VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER SPINDELMUTTER EINES KUGELGEWINDETRIEBES

Verfahren zum Herstellen einer Spindelmutter eines Kugelgewindetriebes

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Spindelmutter eines Kugelgewindetriebes

Aus DE 31 00 349 C2 beispielsweise ist ein Kugelgewindetrieb einer Kugelroll- spindel und einer diese unter Bildung eines Ringspaltes umgreifenden Lagermutter bekannt geworden, die einander gegenüberliegende, schraubenförmig umlaufende, vertiefte Laufbahnen gleicher Steigung besitzen Die Windungen der Laufbahnen sind durch entsprechend schraubenförmig umlaufende, erhöhte Schultern voneinander getrennt Die Laufbahnen bilden Kugelbahnen die sich etwa über einen Umfangswmkel von 360° erstrecken, wobei Lagerkugeln in diesen Kugelbahnen laufen Jede Kugelbahn weist eine etwa s-formige Umlenkstelle auf, an der die Kugeln aus der einen Windung in die benachbarte Windung der Laufbahn umgelenkt werden Die Spindelmutter weist an der Umlenkstelle eine Schulterunterbrechung und eine Umlenkvertiefung auf Die Umlenkvertiefung ist erforderlich, damit die Kugeln über die korrespondierende Schulter der Spindel angehoben werden können In vorteilhafter Weise sind die Umlenkvertiefungen unmittelbar an der Mutter ausgebildet, so dass diese rundum vollständig geschlossen ausgebildet sein kann Das Einarbeiten der Umlenkvertiefungen kann nach dem Harten der Spindelmutter beispielsweise elektrolytisch oder durch Funkenerosion erfolgen Für große Stückzahlen umfassende Serien ist dieses Herstellen der Umlenkvertiefung sehr kostenaufwendig

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Spindelmutter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben mit dem große Stuckzahlen auf kostengünstige Weise herstellbar sind

Das erfindungsgemaße Verfahren sieht die folgenden Schritte vor anordnen eines Werkzeugdorns in einen hohlen Rohling, wobei der Werkzeugdorn an seinem Außenumfang ein Gegenprofil der schraubenförmigen Kugelbahn und je einen Vorsprung für jede Umlenkvertiefung aufweist, vorsehen eines Werkzeuges, dass von außen auf den Rohling unter Ausübung von radialen Kräften einwirkt und diesen umformt, wobei unter diesem Umformen die innere Um- fangsflache des Rohlings an das Gegenprofil und an den Vorsprung des Werk- zeugdoms angeformt werden, wodurch die schraubenförmige Kugelbahn und die Umlenkvertiefung gebildet werden Wahrend dieses Vorgangs wird Material des Rohlings verdrangt, um an dessen innerer Umfangsflache die Laufbahnen und die Umlenkvertiefungen herzustellen

Das erfindungsgemaße Verfahren ist auf kostengünstige Weise durchfuhrbar An sich bekannte, für die Erfindung geeignete Umformmethoden sind beispielsweise das Kneten, das Abstreckdrucken, sowie das Fluidumformen Der Werkstoff des Rohlings wird unter diesem Umformvorgang weggedruckt und an die Kontur des Werkzeugdorns mit den Vorsprungen angeformt Das an sich bekannte Kneten eignet sich in besonderer Weise zur Herstellung einer erfin- dungsgemaßen Spindelmutter, da mittels dieses Verfahrens rotationsunsymmetrische Konturen gut herstellbar sind, wobei Knetbacken unter radialer Stoßbewegung auf den relativ zu den Knetbacken drehenden Rohling einwirken und diesen umformen

Nach dem Umformvorgang wird der Werkzeugdorn samt Vorsprung entfernt, wonach die Spindelmutter einer Wärmebehandlung unterzogen werden kann Die so gehartete Spindelmutter kann mit weiteren Bauteilen zu dem Kugelge- windetrieb komplettiert werden Das Verfahren zum Herstellen der Spindelmutter kann mit der anschließenden Wärmebehandlung in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten erfolgen, so dass erfindungsgemaße Spindelmuttern auf wirtschaftliche Weise herstellbar sind

Eine erfindungsgemaße Vorrichtung zur Durchfuhrung des beschriebenen Verfahrens sieht vor, dass der Werkzeugdorn eine Ausnehmung aufweist, in der der als Stempel ausgebildete Vorsprung angeordnet ist, der gegenüber dem Werkzeugdorn radial aus- und einwärts verschieblich und in seiner aus- gefahrenen Position festlegbar ist, wobei der Stempel in seiner eingeschobenen Position innerhalb des Gegenprofils des Werkzeugdorns angeordnet ist Mit dieser erfmdungsgemaßen Vorrichtung ist ein problemloses Entformen gewährleistet Wenn der Werkzeugdorn in einer Schraubenbewegung aus der Spindelmutter heraus gedreht werden soll, wird lediglich zuvor der Stempel radial einwärts bewegt, so dass eine Schraubbewegung problemlos möglich ist

Zur Betätigung des Stempels kann der Werkzeugdorn hohl ausgebildet sein, wobei eine in dem hohlen Werkzeugdorn angeordnete Schaltstange derart mit dem Stempel zusammenarbeitet, das in einer ersten Schaltstellung der Schalt- stange der Stempel in seiner ausgefahrenen Stellung gehalten ist Zum Entformen wird dann die Schaltstange in eine zweite Schaltstellung gebracht, die ein Einwartsschieben des Stempels ermöglicht Anstelle einer Schaltstange kann jedoch der Werkzeugdorn auch mit Hydraulikflussigkeit gefüllt sein, die mit Druck beaufschlagbar ist, wobei diese Hydraulikflussigkeit mit dem Stempel derart zusammenarbeitet, dass dieser unter dem anliegenden Druck in seiner ausgefahrenen Position gehalten ist Nach Wegnahme des Drucks kann der Stempel radial einwärts verschoben werden, um den Werkzeugdorn unter einer Schraubbewegung aus der Spindelmutter heraus zudrehen

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben Es zeigen Figur 1 einen Kugelgewindetrieb im Längsschnitt in schematischer Darstellung,

Figur 2 die Abwicklung der Mutter eines erfindungsgemaßen Kugelge- wmdetπebs mit über den Umfang verteilten Umlenkstellen,

Figur 3 die Mutter des erfindungsgemaßen Gewiπdetπebs mit eingesetzten Einsatzkorpern, jedoch ohne Spindel, im Längsschnitt in Teildarstellung,

Figur 4 die Anordnung nach Figur 3 im schnitt gemäß der Linie IV-IV in

Figur 3 mit eingesetzter Spindel,

Figur 5 einen der Emsatzkorper des Umlenksystems gemäß Figuren 3 und 4 im zur Stirnansicht parallelen Querschnitt gemäß der Linie

VV in Figur 4,

Figur 6 ein erfmdungsgemaßes Verfahren und eine erfindungsgemaße

Vorrichtung zur Herstellung der Spindelmutter und

Figur 7 eine weitere erfindungsgemaße Vorrichtung

Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Kugelrollspmdel Die Spindel 1 wird unter Bildung eines Ringspaltes 2 von einer Lagermutter 3 umgriffen Am Innenumfang der Mutter 3 ist eine nach Art eines Gewindes schraubenförmig umlaufende vertiefte Laufbahn 4 eingearbeitet, die einer ebenfalls schraubenförmig vertieften Laufbahn 5 an der Außenseite der Spindel 1 gegenüberliegt Die beiden Laufbahnen 4, 5 besitzen gleiche Steigung und die einzelnen Windungen der Laufbahn 4 der Mutter 3 bzw der Laufbahn 5 der Spindel 1 sind durch eine entsprechend schraubenförmig umlaufende, erhöhte Schulter 6 bzw 7 voneinander getrennt Die Mutter 3 kann endseitig gegen die Spindel 1 mit Hilfe von Abstreifern 8, 9 abgedichtet sein und sie kann einen radial abstehenden Umfangsflansch 10 am einen Ende besitzen, mit dessen Hilfe die Mut- ter 3 an einem beliebigen Bauteil 1 1 befestigt werden kann Auch zylindrische Ausfuhrungen ohne Flansch oder beliebige andere Außenformen sind möglich Der Flansch 10 besitzt z B einen Schmiermittelanschluß 12 zum Einfüllen eines Schmiermittels in den Ringspalt 2

Die einander gegenüberliegenden Laufbahnen 4, 5 der Mutter und der Spindel bilden Kugelbahnen oder Kugelumlaufe, in denen Kugeln 13 zur Lagerung der sich drehenden Spindel 1 umlaufen Infolge des Ringspaltes 2 egt die Spindel 1 nicht an der Mutter 3 an und sie stutzt sich an dieser nur über die Kugeln 13 ab

Die Kugelbahnen erstrecken sich jeweils über einen Umfangswmkel von 360° Um in sich geschlossene Kugelbahπen - diese sind in Figur 2 gestrichelt eingezeichnet - zu erhalten, enthalt jede Kugelbahn eine etwa S-formige Umlenk- stelle 16 Dabei sind die Umlenkstellen 16 der verschiedenen Kugelbahnen gleichmäßig über den Umfang verteilt Eine z B in die Windung der Laufbahn 4 der Mutter 3 und in die gegenüberliegende Windung 39 der Laufbahn 5 der Spindel 1 in Figur 3 von oben oberhalb der Zeichenebene her eintretende Kugel 13, wie sie in Figur 4 gestrichelt angedeutet ist, rollt sich entlang dieser Windungen 40 der Laufbahn 4 der Mutter 3 und in die dieser gegenüberliegende Windung der Laufbahn der Spindel 1 zurückgeführt wird Am in Figur 3 unteren Ende fuhrt diese Kugelbahn aus der Zeicheπebene heraus und die Kugel rollt sich oberhalb der Zeichenebene in den zugehörigen, nicht sichtbaren Windungsbereichen der Mutter 3 und der Spindel 1 ab, bis sie oben wieder in die Windung 38 der Mutter und die Windung 39 der Spindel eintritt Insgesamt gesehen erhalt man auf diese Weise eine Kugelbahn, die über nahezu 360° schraubenförmig verlauft, wobei die Enden des schraubenförmigen Bereichs an der Umlenkstelle 16 miteinander verbunden sind Der Verlauf derartiger Kugelbahnen, bei denen die Kugeln intern zurückgeführt werden, sind an sich bekannt, so dass nicht weiter darauf eingegangen werden soll

Damit die Kugeln 13 an der jeweiligen Umlenkstelle 16 zurückgeführt werden können, weist die Schulter 6 der Mutter 3 an der Umlenkstelle 16 eine Unter- brechung 19 auf Die Begrenzungskanten dieser Unterbrechung sind mit den Bezugsziffern 20 und 21 bezeichnet Ferner ist an der Umlenkstelle 16 eine die Unterbrechung 19 kreuzende Umlenkvertiefung 23 in die Wandung der Mutter 3 mittels eines weiter unten beschriebenen Verfahrens eingearbeitet Diese Umlenkvertiefung 23 ist so tief, dass eine in sie eintauchende Kugel nicht mehr die Schulter 7 der Spindel 1 berührt Auf diese Weise können die Kugeln 13 an der Umlenkstelle 16 die nicht unterbrochene Schulter 7 der Spindel über die Umlenkvertiefung 23 und die Unterbrechung 19 der Schulter 6 der Mutter 3 in radialer Richtung außen umrollen An der Umlenkstelle 16 befinden sich die Kugeln 13 also außer Eingriff mit der Laufbahn der Spindel 1 Nach Durchrollen der Umlenkvertiefung 16 greifen die Kugeln wieder in die Laufbahn der Spindel ein und fuhren diese

Die bis jetzt beschriebenen Maßnahmen reichen noch nicht aus, damit die Ku- geln dem Wege der Kugelbahn an der Umlenkstelle 16 folgen Es muss nämlich noch vermieden werden, dass die Kugeln 13 an der Umleπkstelle 16 anstelle in die Umlenkvertiefung 23 geradeaus weiterrollen Hierzu ist vorgesehen, dass an beiden Enden der Umlenkvertiefung 16 in die Laufbahn der Spindel greifende und die Kugeln aus dieser Laufbahn in die Umlenkvertiefung he- bende Umlenkflachen vorhanden sind und dass die Kugelbahn zwischen den beiden Umlenkflachen zur Spindel 1 hin mittels einer in den Ringspalt 2 zwischen Mutter 3 und Spindel 1 greifenden Abdeckung abgedeckt ist Die Kugeln 13 werden also zunächst von einer der beiden Umlenkflachen von der Spindel 1 zur Umlenkvertiefung 23 hin abgelenkt wonach sie auf der Abdeckung ab- rollen und sodann über die andere Umlenkflache wieder in die Laufbahn der Spindel zurückkehren Die beiden Umlenkflachen versperren den Kugeln sozusagen den geradeaus weiterlaufenden Weg, wobei man deshalb beidseitig der Umlenkvertiefung eine Umlenkflache benotigt, da ja die Spindel oder die Muter in beide Drehrichtungen rotieren kann, so dass auch die Kugeln die Kugelbah- nen in beiden Richtungen durchlaufen können müssen

Die Umlenkung der Kugeln 13 an den Umlenkstellen 16 erfolgt mit Hilfe von Einsatzen Es handelt sich hier um Einsatzkorper 35, 36, 37, die in den Figuren 3 und 4 mit dick ausgezogenen Linien dargestellt sind, wobei nur der Einsatzkorper 35 vollständig, die Einsatzkorper 36, 37 jedoch geschnitten gezeigt sind Jeder Umlenkstelle 16 sind zwei Einsatzkorper zugeordnet Zwischen zwei einander benachbarten Kugelbahnen oder Kugelumlaufen ist ein Einsatzkorper angeordnet Diese beiden Einsatzkorper, beispielsweise die Einsatzkorper 35, 36, die der die Umlenkvertiefung 23 enthaltenden Umlenkstelle zugeordnet sind, sind voneinander unabhängig und besitzen eine wulstformige Gestalt, wie anschaulich insbesondere aus Figur 4 hervorgeht Diese im Querschnitt im wesentlichen kreisförmigen Wulstkorper sind entsprechend den Laufbahnen der Mutter und der Spindel gekrümmt, dass heißt in der Seitenansicht erstrek- ken sie sich entlang eines Kreisbogens Der eine der beiden Einsatzkorper, z B der Einsatzkorper 35, liegt in der Windung 38 der Laufbahn 4 der Mutter 3 sowie in der gegenüberliegenden Windung 39 der Laufbahn 5 der Spindel 1 Der andere Einsatzkorper 36 ist in die benachbarte Windung 40 der Laufbahn 4 der Mutter 3 sowie in die dieser gegenüberliegenden Laufbahn der Spindel eingelegt, die in Figur 4 nicht sichtbar ist Die beiden der jeweiligen Umlenkstelle zugeordneten Einsatzkorper 35, 36 sind also in benachbarten Windungen der Laufbahnen der Mutter und der Spindel angeordnet, wobei sie von entgegengesetzten Seiten herkommend an der betreffenden Umlenkstelle 16 endigen Dabei liegen sich die beiden Einsatzkorper 35, 36 mit ihren einen Stirnseiten, zwischen denen sich die betreffenden Umlenkvertiefung 23 befindet, schräg gegenüber Diese Stirnseiten sind jeweils mit ihrer in die Laufbahn der Spindel 1 eingelegten Partie zur Bildung der die Kugeln 13 aus der Laufbahn 5 der Spindel 1 hebenden Umlenkflache vorgezogen und zur seitlichen Fuhrung der Kugeln schräg eingewolbt In Figur 3, in der die Einsatzkorper von der Spindel her gesehen dargestellt sind, sind die vorgezogenen Partien 41 , 42 sichtbar, die gemäß Figur 4 nahezu auf dem Grund der Laufbahn 5 der Spindel 1 aufliegen wobei hier ein Spiel vorhanden ist Von diesen Partien 41 , 42 aus springen die Stirnseiten in Längsrichtung des jeweiligen Einsatzkorpers gese- hen zur Mutter hm zurück, wobei in den Figuren 3 und 4 die zur Mutter hm verlaufenden Begrenzungslinien 43, 44 der Stirnseiten 45, 46 gestrichelt eingezeichnet sind Dabei sind diese Stirnseiten gleichzeitig so schräg gestellt und gewölbt, dass man eine fließende Umlenkung der Kugeln in die Umlenk- Vertiefung 23 erhalt Jeder der Einsatzkorper enthalt nun außerdem an der Seite der zu der Umlenkvertiefung 23 gehörenden Unterbrechung 19 der Schulter 6 der Mutter 3 einen seitlichen Vorsprung 47 bzw 48, wobei dieser Vorsprung bis zur der jeweiligen Umlenkstelle 16 zugewandten Stirnseite des Einsatzkorpers verlauft Ferner stehen diese Vorspruπge 47, 48 in Verlängerung der Schulter e der Mutter 3 über die Unterbrechung 19 dieser Schulter, an der sich die Umlenkvertiefung 23 befindet vor, wobei die Vorsprunge 47, 48 in dem Ringspalt 2 zwischen Mutter 3 und Spindel 1 angeordnet sind In der Draufsicht von der Spindel her gesehen wiesen die Vorsprunge 47, 48 (siehe Figur 3) eine leicht abgerundete Außenkontur auf, die fließend in die Begrenzungslinie der zugehörigen Einsatzkorperstirnseite übergeht Die beiden, jeweils zu einem benachbarten Einsatzkorper gehörenden Vorsprunge 47, 48 liegen sich mit geringem Abstand gegenüber und bilden jeweils eine Hälfte der Abdeckung der Kugelbahn zur Spindel hin Innerhalb der Umlenkstelle sind die Kugeln also einerseits am Boden der Umlenkvertiefung 23 und andererseits nicht nur an den gewölbten Stirnseiten der beiden Einsatzkorper, sondern auch an den beiden Vorsprungen 47, 48 gefuhrt

Jeder Einsatzkorper, beispielsweise der Einsatzkorper 35, erstreckt sich mner- halb der zugehörigen Windungen 38 bzw 39 der Mutter 3 bzw der Spindel 1 bis zur Umlenkstelle der benachbarten Kugelbahn, wie anschaulich aus Figur 3 hervorgeht Dabei ist der Einsatzkorper an der anderen Stirnseite 50, die dieser benachbarten Umlenkstelle zugeordnet ist, entsprechend ausgebildet wie die bereits beschriebene Stirnseite und außerdem ist dort ein entsprechender seitlicher Vorsprung 51 vorhanden Mit anderen Worten, dreht man die Einsatzkorper 35, 36, 37 um ihre in radialer Richtung verlaufende Quermittelachse 55 um 180°, so ergibt sich wiederum genau die gleiche Gestalt Auf diese Weise sind jeder Umlenkstelle die einen Hälften von zwei Einsatzkorpem zugeordnet, wahrend die jeweils andere Hälfte jedes Einsatzkorpers einer der beiden benachbarten Umlenkstellen zugeordnet ist So begrenzt beispielsweise der Einsatzkorper 35 mit seiner einen Stirnseite 45 und dem zugewandten seitlichen Vorsprung 47 die zur Umlenkvertiefung 23 gehörende Umlenkstelle und mit seiner anderen Stirnseite 50 und dem zugewandten seitlichen Vorsprung 51 die in Figur 3 links benachbarte Umlenkstelle bzw zugehörige Kugelbahn

Es ist ersichtlich, dass die von den Kugelbahnen nicht erfaßten Bereiche der Laufbahnen der Spindel und der Mutter, die sich jeweils zwischen zwei Umlenkstellen befinden, von den Einsatzkorpern ausgefüllt sind, so dass kein toter Gang vorhanden ist, in den man sonst bei der Montage versehentlich Kugeln einfüllen konnte, die beim Betrieb zersplittern wurden

Zur Befestigung der Einsatzkorper ist vorgesehen, dass an diese am Außenumfang ein radial vorstehender Befestigungszapfen 52 angesetzt ist, der in eine entsprechende Sackbohrung 53 der Mutter eingesteckt ist Alternativ können die Einsatzkorper aber auch eingeklebt oder eingeschweißt werden

Die Einsatzkorper 35, 36, 37 lassen sich zweckmaßigerweise einstuckig aus Kunststoff oder Metall fertigen

Aus den Figuren 3 bis 5 ist außerdem noch ersichtlich, dass am Außenumfang der Einsatzkorper 35, 36, 37 eine in Längsrichtung durchgehende Stufenflache 54 vorhanden ist, die in die der Spindel 1 zugewandte Unterseite des jeweiligen seitlichen Vorsprungs 47, 51 übergeht, um radial und axial in der Kugellaufbahn der Spindel ein entsprechendes Spiel zu erhalten

Figur 6 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung der erfindungsge- maßen Spindelmutter 3 sowie eine erfindungsgemaße Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens Ein Werkzeugdorn 56 wird zunächst in einen hohlen Rohling 57 eingeführt Der Werkzeugdorn 56 ist an seiner äußeren Mantelflache mit einem hier nicht dargestellten Gegenprofil zur Laufbahn 4 der Spindelmutter 3 versehen Der Werkzeugdorn 56 ist ferner mit einer Ausnehmung 58 versehen, in der ein radial verschieblich angeordneter Stempel 59 angeordnet ist Der Stempel 59 bildet als Vorsprung 60 das Gegenprofil zur Umlenkvertiefung 23 an der inneren Umfangsflache der Spindelmutter 3 Der Werkzeugdorn 56 ist hohl ausgeführt, wobei eine Schaltstange 61 axial verschieblich in dem Werkzeugdorn 56 angeordnet ist Die Schaltstange 61 ist mit einer Keilflache 62 versehen, die mit einer Gegenflache 63 des Stempels 59 zusammenarbeitet Figur 6 zeigt den Stempel 59 in seiner ausgefahrenen Position Auf den Rohling 57 wirken nun äußere Kräfte F ein, unter denen das Material des Roh- lings 57 auf die Kontur des Werkzeugdorns 56 mit dessen Stempel 59 aufgeformt wird Die Kraft F wird über Knetbacken 64 ausgeübt, die in der Figur 4 gestrichelt dargestellt sind Die Knetbacken 64 fuhren wahrend einer Rotation relativ zum Rohling 57 einen Festhub aus Dieser Vorgang ist beendet, wenn am inneren Umfang des Rohlings 57 die Laufbahnen 4 und die Umlenkvertie- fung 23 angeformt sind Die Schaltstange 61 wird nun soweit axial verlagert, dass der Stempel 59 frei kommt Nun kann der Stempel 59 radial einwärts verlagert werden Im Anschluß daran kann der Werkzeugdorn 56 aus der Spindelmutter 3 heraus geschraubt werden

Figur 7 zeigt das gleiche Verfahren wie Figur 6, jedoch eine gegenüber Figur 6 modifizierte Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens Anstelle einer Schaltstange ist hier Hydraulikflussigkeit 65 in dem hohlen Werkzeugdorn 56 eingefüllt Die Hydraulikflussigkeit 65 ist mit Druck beaufschlagbar Unter dem anliegenden Druck ist der Stempel 59 in seiner radial auswärts gefahrenen Position gehalten Nach Wegnahme des Drucks kann der Stempel 59 radial einwärts verlagert werden