CN106714992B - 用于滚珠丝杠的螺杆和用于制造其的方法 - Google Patents

用于滚珠丝杠的螺杆和用于制造其的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造滚珠丝杠的螺杆的方法，包括如下步骤：‑将螺纹牙型至少局部地引入到扁平的材料部段中；‑将材料部段改型为空心圆柱形的外套，其中将空心圆柱形的外套的两个纵向棱边彼此对接，并且以径向向外定向的方式构成螺纹牙型；‑将空心圆柱形的外套的两个纵向棱边连接；和在空心圆柱形的外套的径向内侧上至少局部地构成支撑结构，以制成螺杆。由此，能够以简单的方式制成混合结构类型的滚珠丝杠的螺杆。螺杆能够成本优化地制造，但是在重量低的同时，具有高的抗磨强度以及突出的机械负荷能力。此外，本发明涉及一种用于装入滚珠丝杠中的根据该方法制成的螺杆。

Description

用于滚珠丝杠的螺杆和用于制造其的方法
技术领域
本发明涉及用于滚珠丝杠的螺杆和用于制造其的方法。
背景技术
例如在车辆工程中广泛地将滚珠丝杠主要用作为调节机构，因为所述滚珠丝杠实现将转动运动低损耗地转换成直线运动并且反之亦然。这种滚珠丝杠主要包括螺杆和将其同轴地包围的螺母或者套筒，在所述套筒或螺母和螺杆之间设置有球形的滚动体。由实心材料构成的、对于制造滚珠丝杠的所述螺杆所需的部件借助于产生切削的方法是要求高的，进而是成本密集的。
从现有技术中已知不同的方法以及滚珠丝杠的构型，所述方法以及构型允许相对简单进而成本更有利地制造所述滚珠丝杠。从DE 100 28 968 A1中已知用于丝杠的这种套筒，所述套筒由初始平面的板坯形成，在所述板坯中在端侧引入螺纹牙型并且将所述板坯随后弯曲成纵向切开的、空心圆柱形的套筒，使得螺纹牙型形成套筒上的内螺纹。丝杠的滚动体在套筒的内螺纹上和在丝杠处的外螺纹上滚动，其中将转动运动变换成平移运动。然而，在套筒的制造工艺过程中，在所述套筒处产生纵向切口，所述纵向切口通过将套筒压入到设有相应的配合件的孔中才能够完全闭合。缺点是：丝杆的滚动体在该纵向切口的区域中不能够无反作用地滚动。
从DE 10 2011 081 966 A1中还已知一种用于制造螺纹部件作为复合件的方法、滚动螺旋传动机构、直线作动器以及具有这种复合件的机电制动力增强器。螺纹部件构成为复合件，其由螺圈和管形的承载部件构成，其中螺圈借助于改型工艺制造。
管形的承载部件优选通过改型、例如注塑成型或压铸来制造，并且在该工艺期间同时与螺圈材料配合地或形状配合地连接。优选地，由金属通过压铸制造承载部件或由塑料通过注塑成型来制造承载部件。根据在那里介绍的实施方式，螺纹部件通过螺旋形或螺线形缠绕的板条形成，所述板条具有扁平的矩形的横截面，其中在板条中压入扁平的、沟槽状的凹陷部作为螺圈。板条的螺旋例如通过点焊、通过轴向伸展的焊缝或通过螺线形的焊缝沿着板条的彼此对接的纵向边彼此连接成螺纹部件，所述螺纹部件随后与由塑料构成的承载件压力注塑包封。此外，缺点是：需要形成要以高精度实施的至少一个焊缝，所述焊缝还具有大的纵向延伸。
发明内容
本发明所基于的目的是：提供一种用于制造滚珠丝杠的螺杆的简化的方法。此外，应提出一种用于滚珠丝杠的螺杆，所述螺杆也可以没有附加的、径向外部的环周结构。
本发明基于如下思想：通过卷起平面的材料坯件能够简化空心圆柱形的板成型件的制造，其方式在于：最小化所卷起的材料坯件的要连接的棱边的缝长度。
本发明首先涉及一种用于制造滚珠丝杠的螺杆的方法。开始提出的目的通过一种具有如下步骤的方法来实现：
-将螺纹牙型至少局部地引入到扁平的材料部段中，
-将材料部段改型为空心圆柱形的外套，其中将空心圆柱形的外套的两个纵向棱边彼此对接，并且以径向向外定向的方式构成螺纹牙型，
-将空心圆柱形的外套的两个纵向棱边连接，和
-在空心圆柱形的外套的径向内侧上至少局部地构成支撑结构，以制成螺杆。
借助于该方法能够极其成本有利地制造用于滚珠丝杠的具有外螺纹的螺杆。与例如要螺线形地盘绕成管的且分别在边缘侧连接的板条相比，通过将空心圆柱形的外套沿着其两个在改型过程之后彼此对接的直的纵向棱边连接的方式，显著地降低所需要的连接缝长度。此外，根据本发明的方法尤其适合于连续的制造。此外，该方法允许极其有利地制造具有不同直径和/或螺纹型廓的螺杆。
根据本方法的一个改进形式提出：材料部段是具有低材料厚度的板部段。通过将金属板用于材料部段，能够实现根据本发明制造的螺杆的高的机械负荷性和耐久性。优选地，板部段从带形的板半成品分离。由此，用于制造根据本发明构成的螺杆的连续的制造过程是可行的。螺纹型廓能够在材料部段与连续的带状的半成品分离之前连续地或者在材料部段分离之后引入到分离的材料部段中。
根据方法的另一有利的设计方案提出：为了容纳滚珠丝杠的球形的滚动体，将螺纹牙型构成为具有至少一个螺圈的圆螺纹。由此，通常应用在滚珠丝杠中的球形的滚动体能够无问题地在螺纹牙型中引导并且在其中滚动。
在方法的另一改进形式中提出：通过在建立纵向缝的情况下至少部分地接合来实现空心圆柱形的外套的两个纵向棱边的连接。由此，得到空心圆柱形的外套的在改型工艺之后彼此对接的纵向棱边的可靠的机械连接，其中纵向棱边无间隙地彼此对接并且可靠地排除螺杆的空心圆柱形外套超过其整个纵向延伸展开。
根据方法的一个改进形式，对纵向缝进行表面处理，如磨削、抛光或搪磨。由此，能够实现配备根据本方法制成的螺杆的滚珠丝杠的无抖动的运转特性，因为滚柱丝杆的滚动体也能够在纵向缝上实际上无反作用地滚动。
根据另一实施变型形式，通过将空心圆柱形的外套的两个轴向的端部部段中的每个压入到各一个环中来进行空心圆柱形的外套的两个纵向棱边的连接。由此，取消必要的、可至少部分地构成的焊缝，所述焊缝用于拼接空心圆柱形的外套的在改型工艺之后彼此对接的纵向棱边。在该方法替选方案中非必要的焊缝引起在工艺方面显著的简化，因为在薄的板件处的焊缝在技术上是困难的，并且经常仅能够在耗费的激光焊接的方法中制造。此外，不再必须强制性地在纵向棱边连接之后进行空心圆柱形的外套的可能所需的硬化工艺，因为硬化不再会因热接合工艺而受损。也能够更容易地补偿由于硬化过程出现的几何形状变化，并且通过热接合避免扭曲。
根据方法的另一有利的设计方案，空心圆柱形的外套的轴向的端部部段无型廓地构成。由此实现将每个环以尤其固定地、在理想情况下整面地设置在空心圆柱形的外套的两个轴向的端部部段的各一个上。替选于此，例如环也能够以热学的方式收缩到空心圆柱形的外套的无型廓的轴向的端部部段上。
方法的另一有利的设计方案提出：支撑结构尤其在注塑成型方法中由塑料材料构成。通过优选在注塑成型方法中引入空心圆柱形的外套中的塑料，实现在径向内部的支撑结构和空心圆柱形的外套之间的连接，所述连接是机械紧密的、尤其是材料配合的和形状配合的，所述空心圆柱形的外套将支撑结构同轴包围并具有外螺纹牙型。在此，支撑结构首先提高制成的螺杆的抗弯强度，而由金属板形成的空心圆柱形的外套主要吸收点负荷并且将其在导入支撑结构中之前分布在更大的面上，其中所述点负荷由在螺纹牙型中滚动的球形的滚动体产生。由于这样得到的混合结构实现根据本发明制成的螺杆的相对高的机械负荷性和抗磨损性结合低的重量和同时低的制造成本。替选于此，支撑结构也能够由金属材料、例如烧结金属、金属泡沫或注射到空心圆柱形的外套中的金属形成。
根据另一改进形式，支撑结构具有圆环形的横截面几何形状，所述横截面几何形状在制造方法中与空心圆柱形的外套同心地构成。由于空心圆柱形的外套的内部中的支撑结构的优选管状的设计方案实现这样形成的螺杆的高的机械强度，以及相对于完全填充的空心圆柱形的外套实现显著降低的重量。
此外，本发明的主题是一种用于滚珠丝杠的螺杆。在此提出：螺杆具有空心圆柱形的外套，所述空心圆柱形的外套具有径向外部构成的螺纹牙型，并且在空心圆柱形的外套的径向内侧上构成支撑结构。由此可以简单地、连续地和成本优化地制成螺杆，所述螺杆由此在重量相对小的情况下具有出色的抗磨损性，进而适合用于使用在车辆工程中。
附图说明
为了更好地理解本发明，为说明书添加附图。相同的结构部件分别具有相同的附图标记。在附图中示出：
图1至6示出根据本发明的用于制造滚珠丝杠的螺杆的第一实施方式的第一方法变型形式的流程图，和
图7至9示出根据本发明的用于制造滚珠丝杠的螺杆的第二实施方式的第二方法变型形式的简化图。
具体实施方式
图1至6因此示出用于制造滚珠丝杠的螺杆的第一实施方式的第一方法变型形式的流程图。平面的、矩形的材料部段10在第一方法步骤期间与未示出的、连续的带形的半成品分离。在图1中的材料部段10的横截面中示出的材料部段10优选为材料厚度低的矩形的板部段。在下一方法步骤中，如在图2的横截面图中示出，在材料部段10中引入螺纹牙型12。螺纹牙型12优选制成为圆螺纹14，同样未示出的滚珠丝杠的未示出的球形的滚动体能够在所述圆螺纹中低摩擦地滚动。螺纹牙型12的引入能够借助于从现有技术中已知的任意方法、例如通过螺纹挤压来进行。与上面阐述的方法流程不同，也可行的是：螺纹牙型12连续地引入带形的半成品中，并且随后分离材料部段。
螺纹牙型12在此被引入，使得在卷起初使为平面的材料部段10之后，产生用于容纳滚动体的至少一个连续的螺圈16。如根据图3的材料部段10的俯视图所示，螺纹牙型12延伸直至平行伸展的纵向棱边18、20或材料部段10的窄侧，而两个轴向的端部部段22、24无型廓地构成。轴向的端部部段22、24彼此镜像对称地构成，并且分别近似具有直角三角形的形状。
如图4中示出，在随后的方法步骤中，借助于适当的改型工艺将型廓化的材料部段10改型成空心圆柱形的外套30，其中螺纹牙型12相对于空心圆柱形的外套30的纵向中轴线32以径向向外定向的方式设置。材料部段10的两个纵向棱边18、20通过该改型过程在理想的情况下完全彼此对接地贴靠。此外，在图4中能够看到在改型工艺结束之后的无螺纹牙型的轴向的端部部段22、24。
在现在随后的方法步骤中，如图5示出：将各一个空心圆柱形的环34、36挤压到轴向的端部部段22、24上。通过两个环34、36将纵向棱边18、20至少在轴向端部部段22、24的区域中机械固定地彼此连接。由此，不需要构成技术要求高的熔焊缝或钎焊缝，所述熔焊缝或钎焊缝用于接合两个纵向棱边18、20。在将两个环34、36挤压之前或之后，能够对空心圆柱形的外套30与其径向外置的螺纹牙型12进行硬化工艺。环34、36的内径的尺寸相对于空心圆柱形的外套30的轴向的端部段22、24的外径设计成，使得在所述轴向的端部段之间形成各至少一个轻微的压配合。无型廓的轴向的端部段22、24的宽度b优选大于或等于环34、36的宽度h。
如图6说明：空心圆柱形的外套30在径向内部设有支撑结构42，由此实现具有本发明的特征的滚珠丝杠的螺杆40。为了更好的图示性，在图6中未示出两个环34、36。
支撑结构42在此示例地与空心圆柱形的外套30且与纵向中轴线32同心地构成。所述支撑结构例如由配备纤维的塑料构成，所述塑料进一步提高螺杆40的机械负荷性。借助于支撑结构42，以混合结构实现螺杆40，在所述螺杆中，金属外套30与其螺纹牙型12吸收通过在球形的滚动体处的点接触出现的面挤压，并且将其均匀地分布，而支撑结构42确保螺杆40的所需的刚度。支撑结构42的塑料本身不能够持久地吸收滚动的滚珠的所出现的面挤压。因此，仅对于空心圆柱形的外套30与引入其中的螺纹牙型12而言需要可承受高机械负荷的进而昂贵的板或金属材料，而支撑结构能够由相对便宜的塑料作为填料形成。
支撑结构42的构成例如能够通过注塑成型实现，由此注塑成型工具的未示出的圆柱形的芯轴向地引入空心圆柱形的外套30中，以及随后借助支撑结构12的材料填充芯和外套30之间的空心圆柱形的空腔，以实现支撑结构42。通过注射塑料，在由此形成的支撑结构42以及空心圆柱形的外套30的波纹状的内面44之间实现尤其机械紧密的、即形状配合和材料配合的连接，所述内面作为螺纹牙型12的阴模。由此，相对于两个环34、36补充地，在空心圆柱形的外套30的彼此对接的纵向棱边18、20之间实现附加的连接，使得实现配备螺杆40的滚珠丝杠的平稳的且无抖动的运转。
与图6中示出的螺杆40的实施例不同，如果螺杆的重量是次要的，那么空心圆柱形的外套30的内腔46也能够完全用塑料填充。
图7至9示出用于制造滚珠丝杠的螺杆的第二实施方式的第二方法变型形式的简化图。在初始为平面的材料部段50中，在第一方法步骤中又引入螺纹牙型52，所述螺纹牙型优选构成为用于球形的滚动体的圆螺纹54，并且具有用于引导滚动的滚动体的至少一个螺圈56。
螺纹牙型52在材料部段50的两个平行的纵向棱边58、60之间延伸。然而，与根据图1至6的第一方法变型形式不同，螺纹牙型52延伸直至两个轴向的端部段62、64的区域中。关于材料部段50的另一实施方案，为了避免重复，能够参考关于图1至3的阐述内容。
如从图8的立体图中看到的，初始为平面的材料部段50借助于适当的改型工艺又改型成空心圆柱形的外套70，其中螺纹牙型52与螺线形环绕的螺圈56关于外套70的纵向中轴线72径向向外定向，并且材料部段50的两个纵向棱边58、60整面地彼此对接。
作为与第一方法变型形式的另一区别：将两个纵向棱边58、60在另一方法步骤中优选以热学方式、例如通过激光焊接或钎焊、在建立纵向缝74的情况下连续地机械固定地接合。替选于此，两个纵向棱边58、60的连接能够通过粘贴、填缝、挤压等来实现。在通过优选热接合实现连接两个纵向棱边58、60之后，能够通过磨削、抛光或搪磨对纵向缝74进行表面处理，以便进一步优化滚珠丝杠的运转性能。此外，空心圆柱形的外套70与引入其中的螺纹牙型52优选经受硬化处理，以便提高其耐磨强度。
如根据图9的纵截面示出的，在最后的方法步骤中，又通过引入支撑结构82来制成滚珠丝杠的螺杆80的第二实施方式，所述支撑结构优选由必要时还附加地纤维强化的塑料形成。在支撑结构82的其他结构上的细节和其制造方面，参考图6描述中的实施方案。
与第一方法变型形式相反，在第二方法变型形式的情况下，借助优选焊接的纵向缝可行的是：将螺杆80制成为具有几乎任意长度的延续的段。为了该目的，首先连续地将螺纹牙型52引入连续带状的、初始平面的半成品中，随后通过改型来形成空心圆柱形的外套70，并且最后连续地至少分部段地将其纵向棱边58、60彼此焊接。与其并行的地，连续地将用于构成支撑结构82的塑料借助于注塑成型工具输入到已经焊接的空心圆柱形的外套70中。随后，能够将这种完成的段切割成具有几乎任意长度的螺杆80。
附图标记列表
10 平面的材料部段
12 螺纹牙型，外螺纹
14 圆螺纹
16 螺圈
18 材料部段10的纵向棱边
20 材料部段10的纵向棱边
22 材料部段10的轴向的端部部段
24 材料部段10的轴向的端部部段
30 空心圆柱形的外套
32 外套30的纵向中轴线
34 第一环
36 第二环
40 螺杆
42 支撑结构
44 支撑结构的内面
46 内部空间
50 平面的材料部段
52 螺纹牙型，外螺纹
54 圆螺纹
56 螺圈
58 材料部段50的纵向棱边
60 材料部段50的纵向棱边
62 材料部段50的轴向的端部部段
64 材料部段50的轴向的端部部段
70 空心圆柱形的外套
72 外套70的纵向中轴线
74 纵向缝
80 螺杆
82 支撑结构
h 环34、36的宽度
b 无型廓的端部部段22、24的宽度

Claims (7)

1.一种用于制造滚珠丝杠的螺杆(40)的方法，所述方法包括如下步骤：
-将螺纹牙型(12)至少局部地引入到扁平的材料部段(10)中；
-将所述材料部段(10)改型为空心圆柱形的外套(30)，其中将所述空心圆柱形的外套(30)的两个纵向棱边(18，20)彼此对接，并且以径向向外定向的方式构成所述螺纹牙型(12)；
-将所述空心圆柱形的外套(30)的所述两个纵向棱边(18，20)连接；和
-在所述空心圆柱形的外套(30)的径向内侧上至少局部地构成支撑结构(42)，以制成所述螺杆(40)，通过将所述空心圆柱形的外套(30)的两个轴向的端部部段(22，24)中的每个压入到各一个环(34，36)中来实现所述空心圆柱形的外套(30)的所述两个纵向棱边(18，20)的连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料部段(10)是具有低材料厚度的板部段，所述板部段从带形的板半成品分离。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了容纳滚珠丝杠的球形的滚动体，将所述螺纹牙型(12)构成为具有至少一个螺圈(16)的圆螺纹(14)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制造所述空心圆柱形的外套(30)，使得所述空心圆柱形的外套的轴向的端部部段(22，24)以无型廓的方式构成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑结构(42)通过借助塑料材料注塑成型来构成。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述支撑结构(42)具有圆环形的横截面几何形状，所述圆环形的横截面几何形状与所述空心圆柱形的外套(30)同心地构成。
7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的方法制造的、用于滚珠丝杠的螺杆(40)，其特征在于，所述螺杆(40)具有空心圆柱形的外套(30) ，所述空心圆柱形的外套具有径向外部构成的螺纹牙型(12) ，并且在所述空心圆柱形的外套(30)的径向内侧上构成有支撑结构(42)，所述空心圆柱形的外套(30)的两个轴向的端部部段(22，24)中的每个压入到各一个环(34，36)中。
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