DE102013111728B4

DE102013111728B4 - Verfahren zur Herstellung des Gewindes einer Mutter eines Schraube-Mutter-Systems

Info

Publication number: DE102013111728B4
Application number: DE102013111728.7A
Authority: DE
Inventors: Eric Allegri; Gilles Pajean
Original assignee: Ewellix AB
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2024-06-13
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: US9517518B2; FR2997326B1; FR2997326A1; US20140135135A1; ITTO20130870A1; CN103791054B; DE102013111728A1; CN103791054A

Abstract

Verfahren zur Herstellung des Innengewindes (32) einer Mutter (18) eines Schraube-Mutter-Systems (10), umfassend eine Schraube (12), die mit einem Außengewinde (16) versehen ist, eine Mutter (18), die um die und koaxial zu der Schraube (12) angeordnet ist, und eine Vielzahl von Rollelementen, die zwischen den Gewinden der Schraube (12) und der Mutter (18) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Schritt der Materialabhebung zur Bildung eines Innengewindes (30) umfasst, dessen Nominaldurchmesserwert kleiner als ein vorbestimmter endgültiger Nominaldurchmesserwert ist, und einen zweiten Schritt der plastischen Verformung des im ersten Schritt ausgebildeten Gewindes (30), um durch Materialverdrängung den vorbestimmten endgültigen Wert zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Systeme vom Typ Schraube-Mutter, die es ermöglichen, eine Drehbewegung in eine lineare Translationsbewegung umzuformen und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung des Gewindes der Mutter eines solchen Systems.
Ein Schraube-Mutter-System ist mit einer Schraube, umfassend ein Außengewinde, mit einer Mutter, die um die Schraube angeordnet ist und ein Innengewinde umfasst, und einer Vielzahl von Rollelementen versehen, die mit den Außen- und Innengewinden der Schraube und der Mutter in Eingriff sind. Die Rollelemente können Kugelsysteme oder Rollensysteme sein. Im Vergleich mit einem Kugelsystem hat ein Rollensystem den Hauptvorteil, dass es höhere zulässige Lastkapazitäten aufweist.
Für die Herstellung des Gewindes der Mutter eines solchen Systems sind im Allgemeinen Materialabhebeschritte durch Drehen und Fräsen vorgesehen. Aus DE 20 23 513 A ist dazu ein Gewindebohrer bekannt, dessen Funktionsquerschnitt einen mindestens dreieckigen Querschnitt mit einem unverringerten Gewindeprofil der Scheitelteile in Längsrichtung aufweist und der in Reihe nacheinanderfolgend mit einem glatten Einführkegel, einem zylinderförmigen Führungsteil, ferner mit einem kegelförmigen und einem zylinderförmigen Gewindeteil versehen ist. Zudem offenbart DE 10 2005 009 829 A1 ein Werkzeug zur spanlosen Erzeugung eines Innengewindes, das in besonderer Weise an den Werkstoff des Werkstücks angepasst ist.
Mit solchen Bearbeitungsvorgängen können die Oberflächenzustände des Gewindes der Mutter allerdings mit der Erzielung einer hohen Leistung für das Schraube-Mutter-System unvereinbar sein, insbesondere bei einem System mit kleinen Abmessungen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es möglich, zusätzlich zu den Bearbeitungsschritten einen Schritt des Schleifens des Gewindes der Mutter vorzusehen. Ein solcher Schleifvorgang ist allerdings relativ kostspielig.
Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile beseitigen.
Insbesondere soll die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Mutter eines Schraube-Mutter-Systems vorschlagen, das es ermöglicht, auf wirtschaftliche Weise Oberflächenzustände zu erhalten, die an eine hohe Leistung des zugehörigen Systems angepasst sind.
Bei einer Einsatzart umfasst das Verfahren zur Herstellung des Gewindes einer Mutter eines Schraube-Mutter-Systems, umfassend eine Schraube, die mit einem Außengewinde versehen ist, eine Mutter, die um die und koaxial zur Schraube angeordnet und mit dem Innengewinde versehen ist, und eine Vielzahl von Rollelementen, die zwischen den Gewinden der Schraube und der Mutter angeordnet sind, einen ersten Schritt der Materialabhebung zur Bildung eines Innengewindes, dessen Nominaldurchmesserwert kleiner als ein vorbestimmter Endwert des Nominaldurchmessers ist, und einen zweiten Schritt zur plastischen Deformation des während des ersten Schrittes gebildeten Gewindes umfasst, um durch Materialverdrängung den vorbestimmten Endwert des Nominaldurchmessers zu erhalten.
Vorzugsweise wird das Gewinde der Mutter während des ersten Schrittes der Materialabhebung gebildet, so dass ein geringerer Nominaldurchmesserwert von 10 um bis 100 um, vorzugsweise von 20 µm bis 50 um, als der vorbestimmte endgültige Wert des Nominaldurchmessers erhalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird das Gewinde der Mutter durch Deformationsgewindeschneiden verformt.
Bei einer Einsatzart wird eine Rille auf dem Gewinde der Mutter während des ersten Schrittes der Materialabhebung gebildet. Die Rille kann am Boden des Gewindes der Mutter ausgebildet sein. Alternativ oder in Kombination wird eine Schräge an der Spitze des Gewindes der Mutter während des ersten Schrittes der Materialabhebung gebildet.
Ferner wird ein Deformationsgewindebohrer, umfassend einen Schaft und einen Gewindeteil, umfassend eine kegelstumpfartige Verformungszone und eine zylindrische Kalibrierzone, die den Abschnitt mit großem Durchmesser der Verformungszone verlängert, beschrieben. Der Gewindebohrer kann eine zylindrische Bohrerzentrierzone am Ende des Gewindebohrers auf der Seite der kegelstumpfartigen Verformungszone umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die Studie der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsart und einer Einsatzart besser verständlich, die als keineswegs einschränkende Beispiele angeführt und durch die beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei:

- 1 eine perspektivische Ansicht eines Schraube-Mutter-Systems ist,
- die 2 und 3 perspektivische Ansichten und Seitenansichten einer Gewindebohrvorrichtung sind,
4 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Gewindes der Mutter des Systems aus 1 nach einem Einsatzbeispiel der Erfindung darstellt,
5 eine Teilschnittansicht ist, die das Gewinde der Mutter in verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens darstellt, und
die 6 bis 8 Teilschnittansichten sind, die das Gewinde der Mutter nach verschiedenen Einsatzbeispielen des Verfahrens zeigen.

In 1 umfasst ein Schraube-Mutter-System, das in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, eine Schraube 12 mit einer Achse 14 , die mit einem Außengewinde 16 versehen ist, eine Mutter 18, die koaxial um die Schraube 12 montiert und mit einem Innengewinde versehen ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Außengewindes 16 ist, und eine Vielzahl von Rollelementen (nicht sichtbar), die radial zwischen der Schraube und der Mutter angeordnet sind. Die Rollelemente können Längswalzen oder Kugeln sein. Die Schraube 12 erstreckt sich längs durch eine zylindrische Bohrung der Mutter 18, auf der das Innengewinde der Mutter ausgebildet ist.
Wie in der Folge im Detail beschrieben, wird für die Herstellung des Innengewindes der Mutter 18 insbesondere ein Deformationsgewindebohrer, wie in den 2 und 3 dargestellt, verwendet. Der mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Gewindebohrer mit einer Achse 20a umfasst einen Vierkantbund 22, ein zylindrisches Endstück 24, einen Gewindeteil 26 und einen zylindrischen
Endabschnitt 28, der den Gewindeteil verlängert. Der Gewindeteil 26 umfasst hier drei Abschnitte, die zueinander regelmäßig in Umfangsrichtung beabstandet sind und Lappen bilden. Das Vorhandensein der Lappen verringert die Kontaktfläche zwischen dem Gewindeteil 26 des Gewindebohrers und der Bohrung der Mutter, um die plastische Verformung des Materials der Mutter ohne Materialabhebung zu ermöglichen.
Der Gewindeteil 26 umfasst eine kegelstumpfartige Verformungszone 26a, deren Abschnitt mit kleinem Durchmesser axial den zylindrischen Endabschnitt 28 verlängert, der einen Zentrierabschnitt des Gewindebohrers bildet. Der Gewindeteil 26 umfasst auch eine zylindrische Kalibrierzone 26b, die axial den Abschnitt mit großem Durchmesser der Verformungszone 26a verlängert und an das zylindrische Endstück 24 anschließt. Die Verformungszone 26a kann beispielsweise eine Länge gleich zweimal die Steigung des Gewindes des Gewindeteils 26 aufweisen.
Um das Innengewinde der Mutter 18 herzustellen, wird folgendermaßen vorgegangen. In einem ersten Schritt wird durch Materialabhebung ein Zwischeninnengewinde 30 (5) gebildet, dessen Nominaldurchmesserwert kleiner als ein vorbestimmter endgültiger Nominaldurchmesserwert ist, der dem für das endgültige Innengewinde 32 der Mutter für seine Funktion in dem Schraube-Mutter-System zu erzielenden Wert entspricht. Vorzugsweise wird das Zwischengewinde 30 der Mutter derart ausgebildet, dass eine Materialüberdicke mit dem Bezugszeichen e in Bezug zum vorbestimmten Endwert zwischen 10 µm und 100 µm, und vorzugsweise zwischen 20 µm und 50 µm erhalten wird.
Dann wird in einem zweiten Schritt das im ersten Schritt erhaltene Gewinde 30 plastisch verformt, um durch Materialverdrängung den vorbestimmten endgültigen Nominaldurchmesserwert zu erreichen und so das definitive Gewinde 32 zu erhalten. Um die plastische Verformung des Zwischengewindes 30 vorzunehmen, wird der Deformationsgewindebohrer 20 verwendet. Zuerst wird in die Bohrung der Mutter 18 der zylindrische Endabschnitt 28 des Gewindebohrers eingeführt. Dann wird, wie in 4 dargestellt, der Gewindeteil 26 des Gewindebohrers in die Bohrung der Mutter 18 eingeführt, um das vorher im ersten Schritt erhaltene Zwischengewinde 30 auf seiner gesamten Länge zu verformen. In diesem zweiten Schritt des Verfahrens schiebt oder drängt der Gewindebohrer 20 das Material zurück, damit es in die Radial-, Axial- und Umfangsrichtungen abfließt, um den vorbestimmten endgültigen Nominaldurchmesserwert und das definitive Gewinde 32 aus dem Zwischengewinde 30 zu erhalten.
Wie in 6 dargestellt, ist es, um das spätere plastische Abfließen des Materials des Zwischengewindes 30 zu erleichtern, möglich, in dem ersten Schritt der Materialabhebung die Bildung einer Rille 34 vorzusehen, die am Boden des Gewindes ausgebildet und radial nach innen gerichtet ist. Die Rille 34 bildet eine Zone, in die das Material des Zwischengewindes 30 dann frei in den späteren Schritt der plastischen Verformung einfließen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Rille 34 im Querschnitt ein kreisbogenförmiges Profil auf. Als Variante ist es natürlich möglich, andere Profile für die Rille 34 vorzusehen, beispielsweise ein rechteckiges Profil, wie in 7 dargestellt. Um das plastische Abfließen des Materials des Zwischengewindes 30 zu erleichtern, ist es auch möglich, ferner an jeder Spitze des Gewindes eine Abschrägung 36 vorzusehen, wie dies in 8 dargestellt ist.
In dem beschriebenen Einsatzbeispiel wird die plastische Verformung des Zwischengewindes 30 der Mutter durch Deformationsgewindebohren erzielt. Alternativ könnte es möglich sein, diese plastische Verformung durch andere Techniken zu erzielen, beispielsweise durch Rollen von Kugeln auf dem Innengewinde der Mutter oder auch durch Verwendung eines Werkzeugs, umfassend einen Finger, der gegen das Gewinde drückt.
Das endgültige Gewinde der Mutter wird durch einen Schritt der Materialabhebung, gefolgt von einem schritt der Verformung des Gewinderohlings, der ohne Materialabhebung ausgebildet wurde, erhalten. Mit einem solchen Herstellungsverfahren weist das Innengewinde der Mutter Oberflächenzustände nahe jenen auf, die nach Schleifvorgängen erhalten werden. Ferner ist die mechanische Festigkeit des Innengewindes durch den Schritt der plastischen Verformung größer. So wird eine Mutter erhalten, die es ermöglicht, die Leistung und die Lebensdauer des zugehörigen Schraube-Mutter-Systems zu erhöhen.

Claims

Verfahren zur Herstellung des Innengewindes (32) einer Mutter (18) eines Schraube-Mutter-Systems (10), umfassend eine Schraube (12), die mit einem Außengewinde (16) versehen ist, eine Mutter (18), die um die und koaxial zu der Schraube (12) angeordnet ist, und eine Vielzahl von Rollelementen, die zwischen den Gewinden der Schraube (12) und der Mutter (18) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Schritt der Materialabhebung zur Bildung eines Innengewindes (30) umfasst, dessen Nominaldurchmesserwert kleiner als ein vorbestimmter endgültiger Nominaldurchmesserwert ist, und einen zweiten Schritt der plastischen Verformung des im ersten Schritt ausgebildeten Gewindes (30), um durch Materialverdrängung den vorbestimmten endgültigen Wert zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gewinde (30) der Mutter (18) im ersten Schritt der Materialabhebung ausgebildet wird, um einen Nominaldurchmesserwert zu erhalten, der um 10 µm bis 100 µm kleiner als der vorbestimmte endgültige Nominaldurchmesserwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Gewinde (30) der Mutter (18) in dem ersten Schritt der Materialabhebung ausgebildet wird, um einen Nominaldurchmesserwert zu erhalten, der um 20 µm bis 50 µm kleiner als der vorbestimmte endgültige Nominaldurchmesserwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gewinde (30) der Mutter (18) durch Deformationsgewindebohren plastisch verformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Rille (34) auf dem Gewinde (30) der Mutter (18) in dem ersten Schritt der Materialabhebung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Rille (34) am Boden des Gewindes (30) der Mutter (18) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Schräge (36) an der Spitze des Gewindes (30) der Mutter (18) in dem ersten Schritt der Materialabhebung gebildet wird.