-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spindelmutter eines Kugelgewindetriebs mit Außenumlenkung. Ferner betrifft die Erfindung einen elektromechanischen Aktuator, welcher einen derartigen Kugelgewindetrieb umfasst.
-
Ein Verfahren zum Herstellen einer Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb ist beispielsweise aus der
EP 3 763 970 A1 bekannt. Das bekannte Herstellungsverfahren geht von der Bereitstellung eines im Wesentlichen zylindrischen Werkstücks aus Metall aus. Dieses Werkstück wird durch Einpressen einer axialsymmetrischen Zentralöffnung umgeformt, wobei nach der
EP 3 763 970 A1 das gleichzeitige Einpressen zweier achsparallel ausgerichteter Kanäle in der Mantelfläche des Werkstücks vorgesehen ist.
-
In einem weiteren Schritt des in der
EP 3 763 970 A1 beschriebenen Verfahrens können Durchtrittsöffnungen gefräst und/oder gebohrt werden. Ferner kann nach dem Umformen ein Materialabtrag an einer Stirnseite durch Drehen erfolgen. Allgemein wird in der
EP 3 763 970 A1 davon ausgegangen, dass als Grundkörper zur Fertigung einer Spindelmutter ein Dreh-/Frästeil oder ein Pressteil verwendet werden kann. Im Fall der Verwendung von Pressteilen, welche aus Drahtabschnitten hergestellt werden, kann eine Nachbearbeitung durch Drehen oder Fräsen, das heißt spanende Bearbeitung, erforderlich sein.
-
Eine weitere Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb ist in der
US 2013/0139628 A1 beschrieben. Im Unterschied zur Spindelmutter nach der
EP 3 763 970 A1 ist im Fall der
US 2013/0139628 A1 eine Innenumlenkung der Wälzkörper, das heißt Kugeln, vorgesehen. Die Konzeption der Kugelrückführung als Innenumlenkung bedeutet, dass Kugeln, die zum Zweck der Rückführung aus einem Gewindegang herausgehoben werden, stets nur in eine benachbarte Windung des Gewindes übergeleitet werden können. Bei einer Außenumlenkung ist eine derartige Beschränkung dagegen nicht gegeben.
-
Eine Gemeinsamkeit des in der
US 2013/0139628 A1 beschriebenen Herstellungsverfahren mit dem Verfahren nach der
EP 3 763 970 A1 liegt darin, dass in beiden Fällen Strukturen zur Rückführung von Wälzkörpern durch Umformung hergestellt werden. Im Fall der
US 2013/0139628 A1 greift zu diesem Zweck ein Umformwerkzeug von innen in das Werkstück, aus welchem die Spindelmutter herzustellen ist, ein.
-
Eine weitere Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb ist in der
DE 10 2012 213 856 B4 offenbart. Zur Außenumlenkung der Kugeln sind unter anderem zwei Umlenkelemente vorgesehen, durch welche bogenförmige Umlenkkanäle für die Kugeln bereitgestellt werden. Der Kugelgewindetrieb nach der
DE 10 2012 213 856 B4 ist für die Verwendung in einem elektromechanischen Bremskraftverstärker vorgesehen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fortschritte bei der Herstellung von Wälzgewindetrieben, insbesondere Kugelgewindetrieben, gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten zu erzielen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mutter eines Kugelgewindetriebs mit Außenumlenkung gemäß Anspruch 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch einen einen Wälzgewindetrieb mit Außenumlenkung umfassenden Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit den Vorrichtungen, das heißt dem Kugelgewindetrieb sowie dem Aktuator, erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Herstellungsverfahren und umgekehrt.
-
Das Herstellungsverfahren umfasst folgende Schritte:
- - Herstellung eines metallischen Rohlings mit einer zumindest partiell zylindrischen Außenumfangsfläche,
- - Umformtechnische Bildung mindestens einer einen Abschnitt einer schraubenförmigen Bahn beschreibenden Rücklaufbahn in der Außenumfangsfläche des Rohlings,
- - Herstellung von Öffnungen, welche von der Rücklaufbahn zu einer Innenumfangsfläche des Werkstücks, das heißt des ursprünglich als Rohling vorliegenden Teils, aus welchem die Spindelmutter hergestellt wird, reichen.
-
Die Herstellung des Rohlings kann grundsätzlich umformtechnisch und/oder durch spangebende Verfahren erfolgen. Beispielsweise ist eine Herstellung des Rohlings durch Fließpressen möglich. Bei dem Rohling kann es sich um ein rohrförmiges oder um ein massives Teil handeln. Im letztgenannten Fall muss in einem späteren Fertigungsschritt ein Hohlraum in dem Werkstück erzeugt werden. In jedem Fall existiert ein Fertigungsschritt, ab welchem eine Innenumfangsfläche des Werkstücks, das heißt der späteren Spindelmutter, vorliegt.
-
Das Herstellungsverfahren sowie der Betrieb des Aktuators werden im Folgenden anhand von Kugelgewindetrieben erläutert. Weitestgehend sind die Ausführungen auf Wälzgewindetriebe mit rollenförmigen Wälzkörpern übertragbar.
-
Der anmeldungsgemäße Aktuator umfasst allgemein einen mit Außenumlenkung der Wälzkörper arbeitenden Kugelgewindetrieb, welcher eine Kugelgewindemutter umfasst, die an ihrer Innenumfangsfläche mindestens einen umgeformten Gewindegang, an ihrer Außenumfangsfläche mindestens eine ebenfalls als Umformkontur vorliegende, schraubenförmig gewundene Rücklaufbahn für Wälzkörper sowie mehrere den Gewindegang mit der zugehörigen Rücklaufbahn verbindende Bohrungen aufweist.
-
Die umformtechnische Herstellung der mindestens einen Rücklaufbahn ist im Vergleich zu einer spanabhebenden Bearbeitung deutlich schneller durchführbar. Im späteren Betrieb des Aktuators sind aufgrund der zumindest ansatzweise gegebene Schraubenform der Rücklaufbahn wesentlich weniger extreme Richtungsänderungen der Wälzkörper als im Fall von Rückführungskanälen, welche in Axialrichtung eines Gewindetriebs verlaufen, zu bewerkstelligen. Dies kommt insbesondere dem Verschleiß- und Geräuschverhalten des anmeldungsgemäßen Aktuators zu Gute.
-
Im Zuge der Umformung des Rohlings kann zusätzlich zur Rücklaufbahn auch mindestens eine schraubenförmige Wälzkörperlaufbahn in der Innenumfangsfläche des Werkstücks, das heißt Rohlings, erzeugt werden. Die verschiedenen Umformprozesse können hierbei gleichzeitig ablaufen. Ebenso ist es möglich, die schraubenförmige Wälzkörperlaufbahn erst nach der Formung der Rücklaufbahn umformtechnisch zu erzeugen. In beiden Fällen kann die Wälzkörperlaufbahn oder eine Anordnung aus Wälzkörperlaufbahnen in Form eines eingängigen oder mehrgängigen, insbesondere zweigängigen, Gewindes vorliegen.
-
Was die Öffnungen, welche die Wälzkörperlaufbahn mit der Rücklaufbahn verbinden, betrifft, kommt sowohl eine spanende als auch eine spanlose Bearbeitung in Betracht. Im letztgenannten Fall kann insbesondere ein Stanzen der Öffnungen vorgesehen sein. Optional erfolgt ein spanabhebendes Nachbearbeiten.
-
Unabhängig von der Art der Einbringung der genannten Öffnungen, welche die Rücklaufbahn an ihren beiden Enden abschließen, kann die Rücklaufbahn, mit welcher die Außenumlenkung der Wälzkörper realisiert wird, mehrere Windungen des Gewindegangs überbrücken. Im Fall eines eingängigen Gewindes der Kugelgewindemutter sowie der zugehörigen Gewindespindel reicht somit eine einzige Rücklaufbahn aus. Liegt ein mehrgängiges Gewinde vor, so ist eine entsprechende Mehrzahl an Rücklaufbahnen erforderlich. Hierbei können die einzelnen Rücklaufbahnen parallelen zueinander verlaufen, wobei sie sich beispielsweise jeweils über weniger als 180° am Umfang der Außenoberfläche der Kugelgewindemutter erstrecken.
-
In die Rücklaufbahn kann ein beispielsweise als Blechteil ausgeführtes Umlenkungsbauteil eingesetzt sein, welches in die beiden die Rücklaufbahn abschließenden Öffnungen eingreift und für die vorgesehenen Überleitungen der Wälzkörper zwischen dem Lastkanal, das heißt der zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter gebildeten Wälzkörperlaufbahn, und der Rücklaufbahn sorgt.
-
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 einen elektromechanischen Aktuator einschließlich eines Kugelgewindetriebs in einer grob schematisierten Schnittdarstellung,
- 2 eine Spindelmutter des Kugelgewindetriebs des Aktuators nach 1 in transparenter perspektivischer Darstellung,
- 3 ein Halbfertigteil zur Herstellung des Spindelmutter nach 2 in perspektivischer Ansicht,
- 4 das Halbfertigteil nach 3 in geschnittener perspektivischer Ansicht,
- 5 in einer Schnittdarstellung ein weiteres Halbfertigteil zur Herstellung einer Spindelmutter,
- 6 das Halbfertigteil nach 5 in perspektivischer Ansicht,
- 7 eine unter Verwendung des Halbfertigteils nach 5 hergestellte Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb.
-
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Aktuator ist als elektromechanischer Aktuator zur Betätigung einer Fahrzeugbremse ausgebildet. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus und der Funktion des Aktuators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
-
Der Aktuator 1 umfasst einen Wälzgewindetrieb, in den vorliegenden Fällen jeweils in Form eines Kugelgewindetriebs 2, wobei eine Gewindesteigung aus der stark vereinfachten 1 nicht hervorgeht, sowie einen zur Betätigung des Kugelgewindetriebs 2 vorgesehenen Elektromotor 3.
-
In der in 1 skizzierten Anordnung existiert ein gemeinsames Gehäuse 4 des Elektromotors 3 sowie des Kugelgewindetriebs 2. Die mit MA bezeichnete Mittelachse des Kugelgewindetriebs 2 ist in diesem Fall mit der Mittelachse des Elektromotors 3 identisch. Die mit 5 bezeichnete Welle des Elektromotors 3 ist mit einer Gewindespindel 6 fest verbunden.
-
Zwischen der Gewindespindel 6, welche grundsätzlich ein ein- oder mehrgängiges Gewinde aufweisen kann, und der zugehörigen Spindelmutter 7 rollen Wälzkörper 8, in den vorliegenden Fällen Kugeln, ab. Die Kugeln 8 befinden sich in einem Kanal 9, welcher einen Lastabschnitt 10 und einen Rücklaufabschnitt 11 umfasst, womit eine Außenumlenkung der Wälzkörper 8 gegeben ist. Dies bedeutet, dass die Wälzkörper 8, anders als bei einer in den vorliegenden Fällen nicht gegebenen Einzelumlenkung, vom Inneren der Spindelmutter 7 ausgeleitet und an anderer Stelle wieder in das Innere der Spindelmutter 7 zurückgeleitet werden, um erneut in den Lastabschnitt 10 zu gelangen. Zum Ein- und Ausleiten der Kugeln 8 befinden sich Bohrungen 12 in der Spindelmutter 7.
-
Die Innenumfangsfläche der Spindelmutter 7 ist allgemein mit 13, die Außenumfangsfläche der Spindelmutter 7 allgemein mit 23 bezeichnet. Innerhalb des Lastabschnitts 10 kontaktieren die Wälzkörper 8 eine Wälzkörperlaufbahn 14 der Spindelmutter 7 sowie eine Wälzkörperlaufbahn 15 der Gewindespindel 6. Der Rücklaufabschnitt 11 umfasst eine an der Außenumfangsfläche 23 befindliche, rillenförmige Rücklaufbahn 16 sowie die Bohrungen 12. Radial nach außen ist der Rücklaufabschnitt 11 durch eine Hülse 17 abgedeckt. Die Hülse 17 ist fest mit der Spindelmutter 7 verbunden.
-
Im in 1 skizzierten Fall fungiert die Gewindespindel 6 als rotierendes Antriebselement und die Spindelmutter 7 als axialverschiebbares, verdrehgesichertes Abtriebselement des Kugelgewindetriebs 2. Mit der Spindelmutter 7 ist in diesem Fall ein Kolben 18 verbunden, welcher ein Hydraulikmedium des Bremssystems des Fahrzeugs unter Druck setzt. In an sich bekannter Weise sind auch Ausführungsformen realisierbar, bei welchen die Spindelmutter 7 das drehbare Antriebselement und die Gewindespindel 6 das verschiebbare Abtriebselement des Kugelgewindetriebs 2 darstellt. In solchen Fällen kann die Spindelmutter 7 beispielsweise über ein Umschlingungsgetriebe angetrieben sein.
-
Die Spindelmutter 7 wird in den Ausführungsbeispielen überwiegend durch umformende Verfahren aus Stahl hergestellt. In verschiedenen Formen kann hierbei ein Halbfertigteil 19 als Fließpressrohling vorliegen. Das Halbfertigteil 19 weist, wie aus den 3 bis 6 hervorgeht, eine zumindest abschnittsweise glatte zylindrische Innenumfangsfläche 13 auf. Bereits in diesem Zustand, das heißt vor dem Vorhandensein der schraubenförmig gebundenen Wälzkörperlaufbahn 14, werden an der Außenumfangsfläche 23 die Rücklaufbahnen 16 geformt. In den in den 3 bis 6 dargestellten Fällen existieren jeweils zwei Rücklaufbahnen 16, welche Gewindeabschnitte beschreiben. Verbindungen zwischen den Rücklaufbahnen 16 und der Innenumfangsfläche 13 existieren in diesem Zustand noch nicht. Die Rücklaufbahnen 16 haben in diesem Zustand bereits ihre endgültige Form, welche zur Wälzkörperrückführung im späteren Betrieb des Kugelgewindetriebs 2 benötigt wird.
-
Erst nach der spanlosen Formung der Rücklaufbahnen 16 wird in der Innenumfangsfläche 13 die schraubenförmige Wälzkörperlaufbahn 14 erzeugt, welche in den 2 und 7 erkennbar ist. Die Bearbeitung der Innenumfangsfläche 13 kann beispielsweise durch eine Kombination eines spanenden Verfahrens in Form von Vordrehen und/oder Vorfräsen mit einem anschließenden umformenden Verfahren erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Wälzkörperlaufbahn 14 zunächst spanend mit definierter Schneide, nämlich durch Vordrehen, zu bearbeiten und anschließend zu schleifen.
-
Im Ausführungsbeispiel nach den 5 und 7 existiert an einer der Stirnseiten des Halbfertigteils 19 eine Anschlusskontur 20, welche hinsichtlich der Führung der Wälzkörper 8 ohne Belang ist. Ferner ist in diesem Fall ein verdickter Abschnitt 21 der ansonsten im wesentlichen zylindrischen Außenumfangsfläche 23 erkennbar.
-
Die Bohrungen 12 werden sowohl im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 4 als auch im Ausführungsbeispiel nach den 5 bis 7 nach der Formung der Wälzkörperlaufbahn 14 durch spanende Bearbeitung, insbesondere Bohren, eingebracht. Auch andere Formen der spanenden Bearbeitung, insbesondere Fräsen, sind an dieser Stelle möglich. Nach Abschluss der spanlosen sowie spanabhebenden Bearbeitung wird ein in 7 erkennbares Umlenkungsbauteil 22, welches in beide an die Rücklaufbahn 16 anschließenden Bohrungen 12 eingreift, vor außen in die Spindelmutter 7 eingesetzt. Mit Hilfe des Umlenkungsbauteils 22 werden die Wälzkörper 8 an der vorgesehenen Stelle aus dem Lastabschnitt 10 herausgehoben und an anderer Stelle wieder in den Lastabschnitt 10 eingeleitet. Je nach Drehrichtung der Gewindespindel 6 wechseln hierbei die beiden Enden des Umlenkungsbauteils 22, an welchen die Einbeziehungsweise Ausleitung der Wälzkörper 8 erfolgt, ihre Funktion.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Aktuator
- 2
- Kugelgewindetrieb
- 3
- Elektromotor
- 4
- Gehäuse
- 5
- Welle
- 6
- Gewindespindel
- 7
- Spindelmutter
- 8
- Wälzkörper, Kugel
- 9
- Kanal
- 10
- Lastabschnitt
- 11
- Rücklaufabschnitt
- 12
- Bohrung
- 13
- Innenumfangsfläche
- 14
- Wälzkörperlaufbahn der Spindelmutter
- 15
- Wälzkörperlaufbahn der Gewindespindel
- 16
- Rücklaufbahn
- 17
- Hülse
- 18
- Abtriebselement
- 19
- Halbfertigteil, Rohling
- 20
- Anschlusskontur
- 21
- verdickter Abschnitt
- 22
- Umlenkungsbauteil
- 23
- Außenumfangsfläche
- MA
- Mittelachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 3763970 A1 [0002, 0003, 0004, 0005]
- US 2013/0139628 A1 [0004, 0005]
- DE 102012213856 B4 [0006]
