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Title:
SCREW NUT FOR A BALL SCREW MECHANISM, AND METHOD FOR MANUFACTURING A SCREW NUT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/166547
Kind Code:
A1
Abstract:
A screw nut for a ball screw mechanism is designed as a multipart structure consisting of a sintered part (6) and at least one metal part (5); the metal part (5) forms a rolling element raceway (7), and the sintered part (6) supports the metal part (5). The metal part (5) is in the form of a sleeve, on the inner circumference of which a plurality of windings of at least one thread is formed, and the outer circumference of the screw nut is formed by the sintered part (6).

Inventors:
ZERNICKEL, Alexander (Sternstraße 3, Herzogenaurach, 91074, DE)
ADLER, Dieter (Bahnhofstr. 33, Schönwald, 95173, DE)
Application Number:
DE2017/101077
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
December 15, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
F16H25/24; B22F5/06; B22F5/10; F16H25/22; B22F5/08; F16H61/28; F16H63/30
Foreign References:
DE2637436A11978-02-02
GB2000848A1979-01-17
DE102011082828A12013-03-21
DE102009030010A12010-12-30
DE102014220725A12015-10-01
DE19652181A11998-06-18
DE10320948B42016-11-10
DE4412131A11995-10-12
DE102005057299A12007-06-06
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Claims:
Patentansprüche

1 . Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb, welche mehrteilig aufgebaut ist und ein Sinterteil (6) sowie mindestens ein Metallteil (5) aufweist, wobei durch das Metallteil (5) eine Wälzkörperlaufbahn (7) gebildet und das Sinterteil (6) zur AbStützung des Metallteils (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (5) als Hülse ausgebildet ist, wobei am Innenumfang der Hülse (5) mehrere Windungen mindestens eines Gewindegangs ausgebildet sind, und der Außenumfang der Spindelmutter durch das Sinterteil (6) gebildet ist.

2. Spindelmutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese ein einziges Sinterteil (6) aufweist, welches sich über die gesamte Länge der Spindelmutter erstreckt, wobei die Hülse (5) an beiden Stirnseiten jeweils einen nicht über das Sinterteil (6) hinausragenden, die Hülse (5) gegenüber dem Sinterteil (6) in Axialrichtung sichernden Flansch (8,9) aufweist.

3. Spindelmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Spindelmutter mit Einzelumlenkungen ausgebildet ist, wobei zwei Paare an einander jeweils schräg gegenüberliegenden Umlenkabschnitten (20) existieren.

4. Spindelmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sinterteil (6) mehrere jeweils zur Aufnahme eines Umlenkbauteils vorgesehene, nach außen offene Aufnahmebereiche (22) ausgebildet sind.

5. Spindelmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sinterteil (6) mehrere jeweils zur Aufnahme eines Umlenkbauteils vorgesehene, nach außen geschlossene Aufnahmebereiche (22) ausgebildet sind.

6. Spindelmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine durch das Sinterteil (6) gebildete Schaltgabel (10).

7. Spindelmutter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine der Schaltgabel (10) diametral gegenüberliegende, durch das Sinterteil (6) gebildete Ver- drehsicherungskontur (13).

8. Verfahren zur Herstellung einer Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb, wobei eine zur Bereitstellung einer Wälzkörperlaufbahn vorgesehene Metallhülse (5) in einem diese abstützenden, die Mantelfläche der Spindelmutter bildenden Sinterteil (6) befestigt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Wälzkörperlaufbahn (7) fungierender Gewindegang vor dem Einsetzen der Metallhülse 5) in das Sinterteil (6) am Innenumfang der Metallhülse (5) erzeugt wird, wobei sich der Gewindegang auf der Außenoberfläche der Metallhülse (5) abzeichnet. 10.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Wälzkörperlaufbahn (7) fungierender Gewindegang an der Innenoberfläche der bereits in das Sinterteil (6) eingesetzten Metallhülse (5) geformt wird, wobei eine glatte Mantelfläche (23) der Metallhülse (5) erhalten bleibt.

Description:
Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb und Verfahren zur Herstellung einer

Spindelmutter

Die Erfindung betrifft eine mehrteilig aufgebaute, für einen Kugelgewindetrieb geeignete Spindelmutter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Spindelmutter.

Ein Kugelgewindetrieb mit einer gattungsgemäßen Spindelmutter ist beispielsweise aus der DE 103 20 948 B4 bekannt. Diese Spindelmutter weist einen Ring aus Blech auf, welcher mit einer Kugelbahn versehen ist. Der Ring ist aus einem Blechstreifen als Stanzbiegeteil hergestellt. Ein Tragkörper, welcher sich innerhalb der Spindelmutter befindet, stützt den Ring ab. Der Tragkörper kann aus Kunststoff oder aus einem Sinterwerkstoff gefertigt sein und ist seinerseits durch eine Hülse, die ein die übrigen Komponenten der Spindelmutter umschließendes Teil darstellt, abgestützt. '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unter anderem unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten weiterentwickelte Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb anzugeben, welche sich durch eine hervorragende Dauerhaltbarkeit sowie ein beson- ders günstiges Verhältnis zwischen beanspruchtem Bauraum und übertragbaren Kräften und Momenten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spindelmutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Spindelmutter gemäß Anspruch 8.

Die Spindelmutter ist in an sich bekannter Grundkonzeption mehrteilig aufgebaut. Zusätzlich zu einem Sinterteil weist die Spindelmutter mindestens ein Metallteil, insbesondere Blechteil, auf, durch welches eine Wälzkörperlaufbahn gebildet ist, wobei das Sinterteil das Metallteil nach außen abstützt. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Metallteil um eine Hülse, an deren Innenumfang mehrere Windungen mindestens eines Gewindegangs ausgebildet sind, während die Mantelfläche der Spindelmutter unmittelbar durch das Sinterteil gebildet ist. Im Unterschied zum Stand der Technik ist das Sinterteil somit nicht durch ein weiteres Bauteil, etwa eine Hülse, wie sie im Fall der DE 103 20 948 B4 gegeben ist, gefasst. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auch ohne ein solches zusätzliches Bau- teil eine hervorragende mechanische Stabilität der Spindelmutter erzielbar ist.

Die Bezeichnung„Sinterteil" umfasst neben durch herkömmliche Sinterprozesse hergestellten Metallteilen auch als MIM (Metal Injection Moulding) - Teile gefertigte Teile. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die Dokumente DE 44 12 131 A1 und DE 10 2005 057 299 A1 hingewiesen, aus denen Teile von Wälzlagern beziehungsweise Freiläufen bekannt sind, welche im MIM-Verfahren hergestellt sind.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Spindelmutter ein einziges Sinterteil auf, welches sich über die gesamte Länge der Spindelmutter erstreckt, wobei die Hülse an beiden Stirnseiten jeweils einen nicht über das Sinterteil hinausragenden, die Hülse gegenüber dem Sinterteil in Axialrichtung sichernden Flansch aufweist. Dies bedeutet, dass nicht nur die Mantelfläche der Spindelmutter, sondern auch Stirnflächen der Spindelmutter unmittelbar durch das Sinterteil gebildet sind. Zusätzlich zu diesen Flächen können beliebige Funktionsflächen, auf weiche beispielhaft noch eingegangen werden wird, insbesondere Mitnehmer, Anschlags- und Verdrehsicherungskonturen, unmittelbar durch das Sinterteil gebildet, das heißt durch die Geometrie eines Sinterwerkzeugs vorgegeben, sein.

Im Unterschied zum Sinterteil weist die Hülse in bevorzugter Ausgestaltung eine ver- gleichsweise geringe Anzahl an Funktionsflächen auf. Hierunter fällt in jedem Fall die Wälzkörperlaufbahn für die Kugeln des Kugelgewindetriebs. Die Hülse ist vorzugsweise aus einem härtbaren Material gefertigt, welches für die Erzeugung der Wälzkörperlaufbahn, das heißt des Kugelgewindeprofils, mit ausreichender Härte und Wälzfestigkeit geeignet ist. Zwischen der Hülse und dem Sinterteil sind sowohl Kräfte in Axial- richtung als auch Kräfte in Umfangsrichtung zu übertragen. Ebenso ist die Spindelmutter beim Betrieb des Kugelgewindetriebs in zahlreichen Anwendungsfällen Kippbelastungen ausgesetzt, welche zwischen der Hülse und dem Sinterteil zu übertragen sind. Dies kann durch Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Hülse und dem Sinterteil erfolgen. Zusätzliche Elemente, etwa in Form von Nieten, Verschrau- bungen oder verformbaren Ringen, zur Fixierung des Sinterteils relativ zur Hülse sind dagegen in bevorzugter Ausgestaltung nicht vorgesehen.

Insbesondere in Anwendungsfällen, in denen ein geringer Hub des Kugelgewinde- triebs ausreichend ist, kann die Spindelmutter als Komponente eines Kugelgewindetriebs ohne Wälzkörperrückführung gestaltet sein. Ansonsten ist es von Vorteil, eine Kugelrückführung in die Spindelmutter zu integrieren. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist die Spindelmutter mehrere Einzelumlenkungen auf, wobei zwei Paare an einander schräg gegenüberliegenden Umlenkbereichen existieren. Die einander schräg gegenüberliegende Anordnung von Umlenkbereichen bedeutet, dass eine die beiden Umlenkbereiche jeweils mittig schneidende Gerade die Mittelachse der Spindelmutter in einem von 90 Grad abweichenden Winkel, beispielsweise in einem Winkel von mindestens 60 Grad und weniger als 75 Grad, schneidet. Die Umlenkung der Kugeln innerhalb der Spindelmutter erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Umlenkbauteilen, welche in Aufnahmebereiche der Spindelmutter eingesetzt sind. Diese Aufnahmebereiche können zur Mantelfläche der Spindelmutter hin entweder offen oder geschlossen sein. In beiden Fällen sind die Aufnahmebereiche in rationeller Weise bereits im Sinter-Rohling, aus welchem das Sinterteil der Spindelmutter gefer- tigt wird, formbar. Die Umlenkbauteile können prinzipiell entweder aus Kunststoff oder aus Metall oder aus einer Kombination verschiedener Werkstoffe gefertigt sein.

Bei Verwendung der Spindelmutter in einem Kugelgewindetrieb eines Schaltaktuators eines Schaltgetriebes ist in bevorzugter Bauform unmittelbar durch das Sinterteil eine Schaltgabel gebildet, welche auch als Schaltauge bezeichnet wird. Durch die Schaltgabel sind Mitnehmerflanken bereitgestellt, die der Verlagerung eines Elementes in dem Schaltgetriebe bei einem Schalt- oder Wählvorgang dienen. Zusätzlich zur Schaltgabel ist durch das Sinterteil optional eine Verdrehsicherungskontur gebildet, welche der Schaltgabel diametral gegenüber liegt und mit einem weiteren Element des Schaltgetriebes zusammenwirkt.

Die Spindelmutter ist auf rationelle Weise herstellbar, indem eine zur Bereitstellung einer Wälzkörperlaufbahn vorgesehene Metallhülse in einem diese abstützenden, die Mantelfläche der Spindelmutter bildenden Sinterteil befestigt wird. Grundsätzlich ist die Metallhülse mit spanabhebenden und/oder spanlosen Verfahren herstellbar. Beispielsweise kann es sich bei der Hülse um ein Tiefziehteil, ein rolliert geschweißtes oder ein spanabhebend gefertigtes Rohr handeln. Die Formung des Gewindegangs in der Metallhülse kann entweder vor oder nach dem Einsetzen der Metallhülse in das Sinterteil erfolgen. Wird der Gewindegang durch spanlose Verfahren geformt, bevor die Metallhülse in das Sinterteil eingesetzt wird, so zeichnet sich der Gewindegang bei bevorzugter Verfahrensführung auch auf der Außenoberfläche der Metallhülse ab. Nach dem Einschieben der Metallhülse in das Sin- terteil können Zwischenräume zwischen der Metallhülse und dem Sinterteil verbleiben, welche insgesamt - entsprechend der Form des Gewindegangs - einen schraubenförmigen Kanal beschreiben. Abweichend hiervon ist das Sinterteil auch derart formbar, dass es an seinem Innenumfang ein Gewinde beschreibt, in welches die Metallhülse einschraubbar ist.

Wird dagegen der Gewindegang der Metallhülse erst in der bereits zusammengeset ten Spindelmutter erzeugt, so weist die Metallhülse eine glatte, zylindrische Mantelfl che auf, welche auch noch bei der fertiggestellten Spindelmutter erhalten ist.

Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung einen Kugelgewindetrieb mit mehrteiliger Spindelmutter,

Fig. 2 ein Vorprodukt der Spindelmutter für den Kugelgewindetrieb nach

Fig. 1 ,

Fig. 3 den Kugelgewindetrieb nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 den Kugelgewindetrieb nach Fig. 3 in Explosionsdarstellung, Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele von Kugelgewindetrieben in Darstellungen analog Fig. 4,

Fig. 7 den Kugelgewindetrieb nach Fig. 6 in einer Schnittdarstellung.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Kugelgewindetrieb ist zur Verwendung in einem Schaltaktuator eines Schaltgetriebes, nämlich Doppelkupplungsgetriebes, eines Personenkraftwagens vorgesehen. Der Kugelgewindetrieb 1 ist aus einer Spindelmutter 2 und einer Gewindespindel 3 aufgebaut. Zwischen der Gewindespindel 3 und der Spindelmutter 2 rollen Kugeln 4 als Wälzkörper ab.

Die Spindelmutter 2 ist mehrteilig, nämlich aus einer Hülse 5 aus Metall und einem ebenfalls aus Metall gefertigten Sinterteil 6, aufgebaut. Im Vergleich zum Sinterteil 6 handelt es sich bei der Hülse 5 um ein dünnwandiges Bauteil. Eine schraubenförmige Wälzkörperlaufbahn 7 für die Kugeln 4 ist durch die Hülse 5 gebildet. Anstelle einer einzigen, durchgehenden Wälzkörperlaufbahn 7, wie in den Ausführungsbeispielen gegeben, könnten auch mehrere, voneinander getrennte, jeweils schraubenförmige Wälzkörperlaufbahnen durch die Hülse 5 ausgebildet sein. An ihrem Außenumfang ist die Hülse 5 durch das Sinterteil 6 abgestützt, womit der gesamten Spindelmutter 2 eine ausreichende Stabilität verliehen ist.

Das Sinterteil 6 erstreckt sich über die gesamte in Axialrichtung gemessene Länge der Spindelmutter 2. An den beiden Stirnseiten der Spindelmutter 2 befindet sich jeweils ein durch die Hülse 5 gebildeter Flansch 8,9, welcher in eine stirnseitige Ausnehmung des Sinterteils 6 eingreift. Einer dieser Flansche 8,9 kann vorgefertigt sein; der andere Flansch 9,8 wird erst nach dem Einsetzen der Hülse 5 in das Sinterteil 6 geformt.

Die Außenoberfläche der Spindelmutter 2 ist unmittelbar durch das Sinterteil 6 gebildet. In allen Ausführungsformen ist eine Schaltgabel 10 integraler Bestandteil des Sinterteils 6. Zwischen zwei Armen 1 1 , 12 der Schaltgabel 10 ist ein nicht dargestelltes, bei Schaltvorgängen zu verlagerndes Element des Schaltgetriebes geführt. Um 180 Grad gegenüber der Schaltgabel 10 versetzt, das heißt auf der der Schaltgabel 10 diametral gegenüber liegenden Seite des Sinterteils 6, befindet sich eine längliche Tasche 13. Die Tasche 13 erstreckt sich in Längsrichtung der Spindelmutter 2 über den größten Teil deren Länge. Die seitliche, mit 14 bezeichnete Wandung der Tasche 13 ist unmittelbar durch das Sinterteil 6 gebildet. Ebenso ist in den vorliegenden Fällen der mit 15 bezeichnete Boden durch das Sinterteil 6 gebildet. Alternativ hierzu sind Ausführungsformen realisierbar, in welchen die Tasche 13 als Durchgangsöffnung gestaltet ist, so dass der Boden der Tasche 13 durch die Hülse 5 gebildet ist. An ihren Schmalseiten ist die Wandung 14 kreisbogenförmig gekrümmt, wobei sie als in Axialrichtung wirkender Anschlag 16 der Spindelmutter 2 fungiert. Im Übrigen handelt es sich bei der Tasche 13 um eine Verdrehsicherungskontur der Spindelmutter 2.

Zwischen der Spindelmutter 2 und der Gewindespindel 3, deren Gewindegang mit 17 bezeichnet ist, rollen insgesamt vier jeweils geschlossene, ringförmige Kugelreihen 18 ab. Jede dieser Kugelreihen 18 weist einen Lastabschnitt 19 auf, welcher sich über annähernd eine Windung erstreckt, sowie einen Umlenkabschnitt 20, der die Kugelreihe 18 schließt. In Axialrichtung des Kugelgewindetriebs 1 betrachtet, sind zwei Kugelreihen 18 mit geringem Abstand hintereinander angeordnet. Diesem Paar an Kugelreihen 18 folgt ein vergleichsweise großer Abstand, an den sich ein weiteres Paar an Kugelreihen 18 anschließt, die wiederum nur relativ gering voneinander beabstandet sind. Insgesamt ist die Spindelmutter 2 als Gewindemutter mit vier Einzelum- lenkungen aufgebaut. Dementsprechend sind vier voneinander getrennte Umlenkstücke in die Spindelmutter 2 einzusetzen, welche in den Figuren nicht dargestellt sind. Die Umlenkstücke sind in Durchbrüche 21 der Hülse 5 einzusetzen. Weiter befinden sich im Sinterteil 6 vier Aufnahmen 22, welche zusätzlichen Raum für jeweils ein Umlenkstück bereitstellen und je nach Ausführungsform unterschiedlich gestaltet sein können. In der Bauform nach den Figuren 1 bis 4 handelt es sich bei den Aufnahmen 22 um Durchgangsbohrungen. Dies bedeutet, dass die in die fertiggestellte Spindelmutter 2 eingesetzten Umlenkstücke von außen sichtbar sind. Die mit 23 bezeichnete Mantelfläche der Hülse 5 ist im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4 als glatte, zylindrische Oberfläche gestaltet. Diese Mantelfläche 23 ist bereits bei einem Hülsenroh- ling 24 vorhanden, welcher in Figur 2 erkennbar ist und ein Vorprodukt der Hülse 5 darstellt. Nachdem der Hülsenrohling 24 in das Sinterteil 6 eingesetzt wurde und beide Flansche 8,9 geformt wurden, erfolgt die Formgebung der Wälzkörperlaufbahn 7, beispielsweise durch Rollieren. Die Form der Mantelfläche 23 bleibt hierbei unverän- dert.

Hinsichtlich der Formung der Wälzkörperlaufbahn 7 stimmt das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 mit dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4 überein. Wie aus Figur 5 hervorgeht, unterscheidet sich die in dieser Figur skizzierte Bauform von der Bauform nach den Figuren 1 bis 4 dadurch, dass die Aufnahmen 22 nach außen geschlossen sind.

Ein radial nach außen geschlossene Form der Aufnahmen 22 ist auch bei der Bauform nach den Figuren 6 und 7 gegeben. Im Unterschied zur Bauform nach Figur 1 sowie zur Bauform nach Figur 5 wird in diesem Fall jedoch die Wälzkörperlaufbahn 7 der Hülse 5 vorgefertigt. Dies ist, wie in Figur 6 skizziert, daran erkennbar, dass sich die schraubenförmige Wälzkörperlaufbahn 7 auch auf der Mantelfläche 23 abzeichnet. Im Unterschied zu den Bauformen nach den Figuren 1 und 5 weist die Hülse 5 der Spindelmutter 2 nach Figur 6 und 7 damit eine einheitliche Wandstärke auf.

Bezuqszeichenliste Kugelgewindetrieb

Spindelmutter

Gewindespindel

Kugel, Wälzkörper

Hülse, Metallteil

Sinterteil

Wälzkörperlaufbahn

Flansch

Flansch

Schaltgabel

Arm

Arm

Tasche, Verdrehsicherungskontur

Wandung

Boden

Anschlag

Gewindegang

Kugelreihe

Lastabschnitt

Umlenkabschnitt

Durchbruch

Aufnahmebereich

Mantelfläche

Hülsenrohling