WO2016041555A2 - Spindel für einen kugelgewindetrieb und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Spindel für einen kugelgewindetrieb und verfahren zur herstellung derselben Download PDF

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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16H2025/2481—Special features for facilitating the manufacturing of spindles, nuts, or sleeves of screw devices

Definitions

  • the invention relates to a spindle for a Kugeigewindetrieb and a method for producing the same.
  • a spindle for a Kugeigewindetrieb For example, in vehicle technology find ball screws mainly used as actuators widespread application, since they allow a low-loss conversion of a rotary motion in a linear motion and vice versa.
  • Such a ball screw to * essentially summarizes a spindle and a coaxially comprehensive nut or sleeve, between which spherical rolling elements are arranged.
  • the preparation of these required for a ball screw components from a solid material is demanding by means of cutting processes and therefore costly.
  • the threaded part is formed as a composite part, consisting of a thread and a tubular support member, wherein the thread is manufactured by means of a forming process.
  • the tubular support member is preferably made by primary molding, such as injection molding or die casting, and in the course of this process at the same time with the thread materialschiüssig or positively connected.
  • primary molding such as injection molding or die casting
  • the production of the support member by die casting from a metal or injection molding of a plastic.
  • the threaded part is formed by a spiral or helical wound Btech strip with a flat, rectangular cross section, wherein in the Btechstsammlung a flat ; groove-like depression is imprinted as a thread.
  • the turns of the metal strip are connected to each other, for example by spot welding, by axially extending welds or by a helical weld along the abutting longitudinal edges of the metal strip to the threaded portion, which is then encapsulated with the Tragteii plastic.
  • it is disadvantageous that at least one weld seam to be executed with high accuracy is to be invented. which also has a long extension.
  • the invention has for its object to provide a simplified method for producing a spindle for a ball screw.
  • a spindle for a ball screw is to be provided which does not require an additional, radially outer Um chargedskonstrutation
  • the invention proceeds from the recognition of ⁇ that the production of hollow cylindrical sheet metal parts formed by rolling a flat material blank simplify let inter alia by a seam length of edges to be joined the rolled material blanks is minimized.
  • the invention initially relates to a method for producing a spindle for a ball screw drive. The above object is achieved by a method comprising the following steps.
  • the material section is a sheet metal section with a low material thickness.
  • metallic sheet metal for the material section, a high mechanical strength and durability of the spindle produced according to the method can be achieved.
  • the sheet metal section is separated from a sheet-shaped sheet metal semi-finished product.
  • the thread profile can be introduced either before the separation of the material portion of an endless sheet-like semifinished product continuously or after the separation of the material portion in the separated Matenalabsacrificing.
  • the thread profile for receiving spherical rolling elements of a ball screw drive is formed as a round thread with at least one thread.
  • the longitudinal seam is subjected to a surface treatment, for example by grinding, polishing or honing.
  • a surface treatment for example by grinding, polishing or honing.
  • connection of the two longitudinal edges of the hollow cylindrical shell of the spindle by pressing each of the two axial end portions of the hohizyiindnschen shell takes place in each case a ring.
  • the axial end portions of the hollow cylindrical shell are formed unprofiled, This is a particularly solid, given in the ideal case full-surface seat of each ring on each one of the two axial end portions of the hollow cylindrical shell.
  • the rings may be thermally shrunk onto the profile-free axial end portions of the hollow cylindrical shell.
  • the support structure is formed in particular by means of injection molding of a plastic material.
  • plastic By preferably introduced by way of injection molding in the hollow cylindrical shell plastic results in a mechanically intimate, in particular a cohesive and positive connection between the radially inner support structure and this coaxial enclosing hollow cylindrical shell with its external thread profile.
  • the support structure primarily increases the bending stiffness of the finished spindle, while the hollow cylindrical shell formed from the Metaiibiech receives primarily caused by the rolling elements rolling in the thread profile point loads and these, before they are introduced into the support structure, distributed over a larger area. Due to the thus given hybrid construction results in a comparatively high mechanical strength and wear resistance of the inventively manufactured spindle in conjunction with a low weight and low production costs.
  • the support structure may also be formed from a metallic material, such as a sintered metal, a metal foam, or a metal injected into the hollow cylindrical shell.
  • the support structure has an annular
  • the invention has a spindle for a ball screw to the object. It is provided that the spindle has a hollow cylindrical shell with a radially outwardly formed thread profile, and that on the radial inside of the hollow-cylindrical shell a support structure is formed. As a result, a simple, continuous and cost-optimal production of the spindle is possible, which has superior excellent wear resistance at a comparatively low weight, and thus predestined for use in vehicle technology
  • Figures 1 to 6 is a representation of the sequence of a first process variant for producing a first embodiment of a spindle for a ball screw according to the invention.
  • Figures 7 to ⁇ a simplified representation of a second variant of the method for producing a second embodiment of a spindle for a ball screw according to the invention.
  • Figures 1 to 8 thus show the representation of the sequence of the first method variant for producing a first embodiment of a spindle for a ball screw.
  • a planar, rectangular material section 10 is separated from an endless, web-shaped semi-finished product which is not shown.
  • the material section 10 shown in cross section in the material section 10 in FIG. 1 is preferably a rectangular-shaped sheet metal section of low thickness.
  • a thread profile 12 is introduced into the material section 10.
  • the thread profile 12 is preferably made as a round thread 14, can roll in the not shown spherical Wälzkorper a ball screw also not shown friction.
  • the introduction of the thread profile 12 can be carried out by means of any method known from the prior art, for example by threading. Notwithstanding the Vertah explained above rensabtholz it is also possible to continuously introduce the thread profile 12 in the web-shaped semifinished product and then separate the material section.
  • the Gewindeprofii 12 is in this case introduced so that after rolling the initially flat material portion 10 at least one continuous thread 16 for receiving the rolling elements.
  • the Gewindeprofii 12 extends as shown in the plan view of FIG. 3 on the material portion 10 to parallel longitudinal edges 18, 20 or narrow sides of the Materiaiabitess 10, while both axial end portions 22, 24 are formed profile-free.
  • the axial end portions 22, 24 are mirror images of each other and each have approximately the shape of a right triangle.
  • the profiled material portion 10 is formed by means of a suitable forming process to a hollow cylindrical shell 30, the Gewindeprofii 12 is arranged radially outwardly with respect to a longitudinal central axis 32 of the hollow cylindrical shell 30.
  • the two longitudinal edges 18.20 of the Materiaiabitess 10 are brought by this forming process in the ideal case completely abutting one another.
  • the thread profile-free axial end sections 22.24 can be seen after completion of the forming process.
  • a hollow-cylindrical ring 34, 36 is pressed onto an axial end section 22, 24 in each case.
  • the longitudinal edges 18.20 are mechanically firmly connected to each other at least in the region of the axial end portions 22, 24. Thereby, the completion of a technically demanding weld or solder seam for joining the two longitudinal edges 18, 20 is not necessary.
  • the hollow cylindrical jacket 30 can be subjected to a hardening process with its radially outwardly arranged thread profile 12.
  • An inner diameter of the rings 34, 36 is dimensioned with respect to the outer diameter of the axial end portions 22, 24 of the hollow cylindrical shell 30 so that between each one at least a slight compression fit is a width b of the profile-free axial end portions 22, 24 is preferably equal to or greater than a width h of the rings 34.
  • the hollow-cylindrical shell 30 is provided radially inwardly with a support structure 42, as a result of which a spindle 40 for a ball screw with the features of the invention is provided.
  • a support structure 42 as a result of which a spindle 40 for a ball screw with the features of the invention is provided.
  • the two rings 34, 36 in Fig. 6 are not shown.
  • the support structure 42 is here formed by way of example concentrically to the hollow cylindrical jacket 30 and to the longitudinal central axis 32. It consists for example of a fiber-reinforced plastic, softer the mechanical strength of the spindle 40 further increased.
  • a spindle 40 is provided in a hybrid construction in which the metallic shell 30 receives with its thread profile 12 the surface pressures occurring by the point contact in spherical Wälzkörpem and evenly distributed, while the support structure 42 provides the necessary rigidity of the spindle 40. Only the plastic of the support structure 42 would not be in the day to permanently absorb the occurring surface pressures of the rolling balls.
  • the support structure may be formed of a comparatively cheap plastic as filler.
  • Forming the support structure 42 may be accomplished, for example, by injection molding: wherein an unillustrated cylindrical core of an injection molding tool is inserted axially into the hollow cylindrical shell 30 and then the hollow-cylindrical cavity between the core and the shell 30 to provide the backing structure 42 with the material of the support structure 12
  • the injection of the plastic results in a mechanically particularly intimate bond, that is to say positive and / or cohesive connection between the stub structure 42 formed thereby and a corrugated inner surface 44 of the hollow-cylindrical shell 30 as a negative form of the thread profile 12.
  • an additional connection between the abutting longitudinal edges 18. 20 of the hollow cylindrical shell 30 created so that a smooth and smooth running of the equipped with the spindle 40 ball screw is achieved.
  • FIGS. 7 to 9 show, in a simplified representation, a second method variant for producing a second embodiment of a spindle for a ball screw drive.
  • a thread profile 52 is introduced in a first method step, which is preferably designed as a round thread 54 for spherical rolling elements and has at least one thread 56 for guiding the rolling Wälzkorper.
  • the thread profile 52 extends between two parallel longitudinal edges 58.60 of the material section 50. In contrast to the first method variant according to FIGS. 1 to 6, however, the thread profile 52 extends into the region of the two axial end sections 62, 64. With regard to the further embodiment of the Matenaiabitess 50 may be referred to the explanations to the figures 1 to 3, to avoid repetition.
  • the initially flat material portion 50 is again formed by means of a suitable forming process in a hollow cylindrical jacket 70, wherein the thread profile 52 with the helical circumferential thread 56 is directed radially outwardly with respect to a longitudinal central axis 72 of the shell 70 and the two longitudinal edges 58, 60 of the material portion 50 to each other over the entire area.
  • the two longitudinal edges 58.60 in a further process step preferably thermally, for example, by laser welding or soldering, consistently mechanically creating a longitudinal seam 74 mechanically joined
  • the connection of the two Leksskan 58 : 60 also by gluing, sealing, pressing or the like.
  • a surface treatment of the longitudinal seam 74 can be carried out by grinding, polishing or honing in order to further optimize the running behavior of the ball screw drive.
  • the hollow cylindrical shell 70 with the thread profile 52 inserted therein is preferably subjected to hardness treatment in order to increase its wear resistance.
  • the longitudinal section of FIG. 9 shows, in a final process step, in turn, the completion of the second embodiment of a spindle 80 for a ball screw by introducing a support structure 82, which is preferably formed of a possibly additionally fiber-reinforced plastic
  • a support structure 82 which is preferably formed of a possibly additionally fiber-reinforced plastic
  • the thread-shaped profile 52 is first continuously introduced into the endless web-shaped, initially flat semi-finished product, from which the hollow cylindrical jacket 70 continuously formed by forming, and finally its longitudinal edges 58, 60 continuously welded together at least in sections.
  • the resin for forming the support structure 82 is continuously input to the ready welded hollow cylindrical shell 70 by means of an injection mold.
  • the thus completed strand can be cut to spindles 80 with almost any length.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spindel (40; 80) für einen Kugelgewindetrieb umfassend die Schritte: - zumindest bereichsweises Einbringen eines Gewindeprofils (12; 52) in einen flachen Materialabschnitt (10; 50), - Umformen des Materialabschnitts (10; 50) in einen hohlzylindrischen Mantel (30; 70), wobei zwei Längskanten (18, 20; 58; 60) des hohlzylindrischen Mantels (30; 70) aneinander stossen und das Gewindeprofil (12; 52) radial auswärts gerichtet ausgebildet ist, - Verbinden der zwei Längskanten (18, 20; 58, 60) des hohlzylindrischen Mantels (30; 70), und - zumindest bereichsweise Ausbilden einer Stützstruktur (42; 82) an der radialen Innenseite des hohlzylindrischen Mantels (30; 70) zum Fertigstellen der Spindel (40; 80). Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine Spindel (40; 80) für einen Kiugelgewindetrieb in Hybridbauweise fertigen. Die Spindel (40; 80) lässt sich kostenoptimal herstellen und verfügt aber eine hohe Verschleissfestigkeit sowie eine ausgezeichnete mechanische Belastbarkeit bei einem zugleich geringen Gewicht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine verfahrensgemäss gefertigte Spindel (40, 80) zum Einsatz in einem Kugelgewindetrieb.

Description

Spindel für einen Kugelgewindetrieb und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung betrifft eine Spindel für einen Kugeigewindetrieb und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Beispielsweise in der Fahrzeugtechnik finden Kugelgewindetriebe vor allem als Stellglieder verbreitet Anwendung, da sie eine verlustarme Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung und umgekehrt ermöglichen. Ein derartiger Kugelgewindetrieb um* fasst im Wesentlichen eine Spindel und eine diese koaxial umfassende Mutter beziehungsweise Hülse, zwischen denen kugelförmige Walzkörper angeordnet sind. Die HerStellung dieser für einen Kugelgewindetrieb benötigten Komponenten aus einem Vollmaterial ist mittels spangebender Verfahren anspruchsvoll und daher kostenintensiv.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren sowie Bauformen von Kugelgewindetrieben bekannt, die eine vergleichsweise einfache und daher kostengunstigere Fertigung derselben erlauben. Aus der DE 10028968 A1 ist eine solche Hülse für einen Gewindetrieb bekannt, die aus einem anfänglich ebenen Blechzuschnitt gebildet ist. in den einseitig ein Gewindeprofii eingebracht wird und der abschließend zu einer längs geschlitzten, hohizyiindrischen Hülse gebogen wird, derart, dass das Gewindeprofii ein Innengewinde an der Hülse bildet. An dem Innengewinde der Hülse und einem Außengewinde an einer Gewindespindel rollen Walzkörper des Gewindetriebs ab, wobei eine rotative Bewegung in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird, im Zuge des Fertigungsprozesses der Hülse entsteht jedoch ein Langsschlitz an derselben, der sich erst durch das Einpressen der Hülse in eine mit entsprechender Passung versehene Bohrung komplett schließen lässt. Nachteilig ist, dass die Wälzkörper des Gewindetriebs im Bereich dieses Längsschlrtzes nicht rückwirkungsfrei abrollen können.
Aus der DE 102011 081 966 A1 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindeteils als Verbündten, ein Wälzschraubtrieb, ein Linearaktuator sowie ein elektromechantscher Bremskraftverstärker mit einem solchen Verbundteil bekannt. Das Gewindeteil ist als ein Verbundteil ausgebildet, bestehend aus einem Gewindegang und einem rohrförmigen Tragteil, wobei der Gewindegang mittels eines Umformprozess hergesteilt wird. Das rohrförmige Tragteil wird vorzugsweise durch Urformen, wie zum Beispiel Spritzgießen oder Druckgießen, hergestellt, und im Zuge dieses Prozesses zugleich mit dem Gewindegang stoffschiüssig oder formschlüssig verbunden. Bevorzugt erfolgt die Herstellung des Tragteils durch Druckgießen aus einem Metall oder Spritzgießen aus einem Kunststoff. Gemäß einer dort vorgestellten Ausführungsform ist das Gewindeteil durch einem spiralförmigen beziehungsweise wendeiförmig aufgewickelten Btechstreifen mit einem flachen, rechteckigen Querschnitt gebildet, wobei in den Btechstreifen eine flache ; rinnenartige Vertiefung als Gewindegang eingedruckt ist. Die Windungen des Blechstreifens werden beispielsweise durch Punktschweißen, durch axial verlaufende Schweißnähte oder durch eine wendeiförmige Schweißnaht entlang der aneinander stoßenden Längsränder des Blechstreifens zu dem Gewindeteil miteinander verbunden, das anschließend mit dem Tragteii aus Kunststoff umspritzt wird. Von Nachteil ist unter anderem, dass mindestens eine mit hoher Genauigkeit auszuführende Schweißnaht zu ersteilen ist. die zudem eine große Langenerstreckung aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer Spindel für einen Kugelgewindetrieb vorzustellen. Außerdem soll eine Spindel für einen Kugelgewindetrieb angegeben werden, die ohne eine zusätzliche, radial äußere Umfassungskonstruktion auskommt Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus< dass sich die Herstellung von hohlzylindrischen Blechformteilen durch Rollen eines ebenen Materialzuschnitts vereinfachen lasst indem unter anderem eine Nahtlänge von zu verbindenden Kanten der gerollten Materialzuschnitte minimiert wird. Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung einer Spindel für einen Kugelgewindetrieb. Die eingangs genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, weiches die folgenden Schritte aufweist.
- zumindest bereichsweises Einbringen eines Gewindeprofils in einen flachen Materialabschnitt, - Umformen des Materialabschnitts in einen hohizylindrischen Mantel, wobei zwei Längskanten des hohlzylindrischen Mantels aneinander stoßen und das Gewindeprofil radial auswärts gerichtet ausgebildet ist,
- Verbinden der zwei Längskanten des hohizylindrischen Mantels, und
- zumindest bereichsweise Ausbilden einer Stützstruktur an der radialen Innenseite des hohizylindrischen Mantels zum Fertigstellen der Spindel.
Mitteis dieses Verfahrens kann sehr kostengünstig eine Spindel mit einem Außengewinde für einen Kugelgewindetrieb hergestellt werden. Durch die Verbindung des hohizylindrischen Mantels entlang seiner beiden nach dem Umformvorgang aneinander stoSenden geraden Längskanten ist im Vergleich zu einem beispielsweise spiralförmig zu einem Rohr gewendeten und jeweils randseitig verbundenen ßiechstreifen eine notwendige Verbindungsnahtlänge deutlich reduziert. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders für eine kontinuierliche Fertigung geeignet. Femer erlaubt das Verfahren sehr vorteilhaft die Fertigung von Spindeln mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder Gewindeprofilen.
Gemäß einer Weiterbildung dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass der Materialabschnitt ein Blechabschnitt mit geringer Materialstärke ist. Durch die Verwendung von metallischem Blech für den Materialabschnitt ist eine hohe mechanische Belastbarkeit und Haltbarkeit der verfahrensgemäß hergestellten Spindel erreichbar. Vorzugsweise wird der Blechabschnitt von einem bahnförmigen Blechhalbzeug abgetrennt. Hierdurch ist unter anderem ein kontinuierlicher Fertigungsprozess zur Herstellung von erfindungsgemäß ausgebildeten Spindein möglich. Das Gewindeprofil kann entweder vor dem Abtrennen des Materialabschnitts von einem endlosen bahnförmigen Halbzeug kontinuierlich oder nach dem Abtrennen des Materialabschnitts in den abgetrennten Matenalabschnitt eingebracht werden.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Gewindeprofil zur Aufnahme von kugelförmigen Wälzkörpern eines Kugelgewinde triebes als ein Rundgewinde mit mindestens einem Gewindegang ausgebildet wird. Hierdurch können die in Kugelgewindetrieben üblicherweise Verwendung findenden ku gelförmigen Wälzkörper problemlos in dem Gewindeprofii geführt wenden und darin abrollen.
Bei einer anderen Weiterbitdung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verbinden der zwei Längskanten des hohlzylindrischen Mantels durch zumindest abschnittweises Fugen unter Schaffung einer Längsnaht erfolgt. Hierdurch ist eine zuverlässige mechanische Verbindung der nach dem Umformprozess aneinander stoßenden Längskanien des hohlzylindrischen Mantels gegeben, wobei die Längskanten spaltfrei aneinander stoßen und ein Aufspreizen des hohlzylindrischen Mantels der Spindel über seine gesamte Längserstreckung hinweg zuverlässig ausgeschlossen ist.
Gemäß einer weiteren Fortbildung des Verfahrens wird die Längsnaht einer Oberflächenbehandlung unterzogen, beispielsweise durch Schleifen, Polieren oder Honen. Hierdurch lässt sich ein ruckelfreies Laufverhalten eines mit der verfahrensgemäß gefertigten Spindel ausgerüsteten Kugelgewindetriebs erreichen, da die Wälzkörper des Kugeigewindetriebs auch Ober die Längsnaht praktisch rückwirkungsfrei abrollen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante erfolgt das Verbinden der zwei Längskanten des hohlzylindrischen Mantels der Spindel durch Einpressen eines jeden der beiden axialen Endabschnitte des hohizyiindnschen Mantels in jeweils einen Ring. Hierdurch entfällt die ansonsten notwendige, zumindest abschnittweise auszubildende Schweißnaht 2um Zusammenfugen der nach dem Ümformprozess aneinander stoßenden Längskanten des hohlzylindrischen Mantels Die bei dieser Verfahrensalternative entbehrliche Schweißnaht fuhrt zu einer signifikanten prozesstechnischen Vereinfachung, da
Schweißnähte an dünnen Blechteiien technisch schwierig und vielfach nur im Wege eines aufwendigen Laserschweißens herzustellen sind. Darüber hinaus muss ein unter Umständen notwendiger Härteprozess des hohizyiindnschen Mantels nicht mehr zwingend nach dem Verbinden der Längskanten erfolgen, da die Härtung nicht mehr durch einen thermischen Fügeprozess beeinträchtigt werden kann. Auch können durch den Härtevorgang auftretende Geometrieänderungen leichter kompensiert werden, und ein Verzug durch das thermische Fügen wird vermieden. Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die axialen Endabschnitte des hohlzylindrischen Mantels unprofiliert ausgebildet, Hierdurch ist ein besonders fester, da im Idealfall vollflächiger Sitz eines jeden Ringes auf jeweils einem der beiden axialen Endabschnitte des hohlzylindrischen Mantels gegeben. Alternativ dazu können die Ringe zum Beispiel auch thermisch auf die profilfreien axialen Endabschnitte des hohlzylindrischen Mantels aufgeschrumpft werden.
Eine andere günstige Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Stützstruktur insbesondere im Wege des Spritzgießens aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet wird. Durch den vorzugsweise im Wege des Spritzgießverfahrens in den hohlzylindrischen Mantel eingebrachten Kunststoff ergibt sich eine mechanisch innige, insbesondere eine stoffschlüssige und formschlüssige Verbindung zwischen der radial inneren Stutzstruktur und dem diese koaxial umschließenden hohlzylindrischen Mantel mit seinem Außengewindeprofil. Hierbei erhöht die Stützstruktur vorrangig die Biegesteifigkeit der fertigen Spindel, während der aus dem Metaiibiech gebildete hohlzylindrische Mantel primär die von den im Gewindeprofil abrollenden kugelförmigen Wälzkörpern hervorgerufenen Punktlasten aufnimmt und diese, bevor sie in die Stutzstruktur eingeleitet werden, Ober eine größere Flache verteilt. Aufgrund der solchermaßen gegebenen Hybridkonstruktion ergibt sich eine vergleichsweise hohe mechanische Belastbarkeit und Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäß gefertigten Spindel in Verbindung mit einem geringen Gewicht und zugleich geringen Herstellungskosten. Alternativ dazu kann die Stützstruktur auch aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel einem Sintermetall einem Metalischaum oder einem in den hohlzylindrischen Mantel eingespritzten Metall gebildet werden. Gemäß einer anderen Weiterbildung weist die Stutzstruktur eine kreisringförmige
Querschnittsgeometrie auf. die in dem Herstellverfahren konzentrisch zu dem hohlzylindrischen Mantel ausgebildet wird. Aufgrund der bevorzugt rohrartigen Ausgestaltung der Stützstruktur im Inneren des hohlzylindrischen Mantels ergibt sich eine hohe mechanische Steifigkeit der solchermaßen gebildeten Spindel, sowie im Vergleich zu einem vollständig aufgefüllten hohlzylindrischen Mantel ein deutlich reduziertes Gewicht. Darüber hinaus hat die Erfindung eine Spindel für einen Kugelgewindetrieb zum Gegenstand. Hierbei ist vorgesehen, dass die Spindel einen hohlzyilndrischen Mantel mit einem radial außen ausgebildeten Gewindeprofil aufweist, und dass an der radialen innenseite des hohlzyiindrischen Mantels eine Stutzstruktur ausgebildet ist. Hierdurch ist eine einfache, kontinuierliche und kostenoptimale Fertigung der Spindel möglich, die darober über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit bei einem vergleichsweise geringen Gewicht verfugt, und somit für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik prädestiniert ist
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. Gleiche konstruktive Komponenten weisen jeweils dieselben Bezugsziffem auf. In der Zeichnung zeigen die
Figuren 1 bis 6 eine Darstellung des Ablaufs einer ersten Verfahrensvariante zur Herstellung einer ersten Ausführungsform einer Spindel für einen Kugelgewindetrieb gemäß der Erfindung, und die
Figuren 7 bis Θ eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Verfahrensvariante zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform einer Spindel für einen Kugelgewindetrieb gemäß der Erfindung.
Die Figuren 1 bis 8 zeigen demnach die Darstellung des Ablaufs der ersten VerfahrensVariante zur Herstellung einer ersten Ausführungsform einer Spindel für einen Kugelgewindetrieb. Ein ebener, rechteckförmiger Materialabschnitt 10 wird im Zuge eines ersten Verfahrensschritts von einem nicht dargestellten, endlosen bahnförmigen Halbzeug abgetrennt Bei dem Materiaiabschnitt 10 in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Materialabschnitt 10 handelt es sich bevorzugt um einen rechteckfonmigen Blechabschnitt geringer Matena Istärke. im nächsten Verfahrensschritt wird, wie in der Querschnittsdarsteilung von Fig. 2 angedeutet, in den Materialabschnitt 10 ein Gewindeprofil 12 eingebracht. Das Gewindeprofil 12 wird bevorzugt als ein Rundgewinde 14 gefertigt, in dem nicht dargestellte kugelförmige Wälzkorper eines gleichfalls nicht dargestellten Kugelgewindetriebs reibungsarm abrollen können. Das Einbringen des Gewindeprofiis 12 kann mittels eines beliebigen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens., wie zum Beispiel durch Gewindedrücken erfolgen. Abweichend von dem vonstehend erläuterten Vertah rensabtauf ist es auch möglich, das Gewindeprofil 12 kontinuierlich in das bahnförmige Halbzeug einzubringen und anschließend den Materialabschnitt abzutrennen.
Das Gewindeprofii 12 wird hierbei so eingebracht, dass nach Rollen des anfänglich ebenen Materialabschnitts 10 mindestens ein durchgehender Gewindegang 16 zur Aufhahme der Wälzkörper entsteht. Das Gewindeprofii 12 erstreckt sich ausweislich der Draufsicht gemäß Fig. 3 auf den Materialabschnitt 10 bis hin zu parallel verlaufenden Langskanten 18, 20 beziehungsweise zu Schmalseiten des Materiaiabschnitts 10, wahrend beide axiale Endabschnitte 22, 24 profilfrei ausgebildet sind. Die axialen Endabschnitte 22, 24 sind spiegelbildlich zueinander ausgebildet und weisen jeweils angenähert die Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf.
Wie es in Fig.4 dargestellt ist, wird in einem anschließenden Verfahrensschritt der profilierte Materialabschnitt 10 mit Hilfe eines geeigneten Umformprozesses zu einem hohlzylindrischen Mantel 30 umgeformt, wobei das Gewindeprofii 12 in Bezug zu einer Längsmittelachse 32 des hohizylindrischen Mantels 30 radial auswärts gerichtet angeordnet ist. Die beiden Längskanten 18.20 des Materiaiabschnitts 10 werden durch diesen Umformvorgang im Idealfall vollständig auf Stoß aneinander zur Anlage gebracht. Außerdem sind in Fig.4 die gewindeprofiifreien axialen Endabschnitte 22.24 nach dem Abschluss des Umformprozesses erkennbar.
In einem nun folgenden Verfahrensschritt wird, wie Fig, 5 zeigt, jeweils ein hohlzylindrischer Ring 34, 36 auf einen axialen Endabschnitt 22, 24 auigepresst. Durch die beiden Ringe 34, 36 werden die Längskanten 18.20 zumindest im Bereich der axialen Endabschnitte 22, 24 mechanisch fest miteinander verbunden Dadurch ist das Erstelten einer technisch anspruchsvollen Schweißnaht oder Lötnaht zum Fügen der beiden Längskanten 18, 20 nicht notwendig. Vor oder nach dem Aufpressen der beiden Ringe 34 ,36 kann der hohlzylindrische Mantel 30 mit seinem radial außen angeordneten Gewindeprofii 12 einem Härteprozess unterzogen werden. Ein Innendurchmesser der Ringe 34, 36 ist in Bezug zu dem Außendurchmesser der axialen Endabschnitte 22, 24 des hohlzylindrischen Mantels 30 so bemessen, dass zwischen diesen jeweils eine zumindest leichte Presspassung besteht Eine Breite b der profilfreien axialen Endabschnitte 22, 24 ist bevorzugt gleich oder größer als eine Breite h der Ringe 34. 36.
Wie Fig. 6 veranschaulicht, wird der hohlzyiindrische Mantel 30 radial innen mit einer Stützstruktur 42 versehen, wodurch im Ergebnis eine Spindel 40 für einen Kugeigewindetrieb mit den Merkmalen der Erfindung geschaffen ist. Oer besseren zeichnerischen Übersicht halber sind die beiden Ringe 34, 36 in Fig. 6 nicht dargestellt.
Die Stützstruktur 42 ist hier exemplarisch konzentrisch zum hohlzylindrischen Mantel 30 und zur Längsmittelachse 32 ausgebildet. Sie besteht beispielsweise aus einem faserarmierten Kunststoff, weicher die mechanische Belastbarkeit der Spindel 40 weiter erhöht. Mittels der Stützstruktur 42 ist eine Spindel 40 in einer Hybridkonstruktion geschaffen, in weicher der metallische Mantel 30 mit seinem Gewindeprofil 12 die auftretenden Flächenpressungen durch den Punktkontakt bei kugelförmigen Wälzkörpem aufnimmt und gleichmäßig verteilt, während die Stützstruktur 42 für die notwendige Steifigkeit der Spindel 40 sorgt. Allein der Kunststoff der Stützstruktur 42 wäre nicht in der tage, die auftretenden Flachenpressungen der abrollenden Kugeln dauerhaft aufzunehmen. Somit ist lediglich für den hohlzylindrischen Mantel 30 mit dem darin eingebrachten Gewindeprofil 12 ein mechanisch hoch beanspruchbares und demzufolge teures Blech beziehungsweise metallisches Material notwendig, während die Stützstruktur aus einem vergleichsweise günstigen Kunststoff als Füllmaterial gebildet sein kann.
Das Ausbilden der Stützstruktur 42 kann zum Beispiel durch Spritzgießen erfolgen: wobei ein nicht dargestellter zylindrischer Kern eines Spritzgießwerkzeugs axial in den hohlzyNndrischen Mantel 30 eingeführt sowie dann der hohlzyiindrische Hohlraum zwisehen dem Kern und dem Mantel 30 zur Schaffung der Stötzstruktur 42 mit dem Werkstoff der Stützstruktur 12 ausgefüllt wird Durch das Einspritzen des Kunststoffs ergibt sich eine mechanisch besonders innige, also form- und stoffschlüssige Verbindung zwischen der hierdurch gebildeten Stötzstruktur 42 sowie einer gewellten Innenfläche 44 des hohlzyiindrischen Mantels 30 als Negativform des Gewindeprofils 12. Dadurch wird ergänzend zu den beiden Ringen 34 , 36 eine zusätzliche Verbindung zwischen den auf Stoß liegenden Längskanten 18. 20 des hohlzylindrischen Mantels 30 geschaffen, so dass ein leichtgängiger und ruckelfreier Lauf des mit der Spindel 40 ausgerüsteten Kugelgewindetriebs erreicht wird.
Abweichend von dem in Fig.6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Spindel 40 kann der Innenraum 46 des hohlzylindrischen Mantels 30, wenn das Gewicht der Spindel von untergeordneter Bedeutung ist auch vollständig mit dem Kunststoff aufgefüllt werden.
Oie Figuren 7 bis 9 zeigen in einer vereinfachten Darstellung eine zweite Verfahrensvariante 2ur Herstellung einer zweiten Ausföhrungsform einer Spindel für einen Kugeigewindetrieb. in einen anfänglich ebenen Materialabschnitt 50 wird in einem ersten Verfahrensschritt wiederum eine Gewindeprofil 52 eingebracht, das bevorzugt als ein Rundgewinde 54 für kugelförmige Wälzkörper ausgebildet ist und mindestens einen Gewindegang 56 zur Führung der abrollenden Wälzkorper aufweist.
Das Gewindeprofil 52 erstreckt sich zwischen zwei parallelen Längekanten 58.60 des Materialabschnitts 50. im Unterschied zur ersten Verfahrensvariante gemäß, den Figuren 1 bis 6 erstreckt sich das Gewindeprofii 52 jedoch bis in den Bereich der zwei axialen Endabschnitte 62, 64. Hinsichtlich der weiteren Ausführung des Matenaiabschnitts 50 kann, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 3 verwiesen werden.
Wie aus der perspektivischen Ansteht von Fig. 8 ersichtlich ist. wird der anfänglich ebene Materialabschnitt 50 mittels eines geeigneten Umformprozesses wiederum in einen hohlzylindrischen Mantel 70 umgeformt, wobei das Gewindeprofil 52 mit dem wendeiförmig umlaufenden Gewindegang 56 in Bezug zu einer Längsmittelachse 72 des Mantels 70 radial auswärts gerichtet ist und die beiden Längskanten 58, 60 des Materialabschnitts 50 vollflächig auf Stoß aneinander liegen.
Als ein weiterer Unterschied zur ersten Verfahrensvariante werden die beiden Längskanten 58.60 in einem weiteren Verfahrensschritt bevorzugt thermisch, zum Beispiel durch Laserschweißen oder Löten, durchgängig unter Schaffung einer Längsnaht 74 mechanisch fest zusammengefügt Alternativ dazu kann die Verbindung der beiden Längskan ten 58: 60 auch durch Kleben, Versiemmen, Verpressen oder ähnlichem erfolgen. Nach dem Verbinden der beiden Längskanten 58, 60 durch bevorzugt thermisches Fügen kann eine Oberflächenbehandlung der Längsnaht 74 durch Schleifen, Polieren oder Honen erfolgen, um das laufverhalten des Kugelgewindetriebs weiter zu optimieren. Darüber hinaus wird der hohlzylindrische Mantel 70 mit dem darin eingebrachten Gewindeprofii 52 bevorzugt einer Härtebehandiung unterzogen, um dessen Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
Wie der Längsschnitt gemäß Fig. 9 zeigt, erfolgt in einem abschließenden Verfahrensschritt wiederum die Fertigstellung der zweiten Ausführungsform einer Spindel 80 für einen Kugelgewindetrieb durch das Einbringen einer Stützstruktur 82, die bevorzugt aus einem gegebenenfalls noch zusätzlich faserverstärkten Kunststoff gebildet ist Hinsichtlich der weiteren konstruktiven Einzelheiten der Stützstruktur 82 und deren Hersteilung sei auf die Ausführungen im Rahmen der Beschreibung der Fig, 6 verwiesen Im Gegensatz zur ersten Verfahrensvariante ist es im Fall der zweiten Verfahrensvariante mit bevorzugt geschweißter Längsnaht möglich, die Spindel 80 als einen fortlaufenden Strang mit einer nahezu beliebigen Länge zu fertigen. Zu diesem Zweck wird in das endlose bahnförmige, anfangs ebene Halbzeug zunächst kontinuierlich das Gewindeprofil 52 eingebracht, daraus fortlaufend der hohlzylindrische Mantel 70 durch Umformen gebildet, und schließlich dessen Längskanten 58, 60 kontinuierlich zumindest abschnittsweise miteinander verschweißt. Parallel hierzu wird fortlaufend der Kunststoff zur Ausbildung der Stützkonstruktion 82 in den bereite geschweißten hohlzylindrischen Mantel 70 mittels eines Spritzgießwerkzeugs eingegeben. Abschließend kann der solchermaßen komplettierte Strang zu Spindeln 80 mit einer nahezu beliebigen Länge abgelängt werden. Bezugezeichen
10 Ebener Materialabschnitt
12 Gewindeprofil, Außengewinde
14 Rundgewinde
16 Gewindegang
18 Längskante des Materiaiabschnitts 10
20 Längskante des Materiaiabschnitts 10
22 Axialer Endabschnitt des Materiaiabschnitts 10 24 Axialer Endabschnitt des Materiaiabschnitts 10
30 Hohizylindrischer Mantei
32 Längsmittelachse des Mantels 30
34 Erster Ring
36 Zweiter Ring
40 Spindei
42 Stützstruktur
44 Innenfläche der Stützstruktur
46 Innenraum
50 Ebener Materialabschnitt
52 Gewindeprofrf. Außengewinde
54 Rundgewinde
56 Gewindegang
58 Längskante des Materiaiabschnitts 50
60 Längskante des Materiaiabschnitts 50
62 Axialer Endabschnitt des Materiaiabschnitts 50
64 Axialer Endabschnitt des Materiaiabschnitts 50
70 Hohizylindrischer Mantei
72 Längsmittelachse des Mantels 70
74 Längsnaht
80 Spindel
82 Stützstruktur h Breite der Ringe 34. 36
b Breite der profilfreien Endabschnitte 22, 24

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Spindel (40, 80) für einen Kugelgewindetrieb umfassend die Schritte:
- zumindest bereichsweises Einbringen eines Gewindeprofiis (12: 52) in einen flachen Materialabschnitt (10; 50),
- Umformen des Materialabschnitts (10; SO) in einen hohlzylindrischen Mantel (30; 70), wobei zwei Längskanten (18, 20; 58, 60) des hohizylindriscnen Mantels (30; 70) aneinander stoßen und das Gewindeprofil (12; 52) radial auswärts gerichtet ausgebildet ist, - Verbinden der zwei Längskanten (18, 20; 58, 60) des hohizylindriscnen Mantels (30; 70), und
- zumindest bereichsweise Ausbilden einer Stützstruktur (42; 82) an der radialen Innenseite des hohizylindriscnen Mantels (30; 70) zum Fertigsteifen der Spindel (40; 80). 2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt ( 10; 50) ein Blechabschnitt mit einer geringen Materialstarke ist welcher von einem bahnförmigen Blechhalbzeug abgetrennt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« dass das Gewindeprofil (12; 52) zur Aufnahme von kugeiförmigen Wälzkorpern eines Kugelgewindetriebes als ein Rundgewinde (14; 54) mit mindestens einem Gewindegang (16; 56) ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der zwei Längskanten (58; 60) des hohlzylindrischen Mantels (70) durch zumindest abschnittweises Fugen unter Schaffung einer Längsnaht (74) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnaht (74) einer Oberflächenbehandlung, wie Schleifen. Polieren oder Honen, unterzogen wird. β. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der zwei Längskanten (18, 20) des hohlzyiindrischen Mantels (30) durch Einpressen eines jeden der beiden axialen Endabschnitte (22. 24) des hohlzylindrischen Mantels (30) in Jeweils einen Ring (34, 36) erfolgt. 7. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Mantel (30) derart hergestellt wird, dass dessen axiale Endabschnttte (22, 24) unprofiliert ausgebildet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass die Stutzstruktur (42; 82) durch Spritzgießen mit einem Kunststoffmaterial ausgebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass die Stützstruktur (42, 82) eine kretsringförmige Querschnittsgeometrie aufweist, die konzentrisch zu dem hohlzylindrischen Mantel (30; 70; ausgebildet wird.
10 Spindel (40: 80) für einen Kugelgewindetrieb, hergestellt nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (40; 80) einen hohlzyiindrischen Mantel (30; 70) mit einem radial außen ausgebildeten Gewindeprofil (12; 52) aufweist, und dass an der radialen Innenseite des hohlzylindrischen Mantels (30; 70) eine Stützstruktur (42; 82) ausgebildet ist.
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