DE102014102132A1 - Kugelumlaufmutter, Baugruppe für einen Kugelgewindeantrieb und Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufmutter - Google Patents

Kugelumlaufmutter, Baugruppe für einen Kugelgewindeantrieb und Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufmutter Download PDF

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Abstract

Bei einer Kugelumlaufmutter (12) für einen Kugelgewindeantrieb, mit einem Grundkörper (13), der zumindest eine Kugelumlaufbahn (26) aufweist, ist der Grundkörper (13) ein Schmiedebauteil und die Kugelumlaufbahn (26) ist durch ein spanabhebendes Herstellungsverfahren hergestellt. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren eine Baugruppe (10) für einen Kugelgewindeantrieb einer Servolenkung (14) mit einer Riemenscheibe (16) und einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter (12), wobei die Riemenscheibe (16) drehfest mit der Kugelumlaufmutter (12) verbunden ist. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufmutter (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kugelumlaufmutter und eine Baugruppe für einen Kugelgewindeantrieb. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufmutter.
  • Kugelgewindeantriebe werden beispielsweise bei Servolenkungen in Fahrzeugen eingesetzt. Die Kugelumlaufmutter ist auf dem Lenkgestänge des Fahrzeugs gelagert, wobei die Kugelumlaufmutter in Längsrichtung des Lenkgestänges stationär gehalten und relativ zum Lenkgestänge drehbar gelagert ist. In der Kugelumlaufmutter und am Lenkgestänge sind gleichlaufende Gewinde vorgesehen. Zwischen der Kugelumlaufmutter und dem Lenkgestänge sind Übertragungsmittel, beispielsweise Kugeln, vorgesehen, die in beide Gewinde eingreifen und so die Kugelumlaufmutter und das Lenkgestänge miteinander koppeln. Wird die Kugelumlaufmutter relativ zum Lenkgestänge verdreht, beispielsweise durch einen am Außenumfang der Kugelumlaufmuttter angreifenden Riemenantrieb, wird das Lenkgestänge über die Kugeln in Längsrichtung relativ zur Kugelumlaufmutter verschoben. Somit kann durch den Kugelgewindeantrieb beispielsweise eine zusätzliche Lenkkraft auf das Lenkgestänge aufgebracht werden.
  • Um sowohl eine möglichst effektive Lenkkraftunterstützung als auch eine zuverlässige Kraftübertragung vom Antrieb auf das Lenkgestänge zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass die Kugelumlaufbahnen mit einer sehr geringen Herstellungstoleranz hergestellt werden, so dass die Kugeln ein sehr geringes Spiel in den Kugelumlaufbahnen haben, aber dennoch reibungsarm in den Kugelumlaufbahnen abrollen können. Bisher werden zur Herstellung der Kugelumlaufmuttern Schmiedeverfahren verwendet, wobei die bekannten Schmiedeverfahren keine ausreichende Genauigkeit für die Herstellung der Kugelbahnen gewährleisten oder der Herstellungsaufwand für die gewünschte Genauigkeit sehr hoch ist. Zudem sind die innenliegenden Kugelumlaufbahnen schwer erreichbar, wodurch der Herstellungsaufwand erhöht wird. Alternative Herstellungsverfahren wie Fräsen haben den Nachteil, dass ein sehr hoher Materialeinsatz erforderlich ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kugelumlaufmutter sowie eine Baugruppe für einen Kugelgewindeantrieb bereitzustellen, die einfacher und schneller herzustellen sind und eine geringere Herstellungstoleranz aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein materialsparendes Verfahren zur Herstellung einer solchen Kugelumlaufmutter bereitzustellen.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist eine Kugelumlaufmutter für einen Kugelgewindeantrieb vorgesehen, mit einem Grundkörper, der zumindest eine Kugelumlaufbahn aufweist, wobei der Grundkörper ein Schmiedebauteil ist und die Kugelumlaufbahn durch ein spanabhebendes Herstellungsverfahren hergestellt ist.
  • Erfindungsgemäß werden die Vorteile verschiedener Verfahren, des Schmiedeverfahrens einerseits und des spanabhebenden Verfahrens andererseits, kombiniert. Der Grundkörper wird im Schmiedeverfahren hergestellt, wodurch eine materialsparende Herstellung möglich ist. Die Kugelumlaufbahnen können im Schmiedeverfahren bereits grob in den Grundkörper eingebracht werden. Anschließend erfolgt die Herstellung bzw. die Nachbearbeitung der Kugelumlaufbahnen mit einem spanabhebenden Verfahren, durch das die Kugelumlaufbahnen mit einer sehr hohen Genauigkeit hergestellt werden können.
  • Die Herstellung der Kugelumlaufbahn mit einem spanabhebenden Herstellungsverfahren hat zudem den Vorteil, dass dieses bei einer einstückigen Kugelumlaufmutter einfacher zu realisieren ist. Bei einem Schmiedeverfahren ist es schwierig, die innen liegenden Kugelumlaufbahnen zu bearbeiten, so dass die Kugelumlaufmutter häufig in Umfangsrichtung in mehrere Segmente unterteilt ist, die separat hergestellt und anschließend zusammengefügt werden. Dadurch ergeben sich aber im Bereich der Fügestellen Absätze, die einen runden Lauf der Übertragungsmittel in der Kugelumlaufmutter behindern. Bei einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter ist es möglich, dass die innen liegende Fläche des Grundkörpers zunächst im Schmiedeverfahren glatt ausgebildet ist, wodurch die Kugelumlaufmutter auch in einem Stück hergestellt werden kann, da keine Hinterschnitte auf der Innenfläche des Grundkörpers erforderlich sind. Anschließend können die Kugelumlaufbahnen mit einem spanabhebenden Verfahren mit einer sehr hohen Genauigkeit eingebracht werden.
  • Vorzugsweise kann der Grundkörper durch ein Präzisionsschmiedeverfahren hergestellt werden, sodass dieser bereits sehr geringe Herstellungstoleranzen aufweist. Die Materialmenge, die anschließend durch das spanabhebende Verfahren entfernt wird, kann so sehr gering gehalten werden.
  • Die Kugelumlaufbahn kann beispielsweise durch Fräsen hergestellt werden, sodass eine sehr hohe Genauigkeit der Kugelumlaufbahn möglich ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren eine Baugruppe für einen Kugelgewindeantrieb einer Servolenkung vorgesehen, mit einer Riemenscheibe und einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter, wobei die Riemenscheibe drehfest mit der Kugelumlaufmutter verbunden ist. Dieser zweiteilige Aufbau ermöglicht eine einfache Herstellung der Baugruppe, da sowohl die Riemenscheibe wie auch die Kugelumlaufmutter separat hergestellt werden können. Erst nachdem die Bauteile mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt sind, werden diese zusammengefügt. Für beide Bauteile kann auch ein separates Herstellungsverfahren verwendet werden.
  • An der Riemenscheibe und an der Kugelumlaufmutter können zum Verbinden beider Bauteile korrespondierende Flansche vorgesehen sein, die mit Befestigungsmitteln, insbesondere Niete oder Schrauben, drehfest verbunden sind. In Längsrichtung des Lenkgestänges liegen die Riemenscheibe und die Kugelumlaufmutter vorzugsweise mit diesen Flanschen aneinander an, sodass eine gegenseitige Verschiebung in Längsrichtung durch die Flansche und die Befestigungsmittel verhindert ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufmutter für einen Kugelgewindeantrieb vorgesehen, mit einem Grundkörper, der zumindest eine Kugelumlaufbahn aufweist, das die folgenden Herstellungsschritte aufweist:
    • – der Grundkörper wird mit einem Schmiedeverfahren hergestellt, und
    • – die Kugelumlaufbahn wird nach der Herstellung des Grundkörpers mit einem spanabhebenden Verfahren nachbearbeitet.
  • Vorzugsweise wird die Kugelumlaufbahn nach der Herstellung des Grundkörpers gefräst.
  • Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
  • 1 eine teilgeschnittene und perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe für einen Kugelgewindeantrieb mit einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Servolenkung mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe
  • die 3a und 3b eine schematische Darstellung verschiedener Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter.
  • In 1 ist eine Baugruppe 10 mit einer Kugelumlaufmutter 12 für eine in 2 ausschnittsweise gezeigte Servolenkung 14 gezeigt. Die Baugruppe 10 weist neben der Kugelumlaufmutter 12 eine Riemenscheibe 16 auf, die drehfest mit der Kugelumlaufmutter 12 verbunden ist.
  • Wie in 1 zu sehen ist, weist die Kugelumlaufmutter 12 einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 13 auf. Am Grundkörper 13 der Kugelumlaufmutter 12 sowie an der Riemenscheibe 16 sind Flansche 18, 20 vorgesehen, die in einer Längsrichtung L aneinander anliegen und mit mehreren Befestigungsmitteln 22, in der hier gezeigten Ausführungsform Niete, in Längsrichtung L und auch in Umfangsrichtung fest miteinander verbunden sind. Auf der Innenfläche 24 der Kugelumlaufmutter 12 sind mehrere gewindeartig ausgebildete Kugelumlaufbahnen 26 vorgesehen. Auf der Außenseite der Riemenscheibe ist ein Zahnprofil 27 vorgesehen.
  • Die in 2 gezeigte Servolenkung 14 weist ein Lenkgestänge 28 auf, mit einem Gewinde 30, dessen Ausrichtung und Steigung mit den Kugelumlaufbahnen 26 der Kugelumlaufmutter 12 übereinstimmt. Die Baugruppe 10 ist relativ zum Lenkgestänge 28 drehbar gelagert und in Längsrichtung L schubfest gehalten. Zwischen der Kugelumlaufmutter 12 und dem Lenkgestänge 28 sind mehrere Übertragungsmittel, insbesondere Kugeln, vorgesehen, die sowohl in die Kugelumlaufbahnen 26 wie auch in das Gewinde 30 des Lenkgestänges 28 eingreifen, wodurch die Kugelumlaufmutter 12 mit dem Lenkgestänge 28 gekoppelt ist.
  • Die Riemenscheibe 16 der Baugruppe 10 ist über einen Riemen 32 mit einem Antrieb 34 der Servolenkung 14 gekoppelt. Wird die Baugruppe 10 durch den Antrieb 34 gedreht, wird das Lenkgestänge 28 durch die Koppelung über die Kugeln in Längsrichtung L verschoben, wodurch eine Lenkunterstützungskraft auf das Lenkgestänge 28 wirkt.
  • Um eine zuverlässige Funktion der Baugruppe 10 und somit der Servolenkung 14 zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass die Kugelumlaufbahnen 26 mit einer sehr hohen Genauigkeit hergestellt werden, sodass die Übertragungsmittel mit einem sehr geringen Widerstand in diesen abrollen können und dennoch ein möglichst geringes Spiel aufweisen.
  • Erfindungsgemäß wird die Kugelumlaufmutter 12 bzw. der Grundkörper 13 der Kugelumlaufmutter 12 in einem Schmiedeverfahren, insbesondere einem Präzisionsschmiedeverfahren, hergestellt (3a). Anschließend werden die Kugelumlaufbahnen 26 durch ein spanabhebendes Herstellungsverfahren, beispielsweise durch Fräsen, hergestellt oder nachbearbeitet (3b).
  • Durch dieses Herstellungsverfahren ist ein schnelles und einfaches Herstellen der Kugelumlaufmutter 12 möglich. Das Schmiedeverfahren ermöglicht eine materialsparende Herstellung des Grundkörpers 13, so dass sehr wenig Materialabfall entsteht. Eine Herstellung des gesamten Grundkörpers 13 bzw. der Kugelumlaufmutter 12 mit einem spanabhebenden Herstellungsverfahren hätte dagegen einen sehr hohen Materialverbrauch zur Folge. Aus diesem Grund wird dieses Verfahren, durch das sehr geringe Herstellungstoleranzen möglich sind, ausschließlich zur Herstellung und/oder zur Nachbearbeitung von Bereichen der Kugelumlaufmutter 12 verwenden, bei welchen diese Genauigkeit erforderlich ist, also den Kugelumlaufbahnen 26. Durch die Reduzierung der spanabhebenden Herstellungsverfahren ausschließlich auf die Kugelumlaufbahnen ist eine materialsparende Herstellung der Kugelumlaufmutter 12 möglich.
  • Statt einem Fräsverfahren kann auch jedes andere geeignete spanabhebende Herstellungsverfahren zur Herstellung der Kugelumlaufbahnen 26 verwendet werden.
  • In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Baugruppe 10 zweiteilig ausgebildet, mit einer Riemenscheibe 16 und einer Kugelumlaufmutter 12. Abhängig vom Aufbau der Baugruppe 10 können diese Bauteile aber auch einstückig miteinander ausgebildet sein. Insbesondere kann die Riemenscheibe 16 Teil des Grundkörpers 13 der Kugelumlaufmutter 12 sein.
  • Die drehfeste Verbindung zwischen der Riemenscheibe 16 und der Kugelumlaufmutter 12 kann auch auf andere Weise, beispielsweise durch ein geeignetes Drehmomentübertragungsprofil, hergestellt werden. Insbesondere können statt der Niete auch Schrauben oder andere geeignete Befestigungsmittel 22 verwendet werden.

Claims (7)

  1. Kugelumlaufmutter (12) für einen Kugelgewindeantrieb, mit einem Grundkörper (13), der zumindest eine Kugelumlaufbahn (26) aufweist, wobei der Grundkörper (13) ein Schmiedebauteil ist und die Kugelumlaufbahn (26) durch ein spanabhebendes Herstellungsverfahren hergestellt ist.
  2. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (13) durch ein Präzisionsschmiedeverfahren hergestellt ist.
  3. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufbahn (26) durch Fräsen hergestellt ist.
  4. Baugruppe (10) für einen Kugelgewindeantrieb einer Servolenkung (14), mit einer Riemenscheibe (16) und einer Kugelumlaufmutter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Riemenscheibe (16) drehfest mit der Kugelumlaufmutter (12) verbunden ist.
  5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Riemenscheibe (16) und an der Kugelumlaufmutter (12) korrespondierende Flansche (18, 20) vorgesehen sind, die mit Befestigungsmitteln (22), insbesondere Niete oder Schrauben, drehfest verbunden sind.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufmutter (12) für einen Kugelgewindeantrieb, mit einem Grundkörper (13), der zumindest eine Kugelumlaufbahn (26) aufweist, mit folgenden Herstellungsschritten: – der Grundkörper (13) wird mit einem Schmiedeverfahren hergestellt, und – die Kugelumlaufbahn (26) wird nach Herstellung des Grundkörpers (13) mit einem spanabhebenden Verfahren nachbearbeitet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufbahn (26) gefräst wird.
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