DE102020132817A1

DE102020132817A1 - Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes

Info

Publication number: DE102020132817A1
Application number: DE102020132817.6A
Authority: DE
Inventors: Mario KREUTZER; Richard Baier; Claus Pfeffer; Thomas Kandler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-09
Also published as: CN116368318A; US20240035553A1; WO2022122070A1

Abstract

Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes, mit einer aus Blech gebildeten Innenhülse (1) und mit einer aus Blech gebildeten Außenhülse (2), die axial ineinander zu einer Mutterhülse (3, 21, 31) verschachtelt sind, die mit einem schraubenförmig um eine Längsachse der Gewindemutter angeformten Gewinde (4) versehen ist, das am Innenumfang der Mutterhülse (3, 21, 31) eine schraubenförmig um die Längsachse der Gewindemutter gewundene Kugelrille (5) und am Außenumfang der Mutterhülse (3, 21, 31) einen schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst (6) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes.
Kugelgewindetriebe wandeln eine Relativdrehung von Gewindemutter und Gewindespindel in eine Relativverschiebung von Gewindemutter und Gewindespindel um. Zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter sind Kugeln in einem schraubenförmig um eine Spindelachse gewundenen Kugelkanal angeordnet, der von schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen begrenzt ist, die an der Gewindemutter und an der Gewindespindel ausgebildet sind. Die Kugelkanäle sind in den meisten Ausführungen endlos, sie sind gebildet aus einem Lastabschnitt sowie einem Rückführungsabschnitt, der einen Anfang mit einem Ende des Lastabschnitts verbindet. Der Lastabschnitt ist gebildet durch die Kugelrillen der Gewindespindel und der Gewindemutter. Der Rückführungsabschnitt ist je nach Typ des Kugelgewindetriebs ausgebildet. Üblicherweise ist die Gewindemutter mit Durchgangslöchern an ihrer Mantelfläche versehen, in die im Fall einer Einzelumlenkung Umlenkstücke im Fall einer sogenannten Außenumlenkung Umlenkrohre endseitig eingesetzt sind. Im Fall der Einzelumlenkung verbindet das Umlenkstück ein Ende einer Windung des Lastabschnitts mit einem Anfang dieser Windung. Im Fall der Außenumlenkung verbindet das Umlenkrohr oder Umlenkelement einen Anfang einer ersten Windung des Lastabschnitts mit einem Ende einer letzten Windung des Lastabschnitts. Der Lastabschnitt kann demzufolge mehrere Windungen umfassen.
Kugelgewindetriebe sind beispielsweise DE 10 2016 209 119 A1 bekannt geworden, dessen aus Blech geformte Gewindemutter mit einer umformtechnisch durch Gewindeformen hergestellten Kugelrille versehen ist. An ein axiales Ende der hülsenförmigen Gewindemutter ist ein durch einen Flansch gebildetes Anschlussteil einstückig angeformt, um die Gewindemutter an ein Maschinenteil anzuschließen.
Die Gewindemuttern werden in zahlreichen Anwendungen fest mit Maschinenteilen verbunden und sollen beispielsweise gut schweißbar sein. Die Kugelrillen der Gewindemuttern sollen gut härtbar sein. Diese unterschiedlichen Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften sind bei der Auswahl der Materialien zu berücksichtigen. Die sich aus den Anforderungen ergebenden Beschränkungen bei der Werkstoffauswahl können zu erheblichem Aufwand bei der Herstellung der Gewindemutter führen. Wenn beispielsweise eine gute Schweißbarkeit im Vordergrund steht, ist für die Wärmebehandlung eine Aufkohlung erforderlich, um eine ausreichende Härte bereitzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Gewindemutter eines Kugelgewindetriebs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, die wirtschaftlich günstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die Gewindemutter gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes ist mit einer aus Blech gebildeten Innenhülse und mit einer aus Blech gebildeten Außenhülse versehen, die axial ineinander zu einer Mutterhülse verschachtelt sind.
Die vorzugsweise umformtechnisch hergestellten Hülsen können zylindrisch glatt ausgeführt sein. Die Durchmesser der einander zugewandten Mantelflächen sind für ein enges Spiel oder eine Pressverbindung aufeinander abgestimmt. Die so miteinander verschachtelten Hülsen bilden die Mutterhülse.
Die Mutterhülse ist mit einem schraubenförmig um eine Längsachse der Gewindemutter angeformten Gewinde versehen, das am Innenumfang der Mutterhülse eine schraubenförmig um die Längsachse der Gewindemutter gewundene Kugelrille und am Außenumfang der Mutterhülse einen schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst bildet. Das Anformen des Gewindes bedeutet ein Umformen beider Hülsen entlang der Bahn des Gewindes.
Die Kugelrille der Gewindemutter bildet mit einer schraubenförmigen Kugelrille einer Gewindespindel des Kugelgewindetriebs einen Lastabschnitt eines Kugelkanals, in dem die Kugeln - im Fall eines Kugelgewindetriebes mit Kugelrückführung - endlos umlaufen.
Diese Gewindemutter ermöglicht eine funktionsbezogene Auswahl von Stählen für die Innenhülse und die Außenhülse. Die Außenhülse kann beispielsweise aus einem gut schweißbaren Stahlblech gebildet sein, wenn die Gewindemutter an ein Maschinenteil angeschweißt werden soll. Die Innenhülse kann aus einem gut härtbaren Stahlblech gebildet sein, das eine ausreichende Härte der Kugelrille für die Kugeln ermöglicht.
Das in der Mutterhülse ausgebildete Gewinde bedingt einen formschlüssigen Eingriff der Innenhülse und der Außenhülse miteinander mit Blick auf eine axiale Belastung der Gewindemutter. Im Längsschnitt durch das Gewinde der Gewindemutter gesehen sind die beiden Mäntel der Hülsen etwa bogenförmig gewölbt und greifen ineinander. Eine konvexe Wölbung der inneren Hülse greift in eine konkave Wölbung der äußeren Hülse.
In einer bevorzugten Ausführung ist am Außenumfang der Innenhülse ein schraubenförmig um die Längsachse gewundener innerer Wulst bildet, der konvex gewölbt ist. An der Außenhülse ist am Innenumfang eine schraubenförmig gewundene Rille gebildet, in die der innere Wulst der Innenhülse eingreift.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gewindemutter mit wenigstens einem an der Außenhülse entlang des Gewindes ausgebildeten äußeren Loch versehen ist, in das Material der Innenhülse eingeformt ist. Das Einformen von Material unterstützt eine drehfeste Verbindung der beiden ineinander verschachtelt angeordneten Hülsen, denn dieses Einformen bedeutet einen Eingriff der Innenhülse in die Außenhülse, so dass in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Hülsen besteht.
Das Loch der Außenhülse kann überdeckt sein vom Mantel der Innenhülse, deren Material in dieses Loch eingeformt ist. Wenn das Gewinde in einem Umformprozess mit einem Umformwerkzeug durchgeführt wird, das die Kugelrille am Innenumfang der Innenhülse einformt, fließt Material der Innenhülse in das Loch der Außenhülse, weil die Innenhülse an dieser Stelle radial nicht abgestützt ist und der Hülsenmantel etwas nach radial außen verformt wird.
In günstiger Weiterbildung weist ein Kugelgewindetrieb mit Kugelrückführung eine Mutterhülse auf, die entlang des Gewindes wenigstens ein Durchgangsloch für die Rückführung von Kugeln aufweist, das gebildet ist von einem inneren Loch der Innenhülse sowie von dem äußeren Loch der Außenhülse. Das oder die äußeren Löcher können an der Außenhülse bereits eingestanzt werden, bevor beide Hülsen miteinander verschachtelt werden. Das oder die Innenlöcher können gestanzt oder geschnitten werden, nachdem die beiden Hülsen miteinander gefügt und das Gewinde mit der Kugelrille an die Mutterhülse angeformt sind. Da lediglich die Wanddicke der inneren Hülse durchdrungen werden muss, um das Durchgangsloch bereitzustellen, können die angreifenden Werkzeugkräfte soweit reduziert werden, dass unerwünschte Verformungen der Mutterhülse nicht auftreten.
Für die Bereitstellung dieses Kugelgewindetriebes mit Kugelrückführung können mehrere Löcher in der Gewindemutter erforderlich sein. Im Fall der genannten Einzelumlenkung jeweils ein Loch für jedes Umlenkstück, das ein Ende mit einem Anfang einer gemeinsamen Windung des Lastabschnitts des Kugelkanals endlos verbindet. Im Fall einer Außenumlenkung jeweils zwei Löcher, in die die Enden eines am Außenumfang der Mutterhülse angeordneten Umlenkelementes eingreifen, das ein Ende einer letzten Windung mit einem Anfang einer ersten Windung des Lastkanals endlos verbindet.
Zunächst werden in vorteilhafter Weise in die Außenhülse mehrere äußere Löcher eingebracht, bevorzugt durch Stanzen. Das Stanzen der äußeren Löcher ist technisch einfach durchzuführen. In die Innenhülse können nach dem Bereitstellen des Gewindes die inneren Löcher eingebracht werden, so dass Durchgangslöcher in der Mutterhülse gebildet sind, die für die Aufnahme der genannten Umlenkstücke oder Umlenkelemente eingerichtet sind.
Üblicherweise wird bei Kugelgewindetrieben mit Kugelrückführung der Übergang von dem Lastabschnitt in den Rücklaufabschnitt des Kugelkanals an der Gewindemutter als Kugeleinlauframpe ausgeführt, in an sich bekannter Weise der allmählichen Entlastung / Belastung der Kugeln dienen, wenn diese aus dem Lastabschnitt in den Rückführungsabschnitt des endlosen Kugelkanals oder umgekehrt gelangen. Diese Kugeleinlauframpen am Übergang von der Kugelrille zum Rand des inneren Lochs erstrecken sich lediglich einige Hundertsel Millimeter in Umfangsrichtung und in radialer Richtung. Diese Kugeleinlauframpen können geformt werden, wenn das Umformwerkzeug das Gewinde mit der Kugelrille einformt.
Die Innenhülse weist am Rand des inneren Lochs einen umgeformten Randabschnitt auf, die eine Kugeleinlauframpe bildet. In günstiger Weise kann mittels des oben erwähnten Umformwerkzeug dieser umgeformte Randabschnitt erzeugt werden, während die Kugelrille angeformt wird und die Innenhülse nicht an der Außenhülse abgestützt ist.
Vorzugsweise weist das Durchgangsloch ein größeres äußeres Loch an der Außenhülse sowie ein kleineres Loch an der Innenhülse auf. Auf diese Weise wird einerseits das Erzeugen der Kugeleinlauframpe erleichtert, andererseits ist Platz geschaffen zum Einsetzen eines Umlenkrohres einer Außenumlenkung.
Die Gewindemutter kann an wenigstens einem axialen Ende der Mutterhülse mit einem Anschlussbauteil versehen sein; beispielsweise können die Innenhülse und/oder die Außenhülse mit Flansch oder einem Lagerring verbunden sein.
Die Innenhülse und/oder die Außenhülse kann aus axial benachbart angeordneten Hülsenteilen gebildet sein. Das kann zweckmäßig sein, wenn beispielsweise das eine Hülsenteil monolithisch in einen Lagerring eines Rillenkugellagers übergeht und für diesen Lagerring eine andere Kernhärte erforderlich ist im Vergleich zu der Hülse. In diesen Fällen ist dieses Hülsenteil zugleich Teil des Anschlussbauteils.
Eine Wärmebehandlung der Gewindemutter kann im Anschluss an die beschriebenen umformtechnischen und spangebenden Arbeitsschritte durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist die Innenhülse aus einem Stahlblech mit einem C-Gehalt größer als 0,3 Prozent und die Außenhülse aus einem Stahlblech mit einem C-Gehalt kleiner als 0,3 Prozent gebildet. Für die Innenhülse kann in günstiger Weise ein Stahlblech aus dem Werkstoff C80 verwendet werden, mit dem nach der Wärmebehandlung eine vergleichsweise große Härte HRC erzielt werden kann. Die Innenhülse trägt die Kugelrille, an der die Kugeln unter Last abwälzen.
Für die Außenhülse hingegen kann in günstiger Weise ein Stahlblech aus den Werkstoffen 16MnCr5 oder DC04 verwendet werden, die aufgrund des geringeren Kohlenstoffgehaltes eine verbesserte Schweißbarkeit ermöglichen können.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der beschriebenen Gewindemutter sieht folgende Schritte vor:

Eine aus Blech gebildete - vorzugsweise zylindrische - Innenhülse und eine aus Blech gebildete - vorzugsweise zylindrische - Außenhülse werden axial ineinander als Mutterhülse verschachtelt und gefügt. Zweckmäßiger Weise kann die Außenhülse bereits mit den oben erwähnten äußeren Löchern versehen sein, die eingestanzt werden können, bevor die beiden Hülsen miteinander gefügt werden.

Die Mutterhülse wird in eine Matrize eingesetzt, an deren Innenumfang eine schraubenförmig um die Achse der Gewindemutter ausgebildete matrizenseitige Rille ausgebildet ist. Diese matrizenseitige Rille hat die Steigung der Kugelrille, die in nachfolgend beschriebener Weise angeformt wird.
Ein Umformwerkzeug fährt in die Mutterhülse ein und formt in die Mutterhülse ein schraubenförmig um eine Längsachse gewundenes Gewinde, das am Innenumfang der Mutterhülse eine schraubenförmig gewundene Kugelrille der Gewindemutter bildet, und das am Außenumfang der Mutterhülse entlang des Gewindes einen schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst bildet, der in die matrizenseitige Rille fließt.
Als Umformwerkzeug kommt ein sogenannter Gewindeformer infrage, der koaxial zu der Achse der Gewindemutter angeordnet ist und um seine Achse rotiert und dabei das Gewinde formt. Alternativ können bei großen Innendurchmessern der Gewindemutter Rollierwerkzeuge zum Einsatz kommen, deren Rollen das Gewinde mit der Kugelrille formen.
Das Umformwerkzeug steht in direktem Kontakt mit der Innenhülse; die wirkende Umformkraft erzeugt die Kugelrille, und verformt den Mantel der Innenhülse entlang des Gewindes zu dem inneren Wulst, der unter der wirkenden Umfangskraft die Außenhülse entlang des Gewindes umformt, so dass am Innenumfang der Außenhülse die schraubenförmig gewundene Rille und am Außenumfang der Außenhülse der äußere Wulst gebildet sind. Der innere Wulst der Innenhülse greift in die Rille der Außenhülse und der äußere Wulst der Außenhülse greift in die matrizenseitige Rille, das heißt das Material der Außenhülse fließt in die matrizenseitige Rille.
Die so bereitgestellte Mutterhülse weist aufgrund des Gewindeeingriffs in axialer Richtung einen Formschluß zwischen den beiden Hülsen auf. Zwischen diesen beiden Hülsen ist ein ausreichend großer Reibkontakt, so dass beide Hülsen in den Umfangsrichtungen verdrehsicher angeordnet sind.
Wenn an der Außenhülse entlang des Gewindes die äußeren Löcher eingestanzt sind, bevor die Außenhülse mit der Innenhülse zu der Mutterhülse verschachtelt wird, fließt unter der Umformkraft des Umformwerkzeugs Material der Innenhülse in das äußere Loch hinein unter Bildung des umgeformten Randabschnitts im Bereich eines Rands des äußeren Lochs. Nachdem die Kugelrille angeformt ist, können die inneren Löcher an der Innenhülse ausgestanzt oder ausgeschnitten werden, um die Durchgangslöcher für die endlosen Kugelkanäle zu bilden.
Der umgeformte Randabschnitt erhält in dem zuvor beschriebenen Verfahren seine Kontur als Kugeleinlauframpe schon vor dem Einstanzen der inneren Löcher. In einer Variante ist es möglich, dass die Kugeleinlauframpe mittels des Einstanzens der inneren Löcher erzeugt wird, wenn das Stanzwerkzeug von radial innen nach radial außen fährt und Material mit in das äußere Loch hinein zieht.
Nach Abschluss dieser Verfahrensschritte kann die Gewindemutter der Matrize entnommen und in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet werden.
Weiter oben wurde bereits ausgeführt, dass die Innenhülse vorzugsweise aus einem Stahlblech mit einem C-Gehalt größer als 0,3 Prozent und die Außenhülse aus einem Stahlblech mit einem C-Gehalt kleiner als 0,3 Prozent gebildet ist.
Auf diese Weise kann mit der Wärmebehandlung in der Innenhülse ein martensitisches oder ein bainitisches Gefüge mit einem höheren Anteil an Martensit oder Bainit erzeugt werden, und in der Außenhülse ein kleinerer oder kein Anteil an Martensit oder Bainit erzeugt werden.
Der höhere Anteil an Martensit oder Bainit in der Innenhülse bewirkt ein Härtewachstum der Innenhülse. Demzufolge wird die Verbindung zwischen Innen- und Außenhülse verbessert, da die Innenhülse aufgrund ihres Härtewachstums eine radiale Vorspannkraft auf die Außenhülse ausübt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von sieben in insgesamt 22 Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine erste Variante einer Gewindemutter,
2 einen Längsschnitt durch eine verschachtelte Mutterhülse,
3 und 4 ein Verfahren zur weiteren Bearbeitung der Hülsen aus 2,
5 die Mutterhülse aus 2 mit angeformten Gewinde,
6 eine zweite Variante der Mutterhülse,
7 einen Ausschnitt einer Mutterhülse wie in 6, längsgeschnitten,
8 einen weiteren Ausschnitt der Mutterhülse aus 6 mit angeformten Gewinde,
9 eine Ansicht der zweiten Variante der Gewindemutter,
10 einen Ausschnitt der Gewindemutter aus 9 in perspektivischer Darstellung,
11 einen weiteren Ausschnitt der Gewindemutter aus 9 im Querschnitt,
12 eine dritte Variante der Mutterhülse im Längsschnitt,
13 die Mutterhülse aus 12 mit angeformten Gewinde,
14 eine vierte Variante der Mutterhülse im Längsschnitt,
15 die Mutterhülse aus 14 mit angeformten Gewinde,
16 die Gewindemutter gemäß der fünften Variante in perspektivischer Darstellung,
17 eine Ansicht der fünften Variante der Mutterhülse im Längshalbschnitt in einer Fertigungsstufe vor Fertigstellung der Gewindemutter,
18 die Gewindemutter gemäß der fünften Variante im Längsschnitt,
19 eine sechste Variante der Mutterhülse im Längsschnitt,
20 die Gewindemutter gemäß der sechsten Variante im Längsschnitt,
21 einen weiteren Längsschnitt und
22 die Gewindemutter gemäß einer siebten Variante im Längsschnitt.

Die in 1 abgebildete Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes mit Außenumlenkung ist mit einer aus Blech gebildeten Innenhülse 1 und mit einer aus Blech gebildeten Außenhülse 2 versehen, die axial ineinander zu einer Mutterhülse 3 verschachtelt sind.
Ein Kugelgewindetrieb mit Außenumlenkung weist einen endlosen Kugelkanal auf, der gebildet ist aus einem Lastabschnitt sowie einem Rückführungsabschnitt. In dem Lastabschnitt wälzen Kugeln unter Last an Kugelrillen der Gewindemutter sowie der Gewindespindel ab. In dem Rückführungsabschnitt werden die Kugeln lastfrei von einem Ende des Lastabschnitts bis zu einem Anfang des Lastabschnitts zurückgeführt. Der Lastabschnitt windet sich um die Spindelachse über mehr als einer Windung. Zu diesem Zweck wird ein Umlenkelement eingesetzt.
Die Mutterhülse 3 ist mit einem schraubenförmig um eine Längsachse der Gewindemutter angeformten Gewinde 4 versehen, das am Innenumfang der Mutterhülse 3 eine schraubenförmig um die Längsachse der Gewindemutter gewundene Kugelrille 5 und am Außenumfang der Mutterhülse 3 einen schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst 6 bildet.
Die Kugelrille 5 der Gewindemutter bildet mit einer schraubenförmigen Kugelrille einer hier nicht abgebildeten Gewindespindel des Kugelgewindetriebs einen Lastabschnitt eines Kugelkanals, in dem die Kugeln endlos umlaufen.
Diese Gewindemutter ermöglicht eine funktionsbezogene Auswahl von Stählen für die Innenhülse 1 und die Außenhülse 2. Die Außenhülse 2 kann beispielsweise aus einem gut schweißbaren Stahlblech gebildet sein, wenn die Gewindemutter an ein Maschinenteil angeschweißt werden soll. Die Innenhülse 1 kann aus einem gut härtbaren Stahlblech gebildet sein, das eine ausreichende Härte der Kugelrille 5 für die Kugeln ermöglicht.
Das in der Mutterhülse 3 ausgebildete Gewinde 4 bedingt einen formschlüssigen Eingriff der Innenhülse 1 und der Außenhülse 2 miteinander mit Blick auf eine axiale Belastung der Gewindemutter. Im Längsschnitt durch das Gewinde der Gewindemutter gesehen sind die beiden Mäntel der Hülsen 1, 2 entlang des Gewindes 4 etwa bogenförmig gewölbt und greifen ineinander. Eine konvexe Wölbung der inneren Hülse 1 greift in eine konkave Wölbung der äußeren Hülse 2 entlang des Gewindes 4.
Am Außenumfang der Innenhülse 1 ist ein schraubenförmig um die Längsachse gewundener innerer Wulst 7 bildet, der konvex gewölbt ist. An der Außenhülse 2 ist am Innenumfang eine schraubenförmig gewundene Rille 8 gebildet, in die der innere Wulst 7 der Innenhülse 1 eingreift.
Diese Gewindemutter ist für einen Kugelgewindetrieb mit Kugelrückführung vorgesehen, und zwar mit Außenumlenkung. Im Fall einer Außenumlenkung sind jeweils zwei Löcher für jeden endlosen Kugelkanal in den Mantel der Gewindemutter ausgebildet, in die die Enden eines am Außenumfang der Mutterhülse angeordneten - hier nicht abgebildeten - Umlenkelementes eingreifen, das einen Rückführungskanal für die Kugeln aufweist, und das ein Ende einer letzten Windung mit einem Anfang einer ersten Windung des Lastabschnitts endlos verbindet.
Entlang des Gewindes 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel vier über den Umfang verteilt angeordnete Durchgangslöcher 9 für die Rückführung von Kugeln ausgebildet, wobei jeweils zwei dieser Durchgangslöcher 9 für ein Umlenkelement vorgesehen sind. Jedes Durchgangsloch 9 ist gebildet von einem inneren Loch 10 der Innenhülse 1 sowie von einem äußeren Loch 11 der Außenhülse 2.
Beide Hülsen 1, 2 sind an ihren voneinander abgewandten Enden mit jeweils einem Radialflansch 12, 13 einstückig hergestellt. Diese Radialflansche 12, 13 sind Anschlussbauteile 31 zum Anschließen der Gewindemutter an Maschinenteile.
2 zeigt die Mutterhülse 3 mit den verschachtelten Hülsen 1, 2, die hier glattzylindrische Mantelflächen haben und mit den Radialflanschen 12, 13 einstückig hergestellt sind.
Das Einbringen des Gewindes 4 wird anhand der 3 und 4 erläutert. Die Mutterhülse 3 - hier nur skizziert, - wird in eine Matrize 14 eingesetzt, an deren Innenumfang eine schraubenförmig um die Achse der Gewindemutter gewundene matrizenseitige Rille 15 ausgebildet ist. Diese matrizenseitige Rille 15 hat die Steigung der Kugelrille 5, die in nachfolgend beschriebener Weise angeformt wird. Die mehrteilige Matrize 14 wird zum Einsetzen der mit Radialflanschen 12, 13 versehenen Mutterhülse 3 radial geöffnet; das bedeutet, die Matrizenteile bewegen sich weg von einander, so dass die Mutterhülse 3 eingesetzt werden kann (3, links) und anschließend wir die Matrize 14 wieder geschlossen (3, rechts).
Ein Umformwerkzeug 16 fährt in die Mutterhülse 3 ein (4, links) und formt in die Mutterhülse 3 das schraubenförmig um die Längsachse gewundene Gewinde 4, das am Innenumfang der Mutterhülse 3 die schraubenförmig gewundene Kugelrille 5 der Gewindemutter bildet, und das am Außenumfang der Mutterhülse 3 entlang des Gewindes 4 den schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst 6 bildet, der in die matrizenseitige Rille 15 fließt. Nach dem Gewindeformen fährt der Gewindeformer 16 aus der Mutterhülse 3 heraus (4, Mitte) und die Matrize 14 wird wieder geöffnet (4, rechts).
Als Umformwerkzeug 16 wird in diesem Ausführungsbeispiel ein sogenannter Gewindeformer 17 infrage, der koaxial zu der Achse der Gewindemutter angeordnet ist und um seine Achse rotiert und unter axialem Vorschub das Gewinde 4 formt. Alternativ können bei großen Innendurchmessern der Gewindemutter Rollierwerkzeuge zum Einsatz kommen, deren Rollen das Gewinde mit der Kugelrille formen.
Der Gewindeformer 17 steht in direktem Kontakt mit der Innenhülse (4, links); die wirkende Umformkraft erzeugt die Kugelrille 5, und verformt den Mantel der Innenhülse 1 entlang des Gewindes 4 zu dem inneren Wulst 7, der unter der wirkenden Umfangskraft die Außenhülse 2 entlang des Gewindes 4 umformt, so dass am Innenumfang der Außenhülse 2 die schraubenförmig gewundene Rille 8 und am Außenumfang der Außenhülse 2 der äußere Wulst 6 gebildet sind. Der innere Wulst 7 der Innenhülse 1 greift in die Rille 8 der Außenhülse 2 und der äußere Wulst 6 der Außenhülse 2 greift in die matrizenseitige Rille 15, das heißt das Material der Mutterhülse 3 fließt unter der Umformkraft des Gewindeformers 17 in die matrizenseitige Rille 15.
5 zeigt die so bereitgestellte Mutterhülse 3, die aufgrund des Gewindeeingriffs in axialer Richtung einen Formschluß zwischen den beiden Hülsen 1, 2 aufweist. Zwischen diesen beiden Hülsen1,2 ist ein ausreichend großer Reibkontakt, so dass beide Hülsen 1, 2 in den Umfangsrichtungen verdrehsicher angeordnet sind.
In diese Mutterhülse 3 werden die Durchgangslöcher 9 eingestanzt, die in 1 abgebildet sind.
Die 6 bis 11 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gewindemutter, die sich von der zuvor beschriebenen Gewindemutter dadurch unterscheidet, dass die Durchgangslöcher in unterschiedlichen Schritten hergestellt werden.
6 zeigt die miteinander verschachtelten Hülsen 1, 2, wie in 1, jedoch mit dem Unterschied, dass in die Außenhülse 2 bereits die äußeren Löcher 11 eingebracht sind, bevor die beiden Hülsen 1, 2 miteinander verschachtelt werden. Die äußeren Löcher11 werden bevorzugt durch Stanzen bereitgestellt. Das Stanzen der äußeren Löcher 11 an der Außenhülse 2 ist technisch einfach durchzuführen.
7 zeigt ausschnittsweise miteinander verschachtelten Hülsen 1, 2 im Längsschnitt. Die Innenhülse 1 überdeckt mit ihrer zylindrischen Mantelfläche die äußeren Löcher 11. Diese Abbildung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb mit Einzelumlenkung für die Kugeln und ist hier lediglich aus Gründen der besseren Anschaulichkeit eingefügt. Sie zeigt, wie die glattzylindrischen Hülsen 1, 2 ineinander verschachtelt sind und dass die Innenhülse 1 noch keine Löcher hat und die Außenlöcher der Außenhülse 2 überdecken. Die Gestalt und Lage der Außenlöcher 11 weicht etwas von der Gestalt und Lage der Außenlöcher der weiter oben beschriebenen Gewindemutter ab.
8 zeigt die Mutterhülse 3 aus 6, nachdem das Gewinde 4 in gleicher Weise erzeugt wurde wie in dem vorangegangenen Beispiel. Während das Gewinde 4 angeformt wird fließt Material der Innenhülse 1 in die äußeren Löcher 11 der Außenhülse 2, weil die Innenhülse 1 an diesen Stellen radial nicht abgestützt ist und der Hülsenmantel der Innenhülse 1 unter der Kraft des Umformwerkzeugs etwas nach radial außen verformt wird. In der 8 ist mit „s“ der Überstand angegeben, mit dem die Innenhülse 1 in das äußere Loch 11 eingreift.
In die so vorbereitete Mutterhülse 3 werden nun die inneren Löcher 10 eingestanzt oder eingefräst. Die 9 bis 10 zeigen die Durchgangslöcher 9 in unterschiedlichen Darstellungen. Deutlich kann beispielsweise der 9 entnommen werden, dass das äußere Loch 11 größer ist als das innere Loch 10, in axialer sowie in Umfangsrichtung. Die Mantelfläche des äußeren Lochs 11 ist außerhalb der lichten Öffnung des inneren Lochs 10.
Die inneren Löcher 10 werden demzufolge gestanzt oder geschnitten, nachdem die beiden Hülsen 1, 2 miteinander gefügt und das Gewinde 4 mit der Kugelrille 5 an die Mutterhülse 3 angeformt sind. Da lediglich die Wanddicke der Innenhülse 1 durchdrungen werden muss, um das Durchgangsloch 9 bereitzustellen, können die angreifenden Werkzeugkräfte soweit reduziert werden, dass unerwünschte Verformungen der Mutterhülse 3 nicht auftreten. Das etwas kleinere innere Loch 10 erlaubt ein erleichtertes Ausstanzen, denn das Werkzeug kann entsprechend klein dimensioniert werden, so dass die Außenhülse 2 an ihrem das äußere Loch 11 begrenzenden Lochmantel nicht berührt wird.
Auch nach dem Einarbeiten der inneren Löcher 10 greift Material der Innenhülse 1 in das äußere Loch 11 der Außenhülse 2. Das Einformen von Material unterstützt eine drehfeste Verbindung der beiden ineinander verschachtelt angeordneten Hülsen 1, 2, denn dieses Einformen bedeutet einen Eingriff der Innenhülse 1 in die Außenhülse 2, so dass in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Hülsen 1, 2 besteht.
Durch das weiter oben beschriebene Anformen des Gewindes 4 an die Mutterhülse 3 und das Umformen von Material der Innenhülse 1 in das äußere Loch 11 entsteht ein umgeformter Randabschnitt 18 (11), der die Kreisbogenform der Kugelrille 5 nach radial außen verlässt und eine Kugeleinlauframpe 19 bildet, die der allmählichen Be- und Entlastung von Kugeln dienen, die aus dem Rückführungsabschnitt in den Lastabschnitt des endlosen Kugelkanals gelangen, oder umgekehrt. Diese Kugeleinlauframpen 19 am Übergang von der Kugelrille 5 zum Rand des inneren Lochs 10 erstrecken sich lediglich einige Hundertstel Millimeter in Umfangsrichtung und in radialer Richtung. Diese Kugeleinlauframpen 19 werden geformt, wenn das Umformwerkzeug das Gewinde 4 mit der Kugelrille 5 einformt.
Die 12 und 13 zeigen einen Fertigungsablauf des Gewindes der Mutterhülse 3 einer dritten Variante einer Gewindemutter, wie er auch schon zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Hier ist jedoch noch ein Spannabschnitt 20 an der Innenhülse 1 als Verlängerung der Innenhülse 1 eingerichtet. Dieser Spannabschnitt 20 dient einem Halten der Mutterhülse 3, wenn die Durchgangslöcher gefertigt werden. Dieser Spannabschnitt 20 kann schließlich abgetrennt werden.
Die 14 und 15 zeigen eine vierte Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes mit Einzelumlenkung, die sich von der Gewindemutter des ersten Ausführungsbeispieles im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die miteinander verschachtelten Hülsen 1, 2 eine Mutterhülse 21 bilden, die lediglich mit einem Lagerring 22 als Anschlussbauteil 23 - anstelle eines Radialflansches - fest verbunden ist. Der Lagerring 22 ist Teil eines hier nicht weiter abgebildeten Vierpunktlagers mit einer Hauptlastrichtung, um die Gewindemutter drehbar an einem Maschinenteil zu lagern. Der Lagerring 22 weist an einem axialen Ende einen angeformten hohlzylindrischen Stutzen 25 auf, dessen Durchmesser der Innenhülse 1 entsprechen und axial benachbart zu der Innenhülse 1 in die Außenhülse 2 eingreift. Der Stutzen 25 kann auch als Hülsenteil 32 einer mehrteiligen Innenhülse 1 bezeichnet werden.
Ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel mit den 12 und 13 ist hier ein Spannabschnitt 24 als Verlängerung der Innenhülse 1 ausgebildet, der schließlich abgetrennt werden kann. Abgesehen von diesen Abweichungen wird diese Gewindemutter in gleicher Weise hergestellt wie zu dem ersten Ausführungsbeispiel angegeben.
Die Durchgangslöcher in diesem dritten Ausführungsbeispiel werden in gleicher Weise eingearbeitet, wie es zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Die 16 bis 18 zeigen eine fünfte Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes mit Einzelumlenkung, die sich von der in den 14 und 15 abgebildeten Gewindemutter des dritten Ausführungsbeispieles im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Durchgangslöcher in der Weise hergestellt werden, wie es zu dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Ferner sind in diesem Ausführungsbeispiel die Durchgangslöcher für einen Kugelgewindetrieb mit Einzelumlenkung gestaltet. Im Fall der Einzelumlenkung wird ein Umlenkstück in das Durchgangsloch eingesetzt, das ein Ende des Lastabschnitts mit einem Anfang des Lastabschnitts einer gemeinsamen Windung endlos miteinander verbindet.
Deutlich zeigen 16 und 17 das äußere Loch 11 mit dem Mantel der darunter liegenden Innenhülse 1, deren Material ebenso in das äußere Loch 9 eingeformt ist, wie es zu dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das äußere Loch 11 etwas größer als das innere Loch 10, wie der 18 zu entnehmen ist.
Die in den 19 bis 21 abgebildete Gewindemutter ist ein sechstes Ausführungsbeispiel. Diese Gewindemutter unterscheidet sich von der Gewindemutter gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass das Anschlussbauteil 23 durch einen modifizierten Lagerring 26 gebildet ist, und dass eine Mutterhülse 31 mit ihrer Außenhülse 2 an einem axialen Ende etwas kürzer baut als die Innenhülse 2.
Dieser Lagerring 26 ist mehrteilig ausgeführt, erweist ein äußeres Ringteil 27 mit einer Kugelrille 28 eines Rillenkugellagers aus, an dessen eines axiale Ende ein rohrförmiger Stutzen 29 angeformt ist, dessen Durchmesser den Durchmessern der Außenhülse 2 entspricht und der axial benachbart zu der Außenhülse 2 angeordnet ist, und an den ebenfalls das Gewinde 4 angeformt ist. Der rohrförmige Stutzen 29 kann als Hülsenteil 33 der mehrteiligen Außenhülse 2 bezeichnet werden.
Die Innenhülse 1 ist an ihrem dem Lagerring zugewandten axialen Ende mit einem monolithisch angeformten Stützring 30 versehen, an dessen äußerer Mantelfläche das äußere Ringteil 27 radial abgestützt ist. Der Stützring 30 kann zum Antreiben der Gewindemutter verwendet werden.
21 zeigt die Situation, bevor die inneren Löcher in die Innenhülse 1 eingearbeitet werden. 20 zeigt die fertig gestellten Durchgangslöcher 9.
Die in 22 abgebildete Gewindemutter ist ein siebtes Ausführungsbeispiel. Diese Gewindemutter unterscheidet sich von der Gewindemutter gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die - hier nicht abgebildeten - Durchgangslöcher in der Weise hergestellt wurden, wie es zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5 beschrieben wurde.
Bezugszeichenliste

1: Innenhülse
2: Außenhülse
3: Mutterhülse
4: Gewinde
5: Kugelrille
6: äußerer Wulst
7: innerer Wulst
8: Rille
9: Durchgangslöcher
10: inneres Loch
11: äußeres Loch
12: Radialflansch
13: Radialflansch
14: Matrize
15: matrizenseitige Rille
16: Umformwerkzeug
17: Gewindeformer
18: umgeformter Randabschnitt
19: Kugeleinlauframpe
20: Spannabschnitt
21: Mutterhülse
22: Lagerring
23: Anschlußbauteil
24: Spannabschnitt
25: Stutzen
26: Lagerring
27: äußeres Ringteil
28: Kugelrille
29: rohrförmiger Stutzen
30: Stützring
31: Mutterhülse
32: Hülsenteil
33: Hülsenteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016209119 A1 [0003]

Claims

Gewindemutter eines Kugelgewindetriebes, mit einer aus Blech gebildeten Innenhülse (1) und mit einer aus Blech gebildeten Außenhülse (2), die axial ineinander zu einer Mutterhülse (3, 21, 31) verschachtelt sind, die mit einem schraubenförmig um eine Längsachse der Gewindemutter angeformten Gewinde (4) versehen ist, das am Innenumfang der Mutterhülse (3, 21, 31) eine schraubenförmig um die Längsachse der Gewindemutter gewundene Kugelrille (5) und am Außenumfang der Mutterhülse (3, 21, 31) einen schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst (6) bildet.
Gewindemutter nach Anspruch 1, deren Mutterhülse (3, 21, 31) am Außenumfang der Innenhülse (1) einen schraubenförmig um die Längsachse gewundenen inneren Wulst (7) bildet, und deren Außenhülse (2) am Innenumfang der Außenhülse eine schraubenförmig gewundene Rille (8) bildet, in die der innere Wulst (7) der Innenhülse (1) eingreift.
Gewindemutter nach Anspruch 1 oder 2, die mit wenigstens einem an der Außenhülse (2) entlang des Gewindes (4) ausgebildeten äußeren Loch (11) versehen ist, in das Material der Innenhülse (1) eingeformt ist.
Gewindemutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für einen Kugelgewindetrieb mit Kugelrückführung, deren Mutterhülse (3, 21, 31) entlang des Gewindes (4) wenigstens ein Durchgangsloch (9 für die Rückführung oder Umlenkung von Kugeln aufweist, das gebildet ist von einem inneren Loch (10) der Innenhülse (1) sowie von dem äußeren Loch (11) der Außenhülse (2).
Gewindemutter nach Anspruch 4, deren Innenhülse (1) am Rand des inneren Lochs (10) einen umgeformten Randabschnitt (18) aufweist, die eine Kugeleinlauframpe (19) bildet.
Gewindemutter nach Anspruch 5, deren Durchgangsloch (9) durch ein größeres äußeres Loch (11) an der Außenhülse (2) sowie ein kleineres inneres Loch (10) an der Innenhülse (1) gebildet ist.
Gewindemutter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, deren Mutterhülse (3, 21, 31) an wenigstens einem axialen Ende mit einem Anschlussbauteil (23, 31) versehen ist.
Gewindemutter nach Anspruch 7, deren Innenhülse (1) und/oder Außenhülse (2) aus axial benachbart angeordneten Hülsenteilen (32, 33) gebildet ist, von denen das eine Hülsenteil (32, 33) zugleich Teil des Anschlußbauteils (23, 31) ist.
Gewindemutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, deren Innenhülse (1) aus einem Stahlblech mit einem C-Gehalt größer als 0,3 Prozent und deren Außenhülse (2) aus einem Stahlblech mit einem C-Gehalt kleiner als 0,3 Prozent gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, nach den folgenden Schritten: • Eine aus Blech gebildete Innenhülse (1) und eine aus Blech gebildete Außenhülse (2) werden axial ineinander als Mutterhülse (3, 21, 31) verschachtelt, • Die Mutterhülse (3, 21, 31) wird in eine Matrize (14) eingesetzt, an deren Innenumfang eine schraubenförmig um die Achse der Gewindemutter ausgebildete matrizenseitige Rille (15) ausgebildet ist, • ein Umformwerkzeug (16) fährt in die Mutterhülse (3, 21, 31) ein und formt in die Mutterhülse (3, 21, 31) ein schraubenförmig um eine Längsachse gewundenes Gewinde (4), das am Innenumfang der Mutterhülse (3, 21, 31) eine schraubenförmig gewundene Kugelrille (5) der Gewindemutter bildet, und das am Außenumfang der Mutterhülse (3, 21, 31) entlang des Gewindes (4) einen schraubenförmig gewundenen äußeren Wulst (6) bildet, der in die matrizenseitige Rille (15) fließt.
Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter nach Anspruch 10, deren Außenhülse (2) entlang des Gewindes (4) mit wenigstens einem äußeren Loch (11) versehen wird, bevor sie mit der Innenhülse (1) zu der Mutterhülse (3, 21, 31) verschachtelt wird und dessen Umformwerkzeug (16) Material der Innenhülse (1) in das äußere Loch (11) hinein formt unter Bildung des umgeformten Randabschnitts (18) im Bereich eines Rands des äußeren Lochs (11).
Verfahren zum Herstellen einer Gewindemutter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, deren Mutterhülse (3, 21, 31) nach der umformtechnischen Bearbeitung in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet wird, wobei die Innenhülse (1) ein martensitisches oder ein bainitisches Gefüge mit einem höheren Anteil an Martensit oder Bainit aufweist, und wobei die Außenhülse (2) einen kleineren oder keinen Anteil an Martensit oder Bainit aufweist.