DE102019107596A1 - Ball screw and method of making a threaded nut - Google Patents

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Abstract

Eine Gewindemutter (3) für einen Kugelgewindetrieb (1) umfasst einen metallischen Muttergrundkörper (6), durch den mindestens eine Kugellaufbahn (13) bereitgestellt ist, sowie eine Außenumlenkung (4) für Kugeln (5) als Wälzkörper, wobei der Muttergrundkörper (6) als Umformteil, welches eine Nahtlinie (18) aufweist, ausgebildet ist.A threaded nut (3) for a ball screw drive (1) comprises a metallic nut base body (6) through which at least one ball raceway (13) is provided, as well as an external deflection (4) for balls (5) as rolling elements, the nut base body (6) is designed as a formed part which has a seam line (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindemutter für einen Kugelgewindetrieb mit Außenumlenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindemutter für einen Kugelgewindetrieb.The invention relates to a threaded nut for a ball screw drive with external deflection according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a threaded nut for a ball screw drive.

Ein Kugelgewindetrieb mit einer gattungsgemäßen Gewindemutter ist beispielsweise aus der WO 2019/015710 A1 bekannt. Die bekannte Gewindemutter ist aus einem Muttergrundkörper und einer mehrteiligen Außenumlenkung zur Rückführung von Wälzkörpern, das heißt Kugeln, aufgebaut.A ball screw drive with a threaded nut of the generic type is, for example, from WO 2019/015710 A1 known. The known threaded nut is composed of a nut base body and a multi-part outer deflection for the return of rolling elements, that is to say balls.

Ein weiterer Kugelgewindetrieb mit Außenumlenkung ist in der DE 10 2016 223 878 A1 offenbart. Auch in diesem Fall ist durch die Außenumlenkung ein außerhalb eines Muttergrundkörpers liegender Kugelrücklaufkanal gebildet.Another ball screw drive with external deflection is in the DE 10 2016 223 878 A1 disclosed. In this case too, the external deflection forms a ball return channel located outside of a nut base body.

Von Kugelgewindetrieben mit Außenumlenkung sind Gewindetriebe ohne Rückführung der Wälzkörper oder mit Einzelumlenkung im Inneren der Gewindemutter zu unterscheiden. Beispielsweise ist in der DE 100 28 968 A1 eine aus Blech gefertigte Hülse für einen Gewindetrieb beschrieben, welche keine Umlenkung für Wälzkörper aufweist.A distinction must be made between screw drives with external deflection without return of the rolling elements or with individual deflection inside the screw nut. For example, in the DE 100 28 968 A1 described a sleeve made of sheet metal for a screw drive, which has no deflection for rolling elements.

Aus den Dokumenten DE 10 2014 220 725 A1 und DE 10 2014 221 135 B3 sind verschiedene Bauformen von Kugelgewindemuttern aus Blech mit Einzelumlenkung bekannt. Von Gewindemuttern mit Außenumlenkung unterscheiden sich diese Kugelgewindemuttern grundsätzlich dadurch, dass die Kugeln ausschließlich an der Innenumfangsfläche der Kugelgewindemutter geführt werden.From the documents DE 10 2014 220 725 A1 and DE 10 2014 221 135 B3 Various designs of ball screw nuts made of sheet metal with individual deflection are known. These ball screw nuts differ from threaded nuts with external deflection in that the balls are guided exclusively on the inner circumferential surface of the ball screw nut.

Im Unterschied hierzu weist eine Kugelgewindemutter mit Außenumlenkung mindestens zwei Durchbrechungen auf, an welchen die Kugeln vom Inneren der Gewindemutter in den Raum außerhalb der Gewindemutter oder zurück geführt werden.In contrast to this, a ball screw nut with external deflection has at least two openings, through which the balls are guided from the inside of the threaded nut into the space outside the threaded nut or back.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb mit Außenumlenkung gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln.The invention is based on the object of further developing a ball screw drive with external deflection compared to the prior art mentioned, in particular under manufacturing aspects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gewindemutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindemutter gemäß Anspruch 4.This object is achieved according to the invention by a threaded nut having the features of claim 1. The object is also achieved by a method for producing a threaded nut according to claim 4.

Die erfindungsgemäße Gewindemutter umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption einen metallischen Muttergrundkörper, durch den mindestens eine schraubenförmig gewundene Kugellaufbahn bereitgestellt ist. Erfindungsgemäß ist der Muttergrundkörper als Umformteil, welches eine Nahtlinie, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Gewindetriebs erstreckt, aufweist, ausgebildet.In a basic concept known per se, the threaded nut according to the invention comprises a metallic nut base body, through which at least one helically wound ball raceway is provided. According to the invention, the nut base body is designed as a formed part which has a seam line which extends essentially in the longitudinal direction of the screw drive.

In bevorzugter Ausgestaltung ist an der Nahtlinie eine formschlüssige Verbindung zwischen zwei Rändern des Umformteils, insbesondere in Form einer Clinchverbindung, hergestellt.In a preferred embodiment, a form-fitting connection between two edges of the formed part, in particular in the form of a clinch connection, is produced on the seam line.

Das Verfahren zur Herstellung der Gewindemutter umfasst folgende Schritte:

  • - Bereitstellung eines vorzugsweise von einem Blechband abgetrennten Blechstückes,
  • - Formen mindestens einer Kugellaufbahn innerhalb des Blechstückes, insbesondere durch Rollen,
  • - Erzeugung von zwei Öffnungen an den Enden der Kugellaufbahn, insbesondere durch Stanzen,
  • - Stanzen von puzzleartigen Clinchformen an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Blechstückes,
  • - Rundbiegen des Blechstückes unter Herstellung einer Clinchverbindung zwischen den zuvor in Clinchform gestanzten, zusammengebogenen Seiten des Blechstückes,
  • - Aufsetzen einer in die Öffnungen eingreifenden Außenumlenkung für Wälzkörper, nämlich Kugeln, auf das rundgebogene Blechstück.
The procedure for manufacturing the threaded nut includes the following steps:
  • - Provision of a piece of sheet metal, preferably separated from a sheet metal strip,
  • - Shaping at least one ball track within the sheet metal piece, in particular by rolling,
  • - Creation of two openings at the ends of the ball track, in particular by punching,
  • - Punching puzzle-like clinch shapes on two opposite sides of the sheet metal piece,
  • - Bending the sheet metal piece into a round shape, producing a clinch connection between the bent sides of the sheet metal piece that were previously punched in clinch form,
  • - Placement of an external deflection for rolling elements, namely balls, which engages in the openings, on the bent sheet metal piece.

Hierbei können die Schritte „Formen einer Kugellaufbahn“ und „Stanzen von Clinchformen“ in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Die Öffnungen an den Enden der Kugellaufbahn beziehungsweise jeder Kugellaufbahn können entweder vor dem Rundbiegen oder nach dem Rundbiegen erzeugt werden.The steps "Forming a ball track" and "Punching clinch shapes" can be carried out in any order. The openings at the ends of the ball raceway or each ball raceway can be produced either before the round bending or after the round bending.

Die Clinchverbindung ist in einem Werkzeug mit kreisrunder Bohrung herstellbar. Sofern in dem Werkzeug auch die Umlenkvorrichtung aufgenommen werden soll, ist eine entsprechende Passfedernut innerhalb der Bohrung vorzusehen. Eine Sicherung des rundgebogenen Blechstückes, welches im fertiggestellten Zustand den Muttergrundkörper darstellt, innerhalb des Werkzeugs in Axialrichtung ist beispielsweise durch Stemmpunkte am Rand des Blechstückes oder durch Segmentringe an den beiden Stirnseiten des zu einer Hülse gebogenen Blechstückes möglich.The clinch connection can be produced in a tool with a circular bore. If the deflection device is also to be accommodated in the tool, a corresponding keyway must be provided within the bore. A securing of the bent sheet metal piece, which in the finished state represents the nut body, within the tool in the axial direction is possible, for example, by punching points on the edge of the sheet metal piece or by segment rings on the two end faces of the sheet metal piece bent into a sleeve.

Die Gewindemutter ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die Kugeln des Gewindetriebs die Nahtlinie, welche durch die Clinchverbindung gegeben ist, nicht überrollen. Dies gilt zumindest für den Lastabschnitt des Kugelkanals, was gleichbedeutend damit ist, dass sich jede Kugellaufbahn im Inneren des Muttergrundkörpers über weniger als 360° erstreckt. Darüber hinaus wird in bevorzugter Ausgestaltung auch im Rückführungsabschnitt des Kugelkanals, das heißt auf der Außenseite des Muttergrundkörpers, ein Kontakt zwischen der Nahtlinie und den Kugeln vermieden. Dies ist erreichbar mit Hilfe eines der Außenumlenkung zuzurechnenden inneren Umlenkstückes, welches auf der Außenoberfläche des Muttergrundkörpers einen Abschnitt der Nahtlinie abdeckt und eine innere Begrenzung des Rücklaufkanals für die Kugeln darstellt. The threaded nut is preferably designed in such a way that the balls of the screw drive do not roll over the seam line which is given by the clinch connection. This is true at least for the Load section of the ball channel, which is synonymous with the fact that each ball raceway inside the nut base extends over less than 360 °. In addition, in a preferred embodiment, contact between the seam line and the balls is also avoided in the return section of the ball channel, that is to say on the outside of the nut base body. This can be achieved with the help of an inner deflection piece that is assigned to the outer deflection and which covers a section of the seam line on the outer surface of the nut base body and represents an inner boundary of the return channel for the balls.

Die Umlenkvorrichtung, durch welche die Außenumlenkung des Kugelgewindetriebs realisiert ist, kann entweder aus Metall oder aus Kunststoff oder teilweise aus Metallkomponenten und teilweise aus Kunststoffkomponenten gefertigt sein. Metallische Komponenten werden insbesondere für die Umlenkbereiche, die die Übergangsbereiche zwischen dem Lastabschnitt und dem Rückführungsabschnitt darstellen, verwendet. Auch ist es möglich, Abschnitte des Kugelkanals, welche in den Übergangsbereichen zwischen dem Lastabschnitt und dem Rückführungsabschnitt liegen, beim Stanzen der Öffnungen im Blechstück direkt aus dem Material des Blechstücks zu bilden.The deflection device, by means of which the external deflection of the ball screw drive is realized, can be made either from metal or from plastic or partially from metal components and partially from plastic components. Metallic components are used in particular for the deflection areas, which represent the transition areas between the load section and the return section. It is also possible to form sections of the ball channel which are in the transition areas between the load section and the return section directly from the material of the sheet metal piece when punching the openings in the sheet metal piece.

Was die Herstellung der Clinchverbindung am rundgebogenen Blechstück betrifft, wird zum technischen Hintergrund auf die DE 10 2013 224 396 A1 hingewiesen. Allgemein wird für Clinchverbindungen auch die Bezeichnung Durchsetzfügen verwendet. Nach dem Herstellen der Clinchverbindung kann die Gewindemutter beispielsweise durch Einsatzhärten oder Carbonitrieren gehärtet werden.As far as the manufacture of the clinch connection on the bent sheet metal piece is concerned, the technical background is based on DE 10 2013 224 396 A1 pointed out. The term clinch joining is generally used for clinch connections. After the clinch connection has been established, the threaded nut can be hardened, for example, by case hardening or carbonitriding.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

  • 1 eine Gewindemutter eines Kugelgewindetriebs in Explosionsdarstellung,
  • 2 den Kugelgewindetrieb in einer Schnittdarstellung.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. Show here:
  • 1 a threaded nut of a ball screw drive in an exploded view,
  • 2 the ball screw in a sectional view.

Ein Kugelgewindetrieb 1 umfasst eine Gewindespindel 2 und eine Gewindemutter 3 mit einer Außenumlenkung 4 für Kugeln 5, das heißt Wälzkörper. Der Kugelgewindetrieb 1 kommt beispielsweise in einem elektromechanischen Aktuator zum Einsatz. Die Gewindemutter 3 ist aufgebaut aus einem metallischen Muttergrundkörper 6 und einem mehrteiligen Umlenkelement 7, durch welches die Außenlenkung 4 realisiert ist.A ball screw 1 includes a threaded spindle 2 and a threaded nut 3 with an external deflection 4th for bullets 5 , that is, rolling elements. The ball screw 1 is used, for example, in an electromechanical actuator. The threaded nut 3 is made up of a metallic mother body 6th and a multi-part deflecting element 7th through which the external steering 4th is realized.

Zwischen der Gewindespindel 2 und der Gewindemutter 3 sind im Ausführungsbeispiel drei voneinander getrennte, jeweils ringförmig geschlossene Kugelkanäle 8 gebildet. Jeder Kugelkanal 8 umfasst einen Lastabschnitt 9, welcher sich über weniger als 360° erstreckt, und einen Rückführungsabschnitt 10, der innerhalb des Umlenkelements 7 liegt. Das Umlenkelement 7 umfasst ein inneres Umlenkstück 11 und ein äußeres Umlenkstück 12, wobei beide Umlenkstücke 11, 12 größtenteils außerhalb des Muttergrundkörpers 6 angeordnet sind und radial von außen in diesen eingreifen.Between the threaded spindle 2 and the threaded nut 3 are in the exemplary embodiment three separate, each ring-shaped closed ball channels 8th educated. Every ball channel 8th includes a load section 9 which extends over less than 360 °, and a return section 10 inside the deflector 7th lies. The deflection element 7th includes an inner baffle 11 and an outer deflector 12 , with both deflectors 11 , 12 mostly outside of the mother body 6th are arranged and engage radially from the outside in this.

Der Muttergrundkörper 6 ist aus einem zunächst ebenen Blechstück geformt. Durch Rollen werden die mit 13 bezeichneten Kugellaufbahnen geformt, welche sich später jeweils als schraubenförmig gewundene Wulst 14 an der Außenoberfläche des Muttergrundkörpers 6 abzeichnen. An den Enden einer jeden Kugellaufbahn 13 wird durch Stanzen jeweils eine Öffnung 15, 16 erzeugt. Die insgesamt sechs Öffnungen 15, 16 ermöglichen das Ein- und Ausleiten von Kugeln 5 durch die Wandung des Muttergrundkörpers 6. Hierbei sind Kugelabgriffsabschnitte 17, welche in das Innere der Gewindemutter 3 hineinragen, unmittelbar durch das innere Umlenkstück 11 gebildet. Die Kugelabgriffsabschnitte 17 befinden sich im Bereich von Umlenkabschnitten 20, welche jeweils den Übergang zwischen dem Lastabschnitt 9 und dem Rückführungsabschnitt 10 darstellen.The mother body 6th is formed from an initially flat piece of sheet metal. The ball tracks designated by 13 are formed by rolling, which later each turn into a helically wound bead 14th on the outer surface of the mother body 6th sign off. At the ends of every ball track 13 is made by punching an opening 15th , 16 generated. The total of six openings 15th , 16 enable balls to be introduced and removed 5 through the wall of the mother body 6th . Here are ball tap sections 17th which goes into the inside of the threaded nut 3 protrude directly through the inner deflector 11 educated. The ball tap sections 17th are located in the area of deflection sections 20th , each of which is the transition between the load section 9 and the return section 10 represent.

Das innere Umlenkstück 11 umgreift ebenso wie das gesamte Umlenkelement 7 eine allgemein mit 18 bezeichnete Nahtlinie, an welcher Ränder des Blechstückes, aus dem der Muttergrundkörper 6 gebildet ist, miteinander verbunden sind. Diese Verbindung ist durch eine Clinchverbindung 19, das heißt durch eine formschlüssige Verbindung in der Art eines Puzzles, gegeben. Das innere Umlenkstück 11 deckt die Clinchverbindung 19 ab, so dass die Kugeln 5 die Clinchverbindung 19 weder an der Innenumfangsfläche des Muttergrundkörpers 6 noch an der Außenumfangsfläche des Muttergrundkörpers 6 kontaktieren. Um die geforderte Rundheit des Muttergrundkörpers 6 zu erzielen, wird die Clinchverbindung 19 innerhalb eines nicht dargestellten Werkzeugs mit kreisrunder Bohrung hergestellt.The inner deflector 11 as well as the entire deflection element 7th a seam line, generally designated 18, on which edges of the sheet metal piece from which the nut base body 6th is formed, are interconnected. This connection is through a clinch connection 19th , that is, by a form-fitting connection in the manner of a puzzle. The inner deflector 11 covers the clinch connection 19th off so the balls 5 the clinch connection 19th neither on the inner circumferential surface of the nut base body 6th still on the outer circumferential surface of the mother body 6th to contact. To the required roundness of the mother body 6th to achieve, the clinch connection 19th produced within a tool, not shown, with a circular bore.

Vor dem Zusammenbau des Muttergrundkörpers 6 mit dem Umlenkelement 7 wird der Muttergrundkörper 6 einer Wärmebehandlung unterzogen. Optional wird die aus dem Muttergrundkörper 6 und der Außenumlenkung 4 gebildete Gewindemutter 3 in eine nicht dargestellte Außenhülse eingesetzt und mit dieser fest verbunden. Diese Außenhülse kann als Antriebselement des Kugelgewindetriebs 1 genutzt werden. Ebenso ist es möglich, die Gewindespindel 2 als rotierendes Antriebselement des Kugelgewindetriebs 1 zu nutzen, wobei in diesem Fall die Gewindemutter 3 als Abtriebselement des Kugelgewindetriebs 1 in verdrehgesicherter Weise verschiebbar ist.Before assembling the mother body 6th with the deflection element 7th becomes the mother body 6th subjected to a heat treatment. Optionally, the one from the mother body 6th and the outer deflection 4th formed threaded nut 3 inserted into an outer sleeve, not shown, and firmly connected to it. This outer sleeve can be used as a drive element of the ball screw drive 1 be used. It is also possible to use the threaded spindle 2 as a rotating drive element of the ball screw drive 1 to use, in which case the threaded nut 3 as an output element of the ball screw drive 1 is displaceable in a non-rotating manner.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
KugelgewindetriebBall screw
22
GewindespindelThreaded spindle
33
GewindemutterThreaded nut
44th
AußenumlenkungOuter deflection
55
KugelBullet
66
MuttergrundkörperMother body
77th
UmlenkelementDeflection element
88th
KugelkanalBall channel
99
LastabschnittLoad section
1010
RückführungsabschnittReturn section
1111
inneres Umlenkstückinner deflector
1212th
äußeres Umlenkstückouter deflector
1313
KugellaufbahnBall track
1414th
Wulstbead
1515th
Öffnungopening
1616
Öffnungopening
1717th
KugelabgriffsabschnittBall tap section
1818th
NahtlinieSeam line
1919th
ClinchverbindungClinch connection
2020th
UmlenkabschnittDeflection section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2019/015710 A1 [0002]WO 2019/015710 A1 [0002]
  • DE 102016223878 A1 [0003]DE 102016223878 A1 [0003]
  • DE 10028968 A1 [0004]DE 10028968 A1 [0004]
  • DE 102014220725 A1 [0005]DE 102014220725 A1 [0005]
  • DE 102014221135 B3 [0005]DE 102014221135 B3 [0005]
  • DE 102013224396 A1 [0016]DE 102013224396 A1 [0016]

Claims (4)

Gewindemutter (3) für einen Kugelgewindetrieb (1), umfassend einen metallischen Muttergrundkörper (6), durch den mindestens eine Kugellaufbahn (13) bereitgestellt ist, sowie eine Außenumlenkung (4) für Kugeln (5) als Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Muttergrundkörper (6) als Umformteil, welches eine Nahtlinie (18) aufweist, ausgebildet ist.Threaded nut (3) for a ball screw drive (1), comprising a metallic nut base body (6) through which at least one ball raceway (13) is provided, as well as an external deflection (4) for balls (5) as rolling bodies, characterized in that the nut base body (6) is designed as a formed part which has a seam line (18). Gewindemutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahtlinie (18) durch eine Clinchverbindung (19) gebildet ist.Threaded nut after Claim 1 , characterized in that the seam line (18) is formed by a clinch connection (19). Gewindemutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Muttergrundkörper (6) mehrere Kugellaufbahnen (13), welche sich jeweils über weniger als 360° erstrecken, gebildet sind.Threaded nut after Claim 1 or 2 , characterized in that the nut base body (6) forms a plurality of ball races (13), each of which extends over less than 360 °. Verfahren zu Herstellung einer Gewindemutter (3) eines Kugelgewindetriebs (1), mit folgenden Schritten: - Bereitstellung eines Blechstückes, - Formen mindestens einer Kugellaufbahn (13) innerhalb des Blechstückes, - Erzeugung von zwei Öffnungen (15, 16) an den Enden der Kugellaufbahn (13), - Stanzen von Clinchformen an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Blechstückes, - Rundbiegen des Blechstückes unter Herstellung einer Clinchverbindung (19), - Komplettierung der Gewindemutter (3) durch Aufsetzen einer in die Öffnungen (15, 16) eingreifenden Außenumlenkung (4) für Wälzkörper (5), nämlich Kugeln, auf das rundgebogene Blechstück.Method for producing a threaded nut (3) of a ball screw drive (1), with the following steps: - Provision of a piece of sheet metal, - Forming at least one ball track (13) within the sheet metal piece, - Creation of two openings (15, 16) at the ends of the ball track (13), - Punching clinch shapes on two opposite sides of the sheet metal piece, - Bending the sheet metal piece to form a clinch connection (19), - Completion of the threaded nut (3) by placing an outer deflection (4) for rolling elements (5), namely balls, engaging in the openings (15, 16) on the curved sheet metal piece.
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