DE102019114276B4

DE102019114276B4 - Profilierte Mutter eines Gewindetriebes, insbesondere Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102019114276B4
Application number: DE102019114276.8A
Authority: DE
Inventors: Mario KREUTZER; Richard Baier; Thomas Kandler; Paul Heinz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: US20220205519A1; DE102019114276A1; US12031613B2; CN113646561A; KR20220011619A; WO2020239164A1

Abstract

Profilierte Mutter (1) eines Gewindetriebes, deren aus Stahlblech hergestellte Hülse (3) an ihrem Innenumfang ein spanlos angeformtes Wälzprofil (4) für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern aufweist und in einem Wärmebehandlungsverfahren zumindest im Bereich des Wälzprofils (4) gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Wälzprofil (4) aufweisende innere Mantelfläche der Hülse (3) gehärtet ist und eine höhere Rockwellhärte aufweist, und dass eine äußere Mantelfläche der Hülse (3) schweißbar ausgebildet ist und eine niedrigere Rockwellhärte aufweist, wobei das Stahlblech als wenigstens zweilagiger Verbundwerkstoff (13) ausgeführt ist, dessen erste Lage (14) aus einem die innere Mantelfläche der Hülse (3) bildenden legierten Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt oder höherer Härtbarkeit und dessen zweite Lage (15) aus einem die äußere Mantelfläche der Hülse (3) bildenden legierten Stahl mit vergleichsweise niedrigerem Kohlenstoffgehalt oder geringerer Härtbarkeit gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine profilierte Mutter eines Gewindetriebes, insbesondere eine Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes und Verfahren zu deren Herstellung.
Aus DE 100 06 536 A1 ist ein Kugelgewindetrieb bekannt geworden, mit einer aus zwei Einzelmuttern zusammengesetzten Doppelmutter. Beide Einzelmuttern werden mittels einer aus Stahlblech gebildeten Ringscheibe miteinander verbunden. Die Dicke der Ringscheibe bestimmt die Vorspannung des Kugelgewindetriebes. Die Einzelmuttern können eine durch Aufkohlen gehärtete Wälzkörperlauffläche und einen äußeren Mantelbereich aus einem weicheren Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt aufweisen. Der weichere Mantelbereich kann aus einem schweißbaren Stahl hergestellt sein kann, um den Kugelgewindetrieb mit einer übergeordneten Struktur durch Schweißen zu verbinden. Die Einzelmuttern sind an ihren einander zugewandten axialen Enden mit über den Umfang verteilt angeordneten Ausnehmungen versehen, in die Umfangsabschnitte der Ringscheibe hinein gedrückt werden. Diese Ausnehmungen sind nach radial innen hin von einem Wandungsabschnitt der Einzelmutter begrenzt, um eine ausreichend hohe Stabilität der Gesamtanordnung zu gewährleisten und ein unerwünschtes Verformen der Einzelmuttern zu vermeiden. Demzufolge sind die Einzelmuttern aus einem dickwandigen Material hergestellt.
Aus DE2829433 A1 beispielsweise ist eine Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Die aus Stahlblech gebildete Hülse der Kugelgewindemutter ist an ihrem Innenumfang mit einer schraubenförmig um die Achse des Kugelgewindetriebes gewundenen Kugelrille versehen, die in einem Umformverfahren angewalzt ist.
Für die spanlose Bearbeitung sind Stahlbleche mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt geeignet, die allerdings oftmals ungeeignet sind für eine Härtung in einem Wärmebehandlungsverfahren. Aus diesem Grund werden derartige Stahlbleche aufgekohlt und die daraus gebildete Gewindemutter einsatzgehärtet. In vielen Anwendungen ist je nach Anwendung eine feste Verbindung der Gewindemutter mit einem Anschweißbauteil erforderlich. Eine Schweißverbindung ist schwierig oder nicht durchführbar aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes bzw des martensitischen Gefüges.
Aufgabe der Erfindung war es, eine profilierte Mutter eines Gewindetriebes anzugeben, die in einem umformtechnischen Verfahren herstellbar und nach ihrem Härten auf einfache Art und Weise mit einem Anschweißbauteil verbindbar ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die profilierte Gewindemutter nach Anspruch 1 sowie durch zweckdienliche Weiterbildungen gemäß der Ansprüche 2 bis 7 gelöst.
Die profilierte Mutter eines Gewindetriebes weist eine aus Stahlblech hergestellte Hülse auf, die an ihrem Innenumfang ein spanlos angeformtes Wälzprofil für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern aufweist. Die Hülse ist in einem Wärmebehandlungsverfahren zumindest im Bereich des Wälzprofils gehärtet. Eine das Wälzprofil aufweisende innere Mantelfläche der Hülse ist gehärtet. Das an der inneren Mantelfläche ausgebildete Wälzprofil ist vorzugsweise wälzfest ausgebildet und hat nach dem Härten eine Rockwellhärte zwischen 56 HRC und 64 HRC. Diese Rockwellhärte ist größer als die Rockwellhärte der äußeren Mantelfläche der Hülse, die schweißbar ausgeführt ist.
Mit dieser erfindungsgemäßen Mutter kann einerseits ein wirtschaftlich günstiges umformtechnisches Bearbeiten des Blechs erfolgen sowie ein Härten der Mutter durchgeführt werden insbesondere im Bereich des Wälzprofils; andererseits ist es aufgrund des geringen Kohlenstoffgehalts im Bereich der Anschweißfläche der Hülse möglich, ein Anschweißbauteil später an die Hülse oder einen fest mit der Hülse verbundenen Flansch anzuschweißen.
Die Erfindung sieht ein Stahlblech vor, das als wenigstens zweilagiger Verbundwerkstoff ausgeführt ist. Derartige Stahlbleche können als Halbzeug bereitgestellt werden. Eine erste Lage ist aus einem die innere Mantelfläche der Hülse bildenden legierten Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt gebildet, jedenfalls mit einer besseren oder höheren Härtbarkeit. Eine zweite Lage ist aus einem die äußere Mantelfläche der Hülse bildenden legierten Stahl mit vergleichsweise niedrigerem Kohlenstoffgehalt gebildet. Zur besseren Verbindung der beiden Lagen kann eine dünne Kupferschicht als Zwischenlage vorgesehen sein.
Die Hülse kann an einem axialen Ende mit einem Flansch versehen sein, der eine Anschweißfläche zum Anschweißen des Anschweissbauteils aufweist. Dieser Flansch ist schweißbar ausgebildet und weist eine niedrigere Rockwellhärte auf. Dieser Flansch kann an die zweite Lage des Verbundblechs der Hülse angeschweißt werden. In günstiger Weise kann dieser Flansch auch einstückig mit der Hülse verbunden sein.
Der Flansch kann einstückig mit der zweiten Lage der aus Verbundwerkstoff hergestellten Hülse verbunden sein. Die erste Lage kann an dem Flansch vor der Wärmebehandlung der profilierten Mutter zumindest teilweise abgetragen werden, um die Schweißbarkeit zu ermöglichen.
Die profilierte Mutter ist vorzugsweise als Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebs ausgebildet, deren schraubenförmig um eine Mutterachse gewundene Kugelrille durch das Wälzprofil gebildet ist. Eine Ausbildung als Planetenwälzgewindetrieb mit dieser profilierten Mutter ist ebenfalls zweckmäßig.
Ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen profilierten Mutter sieht folgende Schritte vor:

Das Stahlblech wird zu der Hülse in einem Umformprozess - beispielsweise durch Tiefziehen, Rollieren, Walzen - umgeformt, wobei das Wälzprofil in einem Walzverfahren angeformt werden kann. Die Hülse kann im Längsschnitt gesehen ein wellenförmiges Profil aufweisen.

Anschließend wird die Hülse in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet. Die äußere Mantelfläche der Hülse weist vor dem Härten einen ausreichend niedrigen Kohlenstoffgehalt auf, so dass nach dem Härten deren Schweißbarkeit erhalten bleibt.
Die erste Lage des Stahlblechs kann zumindest abschnittsweise im Bereich einer Anschweißfläche entfernt werden vor der Wärmebehandlung. Diese Anschweißfläche kann an der Hülse, aber auch an dem einstückig mit der Hülse verbundenen Flansch vorgesehen sein. Die so vorbereitete Mutter wird anschließend in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von drei in insgesamt sechs Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 Eine als Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes ausgebildete profilierte Mutter im Längsschnitt,
2 eine Ausschnittvergrößerung aus 1,
3 eine weitere Kugelgewindemutter im Längsschnitt,
4 eine Ausschnittvergrößerung aus 3,
5 eine weitere Kugelgewindemutter im Längsschnitt,
6 eine Ausschnittvergrößerung aus 5.

In sämtlichen Figuren ist eine profilierte Mutter eines Gewindetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes abgebildet.
1 zeigt im Längsschnitt eine profilierte Mutter 1 eines Gewindetriebes mit Anschweißbauteil 7 im Längsschnitt. Diese profilierte Mutter 1 ist als Kugelgewindemutter 2 ausgebildet. Die Kugelgewindemutter 2 weist eine aus Stahlblech hergestellte Hülse 3 auf, an deren Innenumfang ein spanlos angeformtes Wälzprofil 4 für den Wälzkontakt mit nicht abgebildeten Wälzkörpern ausgebildet ist. Das Wälzprofil 4 ist als schraubenförmig um eine Spindelachse gewundene Kugelrille 5 ausgebildet, an der durch nicht dargestellte Kugeln gebildete Wälzkörper abwälzen können.
Die Hülse 3 ist an einem axialen Ende mit einem Flansch 6 versehen. Das Anschweißbauteil 7 ist an den Flansch 6 angeschweißt.
2 zeigt in einer Vergrößerung die Verbindung zwischen der Hülse 3 und dem Anschweißbauteil 7 über den Flansch 6. Deutlich ist zu erkennen, dass der Flansch 6 an die Stirnseite der Hülse 3 mit einer Schweißnaht 8 angeschweißt ist, wobei die Schweißnaht 8 die Dicke des Flansches 6 durchdringt.
Das Anschweißbauteil 7 ist im Ausführungsbeispiel mittels einer Kehlnaht 9 an die von der Hülse 3 abgewandte Stirnfläche 10 des Flansches 6 angeschweißt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 unterscheidet sich von dem aus den 1 und 2 lediglich dadurch, dass ein einstückig mit der Hülse 3 verbundener Flansch 16 ausgebildet ist, an dessen dem Anschweißbauteil 7 zugewandten Stirnfläche 17 das Anschweißbauteil 7 angeschweißt ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 unterscheidet sich von dem aus den 3 und 4 lediglich dadurch, dass ein einstückig mit der Hülse 3 verbundener Flansch 18 ausgebildet ist, dessen freies Ende mit einer Umbördelung 19 versehen ist, sodass die äußere Mantelfläche der Hülse 3 eine Stirnfläche 20 bildet, die dem Anschweißbauteil 7 zugewandt und mit dem Anschweißbauteil 7 verschweißt ist.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist die Hülse 3 an ihrer inneren Mantelfläche mit einer gehärteten Schicht 11 versehen
Diese gehärtete Schicht 11 ist durch ein Stahlblech bereitgestellt, dass als zweilagiger Verbundwerkstoff 13 ausgeführt ist. Deutlich ist in allen Ausführungsbeispielen der zweilagige Verbundwerkstoff 13 zu erkennen. Eine erste Lage 14 dieses Verbundwerkstoffs 13 ist aus einem die inneren Mantelfläche der Hülse 3 bildenden legierten Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt gebildet. Eine zweite Lage 15 ist aus einem die äußere Mantelfläche der Hülse 3 bildenden legierten Stahl mit vergleichsweise niedrigerem Kohlenstoffgehalt gebildet, der sich durch eine bessere Schweißbarkeit auszeichnet. Die aus diesem Verbundblech hergestellte Hülse 3 ist nach dem Härten an ihrer inneren Mantelfläche wälzfest.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist das Anschweißbauteil 7 an einer schweißbaren Fläche entweder der Hülse 3 oder des mit der Hülse 3 fest verbundenen Flansches 6, 16, 18 angeschweißt.

1: Mutter
2: Kugelgewindemutter
3: Hülse
4: Wälzprofil
5: Kugelrille
6: Flansch
7: Anschweißbauteil
8: Schweißnaht
9: Kehlnaht
10: Stirnfläche
11: gehärtete Schicht
12: Aufkohlung
13: Verbundwerkstoff
14: erste Lage
15: zweite Lage
16: Flansch
17: Stirnfläche
18: Flansch
19: Umbördelung
20: Stirnfläche

Claims

Profilierte Mutter (1) eines Gewindetriebes, deren aus Stahlblech hergestellte Hülse (3) an ihrem Innenumfang ein spanlos angeformtes Wälzprofil (4) für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern aufweist und in einem Wärmebehandlungsverfahren zumindest im Bereich des Wälzprofils (4) gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Wälzprofil (4) aufweisende innere Mantelfläche der Hülse (3) gehärtet ist und eine höhere Rockwellhärte aufweist, und dass eine äußere Mantelfläche der Hülse (3) schweißbar ausgebildet ist und eine niedrigere Rockwellhärte aufweist, wobei das Stahlblech als wenigstens zweilagiger Verbundwerkstoff (13) ausgeführt ist, dessen erste Lage (14) aus einem die innere Mantelfläche der Hülse (3) bildenden legierten Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt oder höherer Härtbarkeit und dessen zweite Lage (15) aus einem die äußere Mantelfläche der Hülse (3) bildenden legierten Stahl mit vergleichsweise niedrigerem Kohlenstoffgehalt oder geringerer Härtbarkeit gebildet ist.
Profilierte Mutter (1) nach Anspruch 1, deren Hülse (3) an einem axialen Ende mit einem Flansch (6, 16, 18) versehen ist, der schweißbar ausgebildet ist und eine niedrigere Rockwellhärte aufweist.
Profilierte Mutter (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, deren Flansch (16, 18) einstückig mit der zweiten Lage (15) der aus Verbundwerkstoff (13) hergestellten Hülse (3) verbunden ist.
Profilierte Mutter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die als Kugelgewindemutter (2) eines Kugelgewindetriebs ausgebildet ist, deren schraubenförmig um eine Mutterachse gewundene Kugelrille (5) durch das Wälzprofil (4) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer profilierten Mutter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Stahlblech zu der Hülse (3) in einem Umformungsprozess umgeformt und anschließend in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 zum Herstellen einer profilierten Mutter (1) nach Anspruch 4, nach den folgenden Schritten: Umformen des aus Verbundwerkstoff (13) gebildeten mehrlagigen Stahlblechs zu der Hülse (3) mit dem einstückig angeformten Flansch (16, 18); zumindest abschnittsweise Entfernen der ersten Lage (14) des Stahlblechs an dem Flansch (16, 18) an dessen als Anschweißfläche für ein Anschweißbauteil (7) vorgesehenen Seite; Härten der Mutter (1) in einem Wärmebehandlungsverfahren.