DE10146748B4 - Verfahren zum Herstellen einer Ankerwelle eines elektrischen Antriebs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer einer Ankerwelle (22) eines elektromotorischen Antriebs (10), die mindestens durch eine Wellenlagerung (23) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Welle (22) zuerst eine Hülse (36) aufgebracht und danach erst in einem zweiten Schritt auf die Hülse (36) eine Schnecke (26) geformt wird, wobei die Schnecke (26) mittels Materialverdrängung geformt wird, und die Materialverdrängung zum Formen der Schnecke (26) mittels Rollieren ausgeführt wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle mit einer Hülse sowie eine Vorrichtung beinhaltend eine solche Welle nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Mit dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 297 02 525 U1 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die beispielsweise zum Verschieben von Fensterscheiben, Schiebedächern oder Sitzen eingesetzt wird. Dabei ist auf eine Ankerwelle eines Elektromotors eine Schnecke aufgepreßt, die das Drehmoment des Elektromotors auf das Schneckenrad überträgt. Das vordere Ende der Ankerwelle wird dabei in einer Drehlageraufnahmebuchse geführt. Dadurch wird verhindert, dass die Schnecke radial ausweicht und der Verzahnungseingriff zwischen Schnecke und Schneckenrad gestört wird. Dies ist besonders wichtig, wenn zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad starke radiale Kräfte auftreten, insbesondere dann, wenn das Stellteil gegen einen Anschlag fährt. Fertigungstechnisch ist das Aufpressen der vorgefertigten Schnecke auf die Ankerwelle ein sehr aufwendiger Prozeß. Auch die Herstellung der Schnecke beispielsweise mittels Gießverfahren oder spanender Bearbeitung ist recht aufwendig. Weit kostengünstiger hingegen ist das direkte Aufrollieren der Schnecke auf die Ankerwelle. Prozeßbedingt ist dabei jedoch der Durchmesser der Schnecke an den Durchmesser der Ankerwelle gekoppelt, was dazu führt, dass die Schnecke aufgrund ihres geringen Durchmessers im Bereich des Verzahnungseingriffs ausweicht, wodurch eine Lagerung am freien Ende der Schnecke notwendig wird. Um die Biegesteifigkeit des freien hoch belasteten Wellenendes zu erhöhen, könnte eine abgesetzte Welle verwendet werden, mit einem vergrößerten Durchmesser im Bereich der Schnecke – dies ist jedoch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten uninteressant. - Die
DE 199 16 998 A1 zeigt einen Anker eines Elektromotors, bei dem eine Gewindeschnecke direkt auf das Vollmaterial der Ankerwelle durch plastische Materialumformung, insbesondere durch Walzen, ausgebildet wird. - Die
DE 1 575 617 A1 offenbart eine Gewindeschnecke, die durch spanlose Umformung hergestellt wird, wobei die Gewindegänge mittels Gewinderollen ausgeformt werden. - In der
DE 41 26 026 A1 ist eine Welle bekannt geworden, bei dem mittels eines Fräser-Werkzeugs eine Schnecke aus dem Vollmaterial der Welle herausgeschnitten wird. - Die
DE 100 30 353 A1 zeigt eine Ankerwelle eines Elektromotors, auf die in einem Abschnitt eine Schnecke aufrolliert ist. In einem weiteren Abschnitt wird mittels Materialumformung eine Einschnürung der Welle ausgebildet, um die Welle der Ankerwelle festzulegen. - Vorteil der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das Aufbringen einer Hülse der Wellendurchmesser im Bereich der Schnecke vergrößert wird, wodurch sich die Biegesteifigkeit des Wellenendes erhöht. Deshalb kann auf eine zusätzliche Lagerung der Welle am Schneckenende verzichtet werden. Dadurch, dass die Schnecke erst in einem zweiten Schritt auf die Hülse geformt wird, sind die Genauigkeitsanforderungen beim Fixieren der Hülse auf der Welle bezüglich deren Außendurchmesser, deren konzentrischen Anordnung, sowie deren Verbiegung recht gering.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 möglich. Wird die Hülse drehfest auf die Welle aufgepreßt, vereinfacht dies den nächsten Verfahrensschritt der Anformung der Schnecke, beispielsweise durch Rollieren der Hülse. Durch diesen Verfahrensschritt können große Fertigungstoleranzen der Pressung ausgeglichen werden.
- Besonders einfach und kostengünstig wird die Hülse mittels Materialverdrängung (z. B. quetschen) auf der Welle fixiert. Die sowohl formschlüssige als auch reibschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Welle verhindert sehr sicher ein Verdrehen und Verschieben der Hülse.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 4 kann eine beliebig vorgefertigte Schnecke einfach und zuverlässig auf der Welle befestigt werden, ohne dass Verspannungen in der Schnecke durch einen Preßsitz auftreten. Die Verfahren der Materialverdrängung wie z. B. Quetschen oder Rollieren können lokal begrenzt an einem Ende der Schnecke angewandt werden und sind prozeßtechnisch leicht zu handhaben.
- Wird die Schnecke mittels Materialverdrängung, insbesondere mittels Kaltverformung geformt, erhöht sich die Oberflächenqualität der Verzahnung, da das Material an der Oberfläche verdichtet wird. Durch die Materialverdrängung ist nicht nur eine Durchmesserverringerung, wie beim spanenden Verfahren möglich, sondern auch ein Auffüllen von Materiallücken. Dies ermöglicht größere Schneckendurchmesser herzustellen.
- Besonders kostengünstig ist das Rollierverfahren einerseits zum Befestigen der Hülse auf der Welle, indem das Rollierwerkzeug lediglich radial relativ zu der rotierenden Hülse bewegt wird. Andererseits kann auch zusätzlich ein Vorschub in Längsrichtung der Hülse eingestellt werden, so dass ringförmige oder spiralförmige Rolliernuten entstehen. Ist die Hülse dünnwandig genug, wird durch die Verformung der Hülse auch die Welle verformt. Dadurch wird in einem Arbeitsgang eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Welle erzeugt. Diese Besfestigung der Hülse kann auch durch das Rollieren der Schnecke auf der auf die Welle aufgebrachte Hülse erfolgen.
- Wird die Befestigung der Hülse und das Formen der Schnecke mittels Materialverdrängung auf der selben Arbeitsmaschine und/oder mit dem selben Rollierwerkzeug durchgeführt, muss die Welle mit der Hülse für diesen Vorgang nur einmal eingespannt werden. Ein kompletter Arbeitsschritt wird gespart, was eine schnelle und kostengünstige Produktion ermöglicht.
- Greift bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden Bauteilen eine Ausformung der Ankerwelle in eine Gegenausformung der Hülse, kann der Schneckendurchmesser beliebig gewählt werden. Dies ermöglicht es, zur Erhöhung der Biegefestigkeit einen großen Schneckendurchmesser vorzusehen, wobei die Schnecke trotzdem einfach und sicher auf der Ankerwelle befestigt werden kann.
- Weist die Ankerwelle eine ringförmige Ausformung auf, die mit einer entsprechender Gegenausformung der Hülse korrespondieret, ist die Hülse über den gesamten Umfang der Ankerwelle gegen axiales Verschieben gesichert. Durch eine spiralförmige Ausprägung der Rolliernut wird zusätzlich auch das Verdrehen der Schnecke wirkungsvoll verhindert.
- Ist es auf Grund hoher zu übertragender Kräfte notwendig, den Schneckendurchmesser bzw. die Schneckenzahnflanken und damit die Wandstärke der Hülse so groß zu halten, dass mittels der Materialverdrängung der Hülse keine gleichzeitige Verformung der Ankerwelle zu realisieren ist, kann die Hülse günstigerweise einen abgesetzten dünnwandigen Bereich aufweisen, an dem – gleichzeitig mit der Verformung der Hülse – eine Verformung der Ankerwelle möglich ist. Über diese zusätzliche, bis in die Welle reichende Verformung ist dann die Hülse sicher auf der Welle fixiert.
- Zeichnung
- In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden Bauteilen im Schnitt, -
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Schnecke aus1 , und -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss2 . - Beschreibung
- In
1 ist ein Verstellantrieb10 dargestellt mit einem einen Motor12 und ein Getriebe14 umgebenden mehrteiligen Gehäuse16 . Der Motor12 ist elektrisch kommutiert und weist einen Anker18 , einen Kommutator20 und eine mehrfach gelagerte Ankerwelle22 auf, die sich bis in den Bereich des Getriebes14 erstreckt. Auf der Ankerwelle22 ist eine Schnecke26 angeordnet, die mit einem Schneckenrad24 kommuniziert. An den Stirnseiten28 und30 der Ankerwelle22 ist diese über Anlaufscheiben32 und34 , sowie über ein Dämpfungsmittel36 am Gehäuse16 abgestützt. Die Schnecke26 ist auf eine Hülse36 geformt, die mittels Materialverdrängung auf der Ankerwelle22 fixiert ist. -
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt, der auf der Ankerwelle22 angeordneten Hülse36 . Zur Herstellung der Welle22 wird über die glatte Ankerwelle22 eine Hülse36 geschoben und diese mit dem Rollierverfahren auf der Ankerwelle22 befestigt. Die Rollierwerkzeuge bestehen im einfachsten Fall aus kreisrunden, rotierenden Scheiben einer bestimmten Dicke, die sich radial auf die Ankerwelle mit der Hülse zu bewegen. Dabei wird das Material der Hülse derart verformt, dass dieses eine Ausformung38 in die Ankerwelle22 preßt, die formschlüssig von der in der Hülse36 erzeugten Gegenausformung40 umschlossen wird. Dabei entsteht in der Ankerwelle22 eine ringförmige Rolliernut42 , in die ein Rollierwulst44 der Hülse36 formschlüssig eingreift. Erfahren die Ankerwelle22 oder die Rollierwerkzeuge46 gleichzeitig auch einen axialen Vorschub, entsteht anstelle der ringförmigen Ausformung bzw. Gegenausformung (40 ,38 ) eine spiralförmige Nut. Alternativ zum radialen Vorschub der Rollierwerkzeuge46 können diese auch exzentrisch gelagert oder spiralförmig ausgebildet sein, wodurch ebenfalls eine radiale Relativbewegung erzeugt wird. Anschließend wird auf die Hülse36 mittels Materialverdrängung eine Schnecke26 aufrolliert. Dieser Verfahrensschritt kann mit dem gleichen Rollierwerkzeug46 vorgenommen oder zumindest während der selben Einspannung auf der Rolliermaschine ausgeführt werden. Beim Rollieren verformt sich die Wand der Hülse36 derart, dass sich an deren Außenfläche eine Verzahnung37 ausbildet. Ist die Wand der Hülse36 relativ dünn, wird dabei gleichzeitig die Oberfläche der Ankerwelle22 verformt, so dass über den gesamten Bereich der Schnecke26 die Ankerwelle22 Ausformungen38 aufweist, in die Gegenausformungen40 der Hülse36 bzw. der Schnecke26 formschlüssig eingreifen. - Daher kann in einer Variation des Ausführungsbeispiels auf das Anformen der ersten Ausformung
38 und Gegenausformung40 verzichtet werden und die Hülse36 nach deren Aufpressen auf die Ankerwelle22 direkt während des Rollierens der Schnecke26 durch die Bildung von Ausformungen38' mit entsprechenden Gegenausformungen40' auf der Ankerwelle22 fixiert werden. Die Ausformungen38' und Gegenausformungen40' , die durch das Anformen der Schnecke26 erzeugt werden, gewährleisten ebenfalls ausreichende Sicherheit gegen Verdrehen und axiales Verschieben der Hülse. - Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß
3 ist die Wandstärke48 der ursprünglichen Hülse36 so groß, dass beim Anformen der Schnecke26 mittels Materialverdrängung keine Ausformungen38' und Gegenausformungen40' erzeugt werden. Um die Hülse36 trotzdem mittels Materialverdrängung auf der Ankerwelle22 zu befestigen, weist diese an ihrem einen Ende50 einen von der Schnecke abgesetzten, dünnwandigeren Bereich52 auf, in dem die Wandstärke54 so gewählt ist, dass mittels Materialverdrängung eine Ausformung38 mit einer entsprechenden Gegenausformung40 erzeugt werden kann. - In einer Variation dieses Ausführungsbeispiels wird die Schnecke
26 auf den dickwandigen Bereich der Hülse36 angeformt, bevor die Hülse36 auf der Ankerwelle22 angeordnet wird. Durch die große Wandstärke48 der Hülse36 weist diese an ihrer Innenseite im Bereich der Schnecke26 keine Gegenausformungen40' auf. In einem zweiten Schritt wird die. Hülse36 dann auf die Ankerwelle22 aufgebracht und mittels Materialverdrängung im abgesetzten, dünnwandigen Bereich52 beispielsweise durch Quetschen oder Rollieren eine Ausformung38 angeformt, in die formschlüssig eine Gegenausformung40 greift. - Es ist ebenso denkbar, die Ausformung
38 mit der Gegenausformung40 am anderen Ende der Hülse36 hin zur Stirnseite29 der Ankerwelle22 anzuformen. Ebenso ist deren konkrete Form und deren Anzahl variabel und beispielsweise vom Werkzeug der Materialverdrängung abhängig. So werden z. B. beim Quetschverfahren die Gegenausformung40 und die Ausformung38 nicht über den gesamten Umfang der Welle22 angeformt. - Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Welle
22 ist nicht auf einen elektrischen Antriebsmotor (12 ) zum Verstellen von Bauteilen im Kraftfahrzeug beschränkt.
Claims (8)
- Verfahren zum Herstellen einer einer Ankerwelle (
22 ) eines elektromotorischen Antriebs (10 ), die mindestens durch eine Wellenlagerung (23 ) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Welle (22 ) zuerst eine Hülse (36 ) aufgebracht und danach erst in einem zweiten Schritt auf die Hülse (36 ) eine Schnecke (26 ) geformt wird, wobei die Schnecke (26 ) mittels Materialverdrängung geformt wird, und die Materialverdrängung zum Formen der Schnecke (26 ) mittels Rollieren ausgeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (
36 ) drehfest auf die Welle (22 ) aufgepreßt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (
36 ) mittels Materialverdrängung auf der Welle (22 ) befestigt wird. - Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdrängung zum Befestigen der Hülse (
36 ) auf der Welle (22 ) mittels Rollieren ausgeführt wird. - Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen der Hülse (
36 ) und das Formen der Schnecke (26 ) mittels Materialverdrängung auf derselben Arbeitsmaschine und/oder mit demselben Rollierwerkzeug und/oder in einem Arbeitsgang erfolgt. - Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden Bauteilen mit einem eine Ankerwelle (
22 ) aufweisenden elektrischen Antriebsmotor (12 ) und einem diesem nachgeordneten Schneckengetriebe (14 ), das mit dem Antriebsmotor (12 ) über die Ankerwelle (22 ) wirkverbunden ist, wobei die Ankerwelle (22 ) nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ankerwelle (22 ) eine eine Schnecke (26 ) aufweisende Hülse (36 ) angeordnet ist, und die Ankerwelle (22 ) mindestens an einer Stelle eine Ausformung (38 ,38' ,42 ) aufweist, in die formschlüssig eine Gegenausformung (40 ,40' ,44 ) der Hülse (36 ) greift, die die Hülse (36 ) axial und drehfest fixiert. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (
38 ,38' ,42 ) eine ringförmige oder spiralförmige Rolliernut (42 ) und die Gegenausformung (40 ,40' ,44 ) ein entsprechender Rollierwulst (44 ) ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (
38 ,42 ) an einem vom Bereich der Schnecke (26 ) abgesetzten, dünnwandigeren Teil (52 ) der Hülse (36 ) angeordnet ist.
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