DE102023117976A1

DE102023117976A1 - Elektromechanischer Aktuator

Info

Publication number: DE102023117976A1
Application number: DE102023117976.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Krueger; Igor Mys
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2023-07-07
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator (1), umfassend einen Gewindetrieb (2, 8) in Form eines Planetenwälzgewindetriebes (2, 8), wobei als Planetenwälzgewindetrieb (2, 8) ein steigungstreuer Gewindetrieb mit angetriebenem, eine Mehrzahl an Planeten (4) führenden Käfig (5) vorgesehen ist, und mit einer Gewindespindel (2), wobei die Gewindespindel (2) und/oder die Planeten (4) aus einem Stahl folgender Zusammensetzung gebildet ist/sind:an dessen Oberfläche zumindest im Bereich eines umformtechnisch hergestellten Gewindes (3) an der Gewindespindel (2) und/oder den Planeten (4) eine Martensitausscheidung und Kaltverfestigung vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator mit einem Gewindetrieb und einer Gewindespindel.
Die WO 2012/048917 A1 offenbart einen Vergütungsstahl und seine Verwendung als Stangenmaterial, insbesondere zur Herstellung einer Gewindespindel. Die WO 2012/048917 A1 geht davon aus, dass der Werkstoff Cf53 als weit verbreiteter Stahl für die Oberflächenhärtung oder Randschichthärtung geeignet und unter anderem für die Herstellung von Bolzen, Schnecken, Getrieberädern, Wellen oder Spindeln verwendbar ist. Die Zusammensetzung des Stahls Cf53 sei im wälzlagertechnischen Sinn geeignet, eine voll tragfähige, martensitisch gehärtete Randschicht zu erzeugen.
Hiervon ausgehend wird in der WO 2012/048917 A1 ein weiterentwickelter Vergütungsstahl Cf53B beschrieben, mit welchem eine Einhärtung (600 HV) zwischen 4 mm und 6 mm, gemessen von einer Stirnseite einer Stirnabschreckprobe, erreichbar ist. Das Gefüge im Kern bestehe in der Regel aus einer Mischung von Perlit und Ferrit. Der Vergütungsstahl nach der WO 2012/048917 A1 enthält unter anderem 0,0031 % bis 0,005 % Bor sowie mindestens 3,5 Teile Titan im Verhältnis zu einem Teil Stickstoff. Der Vergütungsstahl Cf53B ist unter anderem zur Herstellung einer Gewindespindel eines Kugelgewindetriebs geeignet.
Ein aus der DE 10 2017 121 942 A1 bekannter Kugelgewindetrieb, welcher zur Verwendung in einem Bremskraftverstärker vorgesehen ist, weist eine Gewindemutter auf, die aus einem in Bezug auf Bremsflüssigkeit nicht rostenden martensitisch gehärteten Stahl gefertigt ist. Der Stahl enthält mindestens 12 Gew.-% Chrom. Darüber hinaus kann der Stahl unter anderem 0,4 % bis 1,3 % Kohlenstoff, bis zu 2 % Silizium, sowie bis zu 2 % Mangan und bis zu 2 % Molybdän enthalten. Insbesondere kann es sich hierbei um Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4108 handeln. Als erzielbare Härte der Gewindemutter ist in der DE 10 2017 121 942 A1 der Wert 55 HRC angegeben.
Die EP 2 832 876 A1 beschreibt einen hochfesten rostfreien Stahldraht, welcher eine hervorragende Wärmeverformungsbeständigkeit aufweisen soll. Der Stahldraht sei insbesondere für die Herstellung einer hochfesten Feder geeignet. Bei der Herstellung der Feder wird von Gussstahl ausgegangen, wobei eine verformungsinduzierte Martensitbildungskennzahl in einem vorgegebenen Bereich zu liegen hat. In einer Matrix des Stahldrahts, aus welchem die hochfeste Feder gebildet ist, können NiAl-basierte Verbundpartikel mit Partikelgrößen von 50 nm oder weniger enthalten sein.
Die EP 2 465 964 A1 beschreibt eine Hadfield-Stahlzusammensetzung umfassend 0,9 bis 1,35 Gew.-% Kohlenstoff, 11 bis 14 Gew.-% Mangan, maximal 0,8 Gew.-% Silizium, maximal 0,07 Gew.-% Phosphor, maximal 0,05 Gew.-% Schwefel, mindestens 0,01 Gew.-% Hafnium, Rest Eisen und Verunreinigungen. Derartige Stähle sind nicht magnetisch, weisen eine niedrige Leitfähigkeit auf und zeigen eine Verbesserung ihrer Kerbschlagzähigkeit durch eine Kaltverformung.
Die EP 0 142 873 A1 offenbart einen austenitischen Manganhartstahl mit 0,8 bis 1,8 Gew.-% Kohlenstoff, 6 bis 18 Gew.-% Mangan, 0 bis 3 Gew.-% Chrom, 0 bis 2 Gew.-% Nickel, 0 bis 2,5 Gew.-% Molybdän, 0 bis 1 Gew.-% Silizium, mindestens 0,01 Gew.-% Titan, mindestens 0,01 Gew.-% Vanadium, in Summe 0,05 bis 0,08 Gew.-% Titan und Vanadium, und Rest Eisen, wobei ein Verhältnis von Kohlenstoff zu Mangan im Bereich von 1:8 bis 1: 14 liegt. Derartiger Stahl weist eine Verfestigungsfähigkeit bei Kaltverformung auf.
Die DE 28 53 582 A1 beschreibt eine nichtmagnetische Stahllegierung mit nicht mehr als 1,5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Silizium, 5 bis 30 Gew.-% Mangan, 0,005 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff und mindestens einem Element der Gruppe umfassend 0,05 bis 1 Gew.-% Schwefel, 0,05 bis 1 Gew.-% Blei, 0,05 bis 1 Gew.-% Selen, 0,01 bis 0,5 Gew.-% Tellur, 0,001 bis 0,05 Gew.-% Kalzium und Rest Eisen.
Die GB 276 048 A beschreibt einen weiteren Hadfield-Manganstahl mit mindestens 11 Gew.-% Mangan und maximal 1,6 Gew.-% Kohlenstoff.
Das „Werkstoff Datenblatt 1.3401 / X120Mn12“, Team Edelstahl, 2020, offenbart eine Zusammensetzung eines Manganstahls mit 1,1 bis 1,3 Gew.-% Kohlenstoff, 12 bis 13 Gew.-% Mangan, 0,3 bis 0,5 Gew.-% Silizium, maximal 0,1 Gew.-% Phosphor, maximal 0,04 Gew.-% Schwefel und maximal 1,5 Gew.-% Chrom.
Die Dissertation „Höchstfeste nichtrostende austenitische CrMn-Stähle“, Sascha Riedner, Ruhr-Universität Bochum, 2010, beschreibt unter anderem eine Untersuchung an austenitischem Stahl der Sorte X120Mn12, der durch eine lokale Kaltverfestigung unter prallender oder stoßender Belastung eine Oberflächenhärte von bis zu 700 HV erreicht.
Weiter wird auf folgende Dissertation hingewiesen, in welcher insbesondere die Blechumformung für automobiltechnische Anwendungen thematisiert ist:

„Verformungsinduzierte Martensitbildung bei mehrstufiger Umformung und deren Nutzung zur Optimierung der HCF- und VHCF-Eigenschaften von austenitischem Edelstahlblech“, Dipl.-Wirt.-Ing. Carsten Müller-Bollenhagen, Department Maschinenbau an der Fakultät IV der Universität Siegen, April 2011

In der Dissertation wird unter anderem auf Phasenumwandlungen von metastabilem Austenit eingegangen.
Was bekannte Zusammensetzungen und Eigenschaften von Manganstahl betrifft, wird beispielhaft auf die Dokumente DE 28 46 930 A1 , EP 2 803 736 A1 , DE 866 893 B , WO 2017/021459 A1 und EP 0 205 869 A1 hingewiesen. Allgemein zeichnet sich Manganstahl durch einen hohen Verschleißwiderstand, insbesondere bei stoß- oder schlagartiger Beanspruchung, aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen elektromechanischen Aktuator werkstofftechnische Fortschritte gegenüber dem genannten Stand der Technik zu erzielen, wobei insbesondere der Aspekt des bei Gewindetrieben, beispielsweise in elektrischen Stellantrieben, auftretenden Verschleißes berücksichtigt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen mit einem Gewindetrieb arbeitenden elektromechanischen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der elektromechanische Aktuator umfasst einen Gewindetrieb in Form eines Planetenwälzgewindetriebes, wobei als Planetenwälzgewindetrieb ein steigungstreuer Gewindetrieb mit angetriebenem, eine Mehrzahl an Planeten führenden Käfig vorgesehen ist, und mit einer Gewindespindel, wobei die Gewindespindel und/oder die Planeten aus einem Stahl folgender Zusammensetzung gebildet ist/sind:

○	C:	0,4 bis 1,5 Gew.-%
◯	Mn:	12,0 bis 22,0 Gew.-%
◯	Cr:	bis 4,0 Gew.-%
◯	Ni:	bis 0,5 Gew.-%
○	Cu:	bis 0,3 Gew.-%
○	V:	bis 0,3 Gew.-%
○	S:	bis 0,3 Gew.-%
○	P:	bis 0,1 Gew.-%
○	Si:	bis 4,0 Gew.-%
◯	Al:	bis 0,05 Gew.-%
◯	Rest:	Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,

an dessen Oberfläche zumindest im Bereich eines umformtechnisch hergestellten Gewindes an der Gewindespindel und/oder den Planeten eine Martensitausscheidung und Kaltverfestigung vorliegt

Aus Ausgangsprodukt zur Herstellung der Gewindespindel und/oder der Planeten wird also ein Stahl folgender Zusammensetzung gewählt:

○	C:	0,4 bis 1,5 Gew.-%
◯	Mn:	12,0 bis 22,0 Gew.-%
◯	Cr:	bis 4,0 Gew.-%
◯	Ni:	bis 0,5 Gew.-%
○	Cu:	bis 0,3 Gew.-%
○	V:	bis 0,3 Gew.-%
○	S:	bis 0,3 Gew.-%
○	P:	bis 0,1 Gew.-%
○	Si:	bis 4,0 Gew.-%
◯	Al:	bis 0,05 Gew.-%
◯	Rest:	Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

Insbesondere liegt der Gehalt an Mangan im Bereich von 12,0 bis 14,0 Gew.-% und der Gehalt an Chrom bei maximal 1,8 Gewichtsprozent.
Dieses Ausgangsprodukt, welches als stangenförmiges Material vorliegt, wird im Zuge der Herstellung der Gewindespindel und/oder Planeten derart verformt, dass es an dessen Oberfläche zumindest im Bereich eines unter Anwendung umformtechnischer Verfahren herzustellenden Gewindes zu Martensitausscheidung und Kaltverfestigung kommt.
Als besonders geeignet zur Herstellung der Gewindespindel und/oder der Planeten hat sich der austenitische Manganstahl mit der Werkstoffnummer 1.3401 (X120Mn12) herausgestellt. Es handelt sich hierbei um einen Stahl, welcher 1,1 % bis 1,3 % Kohlenstoff, 12 bis 13 % Mangan, 0,3 bis 4,0 % Silizium, bis zu 0,1 % Phosphor, bis zu 0,04 % Schwefel und bis zu 1,5 % Chrom, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, jeweils angegeben in Gewichtsprozent, enthält und einen hohen Verschleißwiderstand, besonders bei stoß- oder schlagartiger Beanspruchung, aufweist. Der genannte Manganstahl, welcher auch als Manganhartstahl bezeichnet wird, hat sich ansonsten beispielsweise als Werkstoff zur Herstellung von Baggerzähnen oder Backenbrechern bewährt und ist insbesondere für eine Warmformgebung im Temperaturbereich von 850 °C bis 1050 °C geeignet.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein abgesenkter Kohlenstoffgehalt, verglichen mit dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.3401, positive Effekte mit sich bringt. So sorgt ein Kohlenstoffgehalt im unteren Bereich des angegebenen Intervalls, beispielsweise ein C-Gehalt (in Gew.-%) im Bereich von 0,4% bis 0,8%, im Bereich von 0,4% bis 0,6%, oder im weiter eingeengten Bereich von minimal 0,4% und maximal 0,5% dafür, dass die Aufhärtung weniger schroff wirkt und damit größere Umformgrade erreichbar sind. In diesen Fällen wird auch von einem abgeschwächten Manganhartstahl gesprochen.
Die Verformung des stangenförmigen Ausgangsmaterials, bei welcher es zu Martensitausscheidung und Kaltverfestigung kommt, kann zunächst einen Ziehprozess umfassen. Bei diesem Ziehprozess kann eine als Vorprodukt vorliegende Stange gedehnt werden, welche noch keine Gewindestruktur aufweist. Dies hat den Vorteil, dass durch den Ziehprozess entstehende Zwischenprodukte einheitlicher Form und Beschaffenheit für die Weiterverarbeitung zu unterschiedlichen Endprodukten, das heißt insbesondere Gewindespindeln und/oder Planeten mit verschiedenen Gewindeprofilen, bereitgestellt werden können. Von einer Gewindespindel wird auch in Fällen gesprochen, in welchen eine Spindel eine steigungslose, das heißt rillenförmige, Profilierung aufweist.
In allen Fällen kommt der anfängliche Ziehprozess der mechanischen Belastbarkeit des Endproduktes, das heißt der Gewindespindel und/oder der Planeten, zu Gute. Auf die Gewindespindel wirken innerhalb des Aktuators im Zusammenspiel mit dem vorhandenen Gegenpart, insbesondere in Form einer Mutter, einer Walze oder einer Schnecke, insbesondere beträchtliche Axialkräfte, wobei steile Kraftanstiege auftreten können.
Sowohl in Verfahrensvarianten mit anfänglichem Ziehprozess als auch in Varianten ohne eine solche plastische Dehnung des stangenförmigen Ausgangsmaterials kommt eine Formung des Gewindes durch Gewindewalzen in Betracht. Optional kommt zusätzlich zur Kaltverfestigung eine Wärmebehandlung in Betracht, wobei in jedem Fall die Formung des Gewindes eine wesentliche Rolle bei der Martensitausscheidung und Kaltverfestigung spielt. Die Wärmebehandlung kann mehrstufig gestaltet sein und insbesondere eine nachgeschaltete Temperaturbeaufschlagung, das heißt ein Anlassen, beinhalten. Auch eine Tiefkühlung des stangenförmigen Materials in einem Zwischenschritt kann vorgesehen sein.
Durch derartige Schritte, die dem Erhitzen des Materials auf eine Temperatur von mehr als 1.000 °C und dem Abschrecken nachgeschaltet sind, können insbesondere Spannungen im Umformbereich reduziert und das Gefüge stabilisiert werden. Was die Umformung des stangenförmigen Ausgangsmaterials betrifft, kann auch ein Schmieden, insbesondere eines Endabschnitts dieses Materials, vorgesehen sein. Zumindest eine Fertigbearbeitung des Gewindes kann auch in prinzipiell bekannter Weise durch spanabhebende Bearbeitung erfolgen.
Das beschriebene plastische Umformverfahren ist in verschiedenen Varianten besonders zur Herstellung von Gewindespindeln mit einem praktisch nicht nachweisbaren, äußerst geringen Verzug, sowie von Planeten geeignet. Es ist eine Kernfestigkeit des Werkstücks von 800 MPa bis 1080 MPa und eine Oberflächenhärte von 650 HV und mehr erzielbar. Dies gilt sowohl für Fälle, in denen es sich bei dem Werkstück um eine Gewindespindel handelt, als auch für Fälle, in denen mit einer Gewindespindel direkt oder indirekt zusammenwirkende Komponenten, beispielsweise Muttern, Bolzen, Rollen oder Planeten, als Werkstücke bearbeitet werden.
Bei der Gewindespindel handelt es sich um eine Spindel eines Planetenwälzgewindetriebes handeln, wobei auch dessen Planeten profilierte Wellen darstellen, die ausgehend von stangenförmigem Ausgangsmaterial der oben angegebenen Zusammensetzung herstellbar sind.
Bevorzugt wird der elektromechanische Aktuator als Lenkungsaktuator eines Kraftfahrzeugs, das heißt als Aktuator einer Vorderachs- oder Hinterachslenkung, eingesetzt. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente DE 10 2019 103 385 A1 und DE 10 2011 082 514 A1 hingewiesen. Alternativ ist der anmeldungsgemäße Aktuator beispielsweise in einem Stellmechanismus einer stationären Industrieanlage verwendbar.
Der Gewindetrieb ist als Planetenwälzgetriebe ausgebildet und es erfolgt ein rotatorischer Antrieb des die Planeten des Gewindetriebs führenden Käfigs. Das Planetenwälzgetriebe ist als steigungstreuer Gewindetrieb aufgebaut, wobei ein weniger extremes Übersetzungsverhältnis im Vergleich zu Planetenwälzgetrieben mit angetriebener Gewindespindel oder mit angetriebener Spindelmutter in Kauf genommen wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ausschnittsweise einen zur Verwendung in einer Hinterachslenkung vorgesehenen Lenkungsaktuator mit einem Planetenwälzgewindetrieb,
2 in einem Flussdiagramm Schritte der Herstellung einer Gewindespindel des Lenkungsaktuators,
3 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Härte des Werkstücks vom Abstand von der Werkstückoberfläche bei der anmeldungsgemäßen Gewindespindel sowie bei einem nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel,
4 in einem weiteren Diagramm bei einem Zugversuch an der Gewindespindel aufgenommene Daten.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Aktuator ist im vorliegenden Fall als elektromagnetischer Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Der Aktuator 1 umfasst eine Gewindespindel 2, welche in ihrer Längsrichtung verschiebbar ist, um den Lenkeinschlag von Hinterrädern eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs zu variieren. Die Gewindespindel 2 ist in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion des Aktuators 1 wird auf den zitierten Stand der Technik verwiesen.
Auf dem mit 3 bezeichneten, im vorliegenden Fall eingängigen Gewinde der Gewindespindel 2 rollen mehrere Planeten 4 ab, die in einem Käfig 5 geführt sind. Dem Käfig 5 sind Käfigscheiben 6 an beiden Stirnseiten der Planten 4 sowie eine Käfighülse 7 zuzurechnen, die die Gesamtheit der Planeten 4 ringförmig umgibt und konzentrisch zu der mit MA bezeichneten Mittelachse der Gewindespindel 2 und damit des gesamten Aktuators 1 angeordnet ist. Die Planeten 4 und der Käfig 5 sind Komponenten einer insgesamt mit 8 bezeichneten Mutteranordnung. An der Außenumfangsfläche der Käfighülse 7 ist eine Außenverzahnung 9 ausgebildet, die den Antrieb des gesamten Käfigs 5 mittels eines nicht dargestellten Umschlingungsgetriebes, nämlich Riementriebs, ermöglicht. Der Käfig 5 wird als rotierendes Antriebselement verwendet, wobei der aus der Gewindespindel 2 und der Mutteranordnung 8 gebildete Planetenwälzgewindetrieb des Aktuators 1 als steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb (SPWG) ausgebildet ist.
Jeder Planet 4 weist einen mittleren Abschnitt 10 und zwei an diesen anschließende, vergleichsweise dünne Endabschnitte 11 auf. Jeder der Abschnitte 10, 11 weist eine Profilierung 12, 13 auf, welche im Unterschied zum Gewinde 3 in Form steigungsloser Rillen ausgebildet ist. Ausschließlich die mittleren Abschnitte 10 der Planeten 4 kontaktieren die Gewindespindel 2. Die Endabschnitte 11 der Planeten 4 sind dagegen vom Gewinde 3 abgehoben und greifen stattdessen in Profilierungen 17 ein, die durch Mutterteile 14, 15 gebildet sind. Die Mutterteile 14, 15, welche der Mutteranordnung 8 zuzurechnen sind, sind derart eingestellt, dass eine Vorspannung zwischen den Mutterteilen 14, 15, den Planeten 4 und der Gewindespindel 2 gegeben ist.
Die relative Positionierung der Mutterteile 14, 15 zueinander ist mittels einer Kontermutter 16 fixiert. Die in sich starre Anordnung aus den miteinander verschraubten Mutterteilen 14, 15 und der Kontermutter 16 ist mit Hilfe zweier Axiallager 18 drehbar im Käfig 5 gelagert. In die Mutterteile 14, 15 wird keine Antriebsleistung eingespeist. Die gesamte Mutteranordnung 8 ist mittels zweier Schrägrollenlager 19 in einer nicht dargestellten Umgebungskonstruktion, das heißt einem Aktuatorgehäuse, gelagert. An dem Aktuatorgehäuse ist unter anderem ein Elektromotor befestigt, welcher den Riementrieb, der den Käfig 5 in Rotation versetzt, antreibt. Alternativ kann der Elektromotor in das Aktuatorgehäuse eingebaut sein.
Beim Betrieb des elektromechanischen Aktuators 1, das heißt Lenkungsaktuators, können schnell ansteigende, nahezu schlagartige Belastungen, die in Längsrichtung der Gewindespindel 2 wirken, auftreten. Diesen Belastungen muss insbesondere das Gewinde 3 gewachsen sein.
Im Folgenden wird auf das Flussdiagramm nach 2 Bezug genommen, in welchem Schritte S1 bis S5 einzelne Herstellungsschritte bei der Fertigung der Gewindespindel 2 bezeichnen. Alternativ oder zusätzlich kann die Herstellung der Planeten 4 analog dazu erfolgen.
Im Schritt S1 wird Rundstahl als Ausgangsprodukt bereitgestellt. Es handelt sich hierbei um Manganstahl X120Mn12 (Werkstoffnummer 1.3401). Bevor der Rundstahl weiterverarbeitet wird, kann er - noch im Schritt S1 - plastisch gedehnt werden, was bereits einen positiven Effekt hinsichtlich der gewünschten Verfestigung des Stahls hat.
Das im Schritt S1 bereitgestellte Ausgangsprodukt wird in den Schritten S2 und S3 geschliffen und gewalzt. Durch das Walzen entsteht insbesondere das Gewinde 3. Maßgeblich für die Verfestigung ist die bei der Umformung erfolgende Martensitausscheidung.
Ferner findet im Schritt S3 eine Wärmebehandlung statt. Im Schritt S4 schließt sich eine spanabhebende Bearbeitung der Gewindespindel 2 durch Drehen an. Die spanabhebende Bearbeitung kann auch sonstige Zerspanungstechnologien, insbesondere Fräsen, umfassen. Im abschließenden Schritt S5 wird das Werkstück, das heißt die Gewindespindel 2, gewaschen.
Mechanische Eigenschaften der durch das Verfahren nach 2 hergestellten Gewindespindel 2 gehen aus den 3 und 4 hervor. Die 3 zeigt den Härteverlauf im kaltverfestigten Zustand (fett gezeichnete Linie) sowie im kaltverfestigten und wärmebehandelten Zustand (oberste, dünn gezeichnete Linie). Zum Vergleich ist die Härte (300 HV) im lösungsgeglühten Zustand eingezeichnet. Wie aus 3 hervorgeht, wird bereits durch die Kaltverfestigung eine Oberflächenhärte von ca. 550 HV erreicht. Die gestrichelte Linie bezieht sich auf eine Kaltverfestigung mit erhöhtem Umformgrad. Durch die zusätzliche Wärmebehandlung wird die Oberflächenhärte auf mindestens 650 HV erhöht.
Im vereinfachten Diagramm nach 4 sind die mittels eines Zugversuchs ermittelbare Streckgrenze б_E (zugehörige Kraft: F) und Zugfestigkeit б_B (zugehörige Kraft: Z) erkennbar. Wie aus 4 hervorgeht, ist eine mit zunehmender Dehnung des Manganstahls, aus welchem die Gewindespindel 2 gefertigt ist, stetig ansteigende Kraft gegeben. Die Kernfestigkeit des bearbeiteten, in der Gewindespindel 2 zum Einsatz kommenden Manganstahls liegt im Bereich von 800 MPa bis 1.080 MPa.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Gewindespindel
3: Gewinde
4: Planet
5: Käfig
6: Käfigscheibe
7: Käfighülse
8: Mutteranordnung
9: Außenverzahnung
10: mittlerer Abschnitt eines Planeten
11: Endabschnitt eines Planeten
12: Profilierung des mittleren Abschnitts
13: Profilierung des Endabschnitts
14: Mutterteil
15: Mutterteil
16: Kontermutter
17: Profilierung eines Mutterteils
18: Axiallager
19: Schrägrollenlager
бE: Streckgrenze
бB: Zugfestigkeit
F: Kraft
MA: Mittelachse
S1, ... S5: Schritte
Z: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/048917 A1 [0002, 0003]
DE 102017121942 A1 [0004]
EP 2832876 A1 [0005]
EP 2465964 A1 [0006]
EP 0142873 A1 [0007]
DE 2853582 A1 [0008]
GB 276048 A [0009]
DE 2846930 A1 [0014]
EP 2803736 A1 [0014]
DE 866893 B [0014]
WO 2017/021459 A1 [0014]
EP 0205869 A1 [0014]
DE 102019103385 A1 [0028]
DE 102011082514 A1 [0028]

Claims

Elektromechanischer Aktuator (1), umfassend einen Gewindetrieb (2, 8) in Form eines Planetenwälzgewindetriebes (2, 8), wobei als Planetenwälzgewindetrieb (2, 8) ein steigungstreuer Gewindetrieb mit angetriebenem, eine Mehrzahl an Planeten (4) führenden Käfig (5) vorgesehen ist, und mit einer Gewindespindel (2), wobei die Gewindespindel (2) und/oder die Planeten (4) aus einem Stahl folgender Zusammensetzung gebildet ist/sind: ○ C: 0,4 bis 1,5 Gew.-% ◯ Mn: 12,0 bis 22,0 Gew.-% ◯ Cr: bis 4,0 Gew.-% ◯ Ni: bis 0,5 Gew.-% ○ Cu: bis 0,3 Gew.-% ○ V: bis 0,3 Gew.-% ○ S: bis 0,3 Gew.-% ○ P: bis 0,1 Gew.-% ○ Si: bis 4,0 Gew.-% ◯ Al: bis 0,05 Gew.-% ◯ Rest: Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,

an dessen Oberfläche zumindest im Bereich eines umformtechnisch hergestellten Gewindes (3) an der Gewindespindel (2) und/oder den Planeten (4) eine Martensitausscheidung und Kaltverfestigung vorliegt.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 1, wobei die Gewindespindel (2) und/oder die Planeten (4) aus Manganstahl (Werkstoffnummer 1.3401) hergestellt ist/sind.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gewindespindel aus einem stangenförmigen Ausgangsmaterial aus dem Stahl gebildet ist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 3, wobei das stangenförmige Ausgangsmaterial in einem Ziehprozess umgeformt ist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei zumindest ein Abschnitt, insbesondere Endabschnitt, des stangenförmigen Ausgangsmaterials geschmiedet ist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kaltverfestigung der Gewindespindel (2) und/oder der Planeten (4) zumindest teilweise durch ein Gewindewalzen erzeugt ist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Gewindespindel und/oder der Planeten (4) weiterhin wärmebehandelt ist/sind.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher als Lenkungsaktuator ausgebildet ist.