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Patent Searching and Data


Title:
SCREW ELEMENT OF A BALL SCREW MECHANISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/001612
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a screw element (1) of a ball screw mechanism, comprising a lead screw (2) which, at an axial end, is joined to a rod element (3), the lead screw (2) and the rod element (3) being integrally joined to each other using a friction welding process. In order to improve the friction-welded joint between the lead screw and the rod element, prior to the friction welding process, the lead screw (2) has a circumferential annular groove (5) on the end face (4) facing the rod element (3).

Inventors:
VANCO, Yannick (8 rue Joseph Guerber, Strasbourg, Strasbourg, 67100, FR)
LEOBOLD, Thierry (5 rue des Turcots, Woerth, Woerth, 67360, FR)
ECKERT, Dieter (Ronhofer Hauptstr. 169, Fürth, 90765, DE)
GRIMM, Stefan (Paradeplatz 20, Forchheim, 91301, DE)
HELL, Daniel (1 rue du Mugnet, Pfaffenhoffen, Pfaffenhoffen, 67350, FR)
Application Number:
DE2018/100421
Publication Date:
January 03, 2019
Filing Date:
May 03, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
B23K20/12; B23K33/00; F16H25/24
Foreign References:
DE102008014994A12009-09-24
DE102011075889A12012-11-22
DE102008014994A12009-09-24
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Claims:
Patentansprüche

Spindelelement (1 ) eines Kugelgewindetriebs, umfassend eine Gewindespindel (2), die an einem axialen Ende mit einem Stangenelement (3) verbunden ist, wobei die Gewindespindel (2) und das Stangenelement (3) durch einen Reibschweißvorgang miteinander stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (2) vor der Durchführung des Reibschweißvorgangs an ihrer dem Stangenelement (3) zugewandten Stirnseite (4) eine in Umfangs- richtung umlaufende Ringnut (5) aufweist.

Spindelelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (5) im Radialschnitt eine V-förmige Gestalt aufweist, wobei sich die radiale Dicke der Ringnut (5) zur Stirnseite (4) hin vergrößert.

Spindelelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stangenelement (3) an seinem der Gewindespindel (2) zugewandten Ende einen Durchmesser (d) aufweist, der kleiner oder gleich ist als der innere Durchmesser (D) der Ringnut (5) an der Stirnseite (4).

Spindelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vor dem Reibschweißvorgang vorhandene Raum der Ringnut (5) nach der Durchführung des Reibschweißvorgangs zumindest teilweise mit dem Material der Gewindespindel (2) und/oder mit dem Material des Stangenelements (3) gefüllt ist. Spindelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stangenelement (3) aus rostfreiem Stahl besteht.

Spindelelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl des Stangenelements (3) einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist, vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1 ,2 %.

Spindelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (2) aus Einsatzstahl besteht.

Spindelelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (2) aus 16MnCr5 besteht.

Spindelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil eines Abgasrückführungssystems eines Kraftfahrzeugs ist.

Spindelelement nach einem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stangenelement (3) mit einem Ventil des Abgasrückführungssystems verbunden ist und dieses betätigt.

Description:
Titel

Spindelelement eines Kugelgewindetriebs

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Spindelelement eines Kugelgewindetriebs, umfassend eine Gewindespindel, die an einem axialen Ende mit einem Stangenelement verbunden ist, wobei die Gewindespindel und das Stangenelement durch einen Reibschweißvorgang miteinander stoffschlüssig verbunden sind.

Hintergrund der Erfindung Ein gattungsgemäßes Spindelsystem ist aus der DE 10 2008 014 994 A1 bekannt. Vorgesehen ist hier, dass eine Gewindespindel mit einer schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrille zum Abwälzen von Kugeln mit einem Spindelkopf verbunden wird, wobei der Spindelkopf mittels einer Reibschweißverbindung mit der Gewindespindel verbunden wird.

Eine mögliche Anwendung eines solchen gattungsgemäßen Kugelgewindetriebs ist der Einsatz in Abgasrückführungssystemen, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Bei derartigen Systemen muss ein Ventil zur Steuerung des Gasflusses betätigt werden, wozu das Spindelsystem des Kugelgewindetriebs eingesetzt wird. Dabei ist be- sagtes Spindelsystem im Kontakt mit den Abgasen, die chemisch sehr aggressiv sind und korrodierend wirken. Es wird daher angestrebt, das Stangenelement, welches den Abgasen ausgesetzt ist, aus rostfreiem Stahl zu fertigen, wozu ein niedriger Kohlenstoffanteil im Material vorgesehen wird. Indes ist es zumeist erforderlich, dass die Gewindespindel aus Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil besteht. Die Herstellung einer reibgeschweißten Verbindung zwischen Stangenelement und Gewindespindel ist daher nicht unproblematisch.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Spindelelement eines Kugelgewindetriebs so zu verbessern, dass die Reibschweißverbindung zwischen Gewindespindel und Stangenelement verbessert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel vor der Durchführung des Reibschweißvorgangs an ihrer dem Stangenelement zugewandten Stirnseite eine in Umfangsrichtung umlaufende Ringnut aufweist.

Die Ringnut weist dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Radialschnitt eine V-förmige Gestalt auf, wobei sich die radiale Dicke der Ringnut zur Stirnseite hin vergrößert.

Das Stangenelement weist bevorzugt an seinem der Gewindespindel zugewandten Ende einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der innere Durchmesser der Ringnut an der Stirnseite oder gleich diesem Durchmesser ist. Der vor dem Reibschweißvorgang vorhandene Raum der Ringnut ist bevorzugt nach der Durchführung des Reibschweißvorgangs zumindest teilweise mit dem Material der Gewindespindel und/oder mit dem Material des Stangenelements gefüllt. Das Stangenelement besteht bevorzugt aus rostfreiem Stahl. Der Stahl des Stangenelements weist dabei bevorzugt einen geringen Kohlenstoffgehalt auf, vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1 ,2 %. Indes besteht die Gewindespindel bevorzugt aus Einsatzstahl. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Gewindespindel aus 16MnCr5 besteht.

Das Spindelelement ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Bestandteil eines Abgasrückführungssystems eines Kraftfahrzeugs. Hierbei ist insbeson- dere vorgesehen, dass das Stangenelement mit einem Ventil des Abgasrückführungssystems verbunden ist und dieses betätigt.

Die vorgeschlagene Lösung erlaubt eine zuverlässige und stabile Verbindung zwischen einer Gewindespindel und einem Stangenelement, wobei, wie gesagt, das Stangenelement aus rostfreiem Stahl und die Gewindespindel bevorzugt aus einsatzgehärtetem Stahl bestehen.

Die Gewindespindel besteht aus einem Stahl mit einem hohen Kohlenstoffanteil, wobei bevorzugt während der Wärmebehandlung eine Anreicherung des Kohlenstoffan- teils erreicht wird (Einsatzhärtung), wobei die Oberfläche der Gewindespindel eine Härte aufweist, die bevorzugt über 650 HV liegt.

Die vorgeschlagene Ausgestaltung der Gewindespindel im Zusammenwirken mit dem Stangenelement hat zur Folge, dass eine tief liegende Diffusion beim Reibschweiß- Vorgang erreicht werden kann, so dass über den Oberflächenbereich hinaus eine stabile Verbindung der beiden Reibschweißpartner erreicht werden kann und somit eine duktile Verbindung der Materialien.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht aus einem sehr kompakten Aufbau des Spindelelements, was es möglich macht, den Bauraum des Elements klein zu halten. Vorteilhaft ist weiterhin, dass sich gezeigt hat, dass eine mechanische sehr stabile Verbindung zwischen den beiden Reibschweißpartnern ergibt, so dass relativ hohe Zugkräfte übertragen werden können. Somit kann eine stabile und duktile Verbindung zwischen den beiden Reibschweißpartnern erreicht werden, wenngleich die Ausgangsmaterialien der beiden Partner sehr unterschiedlich sind und sich zunächst kaum für eine Schweißverbindung eignen.

Kurze Beschreibung der Figuren

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Spindelelements, umfassend eine Gewindespindel und ein Stangenelement, welches mit der Gewindespindel per Reibschweißen verbunden ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Gewindespindel, teilweise geschnitten dargestellt, und eines Endabschnitts des Stangenelements vor der Herstellung der

Reibschweißverbindung und

Fig. 3 eine Seitenansicht des teilweise geschnitten dargestellten Spindelelements nach der Herstellung der Reibschweißverbindung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren In Figur 1 ist ein Spindelelement 1 eines Kugelgewindetriebs dargestellt, welches eine Gewindespindel 2 aufweist, die mit einem Stangenelement 3 mittels Reibschweißen verbunden ist. Das Stangenelement 3 ist dabei durch den genannten Reibschweißvorgang an einer Stirnseite 4 der Gewindespindel 2 befestigt. Die Gewindespindel 2 weist an ihrem äußeren Umfang mindestens eine Kugelrille auf, in der in Figur 3 schematisch angedeutete Kugeln 7 laufen. Damit die Reibschweißverbindung zwischen der Gewindespindel 2 und dem Stangenelement 3 in oben erläutertem Sinne stabil ist, weist die Gewindespindel 2 vor der Durchführung des Reibschweißvorgangs eine Ausgestaltung auf, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Hiernach ist in die Stirnseite 4 der Gewindespindel 2 eine Ringnut 5 eingearbeitet, die in Umfangsrichtung umläuft und im Radialschnitt gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lösung, wie in Figur 2 zu sehen, eine V-förmige Gestalt aufweist. Der Durchmesser des Stangenelements d entspricht dabei im wesentlichen dem inneren Durchmesser D der Ringnut 5 an der Stirnseite 4, wie es sich aus Figur 2 ergibt.

Die Ringnut 5 wird dabei bevorzugt durch einen Drehvorgang in die Gewindespindel 2 eingebracht. Bei der Durchführung des Reibschweißvorgangs werden die Gewindespindel 2 und das Stangenelement 3 in axiale Richtung gegeneinander gedrückt, wobei gleichzeitig eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Bauteilen erzeugt wird. Der an sich bekannte Reibschweißvorgang führt zur Verbindung, wie sie in Figur 3 illustriert ist. Hiernach ist zu sehen, dass durch den Reibschweißvorgang aufgeschmolzenes Material sowohl der Gewindespindel 2 als auch des Stangenelements 3 in den ursprünglich zur Verfügung stehenden Raum der Ringnut 5 eintritt.

Für die Durchführung des Reibschweißvorgangs steht ein gewisser axialer Bereich zur Verfügung, wie er durch die Bezugsziffer 6 in Figur 3 angedeutet ist.

Das axiale Ende des Stangenelements 3 kann dabei neben einem zylindrischen Abschnitt einen leicht konischen Bereich aufweisen, was in Figur 2 angedeutet ist. Mit der vorgeschlagenen Lösung kann eine stabile Verbindung zwischen Stangenelement 3 und Gewindespindel 2 hergestellt werden, die sich aus einer duktilen Verbindung der Materialien der beiden Bauteile ergibt. Demgemäß ist eine vorteilhaft dauer- haft stabile Verbindung zwischen den beiden Bauteilen gewährleistet.

Die Form der Ringnut 5 - im Ausführungsbeispiel V-förmig vorgesehen - kann natürlich auch andere Ausformungen aufweisen, die vorteilhaft zum Einsatz kommen können.

Hinsichtlich der Dimensionierung der Ringnut 5 sei darauf hingewiesen, dass die Größenverhältnisse in Figur 2 maßstabsgetreu dargestellt sind und hier eine vorteilhafte Ausgestaltung der Dimensionen der geometrischen Größen angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Spindelelement

2 Gewindespindel

3 Stangenelement

4 Stirnseite der Gewindespindel

5 Ringnut

6 möglicher Bereich, der für

das Reibschweißen zur Verfügung steht 7 Kugel

d Durchmesser des Stangenelements D innerer Durchmesser der Ringnut