inneren Kräfte in den Formen sind erheblich, insbesondere bei einem großen Werkstück

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wie einer Zahnstange. Um diese Kräfte aufzunehmen, sind die Wandstärken der Formen entsprechend stark zu wählen. Mit Rücksicht auf diese Forderung weisen die Enden des Zahnstangengliedes nach Figur 1 vorzugsweise Ausnehmungen 24 (vgl. Figur 3) auf. Die Breite dieser Ausnehmungen in Achsrichtung ist größer als die einer Zahnlücke, so daß auch große Wandstärken von Formen in die Ausnehmungen 24 eingreifen können, um dem Formendruck standzuhalten und um den unmittelbar an die Formenwand anschließenden Zahn gegen Bruch oder Verformung zu schützen. Diese Ausnehmungen werden in die Stange 22 zweckmäßigerweise bei der Herstellung der ürundverzahnung durch Räumen in einem einzigen Arbeitsgang miteingebracht.

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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Zahnstangengliedes, das mit einem mit einer Schraubverzahnung konstanter Steigung versehenen Ritzel zusammenwirkt, v/ährend die Verzahnung des Zahnstangengliedes mindestens einige Zähne aufweist, die eine über die Länge der Zahnstange unterschiedliche übersetzung bewirken, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Bestimmen imaginärer Profile und Zuordnungen von Zähnen der herzustellenden Zahnstange, die sich aus der Reihe der Zahnlücken auf dem zu formenden Zahnstangenglied aufgrund einer Ansicht auf die Verzahnung unter einem vorbestimmten konstanten Zahnwinkel ergeben,der zwischen dem größten und dem kleinsten Zahnwinkel der herzustellenden Zähne der Zahnstange liegt,

b) Anordnen einer Reihe von Schneidwerkzeugen, die jeweils im v/esentl ichen nach Profil und Zuordnung den durch die Reihe der Zahnlücken verkörperten imaginären Profilen der Verzahnung entsprechen,

c) die Anordnung von Schneidwerkzeugen wird in bezug auf das die Zahnstange ergebende metallische Werkstück zwecks Ausschneidens einer ersten Anordnung von Zähnen bewegt, wobei

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die Bewegung der Schneidwerkzeuge parallel zu Schneidachsen erfolgt, von denen jede dem konstanten Zahnwinkel entspricht zwecks Ausarbeitens einer Grundform der Verzahnung mit dem vorbestimmten konstanten Zahnwinkel, derart, daß der Ausschnitt jedes Grundzahnes in einer zum Zahnwinkel senkrechten Ebene über die Längserstreckung der Zahnstange im wesentlichen konstant ist, wobei die Profile und die Anordnung der Zahnlücken innerhalb der Grundverzahnung im wesentlichen den imaginären Profilen und der imaginären Zuordnung entsprechen, und

d) die Grundverzahnung wird einem pressenden Bearbeitungsvorgang unterzogen, bei dem das Metall des die Zahnstange bildenden Werkstückes derart verdrängt wird, daß sowohl die Formen und die Zuordnungen als auch die Zahnwinkel der durch spanendes Formen gefertigten Grundzähne in die endgültigen Formen der Verzahnung im Zahnstangenglied spanlos überführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser vorbestimmte konstante Zahnwinkel im wesentlichen dem durchschnittlichen oder mittleren Zahnwinkel zwischen dem größten und dem kleinsten der Zahnwinkel entspricht, die die Zähne der Verzahnung der Zahnstange in ihrer endgültigen Form aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pressende Umformunqsverfahren, denen die Grundverzahnung unterworfen wird, ein Prägevorgang ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundverzahnung einem Prägevorgang unterzogen wird, bei dem

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Material von den Zähnen in axialer Richtung in bezug auf das Werkstück in einer und einer entgegengesetzten Richtung verdrängt wird, so daß am Werkstück ein Druckausgleich entsteht.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundverzahnung durch einen Räumvorgang in das die Zahnstange ergebende Werkstück geschnitten wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschneiden der Grundverzahnung in das metallene Werkstück in den Fußbereichen der Zahnlücken Kanäle eingeschnitten werden, die den Metallfluß während des nachfolgenden Preßvorganges begünstigen.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Schneidwerkzeuge der Bearbeitungsanordnung gleichzeitig in bezug auf das Werkstück zwecks Ausschneidens der Grund verzahnung bewegt werden.

8. Zahnstangenglied dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7 hergestellt ist.