DE102019120813A1

DE102019120813A1 - Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter eines Gewindetriebes, insbesondere Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes

Info

Publication number: DE102019120813A1
Application number: DE102019120813.0A
Authority: DE
Inventors: Mario KREUTZER; Dieter Eckert; Paul Heinz; Richard Baier
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-04
Also published as: US12007003B2; WO2021018338A1; KR20220039651A; US20220275854A1; CN114174699A

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter (1) eines Gewindetriebes sieht folgende Schritte vor: aus einem für das Einsatzhärten geeigneten Stahlblech wird eine Hülse (4) hergestellt. Am Innenumfang der Hülse (4) wird in einem Umformverfahren ein Wälzprofil (5) für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern angeformt, das schraubenförmig um eine Längsachse der Hülse (4) gewunden ist. Ein Flansch (7) wird an eine Stirnseite der Hülse (4) angeschweißt. Der Flansch (7) ist an seiner von der Hülse (4) abgewandten Stirnseite mit einer Schweißfläche (8) zum Anschweißen an ein Maschinenteil (2) versehen. Die Schweißfläche (8) weist zunächst eine diffusionshemmende Schicht (10) auf, die das Eindringen von Kohlenstoff hemmt. Nach dem Einsatzhärten der Gewindemutter (1) wird die Schweißfläche (10) durch Entfernen der diffusionshemmenden Schicht (10) freigelegt. Eine nach diesem Verfahren hergestellte Gewindemutter (1) kann Teil eines Kugelgewindetriebes sein, dessen Flansch (7) vom Anwender an ein vorgesehenes Maschinenteil (2) angeschweißt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter eines Gewindetriebes, insbesondere Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes.
Aus DE2829433 A1 beispielsweise ist eine Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Die aus Stahlblech gebildete Hülse der Kugelgewindemutter ist an ihrem Innenumfang mit einer schraubenförmig um die Achse des Kugelgewindetriebes gewundenen Kugelrille versehen, die in einem Umformverfahren angewalzt ist. Die Kugelgewindemutter ist gehärtet.
Für die spanlose Bearbeitung sind Stahlbleche mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt geeignet, die allerdings oftmals ungeeignet sind für eine Härtung in einem Wärmebehandlungsverfahren. Aus diesem Grund werden derartige Stahlbleche aufgekohlt und die daraus gebildete Gewindemutter einsatzgehärtet. In vielen Anwendungen ist je nach Anwendung eine feste Verbindung der Gewindemutter mit einem Maschinenteil erforderlich. Eine Schweißverbindung ist schwierig oder nicht durchführbar aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes bzw des martensitischen Gefüges.
Aufgabe der Erfindung war es, eine Gewindemutter eines Gewindetriebes anzugeben, die einfach herstellbar und nach ihrem Härten auf einfache Art und Weise mit einem Maschinenteil verbindbar ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die profilierte Gewindemutter nach Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter eines Gewindetriebes sieht folgende Schritte vor:

Aus einem für das Einsatzhärten geeigneten Stahlblech wird in einem Umformverfahren eine Hülse hergestellt. Diese Hülsen können nahtlos sein und aus Rohrmaterial abgelängt werden. Für die spanlose Bearbeitung sind Stahlbleche mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt geeignet.

Am Innenumfang der Hülse wird in einem Umformverfahren ein Wälzprofil für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern angeformt, das schraubenförmig um eine Längsachse der Hülse gewunden ist. Hier sind alle gängigen Umformverfahren möglich, wie Rollieren, Hochdruck-Blechumformen und Taumeln.
Beim Taumelverfahren wird die Hülse in ein Gesenk eingelegt, das ein ruhender Teil einer Taumelpresse ist. Ein Taumelgesenk wird in eine Walzbewegung versetzt, unter der das Material der Hülse in seine neue Form fließen kann und ein Gewinde als Wälzprofil erzeugen kann, das schraubenförmig um eine Längsachse der Hülse gewunden ist. Dieses Gewinde ist im Fall eines Kugelgewindetriebes durch eine schraubenförmig gewundene Kugelrille gebildet.
Ein Flansch wird an eine Stirnseite der Hülse angeschweißt. Als Material für den Flansch wird ein gut schweißbarer Stahl verwendet. Der Flansch ist an seiner von der Hülse abgewandten Stirnseite mit einer Schweißfläche zum Anschweißen an ein Maschinenteil versehen. Dieses Maschinenteil kann anwendungsbezogen beispielsweise ein Kolben oder ein Gehäuse sein. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gewindetriebe ermöglichen jedenfalls ein einfaches Anschließen an das Maschinenteil dadurch, dass der Flansch mit seiner Schweißfläche an das Maschinenteil angeschweißt wird.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die Wanddicken des Flansches und der Hülse stark voneinander abweichen können. So ist es möglich, in wirtschaftlich günstiger Weise sowohl eine dünnwandige einsatzgehärtete Hülse als auch einen dickwandigen Flansch bereitzustellen, der geeignet ist zum Anschweißen an ein Maschinenteil der Maschine, in der ein mit dieser Gewindemutter versehener Gewindetrieb eingesetzt wird. Dickwandig ist so zu verstehen, dass der Flansch dicker ist als die Wanddicke der Hülse.
Für die weitere Herstellung der Gewindemutter ist die Schweißfläche mit einer diffusionshemmenden Schicht versehen. Die so bereitgestellte Gewindemutter wird einsatzgehärtet. Das Einsatzhärten ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung (Randschichthärtung), bestehend aus dem Aufkohlen, Härten und Anlassen eines Werkstücks aus Stahl.
Die diffusionshemmende Schicht hemmt während des Aufkohlens das Eindringen von Kohlenstoff in die Schweißfläche des Flansches.
Der Flansch kann mit dieser diffusionshemmenden Schicht versehen werden vor dem Anschweißen an die Hülse. Beispielsweise ist denkbar, stirnseitig beschichtete Ronden aus ebenen Blechen zu stanzen oder zu schneiden. Dieser so bereitgestellte Flansch und die Hülse werden aneinander ausgerichtet. Durch die Wanddicke des Flansches hindurch kann das Verschweißen mit der Hülse durchgeführt werden. Die diffusionshemmende Schicht auf der der Hülse abgewandten Stirnseite wird während des Schweißvorganges aufgeschmolzen. Alternativ kann die diffusionshemmende Schicht nach dem Anschweißen des Flansches an die Hülse aufgebracht werden.
Während des Aufkohlens der Gewindemutter werden nur solche Bereiche ohne diffisionshemmende Schicht aufgekohlt. Die Hülse benötigt keine diffusionshemmende Schicht und kann nach dem Einsatzhärten innen und außen hart sein. Das bedeutet, nach Abschluss des Einsatzhärtens bleiben diejenigen Bereiche, die die diffusionshemmende Schicht tragen, weich und gut schweißbar aufgrund des reduzierten Kohlenstoffgehalts.
Nach dem Einsatzhärten kann die Schweißfläche durch Entfernen der diffusionshemmenden Schicht freigelegt werden. Dieses Freilegen der Schweißfläche kann im Zuge der Herstellung der Gewindemutter erfolgen; das Freilegen kann alternativ durchgeführt werden, wenn ein mit der erfindungsgemäßen Gewindemutter ausgerüsteter Gewindetrieb an einen Anwender ausgeliefert wird. In vielen Fällen schweißen die Anwender den Flansch an ein anwendungsbezogenes Maschinenteil an. Vor diesem Anschweißen kann der Anwender die diffusionshemmende Schicht jedenfalls soweit entfernen, dass die Schweißfläche freigelegt ist.
Wenn beispielsweise die von der Hülse abgewandte Stirnseite des Flansches vollständig mit dieser diffusionshemmenden Schicht versehen ist, kann es ausreichend sein, nur denjenigen Bereich an der Stirnseite freizulegen, der zum Anschweißen an das Maschinenteil vorgesehen ist.
Die diffusionshemmende Schicht kann alternativ lediglich auf den Schweißabschnitt aufgebracht und nach dem Einsatzhärten im Bereich der Schweißfläche entfernt werden. Diese Variante reduziert den Materialeinsatz.
Das Anschweißen an das Maschinenteil kann unabhängig von der Herstellung der Gewindemutter erfolgen, also wenn die Gewindemutter oder ein diese Gewindemutter aufweisender Gewindetrieb beispielsweise vom Hersteller des Gewindetriebs an einen Anwender geliefert und in der vorgesehenen Anwendung verbaut wird.
Die diffusionshemmende Schicht kann durch Kupfer gebildet sein. Diese Schicht kann galvanisch aufgetragen oder aufplattiert werden. Die Wahl der Methode ist abhängig von der Gestalt des Flansches oder des Halbzeugs, aus dem der Flansch erzeugt wird.
Die Gewindemutter kann eine Außenhülse aufweisen, zwischen der und der Hülse eine an sich bekannte Umlenkeinrichtung für Kugeln vorgesehen ist, die in einem Kugelkanal endlos umlaufen. Der Kugelkanal weist einen Lastabschnitt sowie einen Umlenkabschnitt auf, der einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts endlos miteinander verbindet. Der Lastabschnitt ist gebildet durch schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen der Gewindemutter und der Gewindespindel. Der Lastabschnitt kann im Fall einer sogenannten Einzelumlenkung weniger als eine volle Windung ausgebildet sein und im Fall einer Außenumlenkung über mehrere Windungen. Die Umlenkeinrichtung kann eine Kunststoffhülse aufweisen, die koaxial zwischen der Hülse und der Außenhülse eingesetzt ist. Der oben beschriebene Flansch erstreckt sich zwischen der Hülse und der Außenhülse und ist fest mit der Außenhülse verbunden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt fünf Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 Eine als Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes ausgebildete Gewindemutter im Längsschnitt mit angeschweißtem Maschinenteil,
2 eine Ausschnittvergrößerung aus 1,
3 eine Variante in einer Ausschnittvergrößerung wie in 2, und
4 einen Kugelgewindetrieb mit einer Gewindemutter gemäß 1 und
5 eine Ausschnittvergrößerung aus 4

In sämtlichen Figuren ist eine Gewindemutter eines Gewindetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes abgebildet.
1 zeigt im Längsschnitt eine Gewindemutter 1 eines Gewindetriebes mit einem angeschweißten Maschinenteil 2 im Längsschnitt. Diese Gewindemutter 1 ist als Kugelgewindemutter 3 ausgebildet. Die Kugelgewindemutter 3 weist eine aus Stahlblech hergestellte Hülse 4 auf, an deren Innenumfang ein spanlos angeformtes Wälzprofil 5 für den Wälzkontakt mit nicht abgebildeten Wälzkörpern ausgebildet ist. Das Wälzprofil 5 ist als schraubenförmig um eine Längsachse gewundene Kugelrille 6 ausgebildet, an der durch nicht dargestellte Kugeln gebildete Wälzkörper abwälzen können.
Die Hülse 4 ist an einem axialen Ende mit einem angeschweißten Flansch 7 versehen, der an seiner von der Hülse 4 abgewandten Stirnseite eine Schweißfläche 8 aufweist zum Anschweißen des Maschinenteils 2. Ferner ist eine die Wanddicke des Flansches 7 durchdringende Schweißnaht 16 zu erkennen, die den Flansch 7 stoffschlüssig mit der Hülse 4 verbindet.
2 zeigt in einer Vergrößerung einen Ausschnitt des Flansches 7. Deutlich ist eine Schweißnaht 9 zu erkennen, die das Maschinenteil 2 mit dem Flansch 7 verbindet. Der Flansch 7 ist an seiner dem Maschinenteil 2 zugewandten Stirnseite mit einer diffusionshemmenden Schicht 10 versehen, die lediglich im Bereich der Schweißfläche 8 entfernt wurde für ein einwandfreies stoffschlüssiges Verbinden des Flansches 7 mit dem Maschinenteil 2.
Im Zuge des Einsatzhärtens wird die Gewindemutter 1 aufgekohlt. Das Eindiffundieren von Kohlenstoff in die Schweißfläche 8 wird unterbunden durch die diffusionshemmende Schicht 10, die im Ausführungsbeispiel aus Kupfer gebildet ist.
2 zeigt eine Einsatzhärteschicht 11, 12 der Hülse 4 und des Flansches 7, die hier mittels einer dickeren Strichdicke hervorgehoben sind. Diese Einsatzhärteschichten 11, 12 sind Folge eines Einsatzhärtens, das durchgeführt wird, nachdem der Flansch 7 mit der Hülse 4 verschweißt ist, und bevor der Flansch 7 mit dem Maschinenteil 2 verschweißt wird. Die Kugelrille 6 ist einsatzgehärtet.
Deutlich ist in der 2 abgebildet, dass die Einsatzhärteschichten 11, 12 nicht an der dem Maschinenteil 2 zugewandten Stirnseite des Flansches 7 ausgebildet sind. Die diffusionshemmende Schicht 10 wird nach dem Einsatzhärten der Gewindemutter 1 nur im Bereich der Schweißfläche 9 entfernt, so dass diese freigelegt ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die diffusionshemmende Schicht an der dem Maschinenteil 2 zugewandten Stirnseite des Flansches 7 vollständig entfernt wurde, bevor die Gewindemutter 1 mit dem Maschinenteil 2 verschweißt wird.
Die 4 und 5 zeigen einen Kugelgewindetrieb mit der als Kugelgewindemutter 3 ausgebildeten Gewindemutter 1. Die Gewindemutter 1 weist eine Außenhülse 17 auf, zwischen der und der Hülse 4 eine an sich bekannte Umlenkeinrichtung 18 für Kugeln vorgesehen ist, die in einem Kugelkanal 19 endlos umlaufen. Der Kugelkanal 19 weist einen Lastabschnitt 20 sowie einen Umlenkabschnitt 21 auf, der einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts 20 endlos miteinander verbindet. Der Lastabschnitt 20 ist gebildet durch schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen 14, 22 der Gewindemutter 1 und einer Gewindespindel 23. Im Ausführungsbeispiel wird die Gewindespindel 23 drehangetrieben. Der Lastabschnitt 20 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel über mehrere Windungen. Die Umlenkeinrichtung 18 weist eine Kunststoffhülse 24 auf, die koaxial zwischen der Hülse 4 und der Außenhülse 17 eingesetzt ist. Der oben beschriebene Flansch 7 erstreckt sich radial zwischen der Hülse 4 und der Außenhülse17 und ist fest mit der Außenhülse 17 verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Gewindemutter
2: Maschinenteil
3: Kugelgewindemutter
4: Hülse
5: Wälzprofil
6: Kugelrille
7: Flansch
8: Schweißfläche
9: Schweißnaht
10: Schicht
11: Einsatzhärteschicht
12: Einsatzhärteschicht
13: Gewindespindel
14: Kugelrille
15: Kugel
16: Schweißnaht
17: Außenhülse
18: Umlenkeinrichtung
19: Kugelkanal
20: Lastabschnitt
21: Umlenkabschnitt
22: Kugelrille
23: Gewindespindel
24: Kunststoffhülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2829433 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter (1) eines Gewindetriebes nach den folgenden Schritten: · aus einem für das Einsatzhärten geeigneten Stahlblech wird eine Hülse (4) hergestellt, • am Innenumfang der Hülse (4) wird in einem Umformverfahren ein Wälzprofil (5) für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern angeformt, das schraubenförmig um eine Längsachse der Hülse (4) gewunden ist, • ein Flansch (7) wird an eine Stirnseite der Hülse (4) angeschweißt, • der Flansch (7) ist an seiner von der Hülse (4) abgewandten Stirnseite mit einer Schweißfläche (8) zum Anschweißen an ein Maschinenteil (2) versehen, • die Schweißfläche (8) weist eine diffusionshemmende Schicht (10) auf, die das Eindringen von Kohlenstoff in die Schweißfläche (8) hemmt, • diese Gewindemutter (1) wird einsatzgehärtet.
Verfahren nach Anspruch 1, nach dessen Einsatzhärten der Gewindemutter (1) die Schweißfläche (8) durch Entfernen der diffusionshemmenden Schicht (10) freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dessen Flansch (7) nach dem Anschweißen an die Hülse (4) und vor dem Einsatzhärten der Gewindemutter (1) an der von der Hülse (4) abgewandten Stirnseite mit der diffusionshemmenden Schicht (10) versehen wird, die nach dem nach dem Einsatzhärten wenigstens im Bereich der Schweißfläche (8) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen diffusionshemmende Schicht (10, 14) durch Kupfer gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen diffusionshemmende Schicht (10, 14) galvanisch aufgetragen oder aufplattiert wird.
Gewindemutter (1), hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die als Kugelgewindemutter (3) eines Kugelgewindetriebs ausgebildet ist, deren schraubenförmig um eine Längsachse gewundene Kugelrille (6) durch das Wälzprofil (5) gebildet ist.
Kugelgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (23) und mit der auf der Gewindespindel (23) angeordneten Gewindemutter (1) nach Anspruch 5, und mit Kugeln, die an schraubenförmig um die Längsachse des Kugelgewindetriebs gewundenen Kugelrillen (14, 22) der Gewindemutter (1) und der Gewindespindel (23) abwälzen.