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WO2012013284A1 - Gesenk zum schmieden - Google Patents

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Publication number
WO2012013284A1
WO2012013284A1 PCT/EP2011/003292 EP2011003292W WO2012013284A1 WO 2012013284 A1 WO2012013284 A1 WO 2012013284A1 EP 2011003292 W EP2011003292 W EP 2011003292W WO 2012013284 A1 WO2012013284 A1 WO 2012013284A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
die
parts
rack
die parts
blank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/003292
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen DOHMANN
Christoph Westerkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp Presta AG
Priority to CN201180036976.9A priority Critical patent/CN103025453B/zh
Priority to ES11729382.9T priority patent/ES2575107T3/es
Priority to EP11729382.9A priority patent/EP2598267B1/de
Priority to BR112013001320-6A priority patent/BR112013001320B1/pt
Priority to US13/812,544 priority patent/US9149860B2/en
Publication of WO2012013284A1 publication Critical patent/WO2012013284A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • B21J13/025—Dies with parts moving along auxiliary lateral directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/767—Toothed racks

Definitions

  • the invention relates to a die for forging a toothed portion of a rack of a steering apparatus having first and second die parts, of which the first die part has a first die recess for forming the teeth of the rack and the second die part has a second die recess has the shape of the toothing of the opposite back region of the rack, and which are moved together with reshaping inserted into the blank blank, starting from an open position in a closing direction to an end position in which they have a distance from each other, wherein in the region of the Formausström Associates the Die parts between the die parts a Hauptkavmaschine is formed, which is open in the collapsed end position of the die parts on opposite sides to Maukavticianen, each lying in a lying between the first and the second die part.
  • the invention relates to a forging method for forging a toothed portion of a rack for a steering device, wherein a blank is formed between two die parts, of which the first die part, a first mold cavity for forming the teeth of the rack and the second die part, a second Formausströmung has, which has the shape of the toothing opposite the back portion of the rack, and which are moved together with reshaping inserted into the blank blank, starting from an open position in a closing direction to an end position in which they have a distance from each other, wherein Is formed in the collapsed end position of the die parts on opposite sides to side cavities, each in a between the first and the second die lying lying area, and during the collapse of the die parts, material of the blank is displaced into the secondary cavities.
  • Racks for steering devices of motor vehicles which have constant toothing, are often produced by machining, with high precision being achievable. Such racks can also be made with sufficient accuracy by forming. Forming processes are often more economical than machining processes. Steering racks with variable teeth, in which the distance of the teeth and / or the shape of the teeth and / or the inclination of the teeth changes over the extent of the toothing, are very difficult to produce. For economical production in large series, the manufacturing process becomes more complex.
  • Steering racks which have a triangular cross section or a Y cross section in the region of their toothed ends.
  • a rack is disclosed in EP 0 738 191 B1 and the manufacture of this rack is carried out by hot forging.
  • Such racks are well suited for variable gears and are supported in their guide against the influence of rolling moments, which occur by contact forces between the teeth of the pinion and the teeth of the rack due to inclinations, by their longitudinal guide.
  • steering racks with a round back profile or D-section. Such have some advantages over Y-section racks in manufacturing, even in their non-toothed areas, and in mounting or sealing the rack. The required installation space is significantly smaller and the geometry of the rack supporting the pressure piece is easier.
  • the opening from the main cavity to the sub-cavities (also referred to as a "burr gap”) progressively decreases, increasing the die internal pressure and allowing portions of the material to flow from the main cavity into the sub-cavities, particularly at the edges
  • WO 2005/053875 A1 discloses a forging method without a burr for producing round sprockets. Between the two die parts two punches are provided. In the closed state of the two die parts, these are se on both sides of the two stamps. The main cavity is not yet completely filled with the material of the blank at this time. As a result, the two punches are pressed into the main cavity, reducing the volume of the main cavity, whereby the blank material is pressed on all sides of the walls of the main cavity. The non-generic die used in this method thus has no secondary cavities. Also in this method, the volume of the blank must be precisely defined.
  • a preform is formed, which is reduced by the volume fraction that would be incurred in a machining production.
  • a preform approximated geometrical shape of the preform is required.
  • the preform geometry must be determined empirically, which is technologically complex.
  • preforming produces significant additional costs, due to the machining itself and the volume accuracy requirements.
  • the process management is complex and even small deviations in the volume of the preform or in the volume of the main cavity can lead to burr formation, whereby further additional costs are generated as a result of the required rework.
  • the object of the invention is to provide a die or a forging method of the type mentioned, by which an improved production of a rack for a steering device is made possible. According to the invention, this is achieved by a die having the features of claim 1 or by a forging method having the features of claim 11. In the dependent claims advantageous developments are included.
  • the die according to the invention has an open main cavity, wherein connect in the collapsed end position of the two die parts to the main cavity, which is formed in the region of the mold recesses between the die parts, on both sides Maukavticianen. In this occurs during the merge of the die parts material of the blank, whereby lateral protuberances or burrs are formed.
  • the die has in addition to the two die divide at least two minor moldings. These are located respectively in the region which lies between the first and the second die part, and the walls which delimit the secondary cavities are at least partially formed by the secondary moldings.
  • the secondary moldings are each displaceable in an adjustment direction relative to the die parts, which is angled to the closing direction.
  • the angle occupied by the direction of adjustment of the respective secondary molded part with the closing direction is favorably in an interval of 45 ° to 135 °, wherein angle in the range of at least 70 ° to 1 10 ° is preferred and a right angle to
  • Closing direction is particularly preferred.
  • the forging method according to the invention for forging a toothed portion of a rack is characterized by the features of claim 11.
  • the material displaced into the secondary cavities flows to secondary moldings, which in each case partially limit the flow of the displaced material in the respective secondary cavity.
  • the displaced into the respective Maukavtician material is displaced into a space which is disposed within the respective Maukavtician (ie forms part of the respective Maukavtician) and is limited by a directed towards one of the die parts surface of the respective secondary molding and the end face of the die or by a surface of the respective secondary molding directed in the direction of one of the die parts and a surface of a further secondary molding part which is arranged in the same secondary cavity.
  • the respective intermediate space thus lies between the respective secondary molded part and one of the die parts or between two respective secondary molded parts which in each case partially delimit the same secondary cavity.
  • the flow of material into the secondary cavities is necessary in order to achieve the formation of the desired shape of the rack, thereby reducing the preliminary work for preforming of blanks.
  • This design makes it possible to position the secondary molded parts in a defined manner, or readjust or replace them as wear increases. An exchange or a post-processing of a die part can be avoided or at least delayed.
  • the geometry of the secondary cavities is at least co-determined by the secondary moldings.
  • the geometry of the secondary cavities can thus be changed or adapted, as a result of which the material flow (material flow) of the blank during forging can be optimized. Quality improvements of the finished rack can be achieved.
  • the flow resistance for the displaced material of the blank can be adjusted, wherein a Zahnausformung at, at least over part of the Zustellweges the die parts, lower pressures can be achieved, which in turn has a time-favorable effect.
  • the risk of cracking in the rack can be reduced.
  • the secondary cavities are not completely filled with the material of the blank in the collapsed end position of the die parts, ie in any case there are areas into which no material of the blank passes.
  • the secondary cavities are open to the outside. That is, the Maukavticianen are not only open to the main cavities, but are also at least one other site not limited by a wall.
  • An "open" training of the secondary cavities in the above sense would also be present if the secondary cavities are closed in the end position of the die parts to the outside, but their volume is so large that it is not completely filled by the displaced material of the blank a preferably used cylindrical blank, the volume of the secondary cavities together is thus greater than the volume fraction of the blank, which would be removed in a machining production of the rack.
  • the material flow can be controlled in such a way that, although the secondary cavities are not completely filled with material, the yield stresses required for the formation of the toothing are achieved. Nevertheless, the workpiece blank must be designed less precisely than in the prior art, since the free space in the Maukavtician material volume fluctuations can be largely compensated.
  • a respective secondary molded part has first and second side surfaces, of which the first side surface abuts against an end face of one of the two die parts facing the other die part, and at least a portion of the second end face defines a respective side cavity Wall forms.
  • the first and second side surfaces of the secondary molding are connected to one another via an end face. Conveniently, this end face closes with the closing direction at an angle of less than 45 °, preferably less than 20 °, a parallel alignment with the closing direction being particularly preferred.
  • the end face of a respective secondary molding is preferably withdrawn relative to the main cavity, so does not protrude into the main cavity or flush with it but rather forms a wall bounding the secondary cavity to which blank material emerging from the main cavity moves when the die parts move together.
  • the end face opposite the main cavity at least one-tenth, preferably at least one-fifth of the distance of the Gesenkenmaschine in her End position withdrawn.
  • the extension of this portion of the end face of the die seen in cross section through the die at least one-tenth, preferably at least one fifth of the distance of the end faces of the die parts (measured in areas next to the Formaus- perception) in their contracted end position.
  • the thickness of the secondary moldings is favorably at least a quarter, preferably at most three quarters, of the spacing of the mutually facing end faces of the die parts (in their sections adjacent to the mold cavities) when the die parts assume their contracted end position.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the secondary moldings are kept stationary during the forging of the toothed portion of the rack relative to their adjustment directions, ie no movement in the adjustment takes place, at least from the time from which material of the blank starts to the secondary moldings ,
  • the secondary moldings are in this case stationary relative to one of the two die parts, preferably auxiliary mold parts are held only on the fixed die part, which thus are stationary relative to the latter during forging.
  • At least one of the secondary moldings could be adjusted during its forging of the toothed portion of the rack in its direction of adjustment. This can further influence the material flow.
  • a path-controlled method of movement of the secondary molded parts is conceivable and possible, in which by corresponding wedge and or Kulissenpun- ments, the movement is coupled to the closing movement of the die parts.
  • one or both of the secondary moldings can be selectively moved with extra hydraulic punches during the forming process.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a steering device for a motor vehicle
  • Fig. 2 is an oblique view of a portion of the rack of the steering device (the toothed area shortened and simplified shown);
  • FIG 3 is a schematic representation of an embodiment of a die according to the invention in the open position, with inserted blank, in cross-section (at right angles to the longitudinal extent of the die or at right angles to the longitudinal axis of the rack).
  • FIG. 4 shows a representation analogous to FIG. 3 during the collision of the two die parts
  • FIG. 5 is a view similar to Figure 3 in the contracted end position of the Gesenkenmaschine.
  • Fig. 6 is a view similar to Figure 3 after forging, the forged rack removed from the die.
  • Figs. 7 and 8 are side and top views of the rack after forging
  • Figure 9 is a cross-section through the die in the collapsed end position of the two die parts, without the molded rack, for illustrative purposes; 10 to 13 are views similar to Figures 3 to 6 of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 14 is a view similar to FIG. 5 of a third embodiment of the invention.
  • FIGS. 15 to 17 representations analogous to FIGS. 3 to 5 of a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 18 is a view similar to FIG. 5 of a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. FIG. 19 shows a representation analogous to FIG. 5 of a sixth embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows schematically a possible embodiment of a steering device for a motor vehicle.
  • the steering device comprises a steering wheel 1 and a steering shaft 2, which comprises two or more articulated sections.
  • a steering pinion 3 is rotatably mounted or coupled, which meshes with a toothed portion 5 of a rack 4.
  • the rack 4 is slidably mounted in the direction of its longitudinal axis, for example, in a steering housing 6.
  • the tie rods 7 are connected in a known manner via stub axles, each with a steered wheel of the motor vehicle.
  • different devices may be present, for example, on the rack 4 acting auxiliary drives or acting on the steering shaft 2 auxiliary drives.
  • FIG. 2 An enlarged portion of the rack 4 is shown in Fig. 2 in an oblique view.
  • the rack 4 has a portion with a toothing 5, which is shown in Fig. 2 for the sake of simplicity shortened.
  • the toothed portion extends over a portion of the longitudinal axis 39 of the rack 4 lying parallel to the longitudinal extension of the rack 4.
  • the rack 4 is slidably mounted in a parallel to its longitudinal axis 39 displacement direction 40, which in Fig. 2 by a double arrow is indicated.
  • the teeth 8 of the toothed portion are shown in Fig. 2 as a straight toothing 5 at equal intervals and the same tooth shapes. Frequently, deviating tooth geometries are to be used, whereby helical gears are used. can be seen.
  • the distances of the teeth and / or their inclinations and / or their shapes can vary over the extent of the toothed section, one then speaks of variably toothed racks.
  • the toothing 5 diametrically opposite region of the rack 4 is cylindrical.
  • a rack for a steering device having such a shape is also referred to as Run thoughyakstange.
  • the contour of the rack 4 seen in cross-section thus arcuate.
  • the rack is formed flattened when viewed in cross-section.
  • such a rack is also referred to as a rack with a D-profile.
  • the die comprises first and second die parts 9, 10.
  • the first die part 9 has a first die recess 11, which serves for forming the section having the toothing 5.
  • the second die part 10 has a second mold recess 12. This has the shape of the toothing 5 diametrically opposite back portion of the rack in the toothed portion, is thus formed in the exemplary embodiment in cross-section at right angles to the longitudinal axis 39 circular arc.
  • the first die part 9, which has the first form recess 1 1 forming the toothing, is movable and the second die part 10 is stationary.
  • the first die part 9 is moved starting from the open position in the closing direction 13 in the direction of the second die part 10 until a fully compressed end position has been reached.
  • the collapsed end position is shown in Fig. 5 (with the rack 4 molded blank 15) and for further illustration in Fig. 9 (without a rack shaped blank 15).
  • An inverse embodiment in which the first die part 9 is stationary and the second die part 10 is in a closing direction. tion (which is opposite to the closing direction 13) in the direction of the first die part 9 for forming the toothed portion of the rack is adjustable, is conceivable and possible.
  • the main cavity 14 thus comprises the regions of the mold recesses 11, 12 and the region lying between the mold recesses 11, 12 between the two die parts 9, 10. In FIG. 9, this is located between the mold recesses 11, 12 Area schematically delineated by dashed lines with respect to the side of the mold recesses 1 1, 12 lying areas that lie between the die parts 9, 10. The delimitations are shown here in FIG. 9 in a straight line between edges on the edges of the mold recesses 11, 12.
  • the delimitations could also continue the course of the second mold recess 12, in this case in the form of an arc of a circle, that is, in accordance with the cross-sectional contour of the cylindrical blank 15 inserted into the second mold recess 12 before it is formed.
  • a main cavity 14 can also be seen in cross-section (corresponding to FIG.
  • the main cavity 14 is thus on opposite sides - with respect to a parallel to the closing direction 13 and through the die parts 9, 10 and through the (deformed) blank 15 extending center plane - open.
  • To the main cavity 14 in this case close on both sides Maukavmaschineen 16, 17 at.
  • the openings between can also be referred to as "burr gaps.”
  • the secondary cavities 16, 17 each lie within a region which lies between the two die parts 9, 10, and indeed these regions lie on both sides (with reference to FIGS aforementioned center plane) next to the mold cavities 1 1, 12th
  • a respective secondary molding 18, 19 has first and second side surfaces 20, 21 and an end face 22 directed to the main cavity 14 and connecting the first and second side surfaces 20, 21.
  • the first side surface 20 of the respective secondary molded part 18, 19 bears against the end face 23 of the second die part 10 which is directed towards the first die part 9.
  • the opposite second side surface 21 of the respective secondary molding 18, 19 forms a respective side cavity 16, 17 bounding wall.
  • the end face 22 of the respective secondary molding 18, 19 is retreated relative to the respective edge 24, 25 which lies between the end face 23 of the second die part 10 facing the first die part 9 and the second die recess 12 of the second die part 10.
  • the distance a of the respective secondary molding 18, 19 from the respective edge 24, 25 is favorably at least one tenth, preferably at least one fifth of the distance s, the two die parts 9, 10 and their end faces 26, 23 from each other.
  • the portion of the end face 23 of the second die part lying between the respective secondary mold part 18, 19 and the respective edge 24, 25 of the second die part 10 forms a further section of the walls delimiting the respective secondary cavity 16, 17.
  • a further section of the walls delimiting the respective secondary cavity 16, 17 is further formed by the end face 26 of the first die part 9 facing the second die part, these sections of the walls respectively adjoining the edges 27, 28 which are located between the end face 26 of the first die part 9 and the first mold recess 1 1 of the first die part 9 are.
  • a respective auxiliary molding 18, 19 is slidably mounted relative to the fixed second die part 10 in the respective adjustment direction 29, 30.
  • the positioning directions 29, 30 are in the embodiment shown parallel to each other and perpendicular to the closing direction 13 and the longitudinal axis 39.
  • angular orientations of the adjusting directions 29, 30 with respect to the closing direction 13 and / or with respect to the longitudinal axis 39 are conceivable and possible, the positioning directions 29, 30 do not have to be parallel to each other. Deviations from the perpendicular orientation to the closing direction 13 and / or the longitudinal axis 39 of less than 20 ° are preferred.
  • the end faces 22 of the secondary moldings 18, 19 are flat in the embodiment shown and are parallel to the closing direction 13 and parallel to the longitudinal axis 39.
  • the end faces 22 of the opposing secondary moldings 18, 19 point in the direction of the main cavity 14 and in this case preferably to a central region of the rack to be formed 4th
  • the end surfaces 22 could also include an angle with the closing direction 13 and / or with the longitudinal axis 39, which is desirably less than 45 °, preferably less than 20 °.
  • the blank 15 In the open position of the two die parts 9, 10, the blank 15 is inserted into the second mold recess 12 of the fixed second die part 10, cf. Fig. 3.
  • the blank 15 in this case has a suitable temperature for hot forging. This is for a blank made of steel above the recrystallization temperature of steel, preferably between 600 ° and 1250 ° Celsius.
  • the tool and the method can also be used for cold forging. Due to the high forming forces and the resulting tool loads, hot forming is preferred in the case of steel forming.
  • the movable first die part 9 is moved in the closing direction 13, wherein the blank 15 is formed after the impact of the first die part 9 and begins to flow under the forming hydrostatic pressure in the plasticized state.
  • An intermediate position during the collision of the two die parts 9, 10 is shown in Fig. 4.
  • the deformation of the blank 15 has already been used and material of the blank has leaked into the region of the secondary cavities 16, 17, whereby material of the blank has already been applied to the end faces 22 of the secondary shaped parts 18, 19.
  • the blank 15 is further deformed and further material of the blank 15 passes into the side cavities 16, 17.
  • material of the blank passes into the respective gap 42, 43 between the second side surfaces 21 of the side mold parts 18, 19 (these second side surfaces 21 are the first side surfaces 20, which abut one of the die parts 9, 10, here on the second die part 10) and the end face 26 of the first die part 9 (if the secondary moldings 18, 19 would abut with their one side surface on the first die part 9, the respective gap would be between the other side surface of the respective auxiliary molding 18, 19 and the end face 23 of the second die part 10).
  • the rack 4 after forging still on both sides ridges 32, 33, which can be separated in the sequence.
  • the secondary moldings 18, 19 thus represent at least parts of the geometry of the ridges 32, 33. Thus, they also influence the flow of the material of the blank 15 during the forging process.
  • the secondary moldings 18, 19 remain stationary relative to the second die part 10.
  • the secondary moldings 18, 19 can be adjusted by a displacement in the respective adjustment direction 29, 30.
  • a stop plate 34, 35 which lies between the directed away from the main cavity 14 end of a respective secondary molding 18, 19 and a respective stop 36, 37, are replaced.
  • the stops 36, 37 are stationary to the die part, on which the respective auxiliary molding 18, 19 is displaceably guided, here so the second die part 10th
  • the changes in the material flow resulting from the wear can be at least partially compensated.
  • the service life of the die can be increased thereby. If the wear on the secondary moldings 18, 19 has become too large, they can be replaced in a simple manner, without the reworking of the die parts 9, 10 itself are required.
  • the wear occurring at the die parts 9, 10 is much lower than the wear occurring at the secondary moldings 18, 19.
  • Around the edges 24, 25, 27, 28 of the die parts 9, 10 occurs in the last portion of the collapse of the die parts 9, 10, in which the hydrostatic pressure is particularly high, a significantly lower flow.
  • optimizations of the flow can be made in a simple manner.
  • optimizations of the flow can be carried out without the die parts 9, 10 themselves being processed.
  • FIGS. 10 to 13 A second embodiment of the invention is shown in FIGS. 10 to 13. This embodiment corresponds to the embodiment described above, except for the differences described below.
  • the secondary moldings 18, 19 are also here on the fixed second die part 10 in the adjustment directions 29, 30 slidably mounted.
  • the one side surfaces 20 of the secondary moldings 18, 19 In the contracted end position of the die parts 9, 10 are the one side surfaces 20 of the secondary moldings 18, 19 but not on the second die part 10 but on the end face 26 of the first die part 9, see. FIG. 12.
  • These side surfaces bearing against one of the die parts 9, 10 are again referred to as first side faces 20.
  • the opposite second side surfaces 21 are directed to the end face 23 of the second die part 10 and spaced therefrom. Between these second pages surfaces 21 and the end face 23 is thus a gap 42, 42, which is a part of the side cavities 16, 17 and in which in the last portion of the collapse of the die parts 9, 10 material of the blank 15 flows, as from the comparison of FIG 1 and 12 can be seen.
  • the secondary cavities 16, 17 are in this embodiment in the collapsed end position of the die parts 9, 10 not open to the outside. However, these secondary cavities 16, 17 are only partially filled with the displaced material of the blank 15 in the end position of the die parts 9, 10. In this sense, it is also possible to speak of "open” secondary cavities or to speak of an "open total cavity” which comprises the main cavity 14 and the secondary cavities 16, 17.
  • the ridge geometries 32, 33 differ from the geometry of the ridges 32, 33 of the first embodiment.
  • the secondary moldings 18, 19 remain stationary during the collapse of the die parts 9, 10.
  • Fig. 14 shows a third embodiment which, apart from a modification in the region of the secondary moldings 18, 19 corresponds to the first embodiment.
  • the secondary moldings 18, 19 have here in the region of their ends directed towards the main cavity 14 projections 38, through which the intermediate space 42, 43 between the secondary moldings 18, 19 and the end face 26 of the first die part 9 in the region of the projections 38 is reduced.
  • punctures in the ridges 32, 33 are formed, whereby the separation of the ridges 32, 33 is facilitated.
  • the side moldings 18, 19 here continue to the main cavity 14, ie the end faces 22 of the secondary moldings 18, 19 limit the Hauptkavtician.
  • the material emerging into the secondary cavities enters here directly into the intermediate between the secondary mold parts 18, 19 and the (adjacent to the Formausnehnung 1 1 lying) end face 26 of the second Gesenkteils 9 intermediate spaces 42, 43.
  • the secondary moldings 18, 19 remain stationary when the die parts 9, 10 move together.
  • FIGS. 15 to 17 A fourth embodiment will be explained with reference to FIGS. 15 to 17.
  • the mounting of the secondary moldings 18, 19 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 3 to 9, but could for example also correspond to the embodiment shown in FIGS. 10 to 13.
  • the secondary moldings 18, 19 in this embodiment during the collision of the Gesenkenteils 9, 10 in the respective adjustment direction 29, 30 method, and in any case also from the time from which displaced material of the blank 15 to them starts (previously they can be stationary or already be moved). This is also clear from the comparison of FIGS. 16 and 17. It may be further influenced by the flow of the material of the blank 15.
  • the adjustment of the secondary moldings 18, 19 can be done by actuators not shown in the figures. Furthermore, a coupling with the movement of the adjustable die part 9 can take place, for example, in that during the movement of the die part 9 inclined surfaces are adjusted, against which the ends of the side moldings 18, 19 remote from the main cavity rest.
  • Fig. 18 shows a fifth embodiment which, except for the shape of the mold cavity 12 of the second die part 10, corresponds to the first embodiment.
  • the mold recess 12 has here wedge-shaped mutually extending side surfaces, whereby the toothing 5 opposite back region of the rack 4 is formed over the toothed portion with a corresponding shape.
  • the trained rack shape could also be considered
  • FIG. 19 shows a sixth exemplary embodiment which, apart from the differences mentioned below, corresponds to the first exemplary embodiment.
  • secondary mold parts 18, 18 ', 19, 19' are displaceably mounted in the positioning directions 29, 30.
  • one of the side surfaces 20, 20 'of the secondary moldings 18, 18', 19, 19 ' abuts the respective die part 9, 10.
  • the respective mutually facing side surfaces 21, 21 'of lying on the same side of the main cavity side moldings 18, 18' and 19, 19 ' have between them a gap, the thickness of which decreases when moving together the die parts 9, 10, in the moved together end position of the Gesenkmaschine 9, 10 but not completely closed.
  • material of the blank 4 flows into these intermediate spaces 42, 43.
  • the secondary moldings 18, 19 are withdrawn relative to the main cavity, while the secondary moldings 18 ', 19' are flush with the main cavity and their, Here, inclined end faces represent portions of the walls delimiting the main cavities.
  • all ancillary mold parts could be withdrawn from the main cavity 14.
  • displaceably mounted secondary molded parts could be provided only on the movable die part 9.
  • the fixed die part 10 is shown below and the blank 15 is inserted into this fixed die part.
  • a reverse arrangement, wherein the blank 15 is inserted into the movable die part 9 is also possible.
  • the shaping recess forming the toothing is arranged in the movable die part 9.
  • An arrangement in the fixed die part 10 is possible.

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Abstract

Ein Gesenk zum Schmieden eines verzahnten Abschnitts einer Zahnstange einer Lenkvorrichtung umfasst ein erstes Gesenkteil (9) mit einer ersten Formausnehmung (11) zum Formen der Verzahnung und ein zweites Gesenkteil (10) mit einer zweiten Formausnehmung (12), die die Form des der Verzahnung gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange aufweist. Die Gesenkteile (9, 10) sind in eine Schließrichtung (13) bis in eine Endstellung zusammenfahrbar, in welcher sie einen Abstand (s) voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen (11, 12) der Gesenkteile (9, 10) zwischen den Gesenkteilen (9, 10) eine Hauptkavität (14) ausgebildet ist, die auf gegenüber liegenden Seiten zu Nebenkavitäten (16, 17) hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen. Das Gesenk weist weiters mindestens zwei Nebenformteile (18, 19) auf, welche jeweils im zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen und von denen die die Nebenkavitäten begrenzenden Wände zumindest teilweise gebildet werden und die jeweils gegenüber den Gesenkteilen (9, 10) in eine winkelig zur Schließrichtung (13) stehende Stellrichtung (29, 30) verschiebbar sind.

Description

Gesenk zum Schmieden
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gesenk zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange einer Lenkvorrichtung mit ersten und zweiten Gesenkteilen, von welchen das erste Gesenkteil eine erste Formausneh- mung zum Formen der Verzahnung der Zahnstange und das zweite Gesenkteil eine zweite Formausnehmung aufweist, die die Form des der Verzahnung gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange aufweist, und welche unter Umformung eines in das Gesenk eingelegten Rohlings ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung bis in eine Endstellung zusammenfahrbar sind, in der sie einen Abstand voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen der Gesenkteile zwischen den Gesenkteilen eine Hauptkavität ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile auf gegenüber liegenden Seiten zu Nebenkavitäten hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil liegenden Bereich liegen. Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein Schmiedeverfahren zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange für eine Lenkvorrichtung, wobei ein Rohling zwischen zwei Gesenkteilen umgeformt wird, von welchen das erste Gesenkteil eine erste Formausnehmung zum Formen der Verzahnung der Zahnstange und das zweite Gesenkteil eine zweite Formausnehmung aufweist, die die Form des der Verzahnung gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange aufweist, und welche unter Umformung des in das Gesenk eingelegten Rohlings ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung bis in eine Endstellung zusammengefahren werden, in welcher sie einen Abstand voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen der Gesenkteile zwischen den Gesenkteilen eine Hauptkavität ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile auf gegenüberliegenden Seiten zu Nebenkavitäten hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil liegenden Bereich liegen, und wobei beim Zusammenfahren der Gesenkteile Material des Rohlings in die Neben- kavitäten verdrängt wird.
Zahnstangen für Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, welche konstante Verzahnungen aufweisen, werden häufig zerspanend hergestellt, wobei eine hohe Präzision erreichbar ist. Derartige Zahnstangen können auch mit ausreichender Genauigkeit durch Umformung hergestellt werden. Umformverfahren sind vielfach wirtschaftlicher als zerspanende Verfahren. Lenkzahnstangen mit variabler Verzahnung, bei der sich der Abstand der Zähne und/oder die Form der Zähne und/oder die Schrägstellung der Zähne über die Ausdehnung der Verzahnung ändert, sind sehr schwierig herzustellen. Für eine wirtschaftliche Herstellung in Groß-Serie werden die Herstellverfahren aufwändiger.
Bekannt sind Lenkungszahnstangen, die im Bereich ihrer verzahnten Enden einen Dreiecks-Querschnitt oder einen Y-Querschnitt aufweisen. Beispielsweise geht eine solche Zahnstange aus der EP 0 738 191 B1 hervor und die Herstellung dieser Zahnstange erfolgt durch Warmschmieden. Solche Zahnstangen sind für variable Verzahnungen gut geeignet und sind in ihrer Führung gegen den Einfluss von Roll- Momenten, die durch Kontaktkräfte zwischen den Zähnen des Ritzels und den Zähnen der Zahnstange auf Grund von Schrägstellungen auftreten, durch ihre Längsführung abgestützt. Weiters existieren Lenkungszahnstangen mit einem Rundrückenprofil bzw. D-Querschnitt. Solche besitzen gegenüber Zahnstangen mit Y- Querschnitt einige Vorteile bei der Herstellung, auch in ihren nicht verzahnten Bereichen, und der Montage bzw. bei der Abdichtung der Zahnstange. Auch der erforderliche Einbauraum ist signifikant kleiner und die Geometrie des die Zahnstange lagernden Druckstücks ist einfacher. Allerdings sind diese Zahnstangen anfälliger gegenüber dem Einfluss von Roll-Momenten, durch die es zu Verkippungen mit Geräuschentwicklungen kommen kann (Rack-Roll). Zur umformtechnischen Herstellung von Zahnstangen, insbesondere Rundrückenzahnstangen, für Lenkvorrichtungen sind Schmiedeverfahren mit Grat und Schmiedeverfahren ohne Grat bekannt. Bei einem Schmiedeverfahren mit Grat, bei dem ein Gesenk der eingangs genannten Art eingesetzt wird, wird beim Zusammenfahren der beiden Gesenkteile Material des Rohlings aus der Hauptkavität in beidseitig der Hauptkavität im Bereich der Trennebene zwischen den Gesenkteilen liegende Nebenkavitäten herausgedrückt und dieses Material bildet Grate, die nach dem Schmiedevorgang entfernt werden. Diese Grate nehmen auch Volumentoleranzen des Rohlings auf. Beim Zusammenfahren der Gesenkteile verringert sich die Öffnung von der Hauptkavität zu den Nebenkavitäten hin (diese wird auch als„Gratspalt" bezeichnet) fortlaufend, wobei sich der Gesenk-Innendruck erhöht und Teile des Werkstoffs von der Hauptkavität in die Nebenkavitäten fließt. Insbesondere an den Kanten kommt es zu einem starken Ma- terialfluss des Materials des Rohlings unter hohem Druck. Dies führt zu starkem Verschleiß an den Gesenkteilen, insbesondere an den Kanten der Gesenkteile, welche die Hauptkavität zu den Nebenkavitäten hin begrenzen. Die Standzeiten der Gesenkteile sind dadurch gering. Weiters sind die erreichbaren Verzahnungs- Genauigkeiten begrenzt. Diese hängen auch von der Gratspalt-Geometrie ab, welche nur durch Nacharbeit an den Gesenkteilen selbst veränderbar ist.
Aus der EP 1 007 243 B1 ist ein Schmiedeverfahren mit Grat zur Herstellung von Rundrückenzahnstangen mit Grat bekannt, wobei die Nebenkavitäten den Fluss des Rohlingmaterials aus der Hauptkavität begrenzen. Das Gesamtvolumen der Nebenkavitäten in der Endstellung der Gesenkteile entspricht dabei der Volumsdifferenz zwischen dem Zahnstangenrohling und der fertiggestellten Zahnstange im verzahnten Bereich. Die Nebenkavitäten sind somit in der Endstellung der Gesenkteile geschlossen und vollständig mit Rohlingsmaterial gefüllt. Es kann dadurch ein erhöhter hydrostatischer Enddruck ausgebildet werden. Ein Nachteil bei diesem Verfahren ist es, dass das Volumen des Rohlings sehr genau definiert sein muss, sodass dieser exakt vorgeschliffen oder anderweitig gefertigt werden muss. Dies erhöht den Herstellungsaufwand erheblich.
Aus der WO 2005/053875 A1 geht ein Schmiedeverfahren ohne Grat zur Herstellung von Rundrückenzahnstangen hervor. Zwischen den beiden Gesenkteilen sind zwei Stempel vorgesehen. Im geschlossenen Zustand der beiden Gesenkteile liegen die- se beidseitig an den beiden Stempeln an. Die Hauptkavität ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig mit dem Material des Rohlings ausgefüllt. In der Folge werden die beiden Stempel in die Hauptkavität hineingedrückt, unter Verringerung des Volumens der Hauptkavität, wodurch das Rohlingsmaterial allseitig an die Wände der Hauptkavität angedrückt wird. Das bei diesem Verfahren eingesetzte nicht gattungsgemäße Gesenk besitzt somit keine Nebenkavitäten. Auch bei diesem Verfahren muss das Volumen des Rohlings genau definiert sein. Im Bereich der Zahnstange, in welchem die Verzahnung ausgebildet wird, wird daher eine Vorform ausgebildet, die um den Volumenanteil, der bei einer zerspanenden Herstellung anfallen würde, reduziert ist. Zudem hat es sich gezeigt, dass, um ein ansprechendes Ergebnis zu erhalten, im Allgemeinen eine der Endform angenäherte geometrische Formgebung der Vorform erforderlich ist. Die Vorformgeometrie muss hierbei empirisch ermittelt werden, was technologisch aufwendig ist. Zudem verursacht die Vorform- herstellung signifikante Zusatzkosten, durch die Zerspanung an sich sowie durch die geltenden Anforderungen an die Volumengenauigkeit. Im Weiteren ist die Prozessführung aufwendig und bereits geringe Abweichungen im Volumen der Vorform oder im Volumen der Hauptkavität können zu Gratbildung führen, wodurch weitere Zusatzkosten in Folge der erforderlichen Nacharbeit generiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Gesenk bzw. ein Schmiedeverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches eine verbesserte Herstellung einer Zahnstange für eine Lenkvorrichtung ermöglicht wird. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Gesenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Schmiedeverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 . In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen enthalten.
Das Gesenk gemäß der Erfindung weist eine offene Hauptkavität auf, wobei in der zusammengefahrenen Endstellung der beiden Gesenkteile an die Hauptkavität, die im Bereich der Formausnehmungen zwischen den Gesenkteilen ausgebildet ist, beidseitig Nebenkavitäten anschließen. In diese tritt beim Zusammenführen der Gesenkteile Material des Rohlings, wodurch seitliche Ausstülpungen bzw. Grate gebildet werden. Erfindungsgemäß besitzt das Gesenk zusätzlich zu den beiden Gesenk- teilen mindestens zwei Nebenformteile. Diese befinden sich jeweils im Bereich, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil liegt, und die Wände, welche die Nebenkavitäten begrenzen, werden zumindest zum Teil von den Nebenformteilen gebildet. Die Nebenformteile sind hierbei jeweils in eine Verstellrichtung gegenüber den Gesenkteilen verschiebbar, welche winkelig zur Schließrichtung steht. Der Winkel, den die Stellrichtung des jeweiligen Nebenformteils mit der Schließrichtung einnimmt, liegt günstigerweise in einem Intervall von 45° bis 135°, wobei Winkel im Bereich von mindestens 70° bis 1 10° bevorzugt ist und ein rechter Winkel zur
Schließrichtung besonders bevorzugt ist.
Das erfindungsgemäße Schmiedeverfahren zum Schmieden eines eine Verzahnung aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 1 gekennzeichnet. Das in die Nebenkavitäten verdrängte Material läuft an Nebenformteile an, welche jeweils den Fluss des verdrängten Materials in der jeweiligen Ne- benkavität teilweise begrenzen. Das in die jeweilige Nebenkavität verdrängte Material wird in einen Zwischenraum hineinverdrängt, der innerhalb der jeweiligen Nebenkavität angeordnet ist (d.h. einen Teil der jeweiligen Nebenkavität bildet) und begrenzt wird durch eine in Richtung eines der Gesenkteile gerichtete Fläche des jeweiligen Nebenformteils und die Stirnfläche des Gesenkteils oder durch eine in Richtung eines der Gesenkteile gerichtete Fläche des jeweiligen Nebenformteils und eine Oberfläche eines weiteren Nebenformteils das in der selben Nebenkavität angeordnet ist. Der jeweilige Zwischenraum liegt also zwischen dem jeweiligen Nebenformteil und einem der Gesenkteile oder zwischen zwei jeweiligen Nebenformteilen, die die gleiche Nebenkavität jeweils teilweise begrenzen.
Das erfindungsgemäße Schmiedeverfahren ermöglicht eine Kombination aus einer freien (= eine nur teilweise an Wänden des Gesenks begrenzte bzw. mit anderen Worten eine teilweise unbegrenzte) Umformung und einer werkzeuggebundenen Umformung des Materials des Rohlings in die Nebenkavitäten hinein. Der Werkstoff- fluss in die Nebenkavitäten ist notwendig, um die Ausformung der gewünschten Form der Zahnstange zu erreichen, und dabei die Vorarbeiten für Vorformen von Rohlingen zu verringern. Durch diese Ausbildung wird es ermöglicht, die Nebenformteile definiert zu Positionieren, bei zunehmendem Verschleiß nachzustellen oder auszutauschen. Ein Austausch bzw. eine Nachbearbeitung eines Gesenkteils kann dadurch vermieden bzw. zumindest verzögert werden.
Weiters wird die Geometrie der Nebenkavitäten durch die Nebenformteile zumindest mitbestimmt. Durch die Geometrie und/oder Einstellung der Nebenformteile kann somit die Geometrie der Nebenkavitäten geändert bzw. angepasst werden, wodurch der Materialfluss (Stofffluss) des Rohlings beim Schmieden optimiert werden kann. Qualitätsverbesserungen der fertiggestellten Zahnstange können dadurch erreicht werden. Insbesondere kann der Fließwiderstand für das verdrängte Material des Rohlings eingestellt werden, wobei eine Zahnausformung bei, zumindest über einen Teil des Zustellweges der Gesenkteile, niedrigeren Drücken erreicht werden kann, was sich wiederum standzeitbegünstigend auswirkt. Zudem kann die Gefahr von Rissbildungen in der Zahnstange verringert werden.
Vorteilhafterweise sind die Nebenkavitäten in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile nicht vollständig mit dem Material des Rohlings gefüllt, d.h. es sind jedenfalls Bereiche vorhanden, in die kein Material des Rohlings gelangt. Vorzugsweise sind die Nebenkavitäten hierbei zum Außenraum hin offen. D.h. die Nebenkavitäten sind nicht nur zu den Hauptkavitäten offen, sondern sind auch an mindestens einer weiteren Stelle nicht von einer Wand begrenzt. Eine im genannten Sinne„offene" Ausbildung der Nebenkavitäten würde aber auch vorliegen, wenn die Nebenkavitäten in der Endstellung der Gesenkteile zwar zum Außenraum hin abgeschlossen sind, ihr Volumen aber so groß ist, dass dieses vom verdrängten Material des Rohlings nicht vollständig ausgefüllt ist. Bei einem vorzugsweise eingesetzten zylindrischen Rohling ist das Volumen der Nebenkavitäten zusammen somit größer als der Volumenanteil des Rohlings, der bei einer zerspanenden Herstellung der Zahnstange zu entfernen wäre. Günstigerweise befindet sich zwischen einem jeweiligen Nebenformteil und einer Stirnfläche eines der Gesenkteile, welche zum anderen der Gesenkteile weist, oder zwischen zwei Nebenformteilen, die die gleiche Nebenkavität jeweils abschnittsweise begrenzen, ein Zwischenraum. Dessen Breite verringert sich beim Zusammenfahren der Gesenkteile. In der zusammengefahrenen Endstellung bleibt dieser Zwischenraum aber bestehen, d.h. wird nicht vollständig geschlossen, wobei seine Breite in der zusammengefahrenen Endstellung (in die Schließrichtung gemessen) vorzugsweise zumindest 2mm beträgt.
Durch die Nebenformteile kann der Werkstofffluss derart gesteuert werden, dass obwohl die Nebenkavitäten nicht vollständig mit Werkstoff ausgefüllt werden, die für die Ausformung der Verzahnung erforderlichen Fließspannungen erreicht werden. Dennoch muss der Werkstückrohling weniger präzise ausgebildet sein als beim Stand der Technik, da durch den Freiraum in der Nebenkavität Materialmengenschwankungen weitestgehend ausgeglichen werden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein jeweiliges Nebenformteil erste und zweite Seitenflächen aufweist, von denen die erste Seitenfläche an einer Stirnfläche eines der beiden Gesenkteile anliegt, welche zum anderen Gesenkteil weist, und zumindest ein Abschnitt der zweiten Stirnfläche eine die jeweilige Nebenkavität begrenzende Wand bildet. Die ersten und zweiten Seitenflächen des Nebenformteils sind über eine Stirnfläche miteinander verbunden. Diese Stirnfläche schließt mit der Schließrichtung günstigerweise einen Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 20° ein, wobei eine parallele Ausrichtung zur Schließrichtung besonders bevorzugt ist. Die Stirnfläche eines jeweiligen Nebenformteils ist gegenüber der Hauptkavität vorzugsweise zurückgezogen, ragt also nicht in die Hauptkavität hinein oder schließt nicht bündig mit dieser ab sondern bildet vielmehr eine die Nebenkavität begrenzende Wand, an welche beim Zusammenfahren der Gesenkteile aus der Hauptkavität austretendes Rohlingsmaterial anläuft.
Vorteilhafterweise ist die Stirnfläche gegenüber der Hauptkavität zumindest ein Zehntel, vor-zugsweise zumindest ein Fünftel des Abstands der Gesenkteile in ihrer Endstellung zurückgezogen. Zwischen der Stirnfläche und der Hauptkavität erstreckt sich hierbei ein Abschnitt der (neben der Formausnehmung liegenden) Stirnfläche des Gesenkteils, an welchem das Nebenformteil anliegt, wobei die Ausdehnung dieses Abschnitts der Stirnfläche des Gesenkteils im Querschnitt durch das Gesenk gesehen (der rechtwinkelig zur Längsausdehnung der Zahnstange bzw. der Hauptkavität ausgerichtet ist) zumindest ein Zehntel, vorzugsweise zumindest ein Fünftel des Abstands der Stirnflächen der Gesenkteile (in Bereichen neben den Formaus- nehmungen gemessen) in ihrer zusammengefahrenen Endstellung beträgt.
Die Dicke der Nebenformteile (in Schließrichtung gemessen) beträgt günstigerweise mindestens ein Viertel, vorzugsweise höchstens drei Viertel, des Abstands der zueinander weisenden Stirnflächen der Gesenkteile (in ihren neben den Formausneh- mungen liegenden Abschnitten), wenn die Gesenkteile ihre zusammengefahrene Endstellung einnehmen.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Nebenformteile während des Schmiedens des gezahnten Abschnitts der Zahnstange bezogen auf ihre Verstellrichtungen stationär gehalten werden, also keine Bewegung in die Verstellrichtung erfolgt, zumindest ab dem Zeitpunkt, ab welchem Material des Rohlings an die Nebenformteile anläuft. Die Nebenformteile sind hierbei gegenüber einem der beiden Gesenkteile stationär, vorzugsweise sind nur am feststehenden Gesenkteil Nebenformelteile gehalten, welche somit während des Schmiedens gegenüber diesem stationär sind.
In einer anderen möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte aber zumindest eines der Nebenformteile während des Schmiedens des gezahnten Abschnitts der Zahnstange in seine Verstellrichtung verstellt werden. Dadurch kann der Materialfluss weiter beeinflusst werden. Eine solche Verstellung von zumindest einem der Nebenformteile, günstigerweise aller Nebenformteile, kann hierbei gleichzeitig mit dem Zusammenfahren der Gesenkteile und/oder danach erfolgen. Dabei ist ein weggesteuertes Verfahren der Bewegung der Nebenformteile denkbar und möglich, bei dem durch entsprechende Keil- und oder Kulissenfüh- rungen die Bewegung an die Schließbewegung der Gesenkteile gekoppelt ist. Alternativ können eines oder beide der Nebenformteile mit extra Hydraulikstempeln während des Umformprozesses gezielt verfahren werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug; Fig. 2 eine Schrägsicht eines Abschnitts der Zahnstange der Lenkvorrichtung (der verzahnte Bereich verkürzt und vereinfacht dargestellt);
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gesenks in der Offenstellung, mit eingelegtem Rohling, im Querschnitt (rechtwinkelig zur Längsersteckung des Gesenks bzw. rechtwinkelig zur Längsachse der Zahnstange);
Fig. 4 eine Darstellung analog Fig. 3 während des Zusammenfahrens der beiden Gesenkteile;
Fig. 5 eine Darstellung analog Fig. 3 in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile;
Fig. 6 eine Darstellung analog Fig. 3 nach dem Schmieden, die geschmiedete Zahnstange aus dem Gesenk entnommen;
Fig. 7 und 8 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf die Zahnstange nach dem Schmieden;
Fig. 9 einen Querschnitt durch das Gesenk in der zusammengefahrenen Endstellung der beiden Gesenkteile, ohne die geformte Zahnstange, zur Veranschaulichung; Fig. 10 bis 13Darstellungen analog Fig. 3 bis 6 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 14 eine Darstellung analog Fig. 5 einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15 bis 17 Darstellungen analog Fig. 3 bis Fig. 5 einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 18 eine Darstellung analog Fig. 5 einer fünften Ausführungsform der Erfindung; Fig. 19 eine Darstellung analog Fig. 5 einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Gleichartige oder gleichwirkende Elemente werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt schematisch eine mögliche Ausbildung einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Lenkvorrichtung umfasst ein Lenkrad 1 und eine Lenkwelle 2, welche zwei oder mehr gelenkig miteinander verbundene Abschnitte umfasst. An die Lenkwelle 2 ist drehfest ein Lenkritzel 3 angebracht oder gekoppelt, welches mit einem verzahnten Abschnitt 5 einer Zahnstange 4 kämmt. Die Zahnstange 4 ist in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert, beispielsweise in einem Lenkungsgehäuse 6. Mit den beiden Enden der Zahnstange 4 stehen Spurstangen über nicht dargestellte Kugelgelenke direkt oder indirekt in Verbindung. Die Spurstangen 7 sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad des Kraftfahrzeugs verbunden.
Zur Unterstützung des Fahrers bei der Lenkbewegung können unterschiedliche Einrichtungen vorhanden sein, beispielsweise auf die Zahnstange 4 einwirkende Hilfsantriebe oder auf die Lenkwelle 2 einwirkende Hilfsantriebe.
Ein vergrößerter Abschnitt der Zahnstange 4 ist in Fig. 2 in Schrägsicht dargestellt. Die Zahnstange 4 weist einen Abschnitt mit einer Verzahnung 5 auf, die in Fig. 2 der Einfachheit halber verkürzt dargestellt ist. Der verzahnte Abschnitt erstreckt sich über einen Teil der parallel zur Längsachse 39 der Zahnstange 4 liegenden Längserstreckung der Zahnstange 4. Im eingebauten Zustand ist die Zahnstange 4 in eine parallel zu ihrer Längsachse 39 liegende Verschieberichtung 40 verschieblich gelagert, was in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
Die Zähne 8 des verzahnten Abschnitts sind in Fig. 2 als gerade Verzahnung 5 mit gleichen Abständen und gleichen Zahnformen dargestellt. Häufig sollen hiervon abweichende Zahngeometrien eingesetzt werden, wobei Schrägverzahnungen vor- gesehen sein können. Die Abstände der Zähne und/oder ihre Schrägstellungen und/oder ihre Formen können hierbei über die Ausdehnung des verzahnten Abschnitts variieren, man spricht dann von variabel verzahnten Zahnstangen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der der Verzahnung 5 diametral gegenüber liegende Bereich der Zahnstange 4 zylindrisch ausgebildet. Eine Zahnstange für eine Lenkvorrichtung, die eine solche Form aufweist, wird auch als Rundrückenzahnstange bezeichnet. Im der Verzahnung 5 diametral gegenüber liegenden Bereich (=Rückenbereich) ist die Kontur der Zahnstange 4 im Querschnitt gesehen somit kreisbogenförmig. Im Bereich der Verzahnung 5 ist die Zahnstange im Querschnitt gesehen abgeflacht ausgebildet. In Hinblick auf diese Ausbildung wird eine solche Zahnstange auch als Zahnstange mit einem D-Profil bezeichnet.
Ein Gesenk (=Werkzeug) zum Schmieden des verzahnten Abschnitts der Zahnstange ist in Fig. 3 schematisch im Querschnitt in seiner Offenstellung dargestellt. Das Gesenk umfasst erste und zweite Gesenkteile 9, 10. Das erste Gesenkteil 9 weist eine erste Formausnehmung 1 1 auf, die zum Formen des die Verzahnung 5 aufweisenden Abschnitts dient. Das zweite Gesenkteil 10 weist eine zweite Formausnehmung 12 auf. Diese weist die Form des der Verzahnung 5 diametral gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange im verzahnten Abschnitt auf, ist im Ausführungsbeispiel also im Querschnitt rechtwinkelig zur Längsachse 39 gesehen kreisbogenförmig ausgebildet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Gesenkteil 9, welches die die Verzahnung ausbildende erste Formausnehmung 1 1 aufweist, verfahrbar und das zweite Gesenkteil 10 feststehend. Das erste Gesenkteil 9 wird hierbei ausgehend von der Offenstellung in die Schließrichtung 13 in Richtung zum zweiten Gesenkteil 10 verfahren, bis eine vollständig zusammengefahrene Endstellung erreicht ist. Die zusammengefahrene Endstellung ist in Fig. 5 (mit dem zur Zahnstange 4 geformten Rohling 15) und zur weiteren Veranschaulichung in Fig. 9 (ohne einen zur Zahnstange geformten Rohling 15) dargestellt. Eine umgekehrte Ausbildung, bei welcher das erste Gesenkteil 9 feststehend ist und das zweite Gesenkteil 10 in eine Schließrich- tung (die der Schließrichtung 13 entgegengesetzt ist) in Richtung zum ersten Gesenkteil 9 zum Formen des verzahnten Abschnitts der Zahnstange verstellbar ist, ist denkbar und möglich.
Zwischen den Gesenkteilen 9, 10, und zwar im Bereich, in welchem die Formausnehmungen 1 1 , 12 liegen, ist eine Hauptkavität 14 ausgebildet, vgl. Fig. 9. Die Hauptkavität 14 umfasst somit die Bereiche der Formausnehmungen 1 1 , 12 sowie den zwischen den Formausnehmungen 1 1 , 12 liegenden Bereich zwischen den beiden Gesenkteilen 9, 10. In Fig. 9 ist dieser zwischen den Formausnehmungen 1 1 , 12 liegende Bereich schematisch durch strichlierte Linien gegenüber seitlich den Formausnehmungen 1 1 , 12 liegenden Bereichen, die zwischen den Gesenkteilen 9, 10 liegen, abgegrenzt. Die Abgrenzungen sind hierbei in Fig. 9 geradlinig zwischen Kanten an den Rändern der Formausnehmungen 1 1 , 12 verlaufend eingezeichnet. Stattdessen könnten die Abgrenzungen auch den - hier kreisbogenförmigen - Verlauf der zweiten Formausnehmung 12 fortsetzen, also entsprechend der Querschnittskontur des in die zweite Formausnehmung 12 eingelegten, zylindrischen Rohlings 15 vor dessen Umformung ausgebildet sein. Als Hauptkavität 14 kann auch in im Querschnitt gesehen (entsprechend Fig. 9) der Formraum angesehen werden, der begrenzt wird durch die Formausnehmungen 1 1 , 12 der beiden Gesenkteile 9, 10, in der Position, bei der die beiden Gesenkteile 9, 10 beim Umformprozess am dichtesten zusammengefahren sind, sowie durch die Linien, die gebildet sind durch die tangentialen Verlängerungen der Innenkonturen der Formausnehmungen 1 1 , 12 des jeweiligen Gesenkteils 1 1 , 12 über die zugehörige Kante 27, 28 bzw. 24, 25 hinaus bis zum Schnittpunkt dieser tangentialen Verlängerungen, ausgehend von den beiden Gesenkteilen 9, 10. Der genaue Verlauf der Abgrenzung, also ob beispielsweise die in Fig. 9 dargestellte oder die weiters beschriebene Möglichkeit gewählt wird, ist unerheblich.
Die Hauptkavität 14 ist somit auf gegenüberliegenden Seiten - bezogen auf eine parallel zur Schließrichtung 13 liegende und durch die Gesenkteile 9, 10 bzw. durch den (umgeformten) Rohling 15 verlaufende Mittelebene - offen. An die Hauptkavität 14 schließen hierbei beidseitig Nebenkavitäten 16, 17 an. Die Öffnungen zwi- sehen den Hauptkavitäten 14 und den Nebenkavitäten 16, 17 können auch als„Gratspalte" bezeichnet werden. Die Nebenkavitäten 16, 17 liegen jeweils innerhalb eines Bereichs, der zwischen den beiden Gesenkteilen 9, 10 liegt, und zwar liegen diese Bereiche beidseitig (bezogen auf die zuvor genannte Mittelebene) neben den Formausnehmungen 1 1 , 12.
In den zwischen den Gesenkteilen 9, 10 und beidseitig der Formausnehmungen 1 1 , 12 liegenden Bereichen ist weiters jeweils ein separates Nebenformteil 18, 19 angeordnet. Ein jeweiliges Nebenformteil 18, 19 weist erste und zweite Seitenflächen 20, 21 und eine zur Hauptkavität 14 gerichtete, die ersten und zweiten Seitenflächen 20, 21 verbindende Stirnfläche 22 auf. Die erste Seitenfläche 20 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 liegt an der zum ersten Gesenkteil 9 gerichteten Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 an. Die gegenüberliegende zweite Seitenfläche 21 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 bildet eine die jeweilige Nebenkavität 16, 17 begrenzende Wand. Die Stirnfläche 22 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 ist gegenüber der jeweiligen Kante 24, 25 zurückgezogen, welche zwischen der zum ersten Gesenkteil 9 gerichteten Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 und der zweiten Formausnehmung 12 des zweiten Gesenkteils 10 liegt. Der Abstand a des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 von der jeweiligen Kante 24, 25 beträgt hierbei günstigerweise mindestens ein Zehntel, vorzugsweise mindestens ein Fünftel des Abstands s, den die beiden Gesenkteile 9, 10 bzw. ihre Stirnflächen 26, 23 voneinander aufweisen. Der zwischen dem jeweiligen Nebenformteil 18, 19 und der jeweiligen Kante 24, 25 des zweiten Gesenkteils 10 liegende Abschnitt der Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils bildet einen weiteren Abschnitt der die jeweilige Nebenkavität 16, 17 begrenzenden Wände.
Ein weiterer Abschnitt der die jeweilige Nebenkavität 16, 17 begrenzenden Wände wird weiters von der zum zweiten Gesenkteil weisenden Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 gebildet, wobei diese Abschnitte der Wände jeweils an die Kanten 27, 28 anschließen, welche zwischen der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 und der ersten Formausnehmung 1 1 des ersten Gesenkteils 9 liegen. Ein jeweiliges Nebenformteil 18, 19 ist gegenüber dem feststehenden zweiten Gesenkteil 10 in die jeweilige Stellrichtung 29, 30 verschiebbar gelagert. Die Stellrichtungen 29, 30 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zueinander und rechtwinkelig zur Schließrichtung 13 und zur Längsachse 39. Auch winkelige Ausrichtungen der Stellrichtungen 29, 30 gegenüber der Schließrichtung 13 und/oder gegenüber der Längsachse 39 sind denkbar und möglich, wobei die Stellrichtungen 29, 30 nicht parallel zueinander liegen müssen. Abweichungen von der rechtwinkeligen Ausrichtung zur Schließrichtung 13 und/oder zur Längsachse 39 von weniger als 20° sind bevorzugt.
Die Stirnflächen 22 der Nebenformteile 18, 19 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel eben und liegen parallel zur Schließrichtung 13 und parallel zur Längsachse 39. Die Stirnflächen 22 der gegenüberliegenden Nebenformteile 18, 19 weisen in Richtung zur Hauptkavität 14 und hierbei vorzugsweise zu einem zentralen Bereich der auszubildenden Zahnstange 4.
Die Stirnflächen 22 könnten auch einen Winkel mit der Schließrichtung 13 und/oder mit der Längsachse 39 einschließen, der günstigerweise weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 20° beträgt.
Das Schmieden der Zahnstange wird im Folgenden anhand der Fig. 3 bis 6 erläutert.
In der geöffneten Stellung der beiden Gesenkteile 9, 10 wird der Rohling 15 in die zweite Formausnehmung 12 des feststehenden zweiten Gesenkteils 10 eingelegt, vgl. Fig. 3. Der Rohling 15 weist hierbei eine für das Warmschmieden geeignete Temperatur auf. Diese liegt für einen Rohling aus Stahl oberhalb der Rekristallisationstemperatur von Stahl, vorzugsweise zwischen 600° und 1250° Celsius.
Grundsätzlich ist das Werkzeug und das Verfahren jedoch auch für das Kaltschmieden anwendbar. Aufgrund der hohen Umformkräfte und der daraus resultierenden Werkzeugbelastungen, wird jedoch im Falle der Umformung von Stahl das Warmumformen bevorzugt. In der Folge wird das bewegliche erste Gesenkteil 9 in Schließrichtung 13 verfahren, wobei der Rohling 15 nach Auftreffen des ersten Gesenkteils 9 umgeformt wird und unter dem sich ausbildenden hydrostatischen Druck im plastifizierten Zustand zu fließen beginnt. Eine Zwischenstellung während des Zusammenfahrens der beiden Gesenkteile 9, 10 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Umformung des Rohlings 15 hat bereits eingesetzt und Material des Rohlings ist in den Bereich der Nebenkavitäten 16, 17 ausgetreten, wobei bereits Material des Rohlings an die Stirnflächen 22 der Nebenformteile 18, 19 angelaufen ist.
Beim weiteren Verfahren des ersten Gesenkteils 9 in Schließrichtung 13 wird der Rohling 15 weiter verformt und weiteres Material des Rohlings 15 gelangt in die Nebenkavitäten 16, 17. Bei fortlaufendem Zusammenfahren der Gesenkteile 9, 10 gelangt Material des Rohlings in den jeweiligen Zwischenraum 42, 43 zwischen den zweiten Seitenflächen 21 der Nebenformteile 18, 19 (diese zweiten Seitenflächen 21 liegen den ersten Seitenflächen 20, welche an einem der Gesenkteile 9, 10, hier am zweiten Gesenkteil 10 anliegen, gegenüber) und der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 (falls die Nebenformteile 18, 19 mit ihrer einen Seitenfläche am ersten Gesenkteil 9 anliegen würden, so würde der jeweilige Zwischenraum zwischen der anderen Seitenfläche des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 und der Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 liegen). Diese Zwischenräume 42, 43 verkleinern sich mit zunehmender Annäherung des ersten Gesenkteils 9 an die zusammengefahrene Endstellung der Gesenkteile 9, 10, die in Fig. 5 dargestellt ist. Es kommt dadurch im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens zu einem erhöhten hydrostatischen Druck im Material des Rohlings 15. Unter diesem hohen Druck kommt es weiters zu einem verstärkten Fluss des Materials des Rohlings 15 um die Kante 31 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19, welche zwischen der den genannten Spalt begrenzenden zweiten Seitenfläche 21 und der Stirnfläche 22 des jeweiligen Nebenformteils 18, 19 liegt. Diese Kanten 31 sind somit einem relativ erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Nachdem die Gesenkteile 9, 10 die zusammengefahrene Endstellung erreicht haben, vgl. Fig. 5, und das Schmiedeverfahren des Rohlings 15 abgeschlossen ist, wird das erste Gesenkteil 9 entgegen der Schließrichtung 13 geöffnet und die durch Umformung des Rohlings 15 ausgebildete Zahnstange 4 wird aus dem Gesenk entnommen, vgl. Fig. 6.
In Fig. 6 ist der bogenförmige Verlauf 41 im nichtverzahnten Abschnitt der
Zahnstange 4 sichtbar. Die Formausnehmungen 1 1 , 12 der Gesenkteile 9, 10 erstrecken sich bis in den nichtverzahnten Abschnitt der Zahnstange 4, was für das Gesenkteil 9 durch eine strichlierte Linie angedeutet ist.
Die Zahnstange 4 weist nach dem Schmieden noch beidseitig Grate 32, 33 auf, welche in der Folge abgetrennt werden können.
Die Nebenformteile 18, 19 stellen somit zumindest Teile der Geometrie der Grate 32, 33 dar. Somit beeinflussen sie auch den Fluss des Materials des Rohlings 15 beim Schmiedevorgang.
Beim Schmiedeverfahren des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels bleiben die Nebenformteile 18, 19 gegenüber dem zweiten Gesenkteil 10 stationär. Bei zunehmendem Verschleiß können die Nebenformteile 18, 19 durch eine Verschiebung in die jeweilige Stellrichtung 29, 30 nachgestellt werden. Hierbei kann ein Anschlag- plättchen 34, 35, welches zwischen dem von der Hauptkavität 14 weggerichteten Ende eines jeweiligen Nebenformteils 18, 19 und einem jeweiligen Anschlag 36, 37 liegt, ausgetauscht werden. Die Anschläge 36, 37 sind stationär zum Gesenkteil, an welchem das jeweilige Nebenformteil 18, 19 verschiebbar geführt ist, hier also zum zweiten Gesenkteil 10.
Durch diese Nachstellung der Nebenformteile 18, 19 können die durch den Verschleiß sich ergebenden Änderungen im Materialfluss zumindest teilweise kompensiert werden. Die Standzeit des Gesenks kann dadurch erhöht werden. Falls der Verschleiß an den Nebenformteilen 18, 19 zu groß geworden ist, können diese in einfacher Weise ausgetauscht werden, ohne das Nacharbeiten an den Gesenkteilen 9, 10 selbst erforderlich sind. Der an den Gesenkteilen 9, 10 auftretende Verschleiß ist gegenüber dem an den Nebenformteilen 18, 19 auftretenden Verschleiß wesentlich geringer. Um die Kanten 24, 25, 27, 28 der Gesenkteile 9, 10 tritt im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10, in welchem der hydrostatische Druck besonders hoch ist, ein wesentlich geringerer Fluss auf.
Denkbar und möglich wäre es auch, die Nebenformteile 18, 19 während des Prozesses (zwischen einzelnen Schmiedevorgängen) nachstellbar auszubilden. Es könnten hierzu entsprechende Aktuatoren vorgesehen sein, von denen die Nebenformteile 18, 19 in die Stellrichtungen 29, 30 verstellt werden können.
Bei der Einrichtung des Schmiedeverfahrens können in einfacher Weise Optimierungen des Flusses vorgenommen werden. Hierzu können die Stellungen der Nebenformteile 18, 19 verändert werden und/oder Nebenformteile mit unterschiedlichen Geometrien, beispielsweise hinsichtlich ihrer Dicke (=des Abstandes zwischen ihren Seitenflächen 20, 21 ) eingesetzt werden. Es können somit Optimierungen des Flusses durchgeführt werden, ohne dass die Gesenkteile 9, 10 selbst bearbeitet werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 10 bis 13 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, abgesehen von den im Folgenden beschriebenen Unterschieden.
Die Nebenformteile 18, 19 sind hier ebenfalls am feststehenden zweiten Gesenkteil 10 in die Stellrichtungen 29, 30 verschiebbar gelagert. In der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile 9, 10 liegen die einen Seitenflächen 20 der Nebenformteile 18, 19 aber nicht am zweiten Gesenkteil 10 sondern an der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 an, vgl. Fig. 12. Diese an einem der Gesenkteile 9, 10 anliegenden Seitenflächen werden wiederum als erste Seitenflächen 20 bezeichnet. Die gegenüberliegenden zweiten Seitenflächen 21 sind zur Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 gerichtet und von dieser beabstandet. Zwischen diesen zweiten Seiten- flächen 21 und der Stirnfläche 23 liegt somit ein Zwischenraum 42, 42, der einen Teil der Nebenkavitäten 16, 17 darstellt und in welchen im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 Material des Rohlings 15 fließt, wie aus dem Vergleich von Fig. 1 1 und 12 ersichtlich ist.
Die Nebenkavitäten 16, 17 sind in dieser Ausführungsform in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile 9, 10 nicht zum Außenraum hin offen. Allerdings sind diese Nebenkavitäten 16, 17 in der Endstellung der Gesenkteile 9, 10 nur teilweise mit dem verdrängten Material des Rohlings 15 gefüllt. In diesem Sinn kann ebenfalls von„offenen" Nebenkavitäten gesprochen werden bzw. kann von einer „offenen Gesamtkavität", welche die Hauptkavität 14 und die Nebenkavitäten 16, 17 umfasst, gesprochen werden.
Die Gratgeometrien 32, 33 unterscheiden sich von der Geometrie der Grate 32, 33 des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Nebenformteile 18, 19 bleiben während des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 wiederum stationär.
Fig. 14 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das abgesehen von einer Modifikation im Bereich der Nebenformteile 18, 19 dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Nebenformteile 18, 19 weisen hier im Bereich ihrer zur Hauptkavität 14 gerichteten Enden Vorsprünge 38 auf, durch die der Zwischenraum 42, 43 zwischen den Nebenformteilen 18, 19 und der Stirnfläche 26 des ersten Gesenkteils 9 im Bereich der Vorsprünge 38 verringert wird. Es werden dadurch Einstiche in den Graten 32, 33 ausgebildet, wodurch das Abtrennen der Grate 32, 33 erleichtert wird. Um die Einstiche an den Ausgangspunkt der Grate 32, 33 vom auszubildenden Hauptkörper der Zahnstange 4 zu legen, reichen die Nebenformteile 18, 19 hier weiters bis zur Hauptkavität 14, d.h. die Stirnflächen 22 der Nebenformteile 18, 19 begrenzen die Hauptkavität. Das in die Nebenkavitäten austretende Material gelangt hier unmittelbar in die zwischen den Nebenformteilen 18, 19 und der (neben der Formausneh- mung 1 1 liegenden) Stirnfläche 26 des zweiten Gesenkteils 9 liegenden Zwischen- räume 42, 43. Die Nebenformteile 18, 19 bleiben beim Zusammenfahren der Gesenkteile 9, 10 wiederum stationär.
Auch eine Lagerung der Nebenformteile 18, 19 analog zum zweiten Ausführungsbeispiel wäre möglich, um solche Einstiche zu bilden. Die Vorsprünge 38 wären dann zur Stirnfläche 23 des zweiten Gesenkteils 10 ausgerichtet.
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 15 bis 17 erläutert. Die Lagerung der Nebenformteile 18, 19 entspricht dem in den Fig. 3 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, könnte aber beispielsweise auch dem in den Fig. 10 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Nebenformteile 18, 19 in diesem Ausführungsbeispiel während des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 in die jeweilige Stellrichtung 29, 30 verfahren, und zwar jedenfalls auch ab dem Zeitpunkt, ab welchem verdrängtes Material des Rohlings 15 an sie anläuft (zuvor können sie stationär sein oder ebenfalls schon verfahren werden). Dies wird auch aus dem Vergleich der Fig. 16 und 17 deutlich. Es kann dadurch das Fließen des Materials des Rohlings 15 weiter beeinflusst werden. Durch eine solche Beeinflussung des Materials des Rohlings kann eine Optimierung der Fließvorgänge und somit des gesamten Schmiedeverfahrens erreicht werden, beispielsweise um den hydrostatischen Druck in einem letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 nochmals zu erhöhen. Hierbei kann aber weiter Material in die Nebenkavitäten 16, 17 fließen, da diese jedenfalls nicht voll-ständig gefüllt werden. Zumindest im letzten Abschnitt des Zusammenführens der Gesenkteile 9, 10 vor Erreichen der zusammengefahrenen Endstellung gelangt Material des Rohlings 15 in die Zwischenräume 42, 43 , die zwischen den Nebenformteilen 18, 19 und der Stirnfläche 26 des Gesenkteils 9 liegen.
Zusätzlich zu den Optimierungsmöglichkeiten des Flusses bei der Einrichtung des Schmiedeverfahrens durch unterschiedliche Geometrien der Nebenformteile 18, 19 können hier Optimierungen durch die Stellungen und Bewegungen der Nebenform- teile 18, 19 (die zumindest in diesem Ausführungsbeispiel auch als Stempel bezeichnet werden können) während des Schmiedens durchgeführt werden.
Die Verstellung der Nebenformteile 18, 19 kann durch in den Figuren nicht dargestellte Aktuatoren erfolgen. Weiters kann eine Kopplung mit der Bewegung des verstellbaren Gesenkteils 9 erfolgen, beispielsweise indem bei der Bewegung des Gesenkteils 9 Schrägflächen mitverstellt werden, an welchen die von der Hauptkavität abgewandten Enden der Nebenformteile 18, 19 anliegen.
Fig. 18 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, welches abgesehen von der Form der Formausnehmung 12 des zweiten Gesenkteils 10 dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Formausnehmung 12 weist hier keilförmig zueinander verlaufende Seitenflächen auf, wodurch der der Verzahnung 5 gegenüberliegende Rückenbereich der Zahnstange 4 über den verzahnten Abschnitt mit einer entsprechenden Form ausgebildet wird. Die ausgebildete Zahnstangenform könnte auch als
Zahnstange mit Dreiecksquerschnitt bezeichnet werden.
Fig. 19 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel, welches abgesehen von den im Folgenden genannten Unterschieden dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Es sind hier sowohl am ersten Gesenkteil 9 als auch am zweiten Gesenkteil 10 Nebenformteile 18, 18', 19, 19' in die Stellrichtungen 29, 30 verschieblich gelagert. Jeweils eine der Seitenflächen 20, 20' der Nebenformteile 18, 18', 19, 19' liegt am jeweiligen Gesenkteil 9, 10 an. Die jeweils zueinander gerichteten Seitenflächen 21 , 21 ' der auf der gleichen Seite der Hauptkavität liegenden Nebenformteile 18, 18' bzw. 19, 19' weisen zwischen sich einen Spalt auf, dessen Dicke sich beim Zusammenfahren der Gesenkteile 9, 10 verringert, der in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile 9, 10 aber nicht vollständig geschlossen ist. Zumindest im letzten Abschnitt des Zusammenfahrens der Gesenkteile 9, 10 fließt Material des Rohlings 4 in diese Zwischenräume 42, 43 .
Die Nebenformteile 18, 19 sind gegenüber der Hauptkavität zurückgezogen, während die Nebenformteile 18', 19' bündig an die Hauptkavität anschließen und deren, hier schräg gestellte Stirnflächen stellen Abschnitte der die Hauptkavitäten begrenzenden Wände dar. Unterschiedliche Modifikationen hierzu sind möglich, beispielsweise könnten alle Nebenformteile gegenüber der Hauptkavität 14 zurückgezogen sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind zumindest zwei der Nebenformteile 18, 18'; 19, 19' gegenüber der Hauptkavität zurückgezogen.
Die verschieblichen Lagerungen der Nebenformteile 18, 18', 19, 19' an den Gesenkteilen 9, 10 sind in Fig. 19 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Zur Nachstellung bei einsetzendem Verschleiß könnten beispielsweise wiederum Anschlagplättchen 34, 34', 35, 35' vorgesehen sein.
In weiteren Ausführungsbeispielen könnten nur am beweglichen Gesenkteil 9 verschiebbar gelagerte Nebenformteile vorgesehen sein.
Wenn sowohl am feststehenden Gesenkteil 10 als auch am beweglichen Gesenkteil 9 von den Gesenkteilen 9, 10 separate Nebenformteile vorgesehen sind, so werden zumindest die an einem der Gesenkteile 9, 10 angeordneten Nebenformteile gegenüber dem Gesenkteil 9, 10 wie beschrieben in Stellrichtungen 29, 30 verschiebbar gelagert, vorzugsweise ist dann eine solche verschiebbare Lagerung für alle Nebenformteile 18, 19 vorgesehen.
In den Figuren ist das feststehende Gesenkteil 10 unten dargestellt und der Rohling 15 wird in dieses feststehende Gesenkteil eingelegt. Eine umgekehrte Anordnung, wobei der Rohling 15 in das bewegliche Gesenkteil 9 eingelegt wird, ist ebenfalls möglich.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die die Verzahnungen ausbildende For- mausnehmung im beweglichen Gesenkteil 9 angeordnet. Auch eine Anordnung im feststehenden Gesenkteil 10 ist möglich. Soweit anwendbar bzw. ausführbar können alle unterschiedlichen einzelnen Merkmale der verschiedenen Beispiele untereinander ausgetauscht und/oder kombiniert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
L e g e n d e
zu den Hinweisziffern
Lenkrad 22 Stirnfläche
Lenkwelle 23 Stirnfläche
Lenkritzel 24 Kante
Zahnstange 25 Kante
Verzahnung 26 Stirnfläche
Lenkungsgehäuse 27 Kante
Spurstange 28 Kante
Zahn 29 Stellrichtung erstes Gesenkteil 30 Stellrichtung zweites Gesenkteil 31 Kante
erste Formausnehmung 32 Grat
zweite Formausnehmung 33 Grat
Schließrichtung 34 Anschlagplättchen
Hauptkavität 35 Anschlagplättchen
Rohling 36 Anschlag
Nebenkavität 37 Anschlag
Nebenkavität 38 Vorsprung
, 18' Nebenformteil 39 Längsachse, 19' Nebenformteil 40 Verschieberichtung, 20' erste Seitenfläche 41 Verlauf
, 21 'zweite Seitenfläche 42 Zwischenraum
43 Zwischenraum

Claims

Patentansprüche
1. Gesenk zum Schmieden eines eine Verzahnung (5) aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange (4) einer Lenkvorrichtung mit ersten und zweiten Gesenkteilen (9, 10), von welchen das erste Gesenkteil (9) eine erste Formausnehmung (1 1 ) zum Formen der Verzahnung (5) der Zahnstange (4) und das zweite Gesenkteil (10) eine zweite Formausnehmung (12) aufweist, die die Form des der Verzahnung (5) gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange (4) aufweist, und welche unter Umformung eines in das Gesenk eingelegten Rohlings (15) ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung (13) bis in eine Endstellung zusammenfahrbar sind, in der sie einen Abstand (s) voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Formausnehmungen (1 1 , 12) der Gesenkteile (9, 10) zwischen den Gesenkteilen (9, 10) eine Hauptkavität (14) ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) auf gegenüber liegenden Seiten zu Nebenkavitäten (16, 17) hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenk weiters mindestens zwei Nebenformteile (18, 19) aufweist, welche jeweils im zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen und von denen die die Nebenkavitäten begrenzenden Wände zumindest teilweise gebildet werden und die jeweils gegenüber den Gesenkteilen (9, 10) in eine winkelig zur Schließrichtung (13) stehende Stellrichtung (29, 30) verschiebbar sind.
2. Gesenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stellrichtung (29, 30) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) mit der Schließrichtung (13) einen Winkel von zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 70° einschließt.
3. Gesenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) Nebenkavitäten (16, 17) zum Außenraum hin offen sind und/oder nur teilweise mit verdrängtem Material des Rohlings (15) gefüllt sind.
4. Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Nebenformteil (18, 19) erste und zweite Seitenflächen (20, 21 ) aufweist, von denen die erste Seitenfläche an einer Stirnfläche (23, 26) eines der beiden Gesenkteile (9, 10) anliegt und von denen die zweite Seitenfläche (21) zumindest einen Abschnitt der die jeweilige Nebenkavität (16, 17) begrenzenden Wand bildet.
5. Gesenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Seitenfläche (20, 21 ) eines jeweiligen Nebenformteils (18, 19) über eine Stirnfläche (22) miteinander verbunden sind, welche gegenüber der Hauptkavität (14) zurückgezogen ist und eine die jeweilige Nebenkavität (16, 17) begrenzende Wand bildet.
6. Gesenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (22) eines jeweiligen Nebenformteils (18, 19) mit der Stellrichtung (29, 30) eines jeweiligen Nebenformteils einen Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise von weniger als 20° einschließt.
7. Gesenk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (23, 26) des Gesenkteils (9, 10), an der die erste Seitenfläche (20) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) anliegt, einen Abschnitt aufweist, der zwischen dem Anlagebereich der ersten Seitenfläche (20) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) und der Formausnehmung (1 1 , 12) des betreffenden Gesenkteils (9, 10) liegt und der eine die jeweilige Nebenkavität (16, 17) begrenzende Wand bildet.
8. Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Nebenformteil (18, 19) vorhanden sind, die an einem der Gesenkteile (10) beidseitig der Formausnehmung (12) dieses Gesenkteils (10) verschiebbar gelagert sind.
9. Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Formausnehmung (12) des zweiten Gesenkteils (10) im Querschnitt durch das Gesenk gesehen eine Kreisbogenform aufweist.
10. Gesenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem jeweiligen Nebenformteil (18, 19) und einer Stirnfläche (26) eines der Gesenkteile (9), welche zum anderen der Gesenkteile (10) weist, oder zwischen zwei Nebenformteilen (18, 18'; 19, 19'), die die gleiche Nebenkavität (16, 17) begrenzen, ein Spalt vorliegt, dessen Breite sich beim Zusammenfahren der Gesenkteile (9, 10) verringert.
1 1. Schmiedeverfahren zum Schmieden eines eine Verzahnung (5) aufweisenden Abschnitts einer Zahnstange (4) für eine Lenkvorrichtung, wobei ein Rohling (15) zwischen zwei Gesenkteilen (9, 10) umgeformt wird, von welchen das erste Gesenkteil (9) eine erste Formausnehmung (1 1 ) zum Formen der Verzahnung (5) der Zahnstange (4) und das zweite Gesenkteil (10) eine zweite Formausnehmung (12) aufweist, die die Form des der Verzahnung (5) gegenüber liegenden Rückenbereichs der Zahnstange (4) aufweist, und welche unter Umformung des in das Gesenk eingelegten Rohlings (15) ausgehend von einer Offenstellung in eine Schließrichtung (13) bis in eine Endstellung zusammengefahren werden, in der sie einen Abstand (s) voneinander aufweisen, wobei im Bereich der Form- ausnehmungen (1 1 , 12) der Gesenkteile (9, 10) zwischen den Gesenkteilen (9, 10) eine Hauptkavität (14) ausgebildet ist, die in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) auf gegenüberliegenden Seiten zu Neben- kavitäten (16, 17) hin offen ist, welche jeweils in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gesenkteil (9, 10) liegenden Bereich liegen, und wobei beim Zusammenfahren der Gesenkteile (9, 10) Material des Rohlings (15) in die Ne- benkavitäten (16, 17) verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Nebenkavitäten (16, 17) verdrängte Material an Nebenformteile (18, 19) anläuft, welche jeweils den Fluss des verdrängten Materials in der jeweiligen Nebenka- vität (16, 17) teilweise begrenzen, und dass das in die Nebenkavitäten (16, 17) verdrängte Material in einen Zwischenraum (42, 43) hineinverdrängt wird, der innerhalb der jeweiligen Nebenkavität (16, 17) angeordnet ist und begrenzt wird durch eine in Richtung eines der Gesenkteile (10, 1 1) gerichtete Fläche (21) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) und die Stirnfläche (26, 23) des Gesenkteils oder durch eine in Richtung eines der Gesenkteile (10, 1) gerichtete Fläche (21 ) des jeweiligen Nebenformteils (18, 19) und eine Oberfläche eines weiteren Nebenformteils (18', 19') das in der selben Nebenkavität (16,17) angeordnet ist.
12. Schmiedeverfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkavitäten in der zusammengefahrenen Endstellung der Gesenkteile (9, 10) nur teilweise mit dem verdrängten Material des Rohlings (15) gefüllt werden.
13. Schmiedeverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenformteile (18, 19) während des Schmiedens des verzahnten Abschnitts der Zahnstange (4) bezogen auf ihre Stellrichtungen (29, 30) stationär gehalten werden.
14. Schmiedeverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmiedens des verzahnten Abschnitts der Zahnstange (4) zumindest eines der Nebenformteile (18, 19) in eine Stellrichtung (29, 30) verstellt wird.
15. Zahnstange für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, welche mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 hergestellt ist.
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