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Die Erfindung betrifft eine Spindelmutter für ein Kraftfahrzeugverstellsystem und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
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Bekannte Spindelmuttern für Verstellsysteme elektrisch verstellbarer Lenksäulen werden aus Kunststoff hergestellt. Vielfach weisen solche Spindelmuttern keine ausreichende Gewindepräzision auf, da der Schrumpf des Kunststoffes abhängig von der Bauteildicke variiert. Die Folge mangelnder Gewindepräzision ist ein ungenaues Einstellen des Drehmoments. Ferner wurde als problematisch erkannt, dass die bekannten Spindelmuttern während ihrer Lebensdauer nicht spielfrei bleiben, was zu Verschleiß führt und die Lebensdauer des Bauteils reduziert. Ein weiteres Problem sind auftretende Temperaturschwankungen, die große Drehmomentvariationen herbeiführen können. Weiter ergibt sich ein Konflikt aus der Forderung nach einem präzise geschaffenen Gewinde, das bei geringerer Bauteilstärke verbessert dargestellt werden kann, und gleichzeitig einer verbesserten notwendigen Festigkeit der Kunststoffspindelmutter, die eine stärker ausgelegte Spindelmutter erfordert.
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Damit die Spindelmutter eine hinreichende Festigkeit aufweist, um Verstellkräfte übertragen zu können, jedoch gleichzeitig einfach und mit geringem Gewicht hergestellt werden kann, beschreibt die
DE 20 2006 009 868 U1 eine zweiteilige Spindelmutter, die aus einer tragenden Basisstruktur und einer ein Innengewinde aufweisenden Eingriffstruktur besteht, die in die Basisstruktur aufgenommen ist. Diese ist aus einem Material gefertigt das sich von dem Material der Eingriffsstruktur unterscheidet und das eine höhere Festigkeit aufweist. Der Eingriffsbereich hingegen ist aus Kunststoff und in einen rohrförmigen, hohlzylindrischen Abschnitt der Basisstruktur eingespritzt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine Spindelmutter bereitzustellen, deren Gewindeteil mit Innengewinde unabhängig von einem tragenden Basisteil gestaltet werden kann, so dass das Innengewinde der Spindelmutter mit hoher Präzision gefertigt werden kann, während die Funktionseigenschaften der gesamten Spindelmutter bezüglich Festigkeit und Duktilität sowie Verschleißfestigkeit und niedrigem Reibkoeffizienten optimiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spindelmutter für ein Kraftfahrzeugverstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zur Herstellung der Spindelmutter mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf eine zweiteilige Spindelmutter für ein Kraftfahrzeugverstellsystem, die aus einem Trägerteil und einem Gewindeteil besteht. Das Trägerteil ist derart ausgebildet, dass es das Gewindeteil abschnittsweise oder vollständig umgibt. Das Gewindeteil wird aus einem spritzbaren Kunststoffmaterial hergestellt und das Gewindeteil ist in einen Gewindeabschnitt und einen Anschlagsabschnitt unterteilt, wobei der Gewindeabschnitt den Bereich des Gewindeteils mit dem Innengewinde umfasst, in das eine Gewindespindel geführt werden kann, während der Anschlagsabschnitt einen Anschlag bereitstellt, der die Verstellung der Gewindespindel begrenzt.
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Damit nun das Innengewinde des Gewindeteils zur genauen Einstellung eines bestimmten Drehmoments hochpräzise ist, wird eine Wandstärke des Gewindeabschnitts über die Länge des Gewindes gleichbleibend so ausgebildet, dass sie einer Gewindetiefe des Innengewindes entspricht. Mit dieser dünnen Wandstärke ist die Schrumpfrate beim Erkalten des Kunststoffgewindeteils gleichmäßig und gering, so dass die erforderliche hohe Präzision erreicht werden kann.
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Infolgedessen verringern sich vorteilhaft auch die Variationen des Drehmoments in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Spiel während der Lebenszeit der Spindelmutter, so dass ein geringerer Verschleiß auftritt.
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Damit nun die Spindelmutter eine ausreichende Festigkeit aufweist, wird das Gewindeteil mit dem Trägerteil ummantelt. Das Trägerteil weist dabei über seiner Länge, die einer Länge des Gewindeteils entsprechen kann, einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser auf, während sich ein Außendurchmesser des umgebenen Gewindeteils verändert: Der Anschlagsabschnitt, in den der Gewindeabschnitt mündet, weist einen größeren Außendurchmesser und einen größeren Innendurchmesser als der Gewindeabschnitt auf.
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Das Trägerteil wird daher vorteilhaft so ausgestaltet, dass der Bereich, der den Anschlagsabschnitt des Gewindeteils umgibt, eine dünnere Wanddicke aufweist als der Teil, der den Gewindeabschnitt umgibt.
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Um dies auf einfache Weise zu realisieren, kann das Trägerteil ebenfalls aus einem spritzbaren Kunststoffmaterial hergestellt werden.
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Mit einer dünnen Adhäsivschicht können das Trägerteil und das Gewindeteil verbunden werden, unabhängig vom Werkstoff des Trägerteils.
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Eine weitere Ausführungsform der Spindelmutter besteht darin, dass das Trägerteil auf das Gewindeteil aufgespritzt wird, nachdem dieses gefertigt wurde. Dabei können das Trägerteil und das Gewindeteil aus gleichen oder unterschiedlichen spritzbaren Kunststoffmaterialien gefertigt sein. Die Wahl der Kunststoffmaterialien kann dabei optimal an die gestellten Anforderungen angepasst werden. So ist für das Gewindeteil wichtig, dass zur Ausbildung guter Gleiteigenschaften für eine leichtere Verstellung der Gewindespindel ein Polymermaterial ausgewählt wird, das eine glatte Oberfläche ausbilden kann. Die Auswahl des Trägerteil-Materials, insbesondere, wenn es aus Kunststoff ist, erfolgt vor allem im Hinblick auf die Festigkeit, so dass dem Gewindeteil der erforderliche Halt gegeben werden kann. Die Verwendung von Kunststoff für das Trägerteil bietet zudem Gewichtsvorteile im Hinblick auf Leichtbaukomponenten.
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Schließlich bezieht sich eine Ausführungsform auf ein Verfahren zur Herstellung der Spindelmutter, das schrittweise zunächst das Fertigen des Gewindeteils aus einem Kunststoffmaterial in seiner entsprechenden Gestalt umfasst. Durch die gleichmäßige dünne Wandstärke des Gewindeteils ist der Materialschrumpf über das gesamte Bauteil gleichmäßig und gering, wodurch sich das Gewinde sehr präzise darstellen lässt. Nachdem das Gewindeteil erkalten gelassen worden ist, erfolgt der Verbund mit dem Trägerteil, wodurch die Spindelmutter die nötige Festigkeit erhält. Dazu kann das Trägerteil in einem nächsten Schritt auf die äußere Oberfläche des Gewindeteils angespritzt werden, wobei die äußere Oberfläche des Gewindeteils anschmilzt und mit dem Kunststoffmaterial des angespritzten Trägerteils einen Stoffschluss bildet, so dass beide Komponenten, Trägerteil und Gewindeteil, besonders gut aneinander haften. Vorteilhaft entfallen damit auch jegliche Verbindungselemente zwischen Trägerteil und Gewindeteil, wodurch die Fertigung der Spindelmutter mit geringem Arbeitsaufwand einfach durchführbar ist.
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Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigt:
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1 eine perspektivische Teilschnittansicht auf eine Spindelmutter mit Träger- und Gewindeteil,
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2 eine Detailquerschnittsansicht des Anschlagsabschnitts und des daran anschließenden Gewindeabschnitts des Gewindeteils der Spindelmutter.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf eine Spindelmutter, vor allem auf eine Lenkspindelmutter, die insbesondere zur elektrischen Verstellung der Lenksäule gedacht ist.
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Da herkömmliche Spindelmuttern aus Kunststoff an der Außenkontur und besonders im Gewinde keine ausreichende Präzision aufweisen, was eine Folge unterschiedlicher Schrumpfraten von Bereichen verschiedener Wanddicken bei der Herstellung der Spindelmuttern ist, kann weder die Einstellung des Drehmoments exakt erfolgen, noch ist die Spindelmutter bei Temperaturschwankungen ausreichend stabil, so dass sie über die Lebensdauer Spiel entwickeln kann und einem beschleunigten Verschleiß unterliegt.
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Erfindungsgemäß wird nun die Spindelmutter 10 zweiteilig ausgebildet, und setzt sich aus einem Trägerteil 1 und einem Gewindeteil 2 zusammen, wie in 1 beispielhaft verdeutlich ist. Das Trägerteil 1 umgibt vorliegend das Gewindeteil 2 der Spindelmutter 10 über die gesamte Länge des Gewindeteils 2. Das beispielsweise durch Spritzgießen hergestellte Kunststoffgewindeteil 2 kann in einen Anschlagsabschnitt 4 und einen Gewindeabschnitt 3 untergliedert werden. Dabei sind der Außendurchmesser DA und der Innendurchmesser DI (siehe 2) des Anschlagsabschnitts 4 größer als der Außendurchmesser Da und der Innendurchmesser Di des Gewindeabschnitts 3.
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Eine Wandstärke d des Gewindeabschnitts 3 entspricht erfindungsgemäß im Wesentlichen einer Gewindetiefe d' des Innengewindes 3', das sich entlang der Länge des Gewindeabschnitts 3 erstreckt. Die Wandstärke d und die Gewindetiefe d' sind in 2 gezeigt. Durch diese gleichmäßig dünne Wandstärke d weist das gesamte Gewindeteil 2 eine gleichmäßige und geringe Schrumpfrate auf, was zu einem hochpräzise ausgebildeten Innengewinde 3' führt.
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Zur Herstellung des Gewindeteils kann ein Kunststoff wie Polyoxymethylen (POM) oder Polyetheretherketon (PEEK) verwendet werden. Das umgebende Trägerteil kann nach Erkalten des gefertigten Gewindeteils angespritzt oder auch aufgeklebt werden. Bei Anspritzen kann der verwendete Kunststoff der gleiche sein wie der des Gewindeteils, oder es kann ein Kunststoff verwendet werden, der im Hinblick auf die Crasheigenschaften eine andere Festigkeit aufweist.
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Um nun der Spindelmutter die nötige Festigkeit zu verleihen, wird der Kunststoff des Trägerteils an die Außenoberfläche des Gewindeteils derart angespritzt, dass das Trägerteil einen über seine Länge im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist, so dass vorteilhaft der Abschnitt des Trägerteils, der den Gewindeabschnitt des Gewindeteils umgibt, eine stärkere Wanddicke aufweist und damit einen guten Halt für das Gewindeteil bereitstellt, während die Wanddicke des Trägerteils in dem Bereich, in dem das Trägerteil den Anschlagsabschnitt des Gewindeteils umgibt, geringer ausfallen kann. Wenn das Trägerteil als heißes Kunststoffmaterial an die äußere Oberfläche des Gewindeteils angespritzt wird und durch Anschmelzen der äußeren Oberfläche des Gewindeteils ein Stoffschluss mit dem Trägerteil entsteht, sind weitere Arbeitsmittel oder Schritte zur Verbindung von Trägerteil und Gewindeteil nicht nötig.
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Für die Fertigung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das eine hohe Präzision erfordernde Gewindeteil vorgespritzt wird, wobei wichtig ist, dass der gewählte Kunststoff nach seiner Aushärtung gute Gleiteigenschaften aufweist, während das materialintensive Trägerteil, das ein voll ausgeführter Zapfenbereich der Lenksäulenanbindung sein kann, im zweiten Schritt an das Gewindeteil angespritzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006009868 U1 [0003]
