WO2013029842A1 - Verfahren zur herstellung eines gewindeteils als verbundteil, wälzschraubtrieb, linearaktuator, elektromechanischer bremskraftverstärker mit einem solchen verbundteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines gewindeteils als verbundteil, wälzschraubtrieb, linearaktuator, elektromechanischer bremskraftverstärker mit einem solchen verbundteil Download PDF

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spindle
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Bernd Groll
Ugur Kisa
Tobias Rasch
Martin Kirschner
Marc Zimmermann
Arndt BAUER
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a threaded part as a composite part with the features of the preamble of claim 1.
  • a threaded part here is a part to be construed, which has a thread.
  • a threaded part is a spindle, a screw and / or a
  • the thread may have one or more threads.
  • the threaded part is provided in particular as a movement thread.
  • the invention relates to a Wälzschraubtrieb whose spindle and / or nut is produced by the method according to the invention, with the features of the preamble of claim 7, and a linear actuator and an electromechanical brake booster having such a Wälzschraubtrieb, with the features of the preambles of Claims 9 and 10.
  • the published patent application DE 10 2009 045 857 A1 discloses a spindle for a Wälzschraubtrieb having a metal tube as a support member for a thread.
  • a helical metal strip with a rectangular cross-section is applied as a thread on the metal tube and it is the metal tube by hydraulic
  • a support part is to be understood here as a part which gives the thread mechanical stability or increases a mechanical stability of the thread.
  • the helically bent metal strip fen with the rectangular cross-section forms the thread of the threaded part, which has a rectangular cross-section of the thread according to the cross section of the metal strip.
  • the thread and the rohrformige support member form the threaded part, which is made as a composite part.
  • the bonding takes place by the molding of the tubular support member by the high pressure loading of the metal tube from the inside to the root of the thread, ie by forming the support member.
  • the inventive method with the features of claim 1 provides for the preparation of a threaded part as a composite part with a thread and a tubular support member.
  • the thread is made by forming.
  • the rohrformige support member is produced according to the invention by Urformen and connected by the prototyping at the same time with the thread.
  • connection is made by material and / or positive connection.
  • the support member may for example be made of metal or plastic by casting, wherein the thread is inserted for casting in a casting tool and possibly forms part of a casting tool.
  • the production of the support member by die casting of metal or injection molding of plastic.
  • liquid, gaseous, granular or powdery For example, be liquid, gaseous, granular or powdery.
  • the threaded part can be more continuous, ie have more than one thread. Because the support member provides mechanical stability to the thread, the thread can be made from a thin-walled material that is easily reshaped.
  • the thread can be made from a tube or a strip by forming. Preferably, the thread is made of a metal.
  • An advantage of the invention is that the thread of a wear-resistant material and the support member can be made of a low-cost material. Further advantages of the invention are cost-effective manufacturability of the threaded part and complex design possibilities.
  • the above statements are exemplary and not exhaustive.
  • the dependent claims have advantageous refinements and developments of the invention specified in claim 1 to the subject. In the case of a spindle or generally having an external thread
  • the support member may consist of a solid material.
  • Claim 2 provides a rohrformiges support member, wherein the thread may be located outside or inside.
  • the tubular design reduces weight and saves material. Except a nut or a spindle with external thread allows the tubular production of the support member has a hollow spindle with internal thread.
  • Claim 3 provides for the production of a raceway for rolling elements by forming as a thread.
  • the thread has, for example, a helical groove as a raceway for rollers as rolling elements or a groove-shaped track for balls as rolling elements. This allows the production of, for example, a spindle and / or a nut for a Wälzgschraubtrieb, such as a ball screw.
  • Claim 4 provides for high-pressure forming, also referred to as "hydroforming", of a tube for producing the thread.
  • the tube is introduced into a tubular shaping tool whose inner surface has a negative thread shape and is pressurized from the inside a forming tool having a negative thread shape on the outer circumference is inserted into the pipe, and the pipe is externally pressurized, in both cases, the pipe wall is molded to the negative mold of the thread of the forming die, so that the pipe wall is plastically deformed
  • a tubular forming tool having the negative thread shape on the inner peripheral surface is preferably used for male thread of the thread part and a thread forming negative forming tool on the outer periphery for female thread of the thread part eht a mechanical forming a tube for the production of
  • Thread in front examples of mechanical forming processes for the production of the thread are thread rolling, thread rolling, thread pressing and swaging. These forming methods are known and need not be explained in more detail. The list is exemplary and not exhaustive.
  • Claim 6 provides for the production of the thread of a strip, for example, a metal strip.
  • This is, preferably in a continuous process, formed into a thread profile of the thread, for example, it is formed into a groove which forms a raceway for balls as rolling elements, and the strip is formed into a helix corresponding to a helix of the thread.
  • the order of the process steps can be reversed, but in most cases, first of all the shaping of the thread profile and then the shaping of the strip into a helix should be possible. It is also conceivable to carry out both forming steps simultaneously.
  • Subject matter of claim 7 is a Wälzschraubtrieb, for example a ball screw, with a spindle, a nut and rolling elements, such as balls.
  • the spindle and / or the nut are produced by the method according to the invention, which has been explained above.
  • Subject of claim 9 is a linear actuator with an electric motor and a Wälzschraubtrieb according to claim 7.
  • the linear actuator converts a rotary drive movement of the electric motor in a translational output movement.
  • the electric motor is designed as a hollow shaft motor, its hollow shaft has a nut or a hollow spindle, which is produced by the method according to the invention.
  • the nut or the hollow spindle form a rotatable drive part of Wälzschraubtriebs.
  • the hollow spindle has an internal thread, the thread is inside.
  • claim 10 is an electromechanical brake booster with a linear actuator according to claim 9.
  • Figure 2 shows an inventive production of a thread by high-pressure forming
  • FIG. 3 shows a production of a thread according to the invention by threading
  • Figure 4 shows an inventive production of a thread by swaging
  • Figure 5 shows an inventive production of a thread by thread grooves
  • Figure 5a shows a cross section of a thread former of Figure 5
  • FIGS. 6 and 7 show two hollow spindles produced according to the invention.
  • inventive electromechanical brake booster 1 is flanged to a dual-circuit master cylinder 2, the terminals I, II for two brake circuits of a hydraulicmai- brake system, not shown, and in a known manner a rod piston 3 and a
  • the brake booster 1 has a push rod 5 which is axially displaceable to a brake operation with a brake pedal 6 via a pedal rod 7.
  • the push rod 5 is applied to the rod piston 3, it moves at a depression of the brake pedal 6, the rod piston 3 in the master cylinder 2, which in a conventional manner, a hydraulic
  • Pressure for actuating a not shown, to the master cylinder 2 closed vehicle brake system can be generated.
  • the pressure generated by the rod piston 3 acts on the floating piston 4, so that this also generates a pressure a second brake circuit.
  • a perforated disc is fixedly mounted as a driver 8.
  • a helical compression spring is arranged as a return spring 9, which resets the push rod 5 in its initial position when the brake pedal 6 is released.
  • the brake booster 1 has an electric motor 10, which is designed as a hollow shaft motor and the pressure rod 5 concentrically surrounds.
  • the electric motor 10 has stator windings 1 1 in a motor housing 12.
  • a tubular rotor 13 is rotatably mounted in the motor housing 12 with ball bearings 14.
  • the rotor 13 has permanent magnets 15 and a hollow spindle 16 with an internal thread 17.
  • the hollow spindle 16 is both motor shaft of the hollow shaft electric motor 10 and part of a Wälzschraubtriebs, which is formed in the illustrated embodiment of the invention as a ball screw 18 and except the hollow spindle 16 has a hollow screw 19 and balls 20 as rolling elements.
  • the hollow screw 19 has an axial through hole 37 which is penetrated by the push rod 5 of the brake booster 1.
  • the hollow screw 19 encloses the push rod 5 concentrically and is arranged concentrically in the hollow spindle 16 and in the electric motor 10.
  • the balls 20 roll in a thread 17 of the hollow spindle 16 and a thread 21 of the hollow screw 19.
  • the ball screw 18 converts a rotary drive movement of the electric motor 10 in a translational output movement of the hollow screw 19, which rests on the driver 8 of the push rod 5 and the driver 8 and the push rod 5 shifts the rod piston 3 of the master cylinder 2.
  • an auxiliary power of the brake booster 1 is coupled and amplifies the force applied to the brake pedal 6 and applied to the rod piston 3 actuating force.
  • the ball screw 18 has a known per se, not visible in the drawing ball return.
  • the hollow spindle 16 and the hollow screw 19 can also be understood as threaded parts 16, 19 of the ball screw 18. Their preparation will be explained below with reference to Figures 2 to 7.
  • the designed as a hollow shaft motor electric motor 10 and the ball screw 18 form a linear actuator 38 according to the invention, with which a linear output movement, namely the displacement of the push rod 5, can be generated.
  • Other uses of the linear actuator 38 than that of a brake booster are possible.
  • the hollow spindle 16 has the inside thread 17, the hollow screw 19 outside the thread 21.
  • the threads 17, 21 are helical, i. helical, they consist of wear-resistant materials, in the illustrated embodiments of metal and have a trough-shaped cross-section as raceways for the balls 20.
  • Both threaded parts 16, 19 have tubular support members 22, 23, at the inner or outer circumference they are attached and give the threads 17, 21 stability.
  • the support members 22, 23 made of plastic and are produced by prototyping, for example by injection molding.
  • the threaded parts 16, 19, ie the hollow spindle 16 and the hollow screw 19, are composite parts consisting of the threads 17, 21 connected to the supporting parts 22, 23 and to the supporting parts 22, 23.
  • FIG. 2 shows an inventive production of the thread 21 of the hollow screw 19 by high-pressure forming, which is also referred to as hydroforming.
  • a thin-walled metal tube 24 is introduced into a stable, tubular shaping tool 25, which has a helically running or helically extending bead 26 as a negative shape of the thread 21 on its inner circumferential surface.
  • a stable, tubular shaping tool 25 which has a helically running or helically extending bead 26 as a negative shape of the thread 21 on its inner circumferential surface.
  • Zuhalterstempel 27 At both ends of the pipe 24 is hermetically sealed by Zuhalterstempel 27 and applied hydraulically from the inside with high pressure.
  • the tube 24 is formed on the helical bead 26 of the forming tool 25 and receives the thread 21st Because the tube 24 is somewhat shortened axially by the corrugation during forming, the Zuhalterstempel 27 are pushed.
  • the tube 24, which now has the thread 21, can be unscrewed from the tumbler tool 25, because it contracts elastically a little after the end of the pressurization and thereby loosely rests in the forming tool 25.
  • the tube 24 is inserted into an injection molding tool, not shown, and the tubular support member 23 by injection molding of plastic, that is, produced by a primary molding process.
  • the support member 23 connects to the tube 24, which has the thread 21, to the hollow screw 19, which forms a threaded part of the ball screw 18.
  • the hollow screw 19 forming the threaded part is therefore a composite part which has the thread 21 produced by high-pressure forming and the tubular support part 23 produced by primary shaping.
  • the thread 17 of the hollow spindle 16 can be produced by high-pressure forming.
  • the pipe is subjected to high pressure from the outside, for which purpose it is arranged in a pressure-resistant, tubular housing (not shown).
  • the tube is encapsulated with the tubular support member 22 made of plastic, whereby the hollow spindle 16 as a composite part with the tubular support member 22 and with the
  • Support member 22 cohesively connected thread 17 is produced.
  • FIG. 3 shows the production of the thread 21 by threading.
  • the tube 24 is arranged on a rotatable shaping tool 28, which has a shaping surface 29 with the shape of the thread 21.
  • the thread 17 of the hollow spindle 16 can be produced.
  • FIG. 4 shows the production of the thread from the thin-walled tube 24 by swaging.
  • the tube 24 is located on a shaping tool 32, the peripheral surface of which has a shape corresponding to the thread segment 17 or 21 as the shaping surface.
  • Radially movable kneading jaws 33 which have negative forms of the thread 17 or 21 on their end faces facing the tube 24, form the thread 17 and 21, respectively.
  • the kneading jaws 33 may extend over the length of the tube 24 or the thread 17 or 21 or they are axially offset to form the threaded gear 17, 21 in several steps.
  • the forming tool 32 can also be rotated with the tube 24 with the kneading jaws 33 open with respect to the kneading jaws 33, so that the kneading jaws 33 act stepwise in the circumferential direction on the tube 24.
  • Figure 5 shows the preparation of the thread 21 by thread grooves.
  • a thread furrow 35 is screwed, i. rotating with simultaneous axial feed, introduced into the tube 24. Because the tube 24 is thin-walled, it is supported during forming by a tubular forming tool 34 whose inner circumference has a shape corresponding to the thread 21.
  • the thread furrow 35 has an approximately pyramid-truncated shape, although, instead of edges, there are curves and side surfaces are crowned.
  • a cross section of the thread former 35 is shown in FIG. 5a.
  • the Gewindefurcher 35 has a corresponding to the thread 21 corrugation 39 for forming the thread 21.
  • the thread 17 of the hollow spindle 16 can be produced in the same way by thread grooves. Again, the support members 22, 23 after the formation of the threads 17, 21 made by injection molding of plastic.
  • FIG. 6 shows a hollow spindle 16 whose thread 17 is produced by roll forming from a sheet metal strip with originally rectangular cross section.
  • the sheet metal strip is formed into a groove-shaped profile, as can be seen in Figure 6.
  • the sheet-metal strip is formed helically or helically to the thread 17 and in a nem injection molding tool, not shown, with the tubular support member 22 made of plastic encapsulated.
  • the support member 22 has as in all embodiments of the hollow spindle 16 pockets 40 for receiving the permanent magnets 15 of the rotor 13.
  • the thread 17 is made of a sheet metal strip with a flat, rectangular cross-section.
  • a groove-shaped depression is pressed, which forms the thread 17.
  • the sheet metal strip is bent helically to form a tube, wherein its longitudinal edges abut each other, as can be seen in Figure 7.
  • the turns of the sheet metal strip are joined together, for example, by spot welding, as shown in FIG. 7, by longitudinally extending welds 36 or by a helical weld along the abutting longitudinal edges of the sheet metal strip (not shown) to the tube, which is subsequently connected to the plastic support member 22 is overmoulded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (10) mit einer Hohlspindel (16) und einer Hohlschraube (19). Die Erfindung schlägt vor, Gewindegänge (17, 21) durch Umformen aus Metall herzustellen und mit rohrförmigen Tragteilen (22, 23) aus Kunststoff zu umspritzen. Die Erfindung ermöglicht eine Herstellung der Hohlspindel (16) und der Hohlschraube (19) als Verbundteile.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung eines Gewindeteils als Verbundteil, Wälzschraubtrieb, Linearaktuator, elektromechanischer Bremskraftverstärker mit einem solchen Verbundteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindeteils als Verbundteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Unter einem Gewindeteil soll hier ein Teil aufgefasst werden, das ein Gewinde aufweist. Insbe- sondere ist unter einem Gewindeteil eine Spindel, eine Schraube und/oder eine
Mutter zu verstehen. Das Gewinde kann einen oder mehrere Gewindegänge aufweisen. Das Gewindeteil ist insbesondere als Bewegungsgewinde vorgesehen. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Wälzschraubtrieb, dessen Spindel und/oder Mutter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7, sowie einen Linearaktuator und einem elektromechanischen Bremskraftverstärker, die einen solchen Wälzschraubtrieb aufweisen, mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 9 und 10. Stand der Technik
Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 045 857 A1 offenbart eine Spindel für einen Wälzschraubtrieb, die ein Metallrohr als Tragteil für einen Gewindegang aufweist. Ein wendeiförmiger Metallstreifen mit Rechteckquerschnitt wird als Gewindegang auf das Metallrohr aufgebracht und es wird das Metallrohr durch hydraulische
Hochdruckbeaufschlagung von innen an einen Fußbereich des wendeiförmigen Metallstreifens angeformt. Dadurch ergibt sich in axialer Richtung ein Form- schluss zwischen dem wendeiförmigen Metallstreifen und dem Rohr, das ein Tragteil der Spindel bildet. Unter einem Tragteil soll hier ein Teil verstanden wer- den, das dem Gewindegang mechanische Stabilität verleiht bzw. eine mechanische Stabilität des Gewindgangs erhöht. Der wendeiförmig gebogene Metallstrei- fen mit dem rechteckigen Querschnitt bildet den Gewindegang des Gewindeteils, das entsprechend dem Querschnitt des Metallstreifens einen rechteckigen Gewindequerschnitt aufweist. Der Gewindegang und das rohrformige Tragteil bilden das Gewindeteil, das als Verbundteil hergestellt ist. Das Verbinden erfolgt durch das Anformen des rohrförmigen Tragteils durch die Hochdruckbeaufschlagung des Metallrohrs von innen an den Fußbereich des Gewindegangs, d.h. durch ein Umformen des Tragteils.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht die Herstellung eines Gewindeteils als Verbundteil mit einem Gewindegang und einem rohrförmigen Tragteil vor. Der Gewindegang wird durch Umformen hergestellt. Das rohrformige Tragteil wird erfindungsgemäß durch Urformen hergestellt und durch das Urformen zugleich auch mit dem Gewindegang verbunden. Die
Verbindung erfolgt durch Stoff- und/oder Formschluss. Das Tragteil kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff durch Gießen hergestellt werden, wobei der Gewindegang zum Gießen in ein Gießwerkzeug eingelegt wird und eventuell ein Teil eines Gießwerkzeugs bildet. Insbesondere erfolgt die Herstellung des Tragteils durch Druckgießen aus Metall oder Spritzgießen aus Kunststoff.
Der Begriff Urformen umfasst alle Fertigungsverfahren, bei denen aus einem formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird. Durch Urformen erhält ein fester Körper seine Erstform. Zum Urformen geeignete Stoffe können
beisielsweise flüssig, gasförmig, körnig oder pulverig sein.
Das Gewindeteil kann mehrgängig sein, d.h. mehr als einen Gewindegang aufweisen. Weil das Tragteil dem Gewindegang mechanische Stabilität gibt, kann der Gewindegang aus einem dünnwandigen Material hergestellt werden, das sich leicht umformen lässt. Der Gewindegang kann aus einem Rohr oder einem Streifen durch Umformen hergestellt werden. Vorzugsweise wird der Gewindegang aus einem Metall hergestellt. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Gewindegang aus einem verschleißfesten Werkstoff und das Tragteil aus einem preisgünstigen Werkstoff hergestellt werden können. Weitere Vorteile der Erfindung sind eine kostengünstige Herstellbarkeit des Gewindeteils und komplexe Form- gestaltungsmöglichkeiten. Die vorstehenden Ausführungen sind beispielhaft und nicht abschließend. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand. Im Falle einer Spindel oder allgemein eines ein Außengewinde aufweisenden
Gewindeteils kann das Tragteil aus einem Vollmaterial bestehen. Anspruch 2 sieht ein rohrformiges Tragteil vor, wobei sich der Gewindegang außen oder innen befinden kann. Die rohrförmige Ausführung verringert das Gewicht und spart Material. Außer einer Mutter oder einer Spindel mit außen befindlichem Gewinde ermöglicht die rohrförmige Herstellung des Tragteils eine Hohlspindel mit Innengewinde.
Anspruch 3 sieht die Herstellung einer Laufbahn für Wälzkörper durch Umformen als Gewindegang vor. Der Gewindegang weist beispielsweise eine wendelförmi- ge Nut als Laufbahn für Rollen als Wälzkörper oder eine rinnenförmige Laufbahn für Kugeln als Wälzkörper vor. Das ermöglicht die Herstellung beispielsweise einer Spindel und/oder einer Mutter für einen Wälzgschraubtrieb, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb.
Anspruch 4 sieht ein Hochdruckumformen, das auch als„Hydroforming" bezeichnet wird, eines Rohrs zur Herstellung des Gewindegangs vor. Zum Umformen wird das Rohr in ein rohrformiges Formgebungswerkzeug eingebracht, dessen Innenoberfläche eine Negativform des Gewindegangs aufweist, und von innen mit Hochdruck beaufschlagt. Oder es wird ein Formgebungswerkzeug, das eine Negativform des Gewindegangs am Außenumfang aufweist, in das Rohr eingebracht und das Rohr wird von außen mit Druck beaufschlagt. In beiden Fällen wird die Rohrwandung an die Negativform des Gewindegangs des Formgebungswerkzeugs angeformt, so dass die Rohrwand plastisch umgeformt wird und dabei den Gewindegang erhält. Ein rohrformiges Formgebungswerkzeug mit der Negativform des Gewindegangs an der Innenumfangsfläche wird vorzugsweise für ein Außengewinde des Gewindeteils und ein Formgebungswerkzeug mit der Negativform des Gewindegangs am Außenumfang für ein Innengewinde des Gewindeteils verwendet. Anspruch 5 sieht ein mechanisches Umformen eines Rohrs zur Herstellung des
Gewindegangs vor. Beispiele mechanischer Umformverfahren zur Herstellung des Gewindegangs sind Gewindewalzen, Gewindefurchen, Gewindedrücken und Rundkneten. Diese Umformverfahren sind bekannt und brauchen nicht näher erläutert werden. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend.
Anspruch 6 sieht die Herstellung des Gewindegangs aus einem Streifen, beispielsweise einem Blechstreifen vor. Dieser wird, vorzugsweise in einem Durchlaufverfahren, zu einem Gewindeprofil des Gewindegangs umgeformt, er wird beispielsweise zu einer Rinne geformt, welche eine Laufbahn für Kugeln als Wälzkörper bildet, und der Streifen wird zu einer Wendel entsprechend einer Schraubenlinie des Gewindegangs umgeformt. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann umgekehrt werden, vorteilhaft dürfte in den meisten Fällen allerdings zuerst die Formung des Gewindeprofils und danach die Formung des Streifens zu einer Wendel sein. Denkbar ist auch ein gleichzeitiges Ausführen beider Umformschritte.
Gegenstand des Anspruchs 7 ist ein Wälzschraubtrieb, beispielsweise eine Kugelgewindetrieb, mit einer Spindel, einer Mutter und Wälzkörpern, beispielsweise Kugeln. Dabei sind die Spindel und/oder die Mutter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, das vorstehend erläutert worden ist.
Gegenstand des Anspruchs 9 ist ein Linearaktuator mit einem Elektromotor und einem Wälzschraubtrieb entsprechend dem Anspruch 7. Der Linearaktuator wandelt eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine translatorische Abtriebsbewegung. Der Elektromotor ist als Hohlwellenmotor ausgebildet, seine Hohlwelle weist eine Mutter oder eine Hohlspindel auf, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die Mutter oder die Hohlspindel bilden ein drehbares Antriebsteil des Wälzschraubtriebs. Die Hohlspindel weist ein Innengewinde auf, der Gewindegang befindet sich innen.
Gegenstand des Anspruchs 10 ist ein elektromechanischer Bremskraftverstärker mit einem Linearaktuator gemäß dem Anspruch 9.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen elektromechanischen Bremskraftverstärker gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine erfindungsgemäße Herstellung eines Gewindegangs durch Hochdruckumformen;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Herstellung eines Gewindegangs durch Gewindedrücken;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Herstellung eines Gewindegangs durch Rundkneten;
Figur 5 eine erfindungsgemäße Herstellung eines Gewindegangs durch Gewindefurchen;
Figur 5a einen Querschnitt eines Gewindefurchers aus Figur 5;
und Figuren 6 und 7 zwei erfindungsgemäß hergestellte Hohlspindeln.
Die Zeichnungen sind als vereinfachte und schematisierte Darstellungen zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen. Ausführungsform der Erfindung
Der in Figur 1 dargestellte, erfindungsgemäße, elektromechanische Bremskraftverstärker 1 ist an einen Zweikreis-Hauptbremszylinder 2 angeflanscht, der Anschlüsse I, II für zwei Bremskreise einer nicht dargestellten hydraulischen Fahr- zeugbremsanlage und in bekannter Weise einen Stangenkolben 3 und einen
Schwimmkolben 4 aufweist. Der Bremskraftverstärker 1 weist eine Druckstange 5 auf, die zu einer Bremsbetätigung mit einem Bremspedal 6 über eine Pedalstange 7 axial verschiebbar ist. Die Druckstange 5 liegt am Stangenkolben 3 an, sie verschiebt bei einem Niedertreten des Bremspedals 6 den Stangenkolben 3 im Hauptbremszylinder 2, wodurch in an sich bekannter Weise ein hydraulischer
Druck zur Betätigung einer nicht dargestellten, an den Hauptbremszylinder 2 an- geschlossenen Fahrzeugbremsanlage erzeugbar ist. Der vom Stangenkolben 3 erzeugte Druck beaufschlagt den Schwimmkolben 4, so dass auch dieser einen Druck ein einem zweiten Bremskreis erzeugt.
Auf der Druckstange 5 ist eine Lochscheibe als Mitnehmer 8 fest angebracht. Auf einer Hauptbremszylinderseite des Mitnehmers 8 ist eine Schraubendruckfeder als Rückstellfeder 9 angeordnet, die die Druckstange 5 in ihre Ausgangslage zurückstellt, wenn das Bremspedal 6 gelöst wird.
Der Bremskraftverstärker 1 weist einen Elektromotor 10 auf, der als Hohlwellenmotor ausgebildet ist und die Druckstange 5 konzentrisch umschließt. Der Elektromotor 10 weist Statorwicklungen 1 1 in einem Motorgehäuse 12 auf. Ein rohr- förmiger Rotor 13 ist mit Kugellagern 14 drehbar im Motorgehäuse 12 gelagert. Der Rotor 13 weist Permanentmagnete 15 sowie eine Hohlspindel 16 mit einem Innengewinde 17 auf. Die Hohlspindel 16 ist sowohl Motorwelle des Hohlwellen- Elektromotors 10 als auch Teil eines Wälzschraubtriebs, der in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung als Kugelgewindetrieb 18 ausgebildet ist und außer der Hohlspindel 16 eine Hohlschraube 19 und Kugeln 20 als Wälzkörper aufweist. Die Hohlschraube 19 weist ein axiales Durchgangsloch 37 auf, das von der Druckstange 5 des Bremskraftverstärkers 1 durchgriffen wird. Die Hohlschraube 19 umschließt die Druckstange 5 konzentrisch und ist konzentrisch in der Hohlspindel 16 und im Elektromotor 10 angeordnet. Die Kugeln 20 wälzen in einem Gewindegang 17 der Hohlspindel 16 und in einem Gewindegang 21 der Hohlschraube 19. Der Kugelgewindetrieb 18 wandelt eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors 10 in eine translatorische Abtriebsbewegung der Hohlschraube 19, die am Mitnehmer 8 der Druckstange 5 anliegt und über den Mitnehmer 8 und die Druckstange 5 den Stangenkolben 3 des Hauptbremszylinders 2 verschiebt. Auf diese Weise wird eine Hilfskraft des Bremskraftverstärkers 1 eingekoppelt und verstärkt die mit dem Bremspedal 6 aufgebrachte und auf den Stangenkolben 3 ausgeübte Betätigungskraft. Der Kugelgewindetrieb 18 weist eine an sich bekannte, in der Zeichnung nicht sichtbare Kugelrückführung auf. Die Hohlspindel 16 und die Hohlschraube 19 können auch als Gewindeteile 16, 19 des Kugelgewindetriebs 18 aufgefasst werden. Ihre Herstellung wird weiter unten anhand der Figuren 2 bis 7 erläutert werden. Der als Hohlwellenmotor ausgebildete Elektromotor 10 und der Kugelgewindetrieb 18 bilden einen Linearaktuator 38 gemäß der Erfindung, mit dem eine lineare Abtriebsbewegung, nämlich die Verschiebung der Druckstange 5, erzeugbar ist. Es sind auch andere Verwendungen des Linearaktuators 38 als die eines Bremskraftverstärkers möglich.
Die Hohlspindel 16 weist innen den Gewindegang 17, die Hohlschraube 19 außen den Gewindegang 21 auf. Die Gewindegänge 17, 21 verlaufen wendeiförmig, d.h. schraubenlinienförmig, sie bestehen aus verschleißfesten Werkstoffen, in den dargestellten Ausführungsformen aus Metall und weisen einen rinnenför- migen Querschnitt als Laufbahnen für die Kugeln 20 auf. Beide Gewindeteile 16, 19 weisen rohrförmige Tragteile 22, 23 auf, an deren Innen- bzw. Außenumfang sie angebracht sind und die den Gewindegängen 17, 21 Stabilität verleihen. In den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung bestehen die Tragteile 22, 23 aus Kunststoff und sind durch Urformen, beispielsweise durch Spritzgießen, hergestellt. Die Gewindeteile 16, 19, also die Hohlspindel 16 und die Hohlschraube 19, sind Verbundteile, die aus den mit den Tragteilen 22, 23 und den mit den Tragteilen 22, 23 verbundenen Gewindegängen 17, 21 bestehen.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Herstellung des Gewindegangs 21 der Hohlschraube 19 durch Hochdruckumformen, das auch als Hydroforming bezeichnet wird. Dazu wird ein dünnwandiges Metallrohr 24 in ein stabiles, rohrför- miges Formgebungswerkzeug 25 eingebracht, das einen wendeiförmig- bzw. schraubenlinienförmig verlaufenden Wulst 26 als Negativform des Gewindegangs 21 an seiner Innenumfangsfläche aufweist. An beiden Stirnenden wird das Rohr 24 durch Zuhalterstempel 27 hermetisch dicht verschlossen und von innen hydraulisch mit Hochdruck beaufschlagt. Dadurch formt sich das Rohr 24 an den schraubenlinienformigen Wulst 26 des Formgebungswerkzeugs 25 an und erhält den Gewindegang 21 . Weil sich das Rohr 24 durch die Wellung beim Umformen axial etwas verkürzt, werden die Zuhalterstempel 27 nachgedrückt. Nach dem Umformen lässt sich das Rohr 24, das jetzt den Gewindegang 21 aufweist, aus dem Zuhalterwerkzeug 25 herausschrauben, weil es sich nach Ende der Druckbeaufschlagung elastisch ein wenig zusammenzieht und dadurch lose im Formgebungswerkzeug 25 einliegt. Nach dem Hochdruckumformen wird das Rohr 24 in ein nicht dargestelltes Spritzgießwerkzeug eingelegt und das rohrförmige Tragteil 23 durch Spritzgießen aus Kunststoff, also durch ein Urformverfahren, hergestellt. Gleichzeitig mit seiner Herstellung durch das Urformen verbindet sich das Tragteil 23 mit dem Rohr 24, welches den Gewindegang 21 aufweist, zu der Hohlschraube 19, die ein Gewindeteil des Kugelgewindetriebs 18 bildet. Die das Gewindeteil bildende Hohlschraube 19 ist also ein Verbundteil, das den durch Hochdruckumformen hergestellten Gewindegang 21 und das durch Urformen hergestellte rohrförmige Tragteil 23 aufweist.
In entsprechender Weise wie der Gewindegang 21 der Hohlschraube 19 lässt sich auch der Gewindegang 17 der Hohlspindel 16 durch Hochdruckumformung herstellen. In diesem Fall befindet sich ein stangenförmiges Formgebungswerkzeug innerhalb des umzuformenden Rohrs und weist einen wendeiförmigen bzw. schraubenlinienförmigen Wulst als Negativform des Gewindegangs 17 an seinem
Außenumfang auf (nicht dargestellt). Das Rohr wird von außen mit Hochdruck beaufschlagt, wozu es in einem druckfesten, rohrförmigen Gehäuse angeordnet wird (nicht dargestellt). Nach der Formung des Gewindegangs 17 wird das Rohr mit dem rohrförmigen Tragteil 22 aus Kunststoff umspritzt, wodurch die Hohl- spindel 16 als Verbundteil mit dem rohrförmigen Tragteil 22 und dem mit dem
Tragteil 22 stoffschlüssig verbundenen Gewindegang 17 hergestellt wird.
Die Figuren 3 bis 7 zeigen Gewindegänge 17, 21 , die durch mechanisches Umformen hergestellt sind. Figur 3 zeigt die Herstellung des Gewindegangs 21 durch Gewindedrücken. Dazu wird das Rohr 24 auf einem drehbaren Formgebungswerkzeug 28 angeordnet, das eine formgebende Oberfläche 29 mit der Form des Gewindegangs 21 aufweist. Eine gegenläufig drehende Drückwalze 30, die eine komplementäre Formgebungsfläche 31 aufweist, drückt von außen gegen das Rohr 21 , so dass der Gewindegang 21 geformt wird. In gleicher Wei- se lässt sich der Gewindegang 17 der Hohlspindel 16 herstellen. Nach der Herstellung des Gewindegangs 21 bzw. 17 wird das Rohr 24 in ein nicht dargestelltes Spritzgießwerkzeug eingebracht und das Tragteil 23 bzw. 22 durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt, wie es zu Figur 2 beschrieben worden ist. Auch hier wird das Gewindeteil, also die Hohlschraube 19 bzw. die Hohlspindel 16 als Verbundteil mit dem Gewindegang 21 , 17 und dem rohrförmigen Tragteil 23, 22 hergestellt. Figur 4 zeigt die Herstellung des Gewindegangs aus dem dünnwandigen Rohr 24 durch Rundkneten. Dazu befindet sich das Rohr 24 auf einem Formgebungswerkzeug 32, dessen Umfangsfläche als formgebende Fläche eine dem Gewin- degang 17 bzw. 21 entsprechende Form aufweist. Radial bewegliche Knetbacken 33, die Negativformen des Gewindegangs 17 bzw 21 an ihren dem Rohr 24 zugewandten Stirnseiten aufweisen, formen den Gewindegang 17 bzw. 21 . Die Knetbacken 33 können sich über die Länge des Rohrs 24 bzw. des Gewindegangs 17 bzw. 21 erstrecken oder sie werden axial versetzt, um den Gewinde- gang 17, 21 in mehreren Schritten zu formen. Auch kann das Formgebungswerkzeug 32 mit dem Rohr 24 bei geöffneten Knetbacken 33 in Bezug auf die Knetbacken 33 gedreht werden, so dass die Knetbacken 33 schrittweise in Um- fangsrichtung versetzt auf das Rohr 24 wirken. Auch hier wird nach dem Herstellen des Gewindegangs 17 bzw. 21 durch Umformen das Tragteil 22, 23 durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt und dadurch das Gewindeteil als Verbundteil aus dem Gewindegang 17, 21 und dem Tragteil 22, 23 hergestellt.
Figur 5 zeigt die Herstellung des Gewindegangs 21 durch Gewindefurchen. Dazu wird ein Gewindefurcher 35 schraubend, d.h. drehend mit gleichzeitigem axialem Vorschub, in das Rohr 24 eingebracht. Weil das Rohr 24 dünnwandig ist, wird es während des Umformens von einem rohrformigen Formgebungswerkzeug 34 abgestützt, dessen Innenumfang eine dem Gewindegang 21 entsprechende Form aufweist. Der Gewindefurcher 35 hat eine näherungsweise pyramiden- stumpfförmige Form, wobei allerdings anstelle von Kanten Rundungen vorhan- den und Seitenflächen ballig sind. Einen Querschnitt des Gewindefurchers 35 zeigt Figur 5a. Der Gewindefurcher 35 weist eine dem Gewindegang 21 entsprechende Wellung 39 zum Formen des Gewindegangs 21 auf. Der Gewindegang 17 der Hohlspindel 16 lässt sich in gleicher weise durch Gewindefurchen herstellen. Auch hier werden die Tragteile 22, 23 nach der Formung der Gewindegänge 17, 21 durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt.
Figur 6 zeigt eine Hohlspindel 16, deren Gewindegang 17 durch Rollformen aus einem Blechstreifen mit ursprünglich rechteckigem Querschnitt hergestellt ist. Durch Rollformen wird der Blechstreifen zu einem rinnenförmigen Profil umge- formt, wie es in Figur 6 zu sehen ist. Anschließend wird der Blechstreifen wendeiförmig bzw. schraubenlinienförmig zum Gewindegang 17 umgeformt und in ei- nem nicht dargestellten Spritzgießwerkzeug mit dem rohrförmigen Tragteil 22 aus Kunststoff umspritzt. Das Tragteil 22 weist wie bei allen Ausgestaltungen der Hohlspindel 16 Taschen 40 für die Aufnahme der Permanentmagnete 15 des Rotors 13 auf.
Auch in Figur 7 ist der Gewindegang 17 aus einem Blechstreifen mit flachem, rechteckigem Querschnitt hergestellt. In den Blechstreifen wird eine rinnenförmi- ge Vertiefung eingedrückt, die den Gewindegang 17 bildet. Anschließend wird der Blechstreifen wendeiförmig zu einem Rohr gebogen, wobei seine Längsränder aneinander anliegen, wie es in Figur 7 zu sehen ist. Die Windungen des Blechstreifens werden beispielsweise durch Punktschweißen, wie in Figur 7 gezeigt durch in Längsrichtung verlaufende Schweißnähte 36 oder durch eine wendeiförmige Schweißnaht entlang der aneinander stoßenden Längsränder des Blechstreifens (nicht dargestellt) zu dem Rohr miteinander verbunden, das anschließend mit dem Tragteil 22 aus Kunststoff umspritzt wird.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Gewindeteils (16, 19) als Verbundteil, wobei ein Gewindegang (17, 21 ) durch Umformen hergestellt und mit einem Tragteil (22, 23) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (22, 23) durch Urformen hergestellt wird und dass durch das Urformen des Tragteils (22, 23) zugleich auch das Tragteil (22, 23) mit dem Gewindegang (17, 21 ) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (22, 23) rohrförmig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegang (17, 21 ) eine Laufbahn für Wälzkörper (20) aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegang (17, 21 ) durch Hochdruckumformen aus einem Rohr (24) hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegang (17, 21 ) durch mechanisches Umformen aus einem Rohr (24) hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegang (17, 21 ) aus einem Streifen hergestellt wird, der zu einem Gewindeprofil des Gewindegangs (17, 21 ) und zu einer Wendel umgeformt wird.
7. Wälzschraubtrieb mit einer Spindel (16), einem Spindelgegenstück (19) und Wälzkörpern (20), die in Gewindegängen (17, 21 ) der Spindel (16) und des Gegenstücks (19) wälzen, wobei die Spindel (16) und/oder das Gegenstück (19) als Verbundteil mit einem dem durch Umformen hergestellten Gewindegang (17, 21 ) und einem rohrförmigen Tragteil (22, 23), das mit dem Gewindegang (17, 21 ) zu dem Verbundteil verbunden ist, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (22, 23) durch Urformen hergestellt und durch das Urformen zugleich auch mit dem Gewindegang (17, 21 ) verbunden ist.
Wälzschraubtrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzschraubtrieb (18) eine Hohlspindel (16) aufweist.
Linearaktuator, mit einem Elektromotor (10) und mit einem Wälzschraubtrieb (18), der eine Drehbewegung des Elektromotors (10) in eine translatorische Bewegung wandelt, wobei der Elektromotor (10) als Hohlwellenmotor ausgebildet ist, dessen Hohlwelle von einer Hohlspindel (16) eines Wälzschraubtriebs (18) gebildet wird, wobei die Hohlspindel (16) und/oder ein Gegenstück (19) des Wälzschraubtriebs (18) als Verbundteil mit einem durch Umformen hergestellten Gewindegang (17, 21 ) und einem rohrförmi- gen Tragteil (22, 23), das mit dem Gewindegang (17, 21 ) zu dem Verbundteil verbunden ist, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (22, 23) durch Urformen hergestellt und durch das Urformen zugleich auch mit dem Gewindegang (17, 21 ) verbunden ist.
0. Elektromechanischer Bremskraftverstärker, mit einem Elektromotor (10) und mit einem Wälzschraubtrieb (18), der eine Drehbewegung des Elektromotors (10) in eine translatorische Bewegung wandelt, wobei der Elektromotor (10) als Hohlwellenmotor ausgebildet ist, dessen Hohlwelle von einer Hohlspindel (16) des Wälzschraubtriebs (18) gebildet wird, wobei die Hohlspindel (16) und/oder ein Gegenstück (19) des Wälzschraubtriebs (18) als Verbundteil mit einem durch Umformen hergestellten Gewindegang (17, 21 ) und einem rohrförmigen Tragteil (22, 23), das mit dem Gewindegang (17, 21 ) zu dem Verbundteil verbunden ist, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (22, 23) durch Urformen hergestellt und durch das Urformen zugleich auch mit dem Gewindegang (17, 21 ) verbunden ist.
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