DE10352256A1

DE10352256A1 - Wälzkörpergewindetrieb

Info

Publication number: DE10352256A1
Application number: DE2003152256
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Osterlänger; Torsten Dipl.-Ing. Keller; Thomas Dipl.-Ing. Kleiber; Ralf Mayer; Horst Münck; Manfred Dr.-Ing. Kraus
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-11-08
Filing date: 2003-11-08
Publication date: 2005-06-09
Also published as: WO2005047735A1

Abstract

Wälzkörpergewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) drehbar gelagerten Spindelmutter (2) sowie mit einem drehfest an der Spindelmutter (2) angebundenen Antriebsteil (10), wobei das aus spritzbarem Werkstoff gebildete Antriebsteil (10) auf die Spindelmutter (2) aufgespritzt ist, wobei aufgespritzter Werkstoff eine formschlüssige Verbindung des Antriebsteils (10) mit der Spindelmutter (2) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzkörpergewindetrieb, bei dem eine Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung oder umgekehrt umgewandelt wird.

Aus EP 1254826 A2 beispielsweise ist ein Wälzkörpergewindetrieb bekannt geworden, bei dem auf einer Gewindespindel eine Spindelmutter drehbar gelagert ist. Die Spindelmutter ist einstückig mit einem Zahnrad ausgebildet, dass von einem Zugmittel angetrieben wird. Auf diese Art und Weise kann die Spindelmutter in Rotation versetzt werden, um eine axiale Verlagerung der Gewindespindel gegenüber der Spindelmutter durchzuführen. Dieser Wälzkörpergewindetrieb ist Teil einer elektromechanischen unterstützten Lenkung eines Kraftfahrzeuges.

Die einteilige Ausbildung der Spindelmutter mit dem Antriebsteil ist für solche Anwendungen ungeeignet, bei denen die Anforderungen an die Spindelmutter einerseits und das Antriebsteil anderseits sehr unterschiedlich sind. Bei der einstückigen Herstellung des Antriebsteils mit der Spindelmutter können solche unterschiedlichen Anforderungen – zum Beispiel Werkstoffeigenschaften – nur schwer erfüllt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Wälzkörpergewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem dieser Nachteil behoben ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das aus spritzbarem Werkstoff gebildete Antriebsteil auf die Spindelmutter aufgespritzt ist, wobei aufgespritzter Werkstoff eine formschlüssige Verbindung mit der Spindelmutter bildet. Zunächst können in vorteilhafter Weise unterschiedliche Materialien zusammengebracht werden, die die jeweiligen Anforderungen einwandfrei erfüllen. Weiterhin lässt sich dieser erfindungsgemäße Wälzkörpergewindetrieb in wirtschaftlich besonders günstiger Weise herstellen. Denn es ist möglich, die Spindelmutter in das Spritzwerkzeug einzulegen und dann die Spritzmasse in das Spritzwerkzeug einzuspritzen. Mit der Spritzmasse wird dann die Spindelmutter umspritzt, sodass die formschlüssige Verbindung gewährleistet ist. Für eine einwandfreie formschlüssige Verbindung mag es beispielsweise zweckmäßig sein, die Spindelmutter an ihrem Außenumfang mit einer Verzahnung oder einer Rändelung zu versehen. Die Spritzmasse ist in Zahneingriff mit dieser Rändelung oder Verzahnung, sodass eine einwandfreie drehfeste Verbindung zwischen der Spindelmutter und dem Antriebsteil gebildet ist.

Wälzkörpergewindetriebe weisen üblicherweise einen endlosen Wälzkörperkanal auf in dem die Wälzkörper endlos umlaufen. Dieser Wälzkörperkanal umfasst eine Gewindebahn, die von einer an der Gewindespindel gebildete Gewindenut und von einer an der Spindelmutter gebildete Gewindenut begrenzt ist. Ferner umfasst der Wälzkörperkanal einen Umlenkabschnitt, in dem die Wälzkörper von einem Ende zu einem Anfang der Gewindebahn umgelenkt werden. Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass die zwischen dem Antriebsteil und der Spindelmutter gebildete formschlüssige Verbindung axial beabstandet zu dem Wälzkörperkanal angeordnet ist. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, das unerwünschte Spannungen im Bereich des Wälzkörperkanals vermieden sind. Bleibende Verformungen als Folge der formschlüssigen Verbindung des Antriebsteils mit der Spindelmutter sind im Bereich des Wälzkörperkanals einwandfrei ausgeschlossen.

Wenn die Verbindung zwischen dem Antriebsteil und der Spindelmutter axial beabstandet zu dem Wälzkörperkanal angeordnet ist, kann anstelle der formschlüssigen Verbindung auch in günstiger Weise eine Schweißverbindug zwischen den Antriebsteil und der Spindelmutter vorgesehen werden. Diese Schweißverbindung ist vorzugsweise durch Laserschweißen hergestellt. Mit den Laserschweißverfahren können beispielsweise unterschiedliche Werkstoffe einwandfrei miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Auf diese Art und Weise kann der Werkstoff für das Antriebsteil einerseits und der Werkstoff für die Spindelmutter anderseits entsprechend der jeweiligen Anforderung ausgewählt werden. Mit dem Laserschweißen kann beispielsweise Bronze und Stahl miteinander stoffschlüssig verbunden werden.

Das Antriebsteil kann vorzugsweise als Sinterteil, Pressteil oder Tiefziehteil gebildet sein. Die so gebildeten Antriebsteile lassen sind einwandfrei mittels Laserschweißen mit der Spindelmutter stoffschlüssig verbinden. Durch die von dem Wälzkörperkanal axial beabstandet angeordnete Schweißverbindung ist zudem sichergestellt, dass keine unerwünschten Verformungen im Bereich des Wälzkörperkanals auftreten.

In bekannter Weise kann das Antreibsteil als Zahnrad oder Riemenscheibe ausgebildet sein. Je nach Anwendungsfall dient dann als Zugmittel ein Riemen oder eine Kette.

Ein beispielsweise vom Gewicht her besonders günstiges Antriebsteil weist eine auf der Spindelmutter drehfest aufgenommene Nabe und einen von der Nabe beabstandet angeordneten Antriebskranz zum Antreiben mittels eines Zugmittels auf, wobei zwischen dem Antriebskranz und der Gewindemutter ein Luftspalt gebildet ist. Dieser Luftspalt kann beispielsweise ringförmig gebildet sein. Zum einen kann der Antriebskranz dünnwandig ausgebildet sein, sodass dessen Fertigung beispielsweise im Spritzverfahren problemlos möglich ist. Bei dickeren Bauteilen können während des Abkühlens unerwünschte Spannungen auftreten, die schließlich zur Rissbildung führen. Außerdem ist der Werkstoffeinsatz deutlich reduziert. Ferner ist es möglich den Antriebskranz über dem Wälzkörperkanal anzuordnen und gleichzeitig die Nabe zu dem Antriebskranz axial derart versetzt anzuordnen, dass die drehfesten Anbindung – beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig – axial versetzt zu den Wälzköperkanal vorgesehen ist.

Die Spindelmutter kann an ihrem Außenumfang mit einer von dem Umlenkabschnitt axial beabstandet angeordneten Kugelrille versehen sein. Bei dieser Anordnung der Kugelrille kann die Spindelmutter einwandfrei beispielsweise in einem Gehäuse drehbar gelagert sein.

Wenn die Spindelmutter mittels der Schweißverbindung stoffschlüssig an das Antriebsteil angebunden werden soll, bietet sich das folgende Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörpergewindetriebs an: zunächst wird die Spindelmutter in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet. Durch dieses Wärmebehandlungsverfahren können die Gewindenuten hart gemacht werden, an denen die Kugeln im Betrieb entlang wälzen. Im Anschluss an dieses Wärmebehandlungsverfahren kann das Antriebsteil an einem ungehärteten Abschnitt der Spindelmutter mittels der Schweißverbindung stoffschlüssig angebunden werden. Wenn die Spindelmutter beispielsweise einsatzgehärtet wird, kann im Anschluss an die Wärmebehandlung von dem erwähnten Abschnitt die gehärtete Schicht entfernt werden, sodass der ungehärtete Abschnitt für die Schweißverbindung gebildet ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von drei in insgesamt drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetrieb
2 im Längsschnitt einen weiteren erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetrieb und
3 im Längsschnitt einen weiteren erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetrieb.
Der erfindungsgemäße Wälzkörpergewindetrieb nach 1 weist eine auf einer Gewindespindel 1 drehbar gelagerte Spindelmutter 2 auf. Wälzkörper 3 – die hier durch Kugeln gebildet sind – sind in einem endlosen Wälzkörperkanal 4 angeordnet, der eine Gewindebahn 5 aufweist, die von einer an der Gewindespindel 1 gebildeten Gewindenut 6 und von einer an der Spindelmutter gebildeten Gewindenut 7 begrenzt ist. Der Wälzkörperkanal 4 umfasst ferner einen hier nicht abgebildeten Umlenkabschnitt, in welchem die Wälzkörper 3 von einem Ende zu einem Anfang der Gewindebahn 5 umgelenkt werden.
Die Spindelmutter 2 ist über ein Radialwälzlager 8 drehbar an einem Gehäuse 9 gelagert, wobei das Gehäuse 9 hier nur angedeutet ist.
Auf der Spindelmutter 2 ist ein Antriebsteil 10 drehfest angeordnet, das vorliegend als Zahnrad 11 ausgebildet ist. Das Zahnrad 11 ist aus Kunststoff gebildet und im Spritzverfahren auf die Spindelmutter 2 aufgespritzt.
Das Zahnrad 11 umfasst einen Antriebskranz 12, der vorliegend mit Zähnen 13 versehen ist. Axial beabstandet zu dem Antriebskranz 12 weist das Zahnrad 11 eine Nabe 14 auf, die über einen Flansch 15 einstückig mit dem Antriebskranz 12 verbunden ist. Der 1 ist zu entnehmen, dass die Anbindung des Zahnrades 11 an die Spindelmutter 2 axial beabstandet von dem Wälzkörperkanal 4 angeordnet ist. Auf diese Weise sind unerwünschte Verformungen bzw. Spannungen im Bereich des Wälzkörperkanals 4 vermieden. Der Antriebskranz 12 ist mit radialem Abstand zur Mantelfläche der Spindelmutter 2 angeordnet. Auf diese Weise ist ein umlaufender Luftspalt 16 gebildet. Versteifungsrippen 17 sind in diesem Luftspalt 16 vorgesehen, die den Antriebskranz 12 stabilisieren. Diese Versteifungsrippen 17 sind einerseits einstückig an den Antriebskranz 12 und anderseits einstückig an den Flansch 15 angeformt. Auch große Zahnraddurchmesser können problemlos umgesetzt werden, in dem der Luftspalt vergrößert wird.
Für eine einwandfreie drehfeste Anbindung des Zahnrades 11 an die Spindelmutter 2 ist die Spindelmutter 2 an ihrem Außenumfang mit einer Rändelung 18 versehen. Der aufgespritzte Werkstoff des Zahnrades 11 ist mit der Rändelung 18 im Eingriff, sodass eine formschlüssige Verbindung gewährleistet ist.
Der in 2 abgebildete erfindungsgemäße Wälzkörpergewindetrieb unterscheidet sich von dem aus der 1 im wesentlichen durch ein geändertes Antriebsteil und ferner durch eine geänderte Lage des Radialwälzlagers zur Lagerung der Spindelmutter 2.
2 zeigt einen größeren Bereich des Gehäuses 9, das vorliegend zweiteilig ausgeführt ist, mit einer quer zur Drehachse der Gewindespindel 1 angeordneten Teilungsebene. Das Radialwälzlager 8 ist anders als in 1 axial beabstandet von dem Wälzkörperkanal 4 angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Spindelmutter 2 an ihrem Außenumfang mit einer Kugelrille 19 versehen, an der Kugeln 20 des Radialwälzlagers 8 abwälzen.
Während das Antriebsteil gemäß 1 aus Kunststoff im Spritzverfahren gebildet ist, ist bei dem Wälzkörpergewindetrieb nach 2 ein aus Blech im Tiefziehverfahren gebildetes Antriebsteil 21 vorgesehen, das vorliegend als Riemenscheibe 22 ausgeführt ist. Die Riemenscheibe 22 weist einen Antriebskranz 23 als Anlage für den Riemen auf, wobei dieser Antriebskranz 23 mit radialem Abstand zur Spindelmutter 2 angeordnet ist. Ferner weist die Riemenscheibe 22 eine Nabe 24 auf, die auf der Spindelmutter 2 drehfest angeordnet ist. Zur drehfesten Anbindung der Riemenscheibe 22 auf der Spindelmutter 2 weist die Nabe 24 an ihrem einen freien Ende einen Radialbord 25 auf, der eine an der Spindelmutter 2 ausgebildete Schulter 26 umgreift. Der Radialbord 25 ist im Bereich der Schulter stoffschlüssig durch eine Schweißverbindung drehfest an die Spindelmutter 2 angebunden. 2 zeigt deutlich die stoffschlüssige Verbindung des freien Endes des Radialbordes 25 mit der Spindelmutter 2. Die Schweißverbindung ist vorliegend mittels Laserschweißen hergestellt worden.
Der Antriebskranz 23 ist über einen Flansch 27 einstückig mit der Nabe 24 verbunden. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist zwischen dem Antriebskranz 23 und der Spindelmutter 2 ein Luftspalt 28 gebildet. 2 zeigt weiterhin, dass die Schweißverbindung zwischen der Riemenscheibe 22 und der Spindelmutter 2 axial beabstandet ist von dem Wälzkörperkanal 4, also außerhalb des Bereichs, in dem Wälzkörper zirkulieren. Zwar ist an diesem Ende der Spindelmutter 2 eine Gewindenut noch angedeutet, aber dies ist lediglich bedingt durch die Herstellung der Spindelmutter 2. Diese letzte Windung ist nicht Teil des Wälzkörperkanals 4.
3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, jedoch ohne Gehäuse und ohne Radialwälzlager für die Spindelmutter. Mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen weitgehend übereinstimmende Bauteile sind mit Bezugszeichen versehen, die auch für die oben beschriebenen Beispiele gewählt wurden.
Das hier vorgeschlagene Antriebsteil 29 ist als Sinterteil ausgeführt und bildet ein Zahnrad 30. Dieses Zahnrad 30 weist einen mit Zähnen 31 versehenen Antriebskranz 32 auf, ferner eine auf der Spindelmutter 2 angeordnete Nabe 33 und einen Flansch 34, der den Antriebskranz 32 mit der Nabe 33 einstückig verbindet. Ebenso wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist der Antriebskranz 32 mit radialem Abstand zur Spindelmutter 2 angeordnet, sodass ein Luftspalt 35 gebildet ist.
Die Nabe 33 ist an ihrem einen Ende mit einem Radialbord 36 versehen, der eine an der Spindelmutter 2 ausgebildete Schulter 37 umgreift. Der Radialbord 36 ist mittels Laserschweißen stoffschlüssig an die Spindelmutter 2 angebunden. Auch bei diesem erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetrieb ist die Schweißverbindung axial beabstandet von dem Wälzkörperkanal 4.

1: Gewindespindel
2: Spindelmutter
3: Wälzkörper
4: Wälzkörperkanal
5: Gewindebahn
6: Gewindenut
7: Gewindenut
8: Radialwälzlager
9: Gehäuse
10: Antriebsteil
11: Zahnrad
12: Antriebskranz
13: Zähne
14: Nabe
15: Flansch
16: Luftspalt
17: Versteifungsrippe
18: Rändelung
19: Kugelrille
20: Kugel
21: Antriebsteil
22: Riemenscheibe
23: Antriebskranz
24: Nabe
25: Radialbord
26: Schulter
27: Flansch
28: Luftspalt
29: Antriebsteil
30: Zahnrad
31: Zahn
32: Antriebskranz
33: Nabe
34: Flansch
35: Luftspalt
36: Radialbord
37: Schulter

Claims

Wälzkörpergewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) drehbar gelagerten Spindelmutter (2), sowie mit einem drehfest an der Spindelmutter (2) angebundenen Antriebsteil (10) dadurch gekennzeichnet, dass das aus spritzbarem Werkstoff gebildete Antriebsteil (10) auf die Spindelmutter (2) aufgespritzt ist, wobei aufgespritzter Werkstoff eine formschlüssige Verbindung des Antriebsteils (10) mit der Spindelmutter (2) bildet.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem Wälzkörper (3) in einem endlosen Wälzkörperkanal (4) angeordnet sind, der eine Gewindebahn (5) aufweist, die von einer an der Gewindespindel (1) gebildeten Gewindenut (6) und von einer an der Spindelmutter (2) gebildeten Gewindenut (7) begrenzt ist, wobei der Wälzkörperkanal (4) ferner einen Umlenkabschnitt aufweist, in dem die Wälzkörper (3) von einem Ende zu einem Anfang der Gewindebahn (5) umgelenkt werden, wobei die zwischen dem Antriebsteil (10) und der Spindelmutter (2) gebildete formschlüssige Verbindung axial beabstandet zu dem Wälzkörperkanal (3) angeordnet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die formschlüssige Verbindung eine auf der Spindelmutter (2) vorgesehene Rändelung (18) oder Verzahnung umfaßt, die mit dem aufgespritzten Werkstoff in Zahneingriff ist.
Wälzkörpergewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) drehbar gelagerten Spindelmutter (2), sowie mit einem drehfest an der Spindelmutter (2) angebundenen Antriebsteil (21, 29), wobei Wälzkörper (3) in einem endlosen Wälzkörperkanal (4) angeordnet sind, der eine Gewindebahn (5) aufweist, die von einer an der Gewindespindel gebildeten Gewindenut (6) und von einer an der Spindelmutter (2) gebildeten Gewindenut (7) begrenzt ist, und wobei der Wälzkörperkanal (4) ferner einen Umlenkabschnitt aufweist, in dem die Wälzkörper (3) von einem Ende zu einem Anfang der Gewindebahn (5) umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen dem Antriebsteil (21, 29) und der Spindelmutter (2) gebildete Schweißverbindung axial beabstandet zu dem Wälzkörperkanal (4) angeordnet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem die Schweißverbindung durch Laserschweißen hergestellt ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 4, wobei das Antriebsteil (21, 29) vorzugsweise als Sinterteil, Pressteil, oder Tiefziehteil gebildet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1 oder 4, bei dem das Antriebsteil (10, 21, 29) als Zahnrad (11, 30) oder Riemenscheibe (22) ausgebildet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem das Antriebsteil (10, 21, 29) eine auf der Spindelmutter (2) drehfest aufgenommene Nabe (14, 24, 33) und einen von der Nabe (14, 24, 33) beabstandet angeordneten Antriebskranz (12, 23, 32) zum Antreiben mittels eines Zugmittels, insbesondere Riemen oder Kette aufweist, wobei zwischen dem Antriebskranz (12, 23, 32) und der Spindelmutter (2) ein Luftspalt (16, 28, 35) gebildet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 2 oder 4, bei dem die Spindelmutter (2) an ihrem Außenumfang mit einer von dem Umlenkabschnitt Wälzkörperkanal axial beabstandet angeordneten Kugelrille (19) versehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörpergewindetriebes nach Anspruch 4, bei dem die Spindelmutter (2) in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet wird, und danach das Antriebsteil (21, 29) an einen ungehärteten Abschnitt der Spindelmutter (2) mittels der Schweißverbindung stoffschlüssig angebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die aus Einsatzstahl gebildete Spindelmutter (2) einsatzgehärtet wird, und danach von dem Abschnitt, an den das Antriebsteil (21, 29) mit der Spindelmutter (2) verbunden werden soll, die gehärtete Schicht entfernt wird, so daß der ungehärtete Abschnitt für die Schweißverbindung gebildet ist.