DE102019120812A1

DE102019120812A1 - Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter eines Gewindetriebes, insbesondere Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes

Info

Publication number: DE102019120812A1
Application number: DE102019120812.2A
Authority: DE
Inventors: Mario KREUTZER; Dieter Eckert; Paul Heinz; Richard Baier
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-04
Also published as: WO2021018339A1; US20220260139A1; KR20220039650A; CN114127443B; CN114127443A

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter (1) eines Gewindetriebes wird vorgeschlagen. Aus einem für das Einsatzhärten geeigneten Stahlblech wird in einem Umformverfahren eine Hülse (4) hergestellt. An die Hülse (4) wird ein Flansch (7, 11) zum Anschweißen an ein Maschinenteil (2) einstückig angeformt. Eine Schweißfläche (9, 13) des Flansches (7, 11) weist eine diffusionshemmende Schicht (10, 14) auf, die das Eindringen von Kohlenstoff in die Schweißfläche (9, 13) hemmt. Diese Hülse (4) wird einsatzgehärtet, und anschließend wird die Schweißfläche (9, 13) durch Entfernen der diffusionshemmenden Schicht (10, 14) freigelegt. Die Hülse (4) kann an ihrer freigelegten Schweißfläche (9, 13) mit einem Maschinenteil (2) stoffschlüssig verbunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter eines Gewindetriebes, insbesondere Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes.
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. Die Kugelgewindemutter ist gehärtet.
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 Maschinenteil erforderlich. Eine Schweißverbindung ist schwierig oder nicht durchführbar aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes bzw des martensitischen Gefüges.
Aufgabe der Erfindung war es, eine Gewindemutter eines Gewindetriebes anzugeben, die in einem umformtechnischen Verfahren herstellbar und nach ihrem Härten auf einfache Art und Weise mit einem Maschinenteil verbindbar ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die profilierte Gewindemutter nach Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter eines Gewindetriebes sieht folgende Schritte vor:

Aus einem für das Einsatzhärten geeigneten Stahlblech wird in einem Umformverfahren eine Hülse hergestellt. Für die spanlose Bearbeitung sind Stahlbleche mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt geeignet.

Die Hülse wird mit einem Schweißabschnitt zum Anschweißen an ein Maschinenteil versehen. In zahlreichen Anwendungen ist es erforderlich, die Gewindemutter stoffschlüssig mit einem Maschinenteil zu verbinden. Der bereitgestellte Schweißabschnitt für eine stoffschlüssige Verbindung ist dadurch ermöglicht, dass ein kohlenstoffarmer Stahl zur Herstellung der Hülse eingesetzt wird. Als Schweißabschnitt kann ein an die Hülse angeformter Radialflansch oder eine Stirnfläche der Hülse dienen.
Eine Schweißfläche des Schweißabschnitts ist mit einer diffusionshemmenden Schicht versehen, die das Eindringen von Kohlenstoff in die Schweißfläche hemmt. Die diffusionshemmende Schicht kann durch Kupfer gebildet sein. Diese Schicht kann galvanisch aufgetragen oder aufplattiert werden.
Die Schicht kann bereits einseitig auf dem Ausgangsmaterial vorgesehen sein, aus dem die Hülse hergestellt wird. Diese Schicht kann gegebenenfalls auch nach Herstellung der Hülse und vor deren Wärmebehandlung an dem Schweißabschnitt aufgebracht werden.
Die Hülse kann vor dem Einsatzhärten am Außenumfang mit der diffusionshemmenden Schicht (10, 14) versehen sein, die lediglich im Bereich der Schweißfläche (9, 13) nach dem Einsatzhärten entfernt wird. Das Entfernen der diffusionshemmenden Schicht lediglich im Bereich der Schweißfläche reduziert den Arbeitseinsatz und stellt sicher, dass die freigelegte Schweißfläche zum Anschweißen an ein Maschinenteil bereitgestellt ist.
Die diffusionshemmende Schicht kann nach dem Umformen des Bleches und vor dem Einsatzhärten lediglich auf den Schweißabschnitt aufgebracht und nach dem Einsatzhärten im Bereich der Schweißfläche entfernt werden. Diese Verfahrensschritte reduzieren den Materialeinsatz.
Am Innenumfang der Hülse wird in einem Umformverfahren ein Wälzprofil für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern angeformt, das schraubenförmig um eine Längsachse der Hülse gewunden ist. Hier sind alle gängigen Umformverfahren möglich, wie Rollieren, Hochdruck-Blechumformen und Taumeln.
Beim Taumelverfahren wird die Hülse in ein Gesenk eingelegt, das ein ruhender Teil einer Taumelpresse ist. Ein Taumelgesenk wird in eine Walzbewegung versetzt, unter der das Material der Hülse in seine neue Form fließen kann und ein Gewinde als Wälzprofil erzeugen kann.
Die Hülse wird einsatzgehärtet, wobei unter dem Aufkohlen der Kohlenstoff zwar insbesondere in die Bereiche eindringt, die als Laufbahnen für die Kugeln dienen. Jedoch hemmt die diffusionshemmende Schicht auf der Schweißfläche das Eindiffundieren von Kohlenstoff. Nach dem Einsatzhärten wird die Schweißfläche durch Entfernen der diffusionshemmenden Schicht freigelegt und die aus der Hülse hergestellte Gewindemutter kann an ein Maschinenteil angeschweißt werden.
Dieses Anschweißen kann unabhängig von der Herstellung der Gewindemutter erfolgen, also wenn die Gewindemutter beispielsweise vom Hersteller der Gewindemutter an einen Kunden geliefert und in der vorgesehenen Anwendung verbaut wird.
Die Hülse kann vor dem Einsatzhärten am Außenumfang mit der diffusionshemmenden Schicht versehen sein. Diese Schicht kann auch lediglich an dem Schweißabschnitt aufgebracht sein. Die so vorbereitete Hülse kann in der beschriebenen Weise einsatzgehärtet werden. Im Bereich des Wälzprofils wird demzufolge eine gehärtete Oberfläche hergestellt, die als Wälzfläche für die Kugeln geeignet ist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gewindemuttern können Teil eines Kugelgewindetriebes sein, dessen Gewindemutter auf einer Gewindespindel angeordnet ist, und dessen Kugeln an schraubenförmig um die Längsachse des Kugelgewindetriebes gewundenen Kugelrillen der Gewindemutter und der Gewindespindel abwälzen.
Die Gewindemutter kann eine Außenhülse aufweisen, zwischen der und der Hülse eine an sich bekannte Umlenkeinrichtung für Kugeln vorgesehen ist, die in einem Kugelkanal endlos umlaufen. Der Kugelkanal weist einen Lastabschnitt sowie einen Umlenkabschnitt auf, der einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts endlos miteinander verbindet. Der Lastabschnitt ist gebildet durch schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen der Gewindemutter und der Gewindespindel. Der Lastabschnitt kann im Fall einer sogenannten Einzelumlenkung weniger als eine volle Windung ausgebildet sein und im Fall einer Außenumlenkung über mehrere Windungen. Die Umlenkeinrichtung kann eine Kunststoffhülse aufweisen, die koaxial zwischen der Hülse und der Außenhülse eingesetzt ist. Der oben beschriebene Flansch erstreckt sich zwischen der Hülse und der Außenhülse und ist fest mit der Außenhülse verbunden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt fünf Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 Eine als Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes ausgebildete Gewindemutter im Längsschnitt,
2 eine Ausschnittvergrößerung aus 1,
3 eine weitere Kugelgewindemutter im Längsschnitt,
4 eine Ausschnittvergrößerung aus 3,
5 einen Kugelgewindetrieb mit einer Gewindemutter gemäß 1.

In sämtlichen Figuren ist eine Gewindemutter eines Gewindetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes abgebildet.
1 zeigt im Längsschnitt eine Gewindemutter 1 eines Gewindetriebes mit einem angeschweißten Maschinenteil 2 im Längsschnitt. Diese Gewindemutter 1 ist als Kugelgewindemutter 3 ausgebildet. Die Kugelgewindemutter 3 weist eine aus Stahlblech hergestellte Hülse 4 auf, an deren Innenumfang ein spanlos angeformtes Wälzprofil 5 für den Wälzkontakt mit nicht abgebildeten Wälzkörpern ausgebildet ist. Das Wälzprofil 5 ist als schraubenförmig um eine Längsachse gewundene Kugelrille 6 ausgebildet, an der durch nicht dargestellte Kugeln gebildete Wälzkörper abwälzen können.
Die Hülse 3 ist an einem axialen Ende mit einem einstückig angeformten Flansch 7 zum Anschweißen des Maschinenteils 2 versehen.
2 zeigt in einer Vergrößerung einen Ausschnitt des Flansches 7, der an seiner dem Maschinenteil 2 zugewandten Stirnseite mit einer Schweißfläche 9 versehen ist. Diese Schweißfläche 9 wird freigelegt, nachdem die Hülse 4 einsatzgehärtet wurde.
Im Zuge des Einsatzhärtens wird die Hülse 4 aufgekohlt. Das Eindiffundieren von Kohlenstoff in die Schweißfläche 9 wird unterbunden durch eine diffusionshemmende Schicht 10, die im Ausführungsbeispiel aus Kupfer gebildet ist. Deutlich ist in 2 die gehärtete Kugelrille 6 abgebildet. Nach dem Einsatzhärten wird die Schicht 10 entfernt. Die darunter liegende Schweißfläche 9 hat im Zuge des Einsatzhärtens keinen Kohlenstoff aufgenommen und kann nun zuverlässig stoffschlüssig mit dem Maschinenteil 2 verbunden werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 unterscheidet sich von dem aus den 3 und 4 lediglich dadurch, dass ein einstückig mit der Hülse 4 verbundener Flansch 11 ausgebildet ist, dessen freies Ende mit einer Umbördelung 12 versehen ist, dessen dem Maschinenteil 2 zugewandte Stirnseite als Schweißfläche 13 ausgebildet und mit dem Maschinenteil 7 verschweißt ist. Die Umbördelung 12 wird stoffschlüssig mit dem Maschinenteil 2 verbunden.
Die Hülse 4 mit dem einstückig angeformten Flansch 11 ist an ihrer äußeren Mantelfläche mit einer diffusionshemmenden Schicht 14 versehen, die das Eindringen von Kohlenstoff unter dem Einsatzhärten der Hülse 4 unterbindet. Nach erfolgtem Einsatzhärten ist jedenfalls die Kugelrille einsatzgehärtet und wälzfest.
Die Schicht 14 kann an der dem Maschinenteil 2 zugewandten Stirnseite entfernt werden, so dass die darunterliegende Schweißfläche 13 freigelegt ist zum Anschweißen an das Maschinenteil 2. Eine Variante vorsehen, die Schicht 14 auf der Schweißfläche zu belassen während des Schweißvorganges.
Das zur Herstellung der Gewindemutter 1 verwendete Stahlblech kann bereits mit der Schicht 14 versehen sein, die beispielsweise aus Kupfer gebildet ist. Diese Schicht 14 kann aufplattiert oder galvanisch aufgetragen sein.
Die 5 zeigt einen Kugelgewindetrieb mit der als Kugelgewindemutter 3 ausgebildeten Gewindemutter 1. Die Gewindemutter 1 weist eine Außenhülse 16 auf, zwischen der und der Hülse 4 eine an sich bekannte Umlenkeinrichtung 17 für Kugeln vorgesehen ist, die in einem Kugelkanal 18 endlos umlaufen. Der Kugelkanal 18 weist einen Lastabschnitt 19 sowie einen Umlenkabschnitt 20 auf, der einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts 19 endlos miteinander verbindet. Der Lastabschnitt 19 ist gebildet durch schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen 14, 21 der Gewindemutter 1 und einer im Gewindespindel 22, auf der die Gewindemutter 1 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel wird die Gewindespindel 22 drehangetrieben. Der Lastabschnitt 19 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel über mehrere Windungen. Die Umlenkeinrichtung 17 weist eine Kunststoffhülse 23 auf, die koaxial zwischen der Hülse 4 und der Außenhülse 16 eingesetzt ist. Der oben beschriebene Flansch 7 erstreckt sich radial zwischen der Hülse 4 und der Außenhülse 16 und ist fest mit der Außenhülse 16 verbunden.
Bezugszeichen

1: Gewindemutter
2: Maschinenteil
3: Kugelgewindemutter
4: Hülse
5: Wälzprofil
6: Kugelrille
7: Flansch
8: ---
9: Schweißfläche
10: Schicht
11: Flansch
12: Umbördelung
13: Schweißfläche
14: Schicht 15 ---
16: Außenhülse
17: Umlenkeinrichtung
18: Kugelkanal
19: Lastabschnitt
20: Umlenkabschnitt
21: Kugelrille
22: Gewindespindel
23: Kunststoffhülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2829433 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter (1) eines Gewindetriebes nach den folgenden Schritten: • aus einem für das Einsatzhärten geeigneten Stahlblech wird in einem Umformverfahren eine Hülse (4) hergestellt, • an die Hülse (4) wird ein mit einer Schweißfläche (9, 13) versehener Flansch (7, 11) einstückig angeformt zum Anschweißen an ein Maschinenteil (2), • am Innenumfang der Hülse (4) wird in einem Umformverfahren ein Wälzprofil (5) für den Wälzkontakt mit Wälzkörpern angeformt, das schraubenförmig um eine Längsachse der Hülse (4) gewunden ist, • der Flansch (7,11) weist an seiner dem Maschinenteil (2) zugewandten Seite eine diffusionshemmende Schicht (10, 14) auf, die das Eindringen von Kohlenstoff in die Schweißfläche (9, 13) hemmt, • diese Hülse (4) wird einsatzgehärtet.
Verfahren nach Anspruch 1, nach dessen Einsatzhärten der Gewindemutter (1) die Schweißfläche (9, 13) durch Entfernen der diffusionshemmenden Schicht (10, 14) freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dessen Hülse (4) vor dem Einsatzhärten am Außenumfang mit der diffusionshemmenden Schicht (10, 14) versehen ist, die lediglich im Bereich der Schweißfläche (9, 13) nach dem Einsatzhärten entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen diffusionshemmende Schicht (10, 14) nach dem Umformen des Bleches und vor dem Einsatzhärten lediglich auf den Schweißabschnitt (7, 11) aufgebracht und nach dem Einsatzhärten im Bereich der Schweißfläche (9, 13) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen diffusionshemmende Schicht (10, 14) durch Kupfer gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen diffusionshemmende Schicht (10, 14) galvanisch aufgetragen oder aufplattiert wird.
Gewindemutter (1), hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als Kugelgewindemutter (3) eines Kugelgewindetriebs ausgebildet ist, deren schraubenförmig um eine Längsachse gewundene Kugelrille (6) durch das Wälzprofil (5) gebildet ist.
Kugelgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (22) und mit der auf der Gewindespindel (22) angeordneten Gewindemutter (1) nach Anspruch 8, und mit Kugeln, die an schraubenförmig um die Längsachse des Kugelgewindetriebs gewundenen Kugelrillen (6, 21) der Gewindemutter (1) und der Gewindespindel (22) abwälzen.