VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DES SPINDELELEMENTES

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spindelelement für einen Gewindetrieb, und ein Verfahren zum Herstellen dieses Spindelelementes sowie einen Planetenwälzgewindetrieb mit diesem

Spindelelement.

Aus DE 10 2011 075 889 Al Ist ein Spindelelement bekannt geworden, dessen Spindelkopf an seiner der Gewindespindel zugewandten Stirnseite mit der Gewindespindel reibgeschweißt ist. Im Fall eines drehangetriebenen Spindelelementes ist dessen einwandfreier Rundlauf erforderlich, um

unerwünschte Unwuchten zu vermeiden. Fertigungsbedingte Ungenauigkeiten beim

Reibschweißvorgang können in einigen Fällen die einwandfreie Ausrichtung von Spindelkopf und Gewindespindel erschweren.

Aus DE 10 2007 013 790 Al ist ein Spindelelement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Das Spindelelement weist eine Gewindespindel auf, an deren Umfang ein um die Spindelachse gewundenes Gewinde ausgebildet ist. Die Gewindespindel greift mit ihrem Gewinde in ein Loch eines Spindelkopfes ein, der einen axial innerhalb des Eingriffsbereichs der Gewindespindel gelegenen Umformabschnitt aufweist, wobei zur festen Verbindung des Spindelkopfes mit der Gewindespindel Material des Spindelkopfes unter wenigstens teilweiser Füllung einer oder mehrerer Windungen des Gewindes umgeformt ist. Grundsätzlich verlangt dieser Vorschlag im Eingriffsbereich der Gewindespindel zwei Gewindeabschnitte mit unterschiedlicher Steigung. Die Umformung des Spindelkopfes erfolgt über den Eingriffsbereich der Gewindespindel durch Aufbringen einer Umformkraft, die auf den zylindrischen Außenumfang des Spindelkopfes beispielsweise in einem Walzvorgang einwirkt. Abhängig von dem geforderten Rundlauf des Spindelelementes - das drehbar an einem Maschinenteil gelagert sein kann - kann es erforderlich sein, den Spindelkopf spangebend nachzubearbeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Spindelelement nach den Merkmalen des

Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, das einfach herstellbar und einwandfrei drehantreibbar ist.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch das Spindelelement für einen Gewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieses Spindelelement weist eine Gewindespindel auf, an deren Umfang ein um die Spindelachse gewundenes Gewinde ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Gewinde im Durchlaufverfahren in einem umformtechnischen Verfahren spanlos angeformt. Zu diesem Zweck eignet sich eine zylindrische Stange als Halbzeug, an deren Umfang das Gewinde geformt wird. Gewünschte Längen können von der Stange abgelängt werden und bilden die Gewindespindel. Gegebenenfalls können die Enden der abgelängten Gewindespindel angefast werden um scharfe Kanten zu vermeiden..

Das Gewinde erstreckt sich von einem Ende bis zu dem anderen Ende der Gewindespindel nach dem Ablängen von dem bearbeiteten Halbzeug.

Das Spindelelement weist einen Spindelkopf auf, der an einem axialen Ende der Gewindespindel befestigt ist. Der Spindelkopf weist an seiner der Gewindespindel zugewandten Seite ein Loch auf, in das die Gewindespindel mit ihrem Gewinde eingreift und im Eingriffsbereich fest mit dem

Spindelkopf verbunden ist. Der Eingriffsbereich bezeichnet demzufolge die axiale Erstreckung der Gewindespindel in dem Loch des Spindelkopfes.

Das Loch kann spangebend hergestellt an dem Spindelkopf werden durch Bohren, Innendrehen oder Fräsen. Denkbar ist auch ein spanloses Herstellen des Lochs an einem Fließpressteil. Das Loch ist vorzugsweise als zylindrisches Sackloch ausgeführt.

Die axiale Erstreckung des Lochs- also dessen Länge - ist größer als der Außendurchmesser der Gewindespindel, also größer als der Außendurchmesser des Gewindes. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Ausrichtung von Spindelkopf und Gewindespindel möglich. Ein großer

Überlappungsbereich von Spindelkopf und Gewindespindel - also der Eingriffsbereich der

Gewindespindel in dem Spindelkopf - begünstigt einerseits die einwandfreie Ausrichtung und andererseits die einwandfreie Befestigung von Spindelkopf und Gewindespindel miteinander.

Nach dem Einsetzen der Gewindespindel in das Loch des Spindelkopfes wird durch umformende Bearbeitung des Spindelkopfes das Loch eingeengt und Material des Spindelkopfes in das Gewinde der Gewindespindel hinein verdrängt. Material des Spindelkopfes wird demzufolge unter wenigstens teilweiser Füllung einer oder mehrerer Windungen des Gewindes umgeformt.

Zu diesem Zweck weist der Spindelkopf einen Umformabschnitt auf, der axial innerhalb des Eingriffsbereichs der Gewindespindel angeordnet ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als Material für den Spindelkopf einen Umformstahl zu wählen und die Wanddicke des Spindelkopfes zwischen dessen Außenumfang und dem Loch so zu dimensionieren, dass einerseits die umformtechnische Bearbeitung ermöglicht ist und andererseits nach Abschluss dieses Umformens eine ausreichende Steifigkeit gewährleistet ist. Die feste Verbindung von Spindelkopf und Gewindespindel miteinander ist in diesen Fällen sowohl form- als auch kraftschlüssig.

Der Spindelkopf ist axial innerhalb des Eingriffsbereichs und axial benachbart zu dem

Umformabschnitt mit einem Lagerabschnitt zur Lagerung des Spindelelementes versehen. Dieser Lagerabschnitt ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und kann dazu dienen, einen Laufring eines Wälzlagers aufzunehmen. Dieser Lagerabschnitt weist Fertigteilqualität auf, die durch den oben beschriebenen Umformvorgang nicht beeinträchtigt wird. Das bedeutet, ein Nachbearbeiten des Lagerabschnitts nach dem Festsetzen der Gewindespindel in dem Spindelkopf zur Sicherstellung beispielsweise eines einwandfreien Rundlaufs entfällt. Der Spindelkopf ist demzufolge derart beschaffen, dass er vor dem Einsetzen der Gewindespindel einen ersten Bereich mit Fertigteilqualität und einen zweiten Bereich zum Umformen aufweist.

Zu beiden axialen Seiten des Umformabschnitts kann je einer dieser Lagerabschnitte ausgebildet sein, die beide axial innerhalb des Erstreckungsbereichs der Gewindespindel in dem Loch des Spindelkopfs angeordnet sind. Axial zwischen diesen Lagerabschnitten ist in diesem Fall der

Umformabschnitt ausgebildet, der zum Fügen des Spindelkopfes mit der Gewindespindel umgeformt wird.

Dieser Umformabschnitt ist vorzugsweise radial abgesetzt gegenüber den benachbarten

Lagerabschnitten, die durch diesen Umformvorgang nicht beeinflusst werden. Der radiale Absatz bedeutet eine Reduzierung der Wanddicke des Spindelkopfes im Bereich des Umformabschnitts. Der radiale Absatz trennt die Umfangsfläche des Spindelkopfes in zwei Bereiche, einen Bereich, der zum Festsetzen der Gewindespindel umgeformt wird, sowie einen Bereich, der als Lagerabschnitt in Fertigteilqualität unbeeinflusst bleibt durch den Umformschritt am Umformabschnitt.

Das zylindrische Loch zur Aufnahme der Gewindespindel kann in seinem Durchmesser derart bemessen sein, dass die Gewindespindel wahlweise mit geringem Spiel oder mit Vorspannung eingesetzt werden kann. In diesen Fällen dienen die axial innerhalb der Lagerabschnitte des

Spindelkopfes gelegenen Abschnitte des Lochs einer Führung der Gewindespindel, so dass eine einwandfreie Zentrierung der Gewindespindel im Spindelkopf gewährleistet ist.

Unter dem oben beschriebenen Umformvorgang wird der im Bereich des Umformabschnitts gelegene Abschnitt der Bohrung umgeformt und Material des Spindelkopfes in das Gewinde der Gewindespindel hineingedrückt. Die axial benachbarten Abschnitte der Bohrung liegen im Bereich des oder der Lagerabschnitte und werden durch den Umformvorgang nicht beeinträchtigt.

Es wurde herausgefunden, dass der Außendurchmesser D der Gewindespindel sowie die Teilung t des Gewindes für die Ermittlung einer ausreichenden Länge des Verformungsbereichs in axialer Richtung angezogen werden können. Demzufolge ist es für einen festen Sitz der Spindel im

Spindelkopf ausreichend, wenn der Quotient D/t mindestens 4,5 und die axiale Erstreckung des Verformungsbereichs mindestens 0,5*D beträgt.

Wenn der Spindelkopf aus einem ungehärteten Umformstahl gebildet ist, kann es zweckmäßig sein, als Halbzeug für die Gewindespindel einen Einsatzstahl oder Vergütungsstahl auszuwählen. Im Anschluss an das oben beschriebene Herstellen des Gewindes kann die Gewindespindelstange in einem Wärmebehandlungsverfahren einsatzgehärtet oder vergütet und anschließend je nach gewünschter Länge abgelängt werden. Wenn die gehärtete Gewindespindel in das Loch des weichen - also ungehärteten - Spindelkopfs eingesetzt wird, kann das oben beschriebene Eindrücken oder Einwalzen von Material des Spindelkopfes in die Windungen der Gewindespindel prozesssicher erfolgen.

Der Spindelkopf kann einen radial verjüngten Abschnitt mit einem Anschlusszapfen zur drehfesten Verbindung mit einem Maschinenteil sowie einen Gewindeabschnitt zum Aufschrauben einer Nutmutter aufweisen, die einer axialen Sicherung des Spindelelementes dient, wenn das

Spindelelement an einem Maschinenteil drehbar gelagert wird.. Der Anschlusszapfen kann an eine Antriebsmaschine angeschlossen werden zum Antreiben des Spindelelementes.

Ein günstiges Herstellverfahren des Spindelelementes sieht vor, dass der Spindelkopf aus einem Umformstahl spangebend und/oder spanlos hergestellt wird, und dass das Gewinde der

Gewindespindel vorzugsweise in einem Durchlaufverfahren mittels eines Umformwerkzeuges am Außenumfang eines zylindrischen Halbzeugs angeformt wird. Nach dem Einsetzen der

Gewindespindel in das Loch des Spindelkopfes und anschließendes Umformen des Spindelkopfes im Eingriffsbereich der Gewindespindel unter wenigstens teilweiser Füllung einer oder mehrerer Windungen des Gewindes mit Material des Spindelkopfes ist eine einwandfreie Befestigung und Ausrichtung von Spindelkopf und Gewindespindel gewährleistet. Bezüglich des Rundlaufs dieses Spindelelementes werden auf diese Weise die erforderlichen Rundläufe ohne nachträgliches Bearbeiten der Lagersitze erreicht.

Die Gewindespindel wird in vorteilhafter Weise in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet und auf eine Oberflächenhärte von wenigstens 56 H RC , vorzugsweise wenigstens 58 HRC gebracht und anschließend in das Loch des Spindelkopfes eingesetzt. Das oben beschriebene Umformen des Spindelkopfes und Verdrängen von Material des Spindelkopfes in die Windungen des Gewindes der Gewindespindel kann in diesem Fall durchgeführt werden ohne die Gewindespindel in

unerwünschter Weise zu verformen.

Eine alternative Ausführung sieht vor, dass das Loch anstelle einer glatten Mantelfläche eine strukturierte Mantelfläche aufweist, die beispielsweise durch eine Gewindebohrung gebildet sein kann, in die die Gewindespindel mit ihrem bereits ausgebildeten Gewinde eingeschraubt wird. Die weitere Bearbeitung entspricht der oben beschriebenen Vorgehensweise.

Eine weitere Alternative sieht ein Loch vor, dessen Durchmesser kleiner ist als der

Außendurchmesser der Gewindespindel. Die gehärtete Gewindespindel schneidet sich während des Eindrehens in das Loch ein Gegengewinde in den Spindelkopf. Nach diesem Eindrehen entspricht die weitere Bearbeitung der oben beschriebenen Vorgehensweise.

Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für einen Planetenwälzgewindetrieb mit dem beschriebenen Spindelelement. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer Mutter und mit Planeten versehen, die zwischen der Mutter und dem Spindelelement angeordnet sind. Die Planeten stehen mit ihren planetenseitigen Rillen in Wälzeingriff sowohl mit mutterseitigen Rillen der Mutter als auch mit dem Gewinde des Spindelelementes.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt fünf Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Spindelelement im Teilschnitt,

Figur 2 eine Ausschnittvergrößerung aus Figur 1,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung des Spindelelementes aus Figur 1, Fgur 4 eine Vorrichtung zur Bearbeitung des Spindelelementes in schematischer Darstellung und

Figur 5 einen Planetenwälzgewindetrieb mit dem Spindelelement gemäß Figur 1.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Spindelelement gemäß der vorliegenden Erfindung.

Dieses Spindelelement weist eine Gewindespindel 1 auf, an deren Umfang ein um die Spindelachse gewundenes Gewinde 2 ausgebildet ist.

Das Gewinde 2 kann in diesem Ausführungsbeispiel im Durchlaufverfahren in einem

umformtechnischen Verfahren spanlos an eine zylindrische Stange als Flalbzeug angeformt sein. Das Gewinde 2 erstreckt sich von einem Ende bis zu dem anderen Ende der Gewindespindel 1 nach dem Ablängen von dem bearbeiteten Flalbzeug.

Das Spindelelement weist einen Spindelkopf 3 auf, der an einem axialen Ende der Gewindespindel 1 befestigt ist. Der Spindelkopf 3 weist an seiner der Gewindespindel 1 zugewandten Seite ein Loch 4 auf, in das die Gewindespindel 1 mit ihrem Gewinde 2 eingreift und im Eingriffsbereich fest mit dem Spindelkopf 3 verbunden ist. Der Spindelkopf 3 weist an seinem Außenumfang zwei axial benachbarte Lagerabschnitte 14 auf, zwischen denen ein Umformabschnitt 15 ausgebildet ist. Der zylindrische Umformabschnitt 15 ist gegenüber den zylindrischen Lagerabschnitten 14 radial abgesetzt. Der Umformabschnitt 15 ist axial innerhalb der axialen Erstreckung des Lochs 4 angeordnet. Die beiden Lagerabschnitte 14 bilden einen Bereich des Spindelkopfes 3 in

Fertigteilqualität aus. Wenn die Gewindespindel 1 in das Loch 4 eingesetzt und mit dem Spindelkopf 3 gefügt wird, ist ein einwandfreier Rundlauf des Spindelelementes gewährleistet und eine

Nachbearbeitung der Lagerabschnitte 14 ist nicht erforderlich.

Das Loch 4 ist als zylindrisches Sackloch 5 ausgeführt. Die axiale Erstreckung des Lochs 4 ist größer als der Außendurchmesser des Gewindes 2 der Gewindespindel 1. Ein großer Überlappungsbereich von Spindelkopf 3 und Gewindespindel 1 im Eingriffsbereich ermöglicht einerseits die einwandfreie Ausrichtung und andererseits die einwandfreie Befestigung von Spindelkopf 3 und Gewindespindel 1 miteinander. Die Gewindespindel 1 ist im Eingriffsbereich kraft- und formschlüssig mit dem Spindelkopf 3 verbunden. Figur 2 zeigt die in das Sackloch 5 eingesetzte Gewindespindel 1. Durch umformende Bearbeitung des Spindelkopfes 3 an dem Umformabschnitt 15 (Figur 4) wird das Loch 4 eingeengt und Material des Spindelkopfes 3 in Windungen 8 des Gewindes 2 der Gewindespindel 1 hinein verdrängt. Diese umformende Bearbeitung erfolgt ohne Umformung der benachbarten

Lagerabschnitte 14.

Der Spindelkopf 3 weist einen radial verjüngten Zapfen 16 auf, dessen freies Ende als

Anschlusszapfen 6 zur drehfesten Verbindung mit einem nicht abgebildeten Maschinenteil ausgebildet ist. Ferner weist der Zapfen 16 einen Gewindeabschnitt 7 zum Aufschrauben einer nicht abgebildeten Nutmutter auf.

Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung die umformtechnische Bearbeitung des Spindelkopfes 3 in einem Umformwerkzeug. Der Spindelkopf 3 ist aus einem Umformstahl bereitgestellt. Nach dem Einsetzen der Gewindespindel 1 in das Loch 4 des Spindelkopfes 3 werden mehrere über den Umfang des Spindelkopfes 3 verteilt angeordnete Backen 13 des Umformwerkzeuges radial einwärts auf den Außenumfang des Spindelkopfes 3 gedrückt, und zwar im axialen Erstreckungsbereich des

Umformabschnitts 15 (Figur 2). Unter der wirkenden Druckkraft wird Material des Spindelkopfes 3 im Eingriffsbereich der Gewindespindel 1 umgeformt, wobei Windungen 8 des Gewindes 2 mit Material des Spindelkopfes 3 gefüllt wird. Dieses auch nur teilweise Befüllen der Windungen 8 erfolgt lediglich innerhalb der axialen Erstreckung des Umformabschnitts.

Figur 5 zeigt im Längsschnitt einen Planetenwälzgewindetrieb mit dem beschriebenen

Spindelelement. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer Mutter 9 und mit Planeten 10 versehen, die zwischen der Mutter 9 und der Gewindespindel 1 des Spindelelementes angeordnet sind. Die Planeten 10 stehen mit ihren planetenseitigen Rillen 11 in Wälzeingriff sowohl mit mutterseitigen Rillen 12 der Mutter 9 als auch mit dem Gewinde 2 der Gewindespindel 1.

Eine Windung des Gewindes wird mitunter als Gewindegang des Gewindes bezeichnet; eine Mehrzahl von Windungen kann in diesem Sinn als eine Mehrzahl von Gewindegängen verstanden werden. Bezugszeichenliste

1 Gewindespindel

2 Gewinde

3 Spindelkopf

4 Loch

5 Sackloch

6 Anschlußzapfen

7 Lagersitz

8 Windung

9 Mutter

10 Planet

11 planetenseitige Rille

12 mutterseitige Rille

13 Backen

14 Lagerabschnitt

15 Umformabschnitt

16 Zapfen