DE102019107647A1 - Spindle element for a screw drive, method of manufacturing the spindle element and planetary roller screw drive with this spindle element - Google Patents
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Abstract
Spindelelement für einen Gewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), an deren Umfang ein um die Spindelachse gewundenes Gewinde (2) ausgebildet ist, und mit einem Spindelkopf (3), der an einem axialen Ende der Gewindespindel (1) befestigt ist, wobei der Spindelkopf (3) an seiner der Gewindespindel (1) zugewandten Seite ein Loch (4) aufweist, in das die Gewindespindel (1) mit ihrem Gewinde (2) eingreift und im Eingriffsbereich fest mit dem Spindelkopf (3) verbunden ist.Spindle element for a screw drive, with a threaded spindle (1), on the circumference of which a thread (2) wound around the spindle axis is formed, and with a spindle head (3) which is attached to one axial end of the threaded spindle (1), the The spindle head (3) has a hole (4) on its side facing the threaded spindle (1), into which the threaded spindle (1) engages with its thread (2) and is firmly connected to the spindle head (3) in the area of engagement.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spindelelement für einen Gewindetrieb, und ein Verfahren zum Herstellen dieses Spindelelementes sowie einen Planetenwälzgewindetrieb mit diesem Spindelelement.The present invention relates to a spindle element for a screw drive, and a method for producing this spindle element and a planetary roller screw drive with this spindle element.
Aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Spindelelement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, dessen Spindelkopf auf einfache Weise einwandfrei mit der Gewindespindel fest zu verbinden.The object of the present invention was to specify a spindle element according to the features of the preamble of
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.According to the invention, this object was achieved by the spindle element for a screw drive according to
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..The thread is preferably formed in a non-cutting process in a continuous process using a metal forming process. For this purpose, a cylindrical rod is suitable as a semi-finished product, on the circumference of which the thread is formed. Desired lengths can be cut from the rod and form the threaded spindle. If necessary, the ends of the cut-to-length threaded spindle can be chamfered to avoid sharp edges.
Das Gewinde erstreckt sich von einem Ende bis zu dem anderen Ende der Gewindespindel nach dem Ablängen von dem bearbeiteten Halbzeug.The thread extends from one end to the other end of the threaded spindle after cutting to length from the machined semi-finished product.
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.The spindle element has a spindle head which is attached to an axial end of the threaded spindle. On its side facing the threaded spindle, the spindle head has a hole in which the threaded spindle engages with its thread and is firmly connected to the spindle head in the area of engagement.
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 vorzugsweise größer als der Außendurchmesser des Gewindes der Gewindespindel. 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.The hole can be machined on the spindle head by drilling, internal turning or milling. A non-cutting production of the hole on an extruded part is also conceivable. The hole is preferably designed as a cylindrical blind hole. The axial extent of the hole - that is, its length - is preferably greater than the outer diameter of the thread of the threaded spindle. In this way, a perfect alignment of the spindle head and threaded spindle is possible. A large area of overlap between the spindle head and the threaded spindle - that is, the area of engagement of the threaded spindle in the spindle head - promotes perfect alignment on the one hand and perfect fastening of the spindle head and threaded spindle to one another on the other.
Die Gewindespindel ist im Eingriffsbereich vorzugsweise kraft- und/ oder formschlüssig mit dem Spindelkopf verbunden. Die Gewindespindel kann in das Loch eingepresst werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach dem Einsetzen der Gewindespindel in das Loch des Spindelkopfes durch umformende Bearbeitung des Spindelkopfes das Loch eingeengt und Material des Spindelkopfes in den Gewindegang der Gewindespindel hinein verdrängt werden. 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 Verbindung von Spindelkopf und Gewindespindel miteinander ist in diesen Fällen sowohl form- als auch kraftschlüssig.The threaded spindle is preferably non-positively and / or positively connected to the spindle head in the engagement area. The threaded spindle can be pressed into the hole. Alternatively or additionally, after inserting the threaded spindle into the hole of the spindle head, the hole can be narrowed by reshaping the spindle head and material of the spindle head can be displaced into the thread of the threaded spindle. In this case it is advisable to choose a forming steel as the material for the spindle head and to dimension the wall thickness of the spindle head between its outer circumference and the hole so that, on the one hand, the forming process is possible and, on the other hand, sufficient rigidity is ensured after this forming is completed. The connection between the spindle head and the threaded spindle is both positive and non-positive in these cases.
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 den Gewindegang der Gewindespindel prozesssicher erfolgen.If the spindle head is formed from an unhardened forming steel, it can be useful to select a case-hardening steel or heat-treated steel as the semi-finished product for the threaded spindle. Following the above-described production of the thread, the threaded spindle rod can be case-hardened or tempered in a heat treatment process and then cut to length depending on the desired length. If the hardened threaded spindle is inserted into the hole of the soft - that is, unhardened - spindle head, the above-described pressing or rolling of material of the spindle head into the thread of the threaded spindle can take place reliably.
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.The spindle head can have a radially tapered section with a connecting pin for a non-rotatable connection to a machine part and a threaded section for screwing on a locknut, which is used to axially secure the spindle element when the spindle element is rotatably mounted on a machine part. The connecting pin can be connected to a drive machine connected to drive the spindle element.
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 eines Gewindegangs 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.A favorable manufacturing process for the spindle element provides that the spindle head consists of one Forming steel is produced by cutting and / or non-cutting, and that the thread of the threaded spindle is preferably formed in a continuous process by means of a forming tool on the outer circumference of a cylindrical semi-finished product. After inserting the threaded spindle into the hole in the spindle head and then reshaping the spindle head in the engagement area of the threaded spindle while at least partially filling a thread with the material of the spindle head, proper fastening and alignment of the spindle head and threaded spindle is guaranteed. With regard to the concentricity of this spindle element, the necessary concentricity can be achieved in this way without subsequent machining of the bearing seats.
Die Gewindespindel wird in vorteilhafter Weise in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet und auf eine Oberflächenhärte von wenigstens 56 HRC, 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 den Gewindegang der Gewindespindel kann in diesem Fall durchgeführt werden ohne die Gewindespindel in unerwünschter Weise zu verformen.The threaded spindle is advantageously hardened in a heat treatment process and brought to a surface hardness of at least 56 HRC, preferably at least 58 HRC, and then inserted into the hole in the spindle head. The above-described reshaping of the spindle head and displacement of material of the spindle head into the thread turn of the threaded spindle can in this case be carried out without deforming the threaded spindle in an undesirable manner.
Der Spindelkopf ist vorzugsweise derart beschaffen, dass er vor dem Einsetzen der Gewindespindel einen ersten Bereich mit Fertigteilqualität und einen zweiten Bereich zum Umformen aufweist. Der Spindelkopf kann im Bereich des Lochs an seinem Außenumfang zwei benachbarte Lagerabschnitte in Fertigteilqualität zur Aufnahme einer Lagerung aufweisen. Axial zwischen diesen Lagerabschnitten kann ein Umformabschnitt ausgebildet sein, der zum Fügen des Spindelkopfes mit der Gewindespindel umgeformt wird. Dieser Umformabschnitt ist radial abgesetzt gegenüber den benachbarten Lagerabschnitten, die durch diesen Umformvorgang nicht beeinflusst werden. Eine Alternative sieht vor, dass der Umformabschnitt auch an einer anderen axialen Stelle liegen kann, jedoch axial innerhalb des Bereichs des Loches. Dieser Spindelkopf ermöglicht auf einfache Art und Weise die oben beschriebene Verbindung von Spindelkopf und Gewindespindel miteinander, wobei nach diesem Verbinden das fertige Spindelelement bereitgestellt ist..The spindle head is preferably designed in such a way that, before the threaded spindle is inserted, it has a first area with finished part quality and a second area for forming. In the area of the hole, the spindle head can have two adjacent bearing sections in prefabricated quality for receiving a bearing on its outer circumference. A deforming section, which is deformed to join the spindle head to the threaded spindle, can be formed axially between these bearing sections. This deformed section is offset radially from the adjacent bearing sections, which are not influenced by this deformation process. An alternative provides that the deformed section can also be located at a different axial point, but axially within the area of the hole. This spindle head enables the above-described connection of spindle head and threaded spindle to one another in a simple manner, with the finished spindle element being provided after this connection.
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.The invention is particularly suitable for a planetary screw drive with the described spindle element. This planetary screw drive is provided with a nut and with planets which are arranged between the nut and the spindle element. The planets are in rolling engagement with their planet-side grooves both with the nut-side grooves of the nut and with the thread of the spindle element.
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.An alternative embodiment provides that, instead of a smooth lateral surface, the hole has a structured lateral surface which can be formed, for example, by a threaded hole into which the threaded spindle is screwed with its thread that has already been formed. The further processing corresponds to the procedure described above.
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.Another alternative provides a hole whose diameter is smaller than the outer diameter of the threaded spindle. The hardened threaded spindle cuts a mating thread in the spindle head while it is being screwed into the hole. After screwing in, further processing corresponds to the procedure described above.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt fünf Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Spindelelement im Teilschnitt, -
2 eine Ausschnittvergrößerung aus1 , -
3 eine perspektivische Darstellung des Spindelelementes aus1 , - Fgur 4 eine Vorrichtung zur Bearbeitung des Spindelelementes in schematischer Darstellung und
-
5 einen Planetenwälzgewindetrieb mit dem Spindelelement gemäß1 .
-
1 a spindle element in partial section, -
2 an enlargedsection 1 , -
3 a perspective view of thespindle element 1 , - FIG. 4 shows a device for machining the spindle element in a schematic representation and FIG
-
5 a planetary screw drive with the spindle element according to1 .
Die
Dieses Spindelelement weist eine Gewindespindel
Das Gewinde
Das Spindelelement weist einen Spindelkopf
Das Loch
Die Gewindespindel
Der Spindelkopf
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- GewindespindelThreaded spindle
- 22
- Gewindethread
- 33
- SpindelkopfSpindle head
- 44th
- Lochhole
- 55
- SacklochBlind hole
- 66
- AnschlußzapfenConnecting pin
- 77th
- LagersitzBearing seat
- 88th
- GewindegangThread
- 99
- Muttermother
- 1010
- Planetplanet
- 1111
- planetenseitige Rilleplanet-side groove
- 1212th
- mutterseitige Rillegroove on the nut side
- 1313
- Backento bake
- 1414th
- LagerabschnittWarehouse section
- 1515th
- UmformabschnittForming section
- 1616
- ZapfenCones
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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-
2019
- 2019-03-26 DE DE102019107647.1A patent/DE102019107647A1/en not_active Withdrawn
-
2020
- 2020-03-11 WO PCT/DE2020/100175 patent/WO2020192830A1/en active Application Filing
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