Zahnstangen

Auf den Zahn gefühlt

Der Automobilzulieferer ZF Lenksysteme GmbH (ZFLS), Schwäbisch Gemünd, prüft die Qualität der Zahnstangen für elektrische Lenkungen unter anderem mit Messtechnik des Göttinger Applikationsspezialisten Mahr. Die Zahnstangen sind das zentrale Element elektrischer Lenkungen. Produktionstechnisch sind diese Werkstücke sehr anspruchsvoll, beispielsweise in Bezug auf Durchmesser und Länge oder exakte Verzahnungen.

Zu den führenden Herstellern von Zahnstangen gehört die ZF Lenksysteme GmbH. Dort hat bei der Produktion der Zahnstangen die Qualitätssicherung oberste Priorität. Dabei kommt Messtechnik von Mahr zum Einsatz. Für die Wellenmessung im rauen Fertigungsbetrieb konzipierte der Applikationsspezialist das manuelle Wellenmessgerät MarShaft MAN. Dieser Messplatz zeichnet sich nach Firmenangaben durch eine Z-Achse mit einer Genauigkeit von 3 µm + L/100 aus. Als Alleinstellungsmerkmal unter allen manuellen Wellenmessgeräten habe der Messplatz eine Genauigkeit von 0,5 µm + L/100 für den Durchmesser.

Die ZFLS-Mitarbeiter arbeiten in der Fertigung im 3-Schicht-Betrieb an dem Wellenmessgerät. Um die Qualität der Zahnstangen zu sichern und den Ausschuss zu minimieren, überprüfen sie jedes 50. Werkstück. Dazu wird mit wenigen Handgriffen die 60 cm lange Zahnstange in dem Wellenmessgerät zwischen den Spitzen positioniert. Anschließend richten die Mitarbeiter die Stange rechtwinklig zur Z-Achse aus. Jetzt können die Messungen beginnen: Zuerst messen die ZFLS-Mitarbeiter mit der Z-Achse die Gesamtlänge. Typische Ergebnisse haben nach eigenen Angaben eine Wiederholbarkeit unter 5 µm auf 600 mm. Anschließend werden Einstichmaße und Einstichbreiten überprüft und Durchmessser wie beispielsweise der Einstiegsdurchmesser gemessen. Hier liegt die Wiederholbarkeit unter 2 µm.

Selbst schwierige Messaufgaben lassen sich mit dem Wellenmessgerät lösen. So lässt sich laut Hersteller der Bezug einer Querlochbohrung zur Mitte einer Referenzzahnlücke schnell ermitteln: Dabei wird die Mitte der Querlochbohrung als Referenz übernommen, anschließend erfolgt die Abstandsmessung zur Referenzzahnlücke. Die Zahnstangen-Lenkung wandelt die Drehbewegung der Lenkwelle über die Spurstangen und -hebel in die Schwenkbewegung der Räder um.

Eine Entwicklung der elektrischen Lenkung ist die elektrische Aktivlenkung. Diese ist technisch dadurch charakterisiert, dass zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange eine Differenzwinkeleinheit mit einem Planetengetriebe für eine reibungslose Lenkung sorgt. Den Vorteil dieses Lenkungssystems spürt jeder Autofahrer: Je nach Fahrsituation fällt der wirksame Lenkwinkel an den Rädern größer oder kleiner aus, als ihn der Fahrer am Lenkrad einstellt. Die Lenkarbeit beispielsweise beim Einparken übernimmt der Elektromotor. Bei hohen Geschwindigkeiten wird beim Ausweichen der Lenkradeinfluss geringer und damit wirkungsvoll verhindert, dass das Fahrzeug ins Schleudern gerät.