Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie eine Kugel gemäß Anspruch 6.

In einem Kugelgewindetrieb ist zwischen einer Kugelmutter und einer Gewindespindel eine Vielzahl von Kugeln angeordnet, die im Allgemeinen aus Stahl (100Cr6) gefertigt sind. Zwischen diesen Stahlkugeln, die einen gleichgroßen Durchmesser aufweisen, treten aufgrund einer komplexen Kinematik zwischen den Kugeln hohe Zwangskräfte auf. Diese

Zwangskräfte bewirken ein hohes Reibmoment und führen zu einem erhöhten Verschleiß. Daraus folgt eine verkürzte Lebensdauer der Kugeln und damit einhergehende Kosten. Es ist zwar probiert worden, dieses Problem mit dem Einsatz von Kugeln mit abwechselnd kleinen und großen Durchmesser zu lösen, die

Ergebnisse hierzu sind aber ebenfalls nicht zufriedenstellend. Ferner ist auch bekannt, Kugeln aus Keramik einzusetzen, vorzugsweise

Siliziumnitrit (Si ₃ N ₄ ), was sich aber aufgrund der auf den

Kugelgewindetrieb wirkenden hohen Radialkräfte ebenso als nachteilig ausgewirkt hat. Kugeln aus Siliziumnitrit weisen mit ihrem relativ hohen Elastizitätsmodul an einer Kontaktstelle zwischen Spindel und

Kugelmutter deutlich höhere Werte einer Hertzsche Pressung als üblich auf, was schließlich auch zu einer verkürzten Lebensdauer führt. Das Dokument EP 0 807 761 Bl ein Wälzlager mit Wälzkörpern aus einem mit Yttrium stabilisierten Zirkoniumdioxid, wobei eine Legierung mit 95% Zr0 ₂ und 5% Y ₂ 0 ₃ sowie 0,01% Al ₂ 0 ₃ vorgeschlagen wird. Diese Legierung weist nicht die für einen Kugelgewindetrieb angestrebten vorteilhaften Eigenschaften auf. EP 2 448 880 AI beschreibt Kugeln für ein Wälzlager, die aus Zirkoniumdioxid bestehen, welches in der Summe mit 5 bis 15% Yttrium und Cer stabilisiert ist.

Das Dokument EP 0 803 660 AI beschreibt ein Schmiermittel für einen Spindeltrieb, wobei als Ausführungsbeispiel die Anwendung bei einem Spindeltrieb mit Kugeln aus Keramikmaterial beschrieben wird. Das

Dokument offenbart unter anderem als Keramikmaterial Siliziumnitrid mit Yttriumoxid und Aluminiumoxid sowie in einem anderen Beispiel

Zirkoniumdioxid. Nähere Angaben über die genaue Zusammensetzung des Materials sind nicht enthalten. Das Dokument DE 42 35 842 C2 beschreibt einen Kugelgewindetrieb mit Tragkugeln und Trennkugeln. Als Tragkugeln werden Keramikkugeln aus Siliziumnitrid beschrieben, während die Trennkugeln aus Stahl sind. Es wird angegeben, dass die Tragkugeln einen etwa 50% größeren

Elastizitätsmodul aufweisen sollen als die Trennkugeln. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen

Kugelgewindetrieb mit Keramikkugeln so weiter zu entwickeln, dass eine höhere Lebensdauer als bislang üblich erreicht werden kann.

Wenn nachfolgend von einem„Yttriumgehalt" gesprochen wird, ist damit in Übereinstimmung mit der auf diesem Fachgebiet üblichen Terminologie immer der Gehalt an Y ₂ 0 ₃ in Mol% gemeint.

Ein Kugelgewindetrieb zur Lösung der genannten Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Danach wird ein

Kugelgewindetrieb mit einer Spindel und einer Kugelmutter

vorgeschlagen, wobei zwischen der Spindel und der Kugelmutter eine Vielzahl Kugeln aus einem Metall und/oder einer Keramik angeordnet sind, und wobei wenigstens eine der Kugeln zumindest zum Teil aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit einem Yttriumgehalt in Form von Y ₂ 0 ₃ zwischen 3,0 und 4,0 Mol% und vorzugsweise 3,1 Mol% und 3,6 Mol% gefertigt ist. Der Yttriumgehalt ist also im Vergleich zum Stand der Technik relativ gering. Dennoch sind die Keramikkugeln vergleichbaren Stahlkugeln hinsichtlich Verschleiß und Reibung überlegen und neigen beispielsweise weniger zu adhäsivem Verschleiß. Gegenüber den bekannten Kugeln aus

Siliziumnitrid weisen Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit dem genannten Gehalt an Y ₂ 0 ₃ zwischen 3,0 Mol% und 4,0 Mol%, insbesondere zwischen 3,1 Mol% und 3,6 Mol% einen deutlich kleineren Elastizitätsmodul auf, der ähnlich dem der Stahlkugeln ist.

Die Hertzsche Pressung wird dadurch nicht erhöht. Zudem ist ein

Wärmeausdehnungskoeffizient der Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid zumindest mit dem der Stahlkugeln ähnlich, weshalb es nicht weiter zu Problemen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung kommt. Mit einer Dichte zwischen 6,1 und 6,6 g/cm ³ (in Abhängigkeit des Anteils Y ₂ 0 ₃ in dem Zirkoniumdioxid) ist eine Kugel aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid bedeutend schwerer als Siliziumnitrit, weshalb eine bessere Kinematik erzielt werden kann. Zudem sind Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid auch kostengünstiger als Kugeln aus Siliziumnitrid herzustellen, was ein weiterer Vorteil ist. Es können andere Metalloxide vorgesehen sein, die in der Summe einen Anteil von weniger als 0,5 Mol% aufweisen. Dazu gehören Al ₂ 0 ₃ und Oxide seltener Erden. Die Zusammensetzung des Keramikmaterials kann auch beschrieben werden als ein Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid mit einem Yttriumgehalt zwischen 3,0 und 4,0 Mol%, weniger als 0,5 Mol% anderen Metalloxiden und dem Rest zu 100 Mol% Zirkoniumdioxid gefertigt ist.

Bevorzugt liegt der Yttriumgehalt im Material der Keramikkugeln zwischen 3,2 Mol% und 3,4 Mol% und besonders bevorzugt bei 3,3 Mol%. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, wenn zu gleichen Anteilen Kugeln aus Metall und Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen sind, wobei vorzugsweise Kugeln aus Metall und Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid abwechselnd angeordnet sind.

Weiterhin können nach einer weiterführenden Ausführungsform, die Kugeln aus Metall und Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid einen gleichen Durchmesser aufweisen oder die Kugeln aus Metall einen kleineren oder größeren Durchmesser als die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid aufweisen. Insbesondere durch den unterschiedlichen Durchmesser kann sich die Reibung zwischen den Kugeln erheblich reduzieren, wodurch sich eine Reduzierung eines

Verschleißes erzielen lässt.

Wenn nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ausschließlich Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen sind, kann die Hertzsche Pressung weiter reduziert werden und damit die

Lebensdauer des Kugelgewindetriebs verlängert werden.

Insbesondere ein heiß-isostatisch gepresstes (sog. gehiptes) Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid gilt als überroll- und folglich auch als ermüdungsfest bei einer zyklischen Belastung.

Weiterhin wir die erfinderische Aufgabe durch einen Kugel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Danach kann eine Kugel zur

Verwendung in einem Kugelgewindetrieb, vorzugsweise für ein

Lenkgetriebe, bestimmt sein, die zumindest zum Teil aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid gefertigt ist. Kugeln aus Yttrium

stabilisiertem Zirkoniumdioxid weisen besonders gute Eigenschaften hinsichtlich von Reibung, Verschleiß und Lebensdauer auf.

Mit einem Gefüge aus kubischer und tetragonaler Phase erhält man ein Material, dass sehr zäh und hochfest ist, mit einer Biegefestigkeit von mehr als 1.000 MPa. Die erreichbare Druckfestigkeit bei dieser

Materialzusammensetzung liegt bei mehr als 1.800 MPa Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ein Kugelgewindetrieb weist eine Vielzahl Kugeln in einem Gewinde zwischen einer Kugelmutter und einer Spindel auf, wobei nach einem ersten Ausführungsbeispiel die Kugeln abwechselnd aus Stahl und

Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid gebildet sind.

Die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid weisen einen Anteil Yttrium (Y ₂ 0 ₃ ) zwischen 3 und 4 Mol% und bevorzugt einen Anteil von 3,3 Mol%. Durch das Herstellungsverfahren, die Kugeln werden gehipt (heiß-isostatisch gepresst), können jegliche Hohlräume in dem Material beseitigt werden, wodurch die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem

Zirkoniumdioxid überrollfest sind und folglich auch ermüdungsfest bei einer zyklischen Belastung. Das Kugelmaterial weist ein Mischgefüge aus kubischer und tetragonaler Phase auf, wobei das Material nicht nur eine kleine Körnung von ca. 0,3 pm aufweist, sondern auch sehr zäh ist. Im Vergleich zu bislang

eingesetzten Kugeln aus Siliziumnitrid (Si ₃ N ₄ ) weist Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid dazu eine doppelt so hohe Biegefestigkeit von l.OOOMPa auf. Durch ein dem Stahl ähnliches Elastizitätsmodul von ca. 200 bis 240 GPa wird die Hertzsche Pressung nicht bzw. kaum erhöht, weshalb es zu keinen negativen Eindrückungen im Gewinde im Bereich Kugel/Spindel und Kugel/Kugelmutter kommt.

Gegenüber einer Kugelkombination aus Stahl und Siliziumnitrid weist die Kugelkombination Stahl/Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid einen um einen Faktor 10 geringeren Verschleißkoeffizienten auf, insbesondere unter Einwirkung von Fremdpartikeln.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind nur

Keramikkugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen, die die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen. In einem dritten Ausführungsbeispiel sind große Keramikkugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit der eingangs genannten Zusammensetzung vorgesehen, die mit kleineren Stahlkugeln aus 100Cr6 alternieren. Die größeren Keramikkugeln sind auch als belastbare Kugeln zu verstehen, so genannte Tragkugeln, wobei die kleineren Stahlkugeln sogenannte Abstandskugeln oder Trennkugeln sind. Bei einer solchen Anordnung, weisen die belastbaren Kugeln eine gleiche Drehrichtung auf, während die Abstandskugeln gegenläufig orientiert sind. In an sich bekannter Weise erfahren die Abstandskugeln keine Belastung, wodurch sie sich nicht abschleifen und vorschnell ausgewechselt werden müssen.