Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes und Kugelgewindetriebe. Derartige Getriebe wandeln eine rotative in eine translatorische Bewegung um. Die Erfindung betrifft auch elektrohydraulische Bremsen und Bremskraftverstärker, in denen derartige Kugelgewindetriebe zum Erzeugen eines hydraulischen Arbeitsdrucks eingesetzt werden. Kugelge- windetriebe werden bevorzugt elektromotorisch betätigt. Wahlweise werden die Gewindemutter oder die Gewindespindel drehangetrieben.

Aus DE102012217092 A1 ist ein Bremskraftverstärker bekannt geworden, der einen Kugelgewindetrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Die Gewindemutter des Kugelgewindetriebs ist als Kolben ausgeführt, dessen äußere Mantelfläche als äußere zylinderförmige Dichtfläche ausgebildet ist. Als Kolbenelement muss die Gewindemutter auch die Dichtfunktion übernehmen und korrosionsbeständig sein gegen aggressive Medien wie Bremsflüssigkeit. Außerdem muss sie als Getriebeelement dauerhafte Wälzlagerfunktion (Wälz- festigkeit) aufweisen, um innerhalb einer definierten Lebensdauer unter hoher Beanspruchung das Abwälzen der Kugeln des Kugelgewindetriebes an den Kugelrillen der Gewindemutter und der Gewindespindel zu gewährleisten.

Aus dem Katalog„Kugelgewindetriebe für die Luft- und Raumfahrt" der Firma Steinmeyer, 2016 ist ein Kugelgewindetrieb bekannt geworden, dessen Spindelwelle aus einem hochfesten Stahl wie Cronidur bzw. 1 .4108 (AMS5898) hergestellt sein kann. In diesem Fall ist das Gewinde der Spindelwelle mittels Wirbeln hergestellt. Cronidur ist ein technologisch sehr aufwändig hergestellter und verarbeitbarer Werkstoff, der für Großserien im Automobilbau aus wirtschaftlicher Sicht nur bedingt geeignet ist. Die Hauptcharakteristik liegt im Umschmelzen bei gleichzeitiger Zulegierung von Druckstickstoff (DESU). Dieser Werkstoff erfordert in der Weiterverarbeitung einen hohen Grad an spezialisierten Prozessen. In speziellen Anwendungen wie bei hochdrehenden Spindellagern ist im Wälzkontakt Metall/Metall nachteilig ein erhöhter Verschleiß im Bereich der Kontaktspuren gegenüber konventionellen Anwendungen beobachtet worden. In sicherheitsre- levanten Anwendungen wie Bremskraftverstärkern von Kraftfahrzeigen kann dieser Werkstoff als ungeeignet eingestuft werden aufgrund der hohen Verschleißbeträge im Wälzkontakt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Gewindemutter eines Kugel- gewindetriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die sowohl ausreichend wälzfest sowie für den Kontakt mit Bremsflüssigkeit geeignet ist.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die Gewindemutter gemäß An- spruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die als hydraulischer Kolben ausgebildete Gewindemutter ist aus der Gruppe der in Bezug auf Bremsflüssigkeit nichtrostenden martensithärtenden Stähle hergestellt, der in Gewichtsprozent ausgedrückt aufweist: Kohlenstoff C mit wenigstens 0,4% und bis zu 1 ,3%, sowie Silicium Si mit bis zu 2%, sowie Mangan Mn mit bis zu 2%, sowie Chrom Cr mit wenigstens 12% und bis zu 20,0%, sowie Phosphor P und Schwefel S gemeinsam mit weniger als 0,015%, der Rest Eisen und gegebenenfalls erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Diese erfindungsgemäße Gewindemutter mit den angegebenen Legierungselementen weist die für die Anwendung erforderliche Korrosionsbeständigkeit auf. Somit zeichnet sich die aus dem rost- und säurebeständigen Stahl hergestellte und martensitisch gehärtete Gewindemutter durch ihre Korrosionsbe- ständigkeit gegen Bremsflüssigkeit sowie durch ausreichende Wälzfestigkeit aus.

Durch Verwendung des korrosionsbeständigen Werkstoffes entfällt die Notwendigkeit, einen Korrosionsschutz durch ehem. und galvanische Dünnschicht- Korrosionsschutzsysteme aufzubringen. Diese Gewindemutter zeigt somit keinen Eigenschaftsgradienten, sondern ein gleichmäßiges Eigenschaftsprofil, was vorteilhaft für formgebende Arbeitsgänge ist, die nach der Wärmebehandlung stattfinden. Durch die entfallenden galvanischen oder chemischen Be- schichtungsprozesse unterbleibt eine Wasserstoffaufnahme. Somit besteht keine Gefahr der Wasserstoffversprödung.

Die erfindungsgemäße Gewindemutter ist mit einer am Innenumfang ausgebildeten, schraubenförmig um eine Spindelachse des Kugelgewindetriebes ge- wundenen Kugelrille versehen und als hydraulischer Kolben ausgebildet. Dieser hydraulische Kolben kann beispielsweise Bestandteil eines elektrohydrauli- schen Bremskraftverstärkers sein und mit einem Zylinder zusammenwirken.

Der erfindungsgemäße Stahl gewährleistet einerseits die geforderte Wälzfes- tigkeit mit Blick auf das Abwälzen der Kugeln an der Kugelrille. Andererseits ist eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegen Bremsflüssigkeit gegeben, der die Gewindemutter in ihrer Funktion als Hydraulikkolben vorzugsweise eines Bremskraftverstärkers ausgesetzt ist. Besondere Beschichtungen der Gewindemutter als Korrosionsschutz können entfallen.

Der erfindungsgemäße Werkstoff ist abgeleitet von einem Massenstahl, wie er für die Schneidwarenindustrie, insbesondere Klingen verwendet wird. Durch erfindungsgemäße Modifikationen für das spezielle Anforderungsprofil als Ak- tuator in einem Bremskraftverstärkungssystem ist dieser Stahl unter Berück- sichtigung der Markterfordernisse im Kraftfahrzeugbereich.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes erfolgt auf konventionellem Weg und beinhaltet kein Umschmelzverfahren bzw. Zulegieren von Stickstoff. Die Optimierung betrifft insbesondere den Aspekt eines kontrollierten Mik- ro-Reinheitsgrades durch die Begrenzung des Phosphor- und Schwefel- Gehalts auf weniger als 0,015 %. Diese Begrenzung reduziert den Verschleiß im Wälzkontakt und verbessert die Bearbeitungsmöglichkeiten der Gewindemutter. Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Gewindemutter aufgrund der Zusammensetzung des verwendeten Stahls eine ausreichende Härtbarkeit mit Blick auf funktionale Anforderungen im Wälzkontakt bei einer gleichmäßigen und kleinen Karbidgröße an der Oberfläche. Außerdem ist die Beständigkeit im Arbeitsmedium Bremsflüssigkeit bei dem funktional gerade noch zulässigen Wassergehalt ausreichend gegeben.

Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen Stahl aus der Gruppe der mar- tensitisch härtbaren Rost- und säurebeständigen Stähle nach einer Wärmebehandlung ein martensitisch gehärteter Stahl mit einer Mindesthärte von 55 HRC sichergestellt.

Anwendungsbezogen kann die Beimischung der folgenden Stoffe zu dem vor- stehend beschriebenen Stahl günstig sein: Molybdän Mo mit bis zu 2,0%, sowie Vanadium V mit bis zu 0,2%, sowie Nickel Ni mit bis zu 3,0%. Prozentangaben sind in Gewichtsprozent angegeben.

Der oxidische und sulfidische Reinheitsgrad ist bei Verwendung erfindungsge- mäßer Stähle für Wälzlageranwendungen gewährleistet.

Der erfindungsgemäße Stahl kann aus der Reihe der rost- und säurebeständigen Stähle stammen: Basierend auf dem Bezeichnungssystem der Stähle nach EN 10027 insbesondere aus den Reihen 1 .40xx und 1 ,41xx und 1 .45xx als auch aus der Reihe der korrosionsbeständigen Wälzlagerstähle der Reihe 1 .35xx. Hier sind insbesondere die folgenden Stähle für die Herstellung der Gewindemutter vorteilhaft: 1 .3541 , 1.3542, 1.3543, 1 .3549, 1 .4034, 1 .4037, 1 .4109, 1 .41 10, 1 .41 1 1 , 1 .41 12, 1 .41 16, 1 .41 17, 1 .4125, 1 .4535. Vergleichbare Stähle können andere Bezeichnungen in weiteren nationalen und internationalen Normensystemen tragen. Gemeinsam ist ihnen, dass sie mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bei einer zur Erfüllung der Funktion erforderlichen Härte einen ausreichenden Schutz vor der Korrosion in Bremsflüssigkeiten haben.

Für einen erfindungsgemäßen Stahl ist sichergestellt, dass von fallweise vorliegenden Primärkarbiden keine negative Beeinträchtigung der Wälzfestigkeit, vergleichbar dem Einfluss des oxidischen und sulfidischen Reinheitsgrades, ausgeht.

Ein erfindungsgemäßer Kugelgewindetrieb ist mit der erfindungsgemäßen Gewindemutter versehen, wobei zwischen einer Gewindespindel und der Gewin- demutter Kugeln angeordnet sind, die an Kugelrillen der Gewindespindel und der Gewindemutter abwälzen, wobei die Gewindemutter als hydraulischer Kolben zum Zusammenwirken mit einem Zylinder ausgebildet ist.

Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, die Gewindespindel aus einem Stahl herzustellen, dessen Chromgehalt weniger als 12% Gewichtsprozent beträgt. Als Stahl eignen sich vorzugsweise der sogenannte 16MnCr5 und der 100Cr6, die beide wirtschaftlich betrachtet günstiger sind als der für die Gewindemutter verwendete erfindungsgemäße Stahl. Diese Kombination von Stählen ist vorteilhaft, wenn lediglich die Mutter besondere Anforderungen mit Blick auf die Korrosionsbeständigkeit aufweisen muss. Dies kann der Fall sein bei einem Bremskraftverstärker, in dessen Zylinder die als hydraulischer Kolben ausgebildete Gewindemutter in Kontakt mit aggressiver Bremsflüssigkeit steht. Die Gewindespindel ist in einem Raum angeordnet, in den keine Bremsflüssigkeit gelangt.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Bremskraftverstärker mit dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, dessen Gewindemutter in dem Zylinder längsverschieblich zur Verrichtung von Kolbenhüben angeordnet ist, und dessen Gewindespindel drehangetrieben ist.

Eine äußere Mantelfläche der Gewindemutter kann als äußere zylinderförmige Dichtfläche ausgeführt sein. An dieser Dichtfläche kann beispielsweise eine Dichtung anliegen, die die Gewindemutter umgreift. Diese Dichtung kann als Dichtring ausgeführt sein.

Es kann zweckmäßig sein die Gewindespindel ebenfalls aus einem der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stähle herzustellen. Dies kann insbe- sondere dann angezeigt sein, wenn auch die Gewindespindel in Kontakt mit Bremsflüssigkeit kommt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt vier Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugeigewindetrieb in einer ersten Lage, einen Längsschnitt durch den Kugelgewindetrieb aus Figur 1 in einer zweiten Lage, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes in perspektivischer Darstellung und aufgebrochen und in schematischer Darstellung einen Ausschnitt einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges mit Bremskraftverstärker.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes, der eine drehangetriebene Gewindespindel 1 und eine auf der Gewindespindel 1 axial verschieblich angeordnete Gewindemutter 2. Figur 1 zeigt den Kugelgewindetrieb mit eingefahrener Gewindemutter 2 und Figur 2 mit ausgefahrener Gewindemutter 2.

Die Gewindemutter 2 ist als Kolben 3 ausgebildet, der in einen lediglich angedeuteten Zylinder 4 eingreift. Anstelle eines Zylinders kann ein Gehäuse vorge- sehen sein. Die äußere Mantelfläche der Gewindemutter 2 ist als zylinderförm ige Dichtfläche 5 des Kolbens 3 ausgebildet. Nicht abgebildet ist ein hydraulischer Druckraum, der von dem Kolben 3 und von dem Zylinder 4 begrenzt wird. Dieser Druckraum schließt an das rechts gelegene Ende des Zylinders 4 an. Unter Betätigung des Kugelgewindetriebes - also unter Drehantrieb der Gewindespindel 1 - wird der Kolben 3 axial gegenüber dem Zylinder 4 verlagert und somit der Druckraum vergrößert oder verkleinert.

Der Druckraum ist mit Bremsflüssigkeit gefüllt. Das bedeutet, insbesondere die als hydraulischer Kolben ausgebildete Gewindemutter 2 steht in Kontakt mit der Bremsflüssigkeit. Die Gewindespindel 1 ist außerhalb des Raums angeordnet, der mit Bremsflüssigkeit in Kontakt kommt. Die erfindungsgemäße Gewindemutter 2 weist neben der geforderten Wälzfestigkeit auch die erforderliche Korrosionsbeständigkeit gegen Bremsflüssigkeit auf. Besondere Beschichtungs- Systeme als Korrosionsschutz sind nicht erforderlich.

Am Innenumfang des Zylinders 4 sind zwei axial benachbart angeordnete Dichtringe 6 angeordnet, die dichtend an der zylinderförmigen Dichtfläche 5 des Kolbens 3 anliegen und somit den Druckraum hydraulisch abdichten.

Zwischen der Gewindespindel 1 und der Gewindemutter 2 sind Kugeln 7 (Figur 3) angeordnet, die in mehreren endlosen Kugelkanälen 8 angeordnet sind. Jeder Kugelkanal 8 ist von schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen 9, 10 der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1 sowie von Umlenkabschnitten 1 1 gebildet. Die Umlenkabschnitte 1 1 verbinden jeweils einen Anfang und ein Ende eines Lastabschnitts 12 einer gemeinsamen Windung.

Die Umlenkabschnitte 1 1 sind jeweils an einem Umlenkstück 13 ausgebildet. Diese Umlenkstücke 13 sind über den Umfang verteilt und axial aufeinander folgend in taschenförmigen Ausnehmungen 14 der Gewindemutter 2 angeordnet. Die Figuren zeigen deutlich die Anordnung der taschenförmigen Ausnehmungen 14 radial innerhalb der Mantelfläche der Gewindemutter 2, also inner- halb der Wanddicke der Gewindemutter 2.

Die taschenförmigen Ausnehmungen 14 durchstoßen demzufolge nicht die zylinderförmige Dichtfläche 5 am Außenumfang der Gewindemutter 2.

Die Figuren zeigen deutlich, dass die zylinderförmige Dichtfläche 5 und die Kugelkanäle 8 axial einander überlappend angeordnet sind.

Figur 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das sich von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die als Kolben 3 ausgebildete Gewindemutter 2 an ihrem einen axialen Ende an ihrem Außenumfang mit zwei koaxial zur Spindelachse und axial benachbart angeordneten Ringnuten 15 zur Aufnahme von nicht abgebildeten Dichtringen versehen ist, wobei die Ringnuten 15 beide axial benachbart zu der zylinderförmigen Dichtfläche 5 angeordnet sind.

Ein weiterer Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Gewindemutter 2 axial durchgehend geöffnet ist und an ihrem Innenumfang mit einer inneren zylinderförmigen Dichtfläche 16 versehen ist, die axial benachbart zu den Kugelkanälen 8 angeordnet ist. Diese innere zylinderförmige Dichtfläche 16 ist axial überlappend mit den Ringnuten 15 angeordnet. An dieser inneren zylinderförmigen Dichtfläche 16 kann ein nicht abgebildeter innerer Kolben längsverschieblich geführt sein und mit seinen Dichtringen dichtend anliegen.

Ferner ist in Figur 3 am linksseitigen Ende der Gewindespindel 1 ein mit Zähnen versehenes Ritzel 17 ausgebildet, das über ein nicht abgebildetes Antriebsrad angetrieben werden kann. Über das fest mit der Gewindespindel 1 verbundene Ritzel 17 wird die Gewindespindel 1 drehangetrieben.

Figur 4 zeigt lediglich schematisch einen Ausschnitt einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges. In diesem Ausschnitt sind abgebildet: ein Bremskraftverstärker 18 mit dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb wie beschrieben, ein Hauptbremszylinder 19 und ein Bremspedal 20. Der in den Figuren 1 und 2 angedeutete Zylinder 4 ist Teil des Bremskraftverstärkers 18.

Die hier abgebildete Gewindemutter 2 ist erfindungsgemäß aus einem marten- sithärtenden Stahl gebildet, der einerseits eine ausreichende Wälzfestigkeit für den Betrieb des Kugelgewindetriebes bietet, und der andererseits korrosionsbeständig gegen Bremsflüssigkeit ist, die üblicherweise in dem beschriebenen elektrohydraulischen Bremskraftverstärker eingesetzt wird. Die Gewindemutter 2 ist gehärtet und weist eine Härte von wenigstens 55 HRC auf.

Im Ausführungsbeispiel ist ein Stahl eingesetzt, der folgende Stoffe in Gewichtsprozent aufweist: Kohlenstoff C mit wenigstens 0,4 % und bis zu 1 ,3%, sowie Silicium Si mit bis zu 2%, sowie Mangan Mn mit bis zu 2%, sowie Chrom Cr mit wenigstens 12% und bis zu 20,0%, sowie Molybdän Mo mit 0% und bis zu 2,0%, sowie Vanadium V mit 0% und bis zu 0,2%, sowie Nickel Ni mit 0% und bis zu 3,0%, sowie Phosphor P und Schwefel S gemeinsam mit weniger als 0,015%, der Rest Eisen und gegebenenfalls erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Bezugszeichenliste

1 Gewindespindel

2 Gewindemutter

3 Kolben

4 Zylinder

5 zylinderförmige Dichtfläche

6 Dichtring

7 Kugel

8 Kugelkanal

9 Kugelrille

10 Kugelrille

1 1 Umlenkabschnitt

12 Lastabschnitt

13 Umlenkstück

14 taschenförmige Ausnehmung

15 Ringnut

16 innere zylinderförmige Dichtfläche

17 Ritzel

18 Bremskraftverstärker

19 Hauptbremszylinder

20 Bremspedal