Zahnstangenlenkungen werden innerhalb des Fahrwerkes eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, um die über das Lenkrad aufgebrachte drehende Lenkbewegung in eine geradlinige Bewegung zum Verschwenken der zu lenkenden Fahrzeugräder umzuwandeln. Zur Lenkkraftunterstützung kommt hierbei ein Servoantrieb zum Einsatz, der an verschiedenen geeigneten Stellen innerhalb des Lenkkraftflusses angeordnet werden kann.

Eine Zahnstangenlenkung der hier interessierenden Art geht aus dem Prospekt "Die elektrische Servolenkung" (Firma ZF Friedrichshafen AG, Druck-Nr. G 7802 P-MBA 2/98 d) hervor. Die Zahnstangenlenkung besitzt ein rohrartiges Zahnstangenlenkgehäuse, das eine innenliegende Zahnstange schützend umgibt.

Am Zahnstangenlenkgehäuse ist ein Ritzeleingriffsbereich vorgesehen, über den eine Ritzeleinheit die am Lenkrad erzeugte Drehbewegung in die Zahnstangenlenkung einleitet. Ein Ritzel der Ritzeleinheit greift zu Umwandlung der Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung in die Verzahnung der innenliegenden Zahnstange ein. Die hierdurch erzeugbare Hin-und Herbewegung der Zahnstange ist über endseitig aus dem Zahnstangenlenkgehäuse abgedichtet geführte Lenkstangen abgreifbar, die wiederum zum Lenken an je einem Rad angelenkt sind. Je nach Fahrzeugklasse kann ein die Lenkbewegung unterstützender elektrischer Servoantrieb entweder in die Lenksäule integriert sein, oder am Ritzel angeordnet sein oder auch auf die Zahnstange einwirken.

Letzterenfalls ist das Zahnstangenlenkgehäuse an einem Endbereich entsprechend modifiziert.

Das bekannte Zahnstangenlenkgehäuse besteht aus Aluminium und ist im Druckgussverfahren hergestellt. Nach dem Gießen ist eine spanende Bearbeitung erforderlich, um Anbauteile-wie beispielsweise die Ritzeleinheit-am Zahnstangenlenkgehäuse montieren zu können. Die spanende Bearbeitung erstreckt sich auf das Fräsen von Anlageflächen für die zu montierenden Teile sowie Anfertigungen von Grund-und Durchgangsbohrungen zur Befestigung, die teilweise durch Gewindeschneiden weiterbearbeitet sind.

Aus DE 42 37 485 A1 ist eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung bekannt, bei der in einem Lenkgehäuse ein Ritzel drehbar gelagert und eine davon geführte Zahnstange verschiebbar ist. Ein rohrartiger Zylinder eines Servomotors ist mit dem Lenkgehäuse fest verbunden. Mit dem Zylinder einstückig sind nach außen vorragende, ringförmige Kragen durch ein Hochdruck-Umformverfahren ausgebildet. Ferner ist im Ritzeleingriffsbereich ein unterer Lagerträger für Kugellager ausgebildet.

Das Innenhochdruckumformen findet ferner bei einem bekannten Verfahren mit Vorrichtung zur Herstellung eines íntegralgehäuses für Hydrolenkung Anwendung (DE 197 51 408 A1). Dieses besitzt einen Gehäuseabschnitt zur Aufnahme eines ein Ritzel und ein Zahnstangenteil aufweisenden Lenkgetriebes und einen daran anschließenden Gehäuseabschnitt für die Anordnung der hydraulischen Lenkunterstützung. Mit dem Innenhochdruck-Umformungsprozeß wird eine kugelartige Auswölbung gebildet. Nach dem Herausnehmen des umgeformten Teiles aus einem Gesenk erfolgen weitere kleine Umformungen wie z. B.

Anformung einer Sicke und abschließend eine mechanische Endbearbeitung.

Letzteres ist jedoch nicht näher erläutert.

Ein gattungsgemäßes Gehäuse für eine hydraulische Servolenkung ist aus DE 42 01 730 A1 bekannt. In einem Ritzelbereich sind mehrere Ausdrückungen, die teilweise miteinander fluchten, ausgebildet. Sie nehmen eine Lenkwelle auf, die fest mit einem Lenkrad verbunden ist. Die Ausdrückungen werden durch Aufbohren gebildet, um eine Schraube zum Andrücken eines Druckstücks ansetzen zu können. Das gesamte Gehäuse wird ebenfalls im Innenhochdruckverfahren hergestellt, wobei ein Gehäuseende mit einer Aufweitung dargestellt ist, deren Funktion aber nicht näher erläutert ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnstangenlenkgehäuses zu schaffen, durch das/die eine einfachere Herstellung unter Verkürzung der Herstellungszeit und Verringerung von zur Herstellung erforderlichen Prozeßschritten möglich wird.

Zur Lösung wird erfindungsgemäß das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren sowie die Hilfsmittel dafür gemäß sonstigen unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass zunächst mittels Innenhochdruckumformen (IHU) ein rohrartiges Ausgangsmateriai aus Stahl innerhalb eines Umformgesenks zur vollständigen Konturausbildung des Zahnstangenlenkgehäuses einem Innendruck ausgesetzt wird. Unmittelbar anschließend erfolgt ein aufweitendes Einpressen von Kolbenstangenführungselementen in beide Endbereiche des Zahnstangenlenkgehäuses. Je nach Anforderung wird danach zur Fertigstellung des Ritzeleingriffsbereiches an dem Zahnstangenlenkgehäuse eine Paßdurchgangsbohrung angefertigt. Schließlich kann koaxial zur Paßdurchgangsbohrung zweckmäßig ein Anschweißen eines unteren Lagerträgers sowie einer oberen Anbauebene für die Ritzeleinheit.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, das Zahnstangenlenkgehäuse innerhalb weniger Prozeßschritte zu fertigen, wobei sich eine spanende Bearbeitung lediglich auf das Anfertigen der Paßdurchgangsbohrung beschränkt. Zum Verbinden von Anbauteilen wird weitestgehend anstelle von herkömmlichen Schraubbefestigungen das Verfahren des Schweißens angewandt, das hier durch die Verwendung von Stahl als Ausgangsmaterial möglich ist. Zur Führung der Lenkstangen im Austrittsbereich zu beiden Enden des Zahnstangenfenkgehäuses sind separate Einpreßbuchsen vorgesehen, die in einem einzigen Verfahrensschritt beim Einpressen zugleich die beiden Endbereiche des Zahnstangenlenkgehäuses aufweiten, und damit einen festen Sitz für hier anzubringende Faltenbälge als Schmutzschutz bilden.

Zusätzlich ist es auch möglich, die aufgeweiteten Enden des Zahnstangenlenkgehäuses erforderlichenfalls durch einen weiteren Umformschritt oder durch Spanen zu bearbeiten, um die Verbindung mit den aufgeschobenen Faltenbälgen zusätzlich zu sichern.

Die genannten Führungselemente haben die Funktion, die Kolbenstange bzw.

Lenkstange direkt zu führen. Dazu können eingeklippte Kunststoff- Führungsbuchsen verwendet werden. Eine weitere Funktion der Führungselemente besteht darin, einen mechanischen Festanschlag der Lenkung, sogenannter"Lockstop", zu bilden.

Mit besonderem Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren zweiphasig gestaltet, indem die Lenkstangen-Führungselemente zunächst zweckmäßig mit weniger Kraft axial in das rohrartige Gehäuse eingeschoben und dann in der zweiten Phase mit voller Kraft zum Aufweiten der beiden Gehäuse-Endbereiche vorzugsweise in radialer Richtung in das Rohrinnere axial eingepreßt werden.

Nach einer anderen vorteilhaften Erfindungsausbildung erfolgt das Aufweiten über die axiale bzw. achsparallele Längenerstreckung der Gehäuse-Endbereiche zweistufig, indem die Endbereiche mit unterschiedlichen Weiten oder Innendurchmessern aufgeweitet werden. Dabei liegt die größere der beiden Weiten oder Innendurchmesser im vollständig eingeschobenen Zustand dem Gehäuse-Stirnende näher als die kleinere. Durch diese Abstufung wird mit zunehmender Erstreckung in das Gehäuseinnere eine stufenartige Verjüngung für den Gehäuse-Endbereich erreicht, welche bei einem etwaigen nachträglichen Einsetzen von Faltenbälgen eine Zentrierungsfunktion erfüllen kann.

Insbesondere bei Einsatz in einer Hydrolenkung ergibt sich die Anforderung, dass die Lenkstangen-Führungselemente aus dem inneren der Gehäuse-Endbereiche wenigstens nicht mehr herausgelangen können. Dem wird mit einer Erfindungsausbildung dahingehend begegnet, dass nach dem Einpressen Arretierelemente derart ausgebildet werden, dass die Lenkstangenführungselemente an einer anliegenden Gehäuse-Innenwandung wenigstens in bzw. gegen Löse-bzw. Ausziehrichtung festgelegt sind.

Vorzugsweise erfolgt das Anschweißen des Lagerträgers sowie der Anbauebene durch das Verfahren des Laserschweißens. Hierdurch kann ein Wärmeverzug zwischen dem Lagerträger und dem Zahnstangenlenkgehäuse und/oder diesem und der Anbauebene vermieden werden. An dieser Stelle ist eine genaue koaxiale relative Lage der miteinander verbundenen Teile erforderlich, um ein exaktes Eingreifen des Ritzels in die Verzahnung der Zahnstange zu gewährleisten.

Zur Befestigung des Zahnstangenlenkgehäuses am Fahrwerk eines Fahrzeuges kann vorzugsweise ein durch Biegeumformen hergestelltes, U-förmiges Halteblech an mindestens einem Endbereich des Zahnstangenlenkgehäuses angeschweißt werden. Die Verwendung eines U-förmigen gebogenen Haltebleches, dessen beide Schenkel am Zahnstangenlenkgehäuse angeschweißt sind, stellt eine einfache und zuverlässige Befestigungsmöglichkeit des durch Innenhochdruckumformen ausgebildeten stahirohrartigen Zahnstangenlenkgehäuses dar.

Um einen zusätzlichen Korrosionsschutz für das Zahnstangenlenkgehäuse zu erhalten, kann dieses mit einer Beschichtung, beispielsweise mit einer Lackierung versehen werden, oder galvanisch behandelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Zahnstangenlenkgehäuses kann vorzugsweise mittels einer Vorrichtung ausgeführt werden, die für den ersten Verfahrensschritt bezüglich des Innenhochdruckumformens eine geteilte Umformgesenkeinheit umfaßt, die eine Negativkontur des Zahnstangenlenkgehäuses enthält. Nachgeordnet sind eine Preßeinheit und optional eine Fräseinheit und schließlich eine Schweißeinheit vorgesehen sind.

Im Rahmen der allgemeinen erfinderischen Idee liegt auch eine Preßeinheit für sich genommen, die zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet ist und sich durch zwei entsprechend dem Abstand der End-bzw. Aufweitbereiche positionierbare Einschieb-oder Einpreßstößei auszeichnet. Diese sind zueinander verstellbar geführt und mit einer zylindrischen Grundform gestaltet, die einen abgestuften Außendurchmesser aufweist. Dadurch wird eine ringartige Anschlagschulter gebildet, mittels welcher die Lenkstangen-Führungselemente in das Gehäuseinnere eingepreßt werden können.

Im Rahmen der allgemeinen erfinderischen Idee liegt ferner ein Lenkstangen- Führungselement, das spezifisch zum Einsatz für das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet ist und dabei eine ringartige und/oder hohlzylindrische Grundform aufweist. Diese zeichnet sich durch einen ersten hinteren Abschnitt mit einem größeren Außendurchmesser aus, welcher der deutlichen Aufweitung des Gehäuse-Endbereichs dient. Ein nachfolgender zweiter vorderer Abschnitt besitzt einen demgegenüber kleineren Durchmesser, der aber noch geringfügig größer ist als der Innendurchmesser der aufzuweitenden Gehäuse-Endbereiche. Damit wird der Vorteil einer Zentrierung beim Einführen und Einpressen des Stößels mit aufgestecktem Lenkstangen- Führungselement erzielt. Es ergibt sich dabei eine präzise Koaxialität.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und den Zeichnungen. Diese zeigen in : Figur 1 ein erfindungsgemäß gefertigtes Zahnstangen-Lenkgehäuse in zwei gegeneinander verdrehten Längsansichten, Figur 2 einen Schnitt in Längsrichtung durch das Zahnstangen- Lenkgehäuse im Bereich der Paßdurchgangsbohrung, Figur 3 alternative, auf entsprechende Einsatzfälle angepaßte Konturausbildungen des Zahnstangen-Lenkgehäuses in Längsansicht, Figur 4 ein schematisches Ablaufdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des Zahnstangen- Lenkgehäuses, Figur 5a im Längsschnitt durch das Zahnstangenlenkgehäuse eine erste Phase des Verfahrens zum aufweitenden Einpressen von Lenkstangen-Führungselementen,

Figur 5b und c in entsprechenden Ansichten eine zweite und eine dritte Phase des genannten Verfahrensschrittes, Figur 6 und 7 jeweils im Längs-Halbschnitt unterschiedliche Eingriffsarten zwischen Lenkstangen-Führungselement und Gehäuse- Innenwandung.

Das mit dem beanspruchten Herstellungsverfahren zu fertigende Zahnstangenlenkgehäuse 1 gemäß Figur 1 weist eine zylindrische Grundgestalt auf. Die zylindrische Grundgestalt des Zahnstangenlenkgehäuses 1 wird unterbrochen durch einen Ritzeleingriffsbereich 2. Am Ritzeleingriffsbereich 2 kommt eine hier nicht dargestellte Ritzeleinheit zur Längsbewegung einer hier ebenfalls nicht dargestellten innerhalb des Zahnstangenlenkgehäuses 1 verlaufenden Zahnstange zum Einsatz. Das aus Stahl bestehende Zahnstangenlenkgehäuse 1 weist zwei endseitige Aufweitbereiche 3a und 3b auf.

Innerhalb der Aufweitbereiche 3a und 3b ist je ein Lenkstangenführungselement 4a bzw. 4b angeordnet. Weiterhin ist in einem Endbereich des Zahnstangenlenkgehäuses ein U-förmiges Halteblech 5 angebracht. Mit dem Halteblech 5 ist eine Befestigung des Zahnstangenlenkgehäuses 1 an einem hier nicht weiter dargestellten Fahrwerk eines Fahrzeuges möglich. Das Halteblech 5 ist durch Schweißen mit dem Zahnstangenlenkgehäuse 1 verbunden. Im Ritzeleingriffsbereich 2 des Zahnstangenlenkgehäuses 1 befindet sich eine Paßdurchgangsbohrung 6.

Die in Figur 2 im Detail dargestellte Paßdurchgangsbohrung 6 verläuft schräg zur Längsachse des Zahnstangenlenkgehäuses 1. Koaxial zur Paßdurchgangsbohrung 6 ist ein unterer Lagerträger 7 sowie eine obere Anbauebene 8 durch Schweißen befestigt. Wie dargestellt, liegen die Schweißnähte hier unmittelbar im Bereich der Paßdurchgangsbohrung 6. Die obere Anbauebene 8 ist mit zusätzlichen Schweißstellen am Zahnstangenlenkgehäuse 1 befestigt. Der untere Lagerträger 7 dient zur Aufnahme eines Nadellagers, in dem die Welle des hier nicht dargestellten Ritzels der Ritzeleinheit angeordnet ist. An der oberen Anbauebene 8 ist die Ritzeleinheit durch Schrauben befestigbar.

Gemäß Figur 3 kann eine Befestigung einer Ritzeleinheit 9 und 9'auch an zwei Ritzeleingriffsbereichen 2 und 2'erfolgen. Hierdurch ist eine gesplittete Krafteinwirkung auf die innenliegende Zahnstange möglich. Nach einer weiteren (unten abgebildeten) Ausgestaltungsvariante kann das Zahnstangenlenkgehäuse 1 neben einer Ritzeleinheit 9"auch mit einer Servoeinheit 10 versehen sein. Die Servoeinheit 10 ist hier zur Lenkunterstützung für schwere Fahrzeuge als Kugelumlaufgetriebe ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt auch andere Ausgestaltungsvarianten für das Zahnstangenlenkgehäuse 1 zu.

Das Zahnstangenlenkgehäuse wird erfindungsgemäß durch das in Figur 4 veranschaulichte Verfahren hergestellt. Ausgehend von einem umformbaren Stahlrohr als Halbzeug wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Innenhochdruckumformen innerhalb einer geteilten Umformgesenkeinheit durchgeführt. Hierbei wird bereits eine vollständige Konturausbildung des Zahnstangenlenkgehäuses 1 erzielt. Darauffolgend erfolgt in einem kombinierten Verfahrensschritt ein aufweitendes Einpressen der Lenkstangenführungselemente 4a und 4b in die beiden Endbereiche 3a, 3b des Zahnstangenienkgehäuses 1. Mit dem Einpressen erfolgt gleichzeitig das Aufweiten der Endbereiche, so daß zum einen eine zuverlässige Preßverbindung zwischen den Lenkstangenführungselementen 4a und 4b und dem Zahnstangenlenkgehäuse 1 entsteht und zum anderen ein Sitz für auf das Ende der Zahnstangenlenkgehäuse aufzuschiebende Faltenbälge gebildet wird. Nach dem aufweitenden Einpressen der Lenkstangenführungselemente 4a und 4b wird eine Paßdurchgangsbohrung 6 zur Herstellung des Ritzeleingriffsbereichs 2 am Zahnstangenlenkgehäuse 1 angefertigt. Schließlich erfolgt das Anschweißen des unteren Lagerträgers 7 sowie der oberen Anbauebene 8 koaxial zu der Paßdurchgangsbohrung 6. Optional können noch weitere Herstellungsschritte-wie Beschichten-ausgeführt werden.

Gemäß Figur 5a ist das rohrartige Lenkgehäuse 1 zwischen zwei Spannbacken 11 gehalten. Je einem Gehäuseende gegenüberliegend sind zwei Einpreßstössei 12a, 12b in Bereitstellung positioniert. Diese besitzen jeweils einen zum Lenkgehäuse 1 vorspringenden Stützzapfen 13, welcher gegenüber dem sonstigen Stößel-Grundkörper einen verminderten Durchmesser besitzt, so dass eine ringartige Anschlag-oder Abstützschulter 14 jeweils entsteht. Auf die Stützzapfen 13 ist jeweils ein ringartiges bzw. hohlzylindrisches

Lenkstangenführungselement 4a, 4b aufgesteckt und durch die Anschlagschulter 14 abgestützt. So können der Stützzapfen 13 und die Anschlagschulter 14 zusammen als Aufnahme und Abstützung für das jeweilige Lenkstangen- Führungselement 4a, 4b während des Einpressvorgangs dienen, damit eine vorbestimmte Passung für den Innendurchmesser der Lenkstangen- Führungselemente 4a, 4b erhalten bleibt.

Gemäß Figur 5b ist in einer weiteren Phase des für sich selbstständigen Verfahrens"Aufweiten und Einpressen von Lenkstangenführungen"das jeweilige Führungselement 4a, 4b aufweitend eingepreßt. Letztere weisen jeweils einen Anfangsabschnitt 15 mit verminderten Durchmesser auf, welcher das Lenkgehäuse 1 nur geringfügig aufweitet. Dieser Abschnitt 15 bildet primär einen Zentrierungsabschnitt, damit eine gute Koaxialität erzielt wird. DieEinpreßstössel 12a, 12b sind in der Verfahrensphase gemäß Figur 5b wie gezeichnet aufeinander zu bewegt worden.

Gemäß Figur 5c sind die beiden Einpreßstössel aus dem Lenkgehäuse 1 zurückgefahren worden. Die Führungselemente 4a, 4b sind jeweils innerhalb des Lenkgehäuses 1 verblieben. Die Spannbacken 11 können nun geöffnet bzw. auseinandergefahren werden. Danach kann das an seinen Enden aufgeweitete Rohr mit eingepreßten Führungselementen 4a, 4b aus der Herstellungsvorrichtung bzw. dem Werkzeug entnommen werden.

Vor allem bei Einsatz in einer Hydrolenkung ist eine mechanische Verriegelung bzw. Festlegung der Führungselemente 4a, 4b wenigstens gegenüber der Auspreßrichtung 16 empfehlenswert. Dazu sind gemäß Figur 6 die Lenkstangenführungselemente 4a, (und/oder 4b) jeweils mit der Gehäuseinnenwandung miteinander in Eingriff gebracht, beispielsweise verstemmt. Letzteres kann umlaufend oder durch einzelne Druckstellen von außen mittels eines mehrfachen Kugelkopfstempels erzeugt werden. Dadurch wird eine plastisch verformte Arretierung 17 von Lenkgehäuse-Innenwandung und Führungselement-Außenwandung gegeneinander erzeugt. Gemäß Figur 7 kann eine solche Arretierung 17 auch durch eine beispielsweise mittels Laser erzeugte Schweißstelle 18 realisiert werden.

Bezugszeichenliste 1 Zahnstangenlenkgehäuse 2,2'Ritzeleingriffsbereich 3a, 3b endseitige Aufweitbereiche 4a, 4b Lenkstangenführungselemente 5 U-fòrmiges Halteblech 6 Paßdurchgangsbohrung 7 unterer Lagerträger 8 obere Anbauebene 9,9'Ritzeleinheit 10 Servoeinheit 11 Spannbacken 12a, 12b Einpreßstößel<BR> 13 Stützzapfen 14 Anschlagschulter 15 Zentrierungsabschnitt 16 Auspreßrichtung 17 Arretierung 18 Schweißstelle