DE102011075889A1

DE102011075889A1 - Rollengewindespindel eines Planetenwälzgewindetriebes

Info

Publication number: DE102011075889A1
Application number: DE201110075889
Authority: DE
Inventors: Jürgen Osterlänger; Dieter Eckert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Rollengewindespindel (1) eines Planetenwälzgewindetriebes, mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Rillenprofil (2) zum Abwälzen von Planeten, wobei an einem Ende der Rollengewindespindel (1) ein Spindelkopf (3) befestigt ist, wobei der Spindelkopf (3) mittels einer Schweißverbindung an dem einen Ende der Rollengewindespindel (1) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rollengewindespindel eines Planetenwälzgewindetriebes, die mit einem Spindelkopf versehen ist. Der Spindelkopf kann als Lagerstelle zur Lagerung der Gewindespindel, oder aber auch als Antriebsteil oder als Axialanschlag für eine Spindelmutter ausgebildet sein.
Aus DE 3502052 ist eine Rollengewindespindel eines Planetenwälzgewindetriebes, die mit einem Spindelkopf versehen ist. Der Spindelkopf ist als Befesetigungsbauteil ausgeführt, an das ein anderes Bauteil angeschlossen werden kann. Der Spindelkopf ist einstückig an die Gewindespindel angeformt und als Zweiflach ausgeführt, wobei das Zweiflach mit einer Duchgangsöffnung versehen ist.
Planetenwälzgewindetriebe werden zunehmend im Kraftfahrzeugbau für Aktuatoren eingesetzt, die zur Betätigung von Parkbremsen oder Kupplungen vorgesehen sind. In diesen automobilen Anwendungen werden kostengünstig herstellbare Lösungen angestrebt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Rollengewindespindel mit einem Spindelkopf nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Rollengewindespindel gemäß Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass der Spindelkopf mittels einer Schweißverbindung an dem einen Ende der Rollengewindespindel befestigt ist, bietet die erfindungsgemäße Rollengewindespindel mit Spindelkopf den Vorteil, dass die Rollengewindespindel als Stangenware bereitgestellt werden kann, so dass jeweils eine vorgesehene Länge abgelängt werden kann. Der Spindelkopf kann als Fließpressteil ausgebildet sein, das ebenfalls bei größeren Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden kann. Die Schweißverbindung bietet zudem den Vorteil, dass die zu verschweißenden Teile bereits gehärtet sein können.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass die Rollengewindespindel als rollierte Stangenware mit anrollierten Rillenprofil bereitgestellt ist, und wobei der insbesondere als Fließpressteil ausgeführte Spindelkopf einen größeren Durchmesser aufweist als die Rollengewindespindel. Da die Rollengewindespindel unabhängig von dem Spindelkopf bereitgestellt wird, bedeutet ein durchmesservergrößerter Spindelkopf keinen erhöhten Fertigungsaufwand zur Bereitstellung der mit dem Spindelkopf versehenen Gewindespindel. Die Rollengewindespindel kann bereits als Stangenwarenprofil durchlaufgehärtet sein. Da das Rillenprofil in einem kontinuierlichen Rollierprozess hergestellt wird, ergibt sich eine hohe Gewindequalität der Rollengewindespindel. Alternativ sind aber auch geschliffene Rollengewindespindeln denkbar.
Das schraubenförmige Gewindeprofil kann eingängig oder mehrgängig ausgeführt sein.
Die Schweißverbindung ist vorzugsweise als Reibschweißverbindung ausgeführt, wobei einander zugewandte Stirnflächen der Rollengewindespindel und des Spindelkopfes als Reibschweißflächen ausgeführt sind. Im einfachsten Fall kann die Rollengewindespindel – wenn sie aus der Stangenware herausgetrennt würde – ohne weitere Bearbeitung für das Reibschweißen verwendet werden; denn durch das Ablängen beispielsweise mittels einer Trennscheibe kann die stirnseitige Trennfläche bereits als Reibschweißfläche verwendet werden. Eine entsprechende plane Endfläche ist an dem Spindelkopf ausgebildet. Die an dem Spindelkopf und an der Rollengewindespindel vorgesehenen Reibschweißflächen können auch als Konusflächen ausgeführt sein, wobei die eine Konusfläche als Konusaußenfläche und die andere Konusfläche als Konusinnenfläche ausgeführt ist. Der Vorteil kann darin gesehen werden, dass ein Zentrieren der zu verschweißenden Teile vereinfacht ist.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung bilden der Spindelkopf und die Rollengewindespindel einen Schmelzgutraum für die Aufnahme von Schmelzgut der Reibschweißverbindung. Während des Reibschweißens wird Material beispielsweise von dem Spindelkopf abgetragen. Ein Entfernen dieses im Schmelzgutraum gehaltenen Schmelzgutes kann entfallen, da der Schmelzgutraum außerhalb von Funktionsbereichen der Rollengewindespindel angeordnet ist.
Der Schmelzgutraum kann auf einfache Art und Weise als Umfangsnut ausgeführt sein. Zu diesem Zweck kann der Spindelkopf an seiner der Rollengewindespindel zugewandten Stirnseite mit einem abgesetzten Stumpf versehen sein, dessen Durchmesser deutlich kleiner als der Außendurchmesser der Rollengewindespindel ausgeführt ist. Wenn der Spindelkopf mittels Reibschweißen mit der Rollengewindespindel verbunden ist, begrenzen der Spindelkopf und die Rollengewindespindel die Umfangsnut. Eine Seitenwand der Umfangsnut kann an dem Spindelkopf und die andere Seitenwand der Umfangsnut kann von der Stirnfläche der Rollengewindespindel gebildet sein. Der Nutgrund der Umfangsnut kann durch die Umfangsfläche des Stumpfes gebildet sein. Das freie Ende dieses Stumpfes dient als Reibschweißfläche zum Verbinden mit der Gewindespindel.
Der Nutgrund der Umfangsnut ist vorzugsweise innerhalb eines Fußkreisdurchmessers der Rollengewindespindel angeordnet, so dass das Schmelzgut darin aufgenommen werden kann.
Vorzugsweise ist der Spindelkopf als Anschlussteil zum Anschließen eines Lenkers oder als Antriebsteil zum Überragen von Rotationsbewegungen auf die Rollengewindespindel oder als Axialanschlag für eine auf der Rollengewindespindel drehbar gelagerten Spindelmutter ausgeführt.
Die erfindungsgemäße Rollengewindespindel kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden: In einem ersten Schritt kann die Rollengewindespindel von einer als Stangenware bereitgestellten Rollengewindespindel plan abgetrennt werden, wobei diese Rollengewindespindel bereits durchlaufgehärtet sein kann. Mit dem planen Abtrennen kann die Trennfläche als Reibschweißfläche ausgeführt sein. In einem nächsten Schritt wird der Spindelkopf mit einer planen Endfläche bereitgestellt, wobei dann diese plane Endfläche ebenfalls als Reibschweißfläche ausgeführt ist. Der Spindelkopf und die Rollengewindespindel werden koaxial positioniert und mit ihren planen Endflächen gegeneinander gedrückt. Unter Erzeugung einer Relativdrehung zwischen den aneinander gedrückten planen Endflächen wird eine Reibschweißverbindung zwischen der Rollengewindespindel und dem Spindelkopf hergestellt, wobei Schmelzgut in einen von der Rollengewindespindel und dem Spindelkopf gebildeten Schmelzgutraum verdrängt werden kann.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt fünf Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Planetenwälzgewindetrieb mit einer erfindungsgemäße Rollengewindespindel in perspektivischer Darstellung,
2 einen Längschnitt durch den Planetenwälzgewindetrieb aus 1 und
3 einen Ausschnitt einer alternativen Rollengewindespindel.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Planetenwälzgewindetrieb mit einer erfindungsgemäßen Rollengewindespindel 1, die mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Rillenprofil 2 versehen ist. Das Rillenprofil 2 ist durch einen Rolliervorgang hergestellt. Die Rollengewindespindel 1 ist durchlaufgehärtet. Beispielsweise kann ein induktives Härten vorgesehen werden.
An dem einen axialen Ende der Rollengewindespindel 1 ist ein Spindelkopf 3 befestigt.
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Planetenwälzgewindetrieb aus 1. Der Spindelkopf 3 weist einen Radialflansch 4 und axial benachbart eine auf den Spindelkopf 3 aufgeschraubte Spannmutter 16, zwischen der und dem Radialflansch 4 ein Rillenkugellager 17 zur Lagerung der Rollengewindespindel 1 angeordnet ist. Die Rollengewindespindel 1 wird über einen nicht abgebildeten Antrieb um ihre Längsachse angetrieben.
Eine Spindelmutter 18 ist auf der Rollengewindespindel 1 angeordnet. Zwischen der Spindelmutter 18 und der Rollengewindespindel 1 sind mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Planeten 19 angeordnet, die mit einer Vielzahl von in sich geschlossenen, parallel zueinander sowie konzentrisch um die Planetenachse herum angeordneten Rillen 20 versehen sind. Die Planeten 19 kämmen mit dem spindelseitigen Rillenprofil 2 sowie mit einem mutterseitigen Rillenprofil 21. Das Rillenprofil 21 ist durch eine Vielzahl von in sich geschlossenen, parallel zueinander sowie konzentrisch um die Mutterachse herum angeordneten Rillen 22 versehen.
Unter Relativdrehung zwischen der Spindelmutter 18 und der Rollengewindespindel 1 rotieren die Planeten 19 um ihre Planetenachse und wälzen an dem Rillenprofil 21 der Spindelmutter 18 sowie an dem Rillenprofil 2 der Rollengewindespindel 1 ab. Die Planeten 19 rotieren sowohl gegenüber der Spindelmutter 18 als auch der Rollengewindespindel 1.
Der als rotationssymmetrisches Bauteil ausgeführte Spindelkopf 3 weist ferner einen Antriebszapfen 5 sowie einen zylindrischer Stumpf 6 auf. Der Spindelkopf 3 ist als Fließpressteil ausgeführt, wobei der Radialflansch 4, der Antriebszapfen 5, sowie der Stumpf 6 einstückig miteinander verbunden sind. Im Übergang von dem Radialflansch 4 zu dem Stumpf 6 ist ein Übergangsradius 23 zur Verringerung unerwünschter Kerbspannungen ausgebildet.
Die Rollengewindespindel 1 ist aus einer Stangenware herausgetrennt. Die eine stirnseitige Trennfläche ist plan und querliegend zur Spindelachse ausgerichtet. Die stirnseitige Trennfläche ist im Durchmesser verjüngt und als Reibschweißfläche 8 ausgebildet.
Der Spindelkopf 3 und die Rollengewindespindel 1 werden zum Zwecke des Reibschweißens zueinander zentriert und gegeneinander angedrückt. Unter einer Relativdrehung zwischen der Rollengewindespindel 1 und dem Spindelkopf 3 wird vorliegend Material des Spindelkopfes 3 und/oder der Rollengewindespindel 1 aufgeschmolzen und radial auswärts verdrängt.
Der Stumpf 6 des Spindelkopfes 3 ist an seinem freien Ende mit einer planen Trennfläche 9 versehen, die als Reibschweißfläche 10 ausgeführt ist. Diese Reibschweißfläche 10 ist mit der Reibschweißfläche 8 der Rollengewindespindel 1 verschweißt. Der zylindrische Stumpf 6 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als ein Fußkreisdurchmesser der Rollengewindespindel 1, wobei der Fußkreisdurchmesser im Nutgrund des Rillenprofils 2 gemessen wird.
Der Spindelkopf 3 und die Rollengewindespindel 1 begrenzen eine Umfangsnut 11, die als Schmelzgutraum 12 Schmelzgut 13 aufnimmt, wobei dieses Schmelzgut 13 infolge des Reibschweißens in den Schmelzgutraum 12 hinein verdrängt wurde.
Ein Nutgrund 14 der Umfangsnut 11 ist gebildet durch die Umfangsfläche des zylindrischen Stumpfes 6. Die eine Seitenwand der Umfangsnut 11 ist gebildet durch eine Stirnfläche des Radialflansches 4, dessen Außendurchmesser deutlich größer als der Außendurchmesser der Rollengewindespindel 1 ausgeführt ist. Die andere Seitenwand der Umfangsnut 11 ist gebildet durch die Trennfläche 7 der Rollengewindespindel 1.
An den Antriebszapfen 5 kann ein Getriebe oder ein Motor angeschlossen werden. Zu diesem Zweck weist das freie Ende des Antriebzapfens ein Zahnprofil 15 auf zum Übertragen von Drehmomenten. Der Radialflansch 4 kann als Axiallager verwendet werden.
Die in 3 lediglich ausschnittsweise abgebildete Rollengewindespindel unterscheidet sich von der aus den 1 und 2 lediglich dadurch, dass die Trennfläche 9 der Rollengewindespindel 1 ohne weitere Bearbeitung als Reibschweißfläche 10 ausgeführt ist. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist keine Reduzierung des Spindeldurchmessers erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Gewindespindel
2: Rillenprofil
3: Spindelkopf
4: Radialflansch
5: Antriebszapfen
6: Stumpf
7: Trennfläche
8: Reibschweißfläche
9: Trennfläche
10: Reibschweißfläche
11: Umfangsnut
12: Schmelzgutraum
13: Schmelzgut
14: Nutgrund
15: Zahnprofil
16: Spannmutter
17: Rillenkugellager
18: Spindelmutter
19: Planet
20: Rille
21: Rillenprofil
22: Rille
23: Übergangsradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3502052 [0002]

Claims

Rollengewindespindel (1) eines Planetenwälzgewindetriebes, mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Rillenprofil (2) zum Abwälzen von Planeten, wobei an einem Ende der Rollengewindespindel (1) ein Spindelkopf (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelkopf (3) mittels einer Schweißverbindung an dem einen Ende der Rollengewindespindel (1) befestigt ist.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 1, wobei die Rollengewindespindel (1) als rollierte Stangenware mit anrollierte Rillenprofil (2) bereitgestellt ist, und wobei der insbesondere als Fließpressteil ausgeführte Spindelkopf (3) einen größeren Durchmesser aufweist als die Rollengewindespindel (1).
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 1, bei der die Schweißverbindung als Reibschweißverbindung ausgeführt ist, wobei einander zugewandte Stirnflächen der Rollengewindespindel (1) und des Spindelkopfes (3) als Reibschweißflächen (8, 10) ausgeführt sind.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 3, bei der Spindelkopf (3) und die Rollengewindespindel (1) einen Schmelzgutraum (12) bilden für die Aufnahme von Schmelzgut (13) der Reibschweißverbindung.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 4, bei der der Schmelzgutraum (12) als Umfangsnut (11) ausgeführt ist.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 5, bei der die eine Seitenwand der Umfangsnut (11) an dem Spindelkopf (3) und die andere Seitenwand der Umfangsnut (11) von einer Stirnfläche der Rollengewindespindel (1) gebildet ist.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 5, bei der ein Nutgrund (14) der Umfangsnut (11) gebildet ist von einer Umfangsfläche eines von einer Stirnfläche des Spindelkopfes (3) axial vorspringenden Stumpfes (6), dessen freies Ende als Reibschweißfläche (8) ausgebildet ist.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 5, bei der ein Nutgrund (11) der Umfangsnut (12) innerhalb eines Fußkreisdurchmessers der Rollengewindespindel (1) angeordnet ist.
Rollengewindespindel (1) nach Anspruch 1, bei der der Spindelkopf (3) ausgebildet ist als Anschlussteil zum Anschließen eines Lenkers oder als Antriebsteil zum Übertragen von Rotationsbewegungen auf die Rollengewindespindel oder als Axialanschlag für eine auf der Rollengewindespindel drehbar gelagerte Spindelmutter.
Verfahren zur Herstellung einer mit einem Spindelkopf (3) versehenen Rollengewindespindel (1), – planes Abtrennen der Rollengewindespindel (1) von einer als Stangenware bereitgestellten Rollengewindespindel, – Bereitstellen eines Spindelkopfes (3) mit einer planen Endfläche als Reibschweißfläche (8), – koaxiales Positionieren des Spindelkopfes (3) und der Rollengewindespindel (1) mit ihren planen Endflächen zueinander, – Aufbringen einer axialen Druckkraft zum Andrücken der planen Endflächen aneinander, – Erzeugen einer Relativdrehung zwischen den aneinander gedrückten planen Endflächen zur Herstellung der Reibschweißverbindung.