齿条或螺杆 【技术领域】
本发明涉及一种尤其用于汽车转向装置的齿条或螺杆，其具有第一杆状构件和第二杆状构件，所述第一杆状构件作为齿条或螺杆的功能元件具有至少一个把旋转运动转换成平移运动的元件，尤其是用来啮合螺母或丝杆传动的齿部和/或螺纹，所述第二杆状构件与第一杆状构件相连并优选具有齿条或螺杆的另外至少一个功能元件，其中第一杆状构件和第二杆状构件分别具有通到各杆状构件的连接端部上的空腔，第一杆状构件和第二杆状构件的连接是通过单独的连接件实现的，此连接件具有第一连接榫头和第二连接榫头，其中第一连接榫头通过压配合固定在第一杆状构件的、通到连接端部上的空腔中，第二连接榫头通过压配合固定在第二杆状构件的、通到连接端部上的空腔中。
背景技术
齿条或螺杆(例如用在汽车转向装置中的齿条或螺杆)通常具有不同的功能区域，这些功能区域分别构成齿条或螺杆的纵向延伸的一个部段。一个功能区域用来把旋转运动(此旋转运动例如从汽车方向盘传导到转向系统中)转换成平移运动(汽车车轮的摆动在此例子中需要平移运动)。功能区域具有至少一个齿部和/或螺纹作为功能元件，用来啮合螺母(尤其是滚珠螺母)或螺旋传动机构(尤其是滚珠螺旋传动机构)。齿条或螺杆在轴向方向上的端部上具有功能元件，用来固定与车轮相连的元件(例如转向横拉杆)。此外，例如除了第一功能区域中的齿部外，在其它功能区域中还可具有螺纹(例如用于滚珠螺旋传动机构)，用来借助设置在此螺纹上的螺母来构成螺旋传动机构。此螺旋传动机构可用来辅助转向运动。可替代的是，齿条或螺杆可在至少一个其它功能区域中具有其它类型的功能元件，例如，可在齿条或螺杆的杆状部段上具有活塞(用来辅助转向运动)，或具有成型元件(用来实现它的固定)。此外，平滑的杆状部段也可当作这种功能元件，其用来轴向地传导齿条或螺杆并构成支承表面。为了构成不同的功能元件，在制造齿条或螺杆时要进行不同的制造步骤。
为了更好地匹配单个功能区域的结构，已知一种齿条，在此齿条中第一杆状构件和第二杆状构件(分别具有齿条的功能元件)是彼此相连的。这两个杆状构件除了已知的焊接方式外，还从WO2006/066309A1中已知两个杆状构件的螺纹连接方式。在此，设置在一个部件上的连接榫头具有外螺纹，并拧入到另一个杆状构件的、容纳着连接榫头的轴向空腔的内螺纹上。在一个实施例中用粘贴物质来加固此螺纹连接。在另一个实施例中，壁体(其包围着容纳榫头的空腔)在一个位置上压入榫头的凹陷部中。通过齿条的这种构造，以及通过把齿条分成两个或多个具有功能区域的部件，虽然制造方面与一体构成的齿条相比得以简化和改善，但所述的螺纹连接也带来的缺点，还带来了相应的制造成本，并也限制了待连接件的构造。
上述类型的设备由未公开的德国专利申请102007018914.4得知。为了连接第一杆状构件和第二杆状构件，设置了连接件，此连接件具有第一连接榫头和第二连接榫头，它们分别通过压配合固定在各个杆状构件的空腔里。通过连接件与各个杆状构件的压配合，可在第一杆状构件和第二杆状构件之间达到可靠的连接。
【发明内容】
本发明的目的是，为前面所述类型的设备扩展应用的可能性。按本发明，这通过具有权利要求1特征的齿条或螺杆得以实现。
在按本发明的齿条或螺杆中，连接件的位于第一连接榫头和第二连接榫头之间的部段至少在该部段的周边的一个区域中、优选在其整个周边上具有比第一杆状构件和第二杆状构件在相应的周边区域中更大的径向结构。因此，可由连接件地这个突出的部段来执行功能，即此部段形成了连接件的功能部段或是齿条的另一功能元件。连接件的功能部段的突出的侧表面例如可以构成止挡面，用来限定齿条的轴向移动，所述侧表面优选布置在齿条或螺杆的轴向上。连接件的中间部段(其位于第一连接榫头和第二连接榫头之间或位于第一杆状构件和第二杆状构件之间)例如也可以构成例如滑移传动机构的传动件或构成活塞-缸体单元的活塞。
原则上还可考虑和可能的是，连接件的位于第一连接榫头和第二连接榫头之间的部段只在其周边的一部分上具有比第一杆状构件和第二杆状构件在相应的周边区域中更大的径向延展。
优选的是，连接件的位于第一连接榫头和第二连接榫头之间的部段至少在其周边延伸的一部分上具有比第一杆状构件和第二杆状构件在相应相邻的端部部段中的径向延展大了至少10％，优选至少20％。
连接件尤其构成为直的，具有轴向上对齐的、同轴的、优选地在一个轴线上彼此相对的连接榫头。在与同样直的杆状构件连接时，可构成整体上直的齿条或螺杆。
有利的是，连接件的连接榫头明显短于第一杆状构件和第二杆状构件，连接榫头的长度优选小于连接榫头的外直径的四倍，更优选小于两倍，但总是大于此外直径的一半。
优选的是，分别在空腔中通过压配合固定的连接榫头在压配合的区域内设置有材料突起，尤其是隆起、接片、齿或类似物。此材料突起的高度在此优选在0.03mm至0.4mm的范围内。补充或替代的是，各个容纳着连接榫头的空腔的壁体也设置有材料突起，尤其是隆起、接片、齿或类似物。此材料突起的高度在此也同样优选在0.03mm至0.4mm的范围内。
有利的是，这些材料突起通过变形工艺(如滚压处理或滚花)设在连接榫头的表面上，还可能设在空腔的内表面上。其优点在于带来的材料加固，这减少了切削并改善了连接。
在本发明的有利实施例中，连接榫头的外轮廓基本上是柱状外表面，即除了优选具有的外部材料突起、端部的倒棱或入口斜面、辅助成型元件或类似物。容纳着各个连接榫头的内部空腔优选基本构成为柱状，即除了必要时具有的材料突起、端侧的入口漏斗或类似物外。
在各个连接榫头和各个杆状部件之间构成的压配合在轴向上至少是力锁合的。通过利用剩余弹性，还可以考虑和可能的是，形成在轴向上形状配合的连接元件，例如通过使在布置在界定了杆状构件的空腔的壁体上的在纵向上延伸的材料突起的一个部段卸载应力来实现，其中此部段基于连接榫头插入到内腔中的插入方向处在布置在连接榫头的外表面上并在周向上延伸的材料突起的后面。
在周向上，各个连接榫头通过压配合至少力锁合地固定地在各自的空腔里。此连接优选还额外地是形状配合的。这例如可通过在轴向延伸的材料突起达到的，此材料突起在它们压配合的范围内位于连接榫头的外表面上和/或位于包围着空腔的壁体上，此压配合在构成压配合时成型在或加工在其它的通过压合连接连上的部件的材料里。在此构成的凹陷部优选不是或只是程度很低地由切削加工构成，而是完全或至少绝大部分通过材料挤压构成。
有利的是，在变形地制造材料突起之前，柱状的空腔的内直径稍大于柱状外表面的连接榫头的外直径，因此这两个部件能以一定的间隙相互插入，其中直到在至少一个构件或者两个构件中通过材料突起而出现了直径扩大或直径缩小，才产生对压配合连接必要的局部过盈。因此，就可以平衡空腔的柱状内部形状与连接榫头的柱状外表面之间的形状、大小和位置偏差。此外，待接合部件相互间的对齐也得以简化。此外，此连接优选这样进行，即几乎避免了连接配对件压入连接榫头的区域的外直径发生扩展。外直径的扩展值应该在0.2mm以下，优选在0.05mm以下。这减少了在接合位置要求固定的外直径时必须去除的材料体积。此外，这还减少了空腔壁体发生裂纹的危险，从而确保了连接的强度。在连接榫头和空腔的结构不是柱状的情况下，情况也相似。只是轻微扩展在这种情况下甚至更重要，因为非圆的周边轮廓更容易产生切口应力集中效应，且更容易发生裂纹。
在替代的实施例中，借助焊接(尤其是激光焊接)来实现齿条的杆状构件的连接。在此，具有连接榫头的连接件与齿条的一个或两个杆状构件焊接在一起，作为压配合的补充，或代替压配合。
在本发明的意义中，螺杆也包含在概念“齿条”中，螺杆为把旋转运动转换成平移运动没有齿部，而只有用于螺母(例如滚珠螺母)或用于螺旋传动机构(例如滚珠螺旋传动机构)的螺纹。这种螺杆用在线控转向的转向系统中，其中由方向盘传导的旋转运动机械脱耦地通过助力装置转换成车轮的摆动。因此在下面的描述中，概念“齿条”也包括概念“螺杆”，齿部作为功能元件也包括构造螺纹。
【附图说明】
下面借助附图阐述了本发明的其它优点和细节。其中：
图1在斜视图中示出了按本发明的齿条的第一实施例；
图2a在纵向中间剖面图中示出了两个杆状构件的连接区域；
图3示出了图1的齿条，在所述部件连接之前；
图4在纵向中间剖面图中示出了连接件；
图5在一个例子中示出了由连接件的功能部段实施的功能；
图6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b 分别在正视图和斜视图中示出了连接件的其它不同的实施例；
图10在另一个例子中示出了由连接件的功能部段实施的功能；
图11在纵向中间剖面图中示出了本发明的其它变型方案。
【具体实施方式】
下面借助图1至3阐述了按本发明的齿条的第一实施例，此齿条例如用在汽车的转向装置中。齿条具有第一杆状构件和第二杆状构件1、2，它们借助连接件3彼此相连。第一杆状构件和第二杆状构件1、2以及连接件3都具有共同的纵轴线20(＝齿条的纵轴线)。第一杆状构件1具有齿条的齿部4作为功能元件。此齿部4在齿条的整个纵向延展的一部分上延伸，因此齿条的纵向延展的这个部分由此构成了齿条的第一功能区域。
第二杆状构件具有螺纹5作为功能元件，例如用于滚珠螺旋传动机构。此螺纹在齿条的整个纵向延展的一部分上延伸，因此齿条的整个纵向延伸的这个部分构成了齿条的第二功能区域，这个第二功能区域位于齿条的纵向延伸上的、与第一功能区域不同的部段上。
因此，第一杆状构件和第二杆状构件1、2分别构成了齿条的不同纵向部段。
第二杆状构件2也可具有其它类型的功能元件或以其它方式构成的功能区域。在应用于汽车的转向装置时，第二杆状构件2的功能区域尤其可以是液压转向力辅助的一部分。
第一杆状构件和第二杆状构件1、2分别具有在轴向上延伸的空腔6、7。它们通到杆状构件1、2的彼此相对的连接端部8、9。在按图1至3所示的实施例中，这两个空腔6、7是通穿地在杆状构件1、2的整个长度上延伸，即杆状构件1、2构成为管子。但是，第一杆状构件1的空腔6和/或第二杆状构件2的空腔7也可以只在杆状构件1、2的轴向长度中的一部分上延伸。
连接件3具有第一连接榫头和第二连接榫头10、11，它们从中间部段14开始以相反的方向轴向地伸出。此中间部段14(其基于纵轴线20位于第一连接榫头和第二连接榫头10、11之间)具有比连接榫头10、11更大的外直径。换句话也可以这样说，即连接件在连接榫头10、11之间的区域内具有突起的环形台肩。在按图1至4所示的实施例中，中间的突起的部段14的环绕着纵轴线20的外表面16是构成为柱状外表面形的。侧表面17、18布置在轴向方向上。
为了连接第一杆状构件和第二杆状构件1、2，连接榫头10、11压入各自的空腔6、7中，因此连接榫头10、11在已连接的状态下通过各自的压配合固定在空腔6、7中。在部件1、2、14已连接的状态下，中间部段14位于第一杆状构件和第二杆状构件1、2之间。在已连接的状态下，突起的部段14的侧表面17、18优选在端侧贴靠在第一杆状构件和第二杆状构件1、2上。
连接件3的连接榫头10、11在制造时设置有材料突起12，参看图3。当各个连接榫头10、11压入各自的空腔6、7中时，这些材料突起12就会变形，从而可构成牢固且可靠的压配合。
材料突起12例如可由梳齿、接片、齿、隆起等构成。在按图1至3所示的实施例中，这些材料突起在周向上延伸。梳齿、接片或齿可具有环形的走向或可设置螺纹形式的螺距。这种材料突起12也可称为滚压处理或环形凹槽滚花。
由梳齿、接片、齿或类似物构成的材料突起12也可具有其它的形状，例如在轴向上延伸。这种轴向延伸的材料突起也可称为轴向的凹槽滚花。也可设置在倾斜方向上延伸的接片、隆起或齿或其它形式的材料突起(例如菱形滚花)。
材料突起12优选通过材料挤压构成，尤其借助滚动的也用来制造滚压螺纹的工具。
作为连接榫头10、11的材料突起12的补充或作为替代，限定各个空腔6、7的壁体13至少在与连接榫头10、11进行压配合连接的部段中设置有材料突起。这些材料突起可以具有结合连接榫头10、11已描述的形状。在此，各个空腔6、7的壁体13上的这些材料突起的优选实施形式是在轴向上延伸的齿。在压入所属的连接榫头10、11时，这些齿在这个连接榫头或连接榫头的材料突起中成形出凹陷部。通过这些凹陷部可构成形状配合的连接，防止连接榫头10、11相对于壁体13发生相对扭转。在压入连接榫头10、11时，这些凹陷部优选不是或程度很低地由切削构成，而是完全或绝大部分通过材料挤压构成。
在优选材料突起是通过变形构成的的情况下，柱状的连接榫头的外直径d在此稍小于柱状空腔的内直径D1，因此没有环绕的材料突起，连接榫头以一定的间隙可插入空腔中。直到通过连接榫头上的材料突起(其外周边的直径是d+2x)，才达到压配合所需的过盈量。可选的亦或相结合的是，这也适用于沿着空腔内直径的材料突起。此过盈量x在此优选在0.05mm至0.25mm的范围内，尤其优选约为0.1-0.15mm。
有利的是，这样来设置压配合，即杆状构件的外直径Da扩张不超过0.2mm，优选小于0.1mm。
对于横截面不是柱状的连接榫头来说，情况也类似。在这种情况下，在相应的角形部段中把外部部段到纵轴线的双倍距离作为直径，这在使用极坐标时是常用的。
通过连接榫头10、11在空腔6、7中的压配合，可构成力锁合的连接。此外，回弹还引起额外的在轴向上形状配合的连接元件，例如通过使在壁体13上在纵向上延伸的材料突起的一个部段卸载应力来实现，此部段相对于插入方向处在连接榫头10、11的在周向上延伸的材料突起12的后面。
各个杆状构件1、2与连接件3的连接以简单的方法通过轴向的压合来实现。在此，连接件3的连接榫头10、11可首先压入杆状构件1、2中的一个里，再把另一个连接榫头10、11压入另一个杆状构件1、2中。
本发明还可以制造横截面不是柱状的齿条。这既可以连接横截面不同的杆状构件1、2，也可以连接横截面基本相同的杆状构件1、2。因此，齿条的每个纵向部段都能以简单的方式设置和制造对各应用情况最有利的横截面，并在零件相连时可共同组接成一个完整的齿条。按照尺寸的不同，不仅基本呈柱状的连接榫头10(与基本呈柱状的亦或与外部形状相匹配的空腔6共同作用)可用于连接，而且外部形状相匹配的连接榫头10也可用于连接。
第一杆状构件和/或第二杆状构件1、2的空腔6、7在杆状构件1、2的长度上也可以不是通穿的。第一杆状构件1的空腔6在此是构成为从连接端部8在端面出发的盲孔。可替代或补充的是，这样的构造也可以应用在第二杆状构件2上。
图5示例性地示出了可能由连接件1的中间突起的部段14实施的功能。在高出第一杆状构件和第二杆状构件1、2的区域中，中间部段14的侧表面17、18是分别起止挡的作用，用来限定齿条的轴向移动性。配对止挡24、25可例如设置在包围着齿条的壳体21上。当齿条应用在汽车中时，此壳体21是固定在汽车车身上的。
图6a、6b至9a、9b示例性地示出了连接件3的功能部段14的不同外部轮廓，或示出了连接部段3的功能部段14的、环绕着纵轴线20的外表面16的不同构造。在图6a、6b中示出突出的台肩具有已描述过的圆环形结构。在图7a、7b和8a、8b描述的实施例中，突出的部段14具有非周边对称的结构。在图9a、9b中，部段14具有正方形的结构，其中周边轮廓在端面视角上看例如是正方形的。
这种具有不同周边轮廓的功能部段14例如可以是传动件，如滑移传动机构。
图10示出了另一可能的变型实施例。部段14在此构成可在缸体23中移动的活塞，此部段在其外周边上设置有密封件22。在这种实施例中，部段14例如可以是一个功能元件，用来在转向时带来辅助力。也可以这种方式提供独立的转向功能。
图11示出了一个实施例，其中第一杆状构件1具有外直径D1，第二杆状构件2具有外直径D2，其中这两个外直径D1和D2具有不同的数值。
这两个杆状构件1、2可由相同的材料(例如钢材)构成，亦或由不同的材料构成(例如在不同的位置)。因为是由不同的材料构成，所以杆状构件1、2可分别适应由它们执行的功能。
连接件3可由与两个杆状构件1、2相同的材料(例如钢材)构成，或由与两个杆状构件1、2中的一个相同的材料构成，或由不同的材料(例如不同的钢材)构成。
为了额外地加固连接件3和一个或两个杆状构件1、2之间的压配合连接，各个杆状构件1、2在压入连接榫头10、11之后在与连接榫头10、11相连的连接区域内设置有径向的压凹部，此压凹部伸进连接榫头10、11中的凹陷部中。
连接件3也可具有内部通道，此内部通道在连接件3的长度上通穿并通到两个连接榫头10、11的端面端部。
第二杆状构件2也可具有不同于螺纹5的其它功能元件。例如它可设置活塞作为功能元件，或此功能元件由外侧的导引面构成，此外导引面与导引件相连，用来构成齿条的轴向导引。
此外，在所有示出的实施例中，在第二杆状构件2的远离第一杆状构件1的端部上，设置有连接元件作为功能元件，用来连接由齿条操纵的部件。这个功能元件也可以是第二杆状构件2的唯一功能元件。
在远离第一杆状构件1的端部上，第二杆状构件2还可与其它的杆状构件相连，尤其是通过与第一杆状构件1和第二杆状构件2之间的连接相当的连接。在此，第二杆状构件2的唯一功能也可以是指与这个其它杆状构件的连接功能，这个其它杆状构件可以具有其它的功能元件。
在第一杆状构件1的远离第二杆状构件2的端部上，第一杆状构件1可以与一个或多个其它的杆状构件相连，尤其是通过与第一杆状构件1和第二杆状构件2之间的连接相当的连接。这些其它所述杆状构件中的至少一个杆状构件可以具有其它的功能元件。
借助按本发明的方法，齿条可以这种方式由多于两个的、单独制成的零件构成。
也可在连接榫头10、11上和/或在空腔6、7的壁体上在连接区域中设置不同类型的材料突起。例如可在连接榫头10、11上设置轴向延伸的齿、接片或隆起。
第一杆状构件和/或第二杆状构件1、2的管状结构也可通过平板变形而产生，此板弯成管状并包围着纵轴线20。彼此贴靠的板边缘在此可通过焊缝彼此相连。
第一杆状构件和/或第二杆状构件1、2构成有基本呈柱状的外表面，可替代的是，前面所述的方法也可用来构成其它的横截面形状。
优选的是，每个容纳着连接榫头10、11的空腔6、7在连上连接端部8、9处具有漏斗状的扩展部，用来使连接榫头更容易压入。补充或可替代的是，各个连接榫头10、11可朝向它们端部收缩。
参考标记清单
1第一杆状构件
2第二杆状构件
3连接件
4齿部
5螺纹
6空腔
7空腔
8连接端部
9连接端部
10连接榫头
11连接榫头
12材料突起
13壁体
14部段
15贴靠面
16外表面
17侧表面
18侧表面
20纵轴线
21壳体
22密封件
23缸体
24配对止挡
25配对止挡
d外直径
D1内直径
D2外直径
x距离