DE102004024286A1

DE102004024286A1 - Getriebe-Antriebseinheit mit einem Gehäusedeckel sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE102004024286A1
Application number: DE200410024286
Authority: DE
Inventors: Paul Lamprecht; Peter Klobes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-15
Filing date: 2004-05-15
Publication date: 2005-12-01

Abstract

Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Antreiben von Funktionselementen im Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (12) und einem nachgeordneten Getriebe (14), das in einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuse (16, 20) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (20) mittels eines Gehäusedeckels (30) verschließbar ist, der zumindest an seinem äußeren Bereich als flache Scheibe (76) mit einer Innenseite (44), einer Umfangsfläche (46) und einer Außenseite (42) ausgebildet ist, wobei an der Umfangsfläche (46) eine Phase (58) mit einem Phasenwinkel (62) angeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Antriebseinheit mit einem Gehäusedeckel sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen nach der Gattung des unabhängigen Ansprüche.

Mit der DE 197 27 118 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit bekannt geworden, bei der ein im wesentlichen topfförmiges Getriebegehäuse zur Aufnahme von Getriebeelementen an einem Polgehäuse befestigt ist und durch einen Getriebedeckel verschließbar ist. Dabei wird beispielsweise der Getriebedeckel durch Schnapphaken am Getriebegehäuse befestigt. Nachteilig ist dabei der benötigte Bauraum für die Verrastvorrichtung und die damit verbundene Vergrößerung der Bauhöhe der Antriebseinheit. Außerdem treten bei dieser Verschließ-Technik auch Dichtigkeitsprobleme gegenüber eindringendem Wasser auf.

Es sind ebenfalls andere Montagemöglichkeiten für Getriebedeckel bekannt, wie z.B. Verschrauben, Kleben, Einpressen oder Ultraschall-Verschweißen. Dabei ist das Ultraschall-Schweißen das sicherste und kostengünstigste Verfahren. Diese Montagetechnik erfordert zwar wenig Bauraum, jedoch versagt das Verfahren beim Verschweißen eines mit einem kostengünstigen thermoplastischen Kunststoff beschichteten Getriebedeckels, da dieses Dichtmaterial gegenüber Ultraschall-Schweißen nicht beständig ist.

Wird ein Gehäuse aus Metall verwendet, kann der Gehäusedeckel auch mittels plastischer Verformung des Gehäuses befestigt werden. Hierbei entstehen insbesondere bei höheren Temperaturen aufgrund von auftretenden Scherkräften zwischen dem Deckel und dem Gehäuse Dichtigkeitsprobleme.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit, sowie das Verfahren zur Herstellung einer solchen, mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass durch das Anformen einer Phase zwischen der äußeren Umfangsfläche und der Außenseite des Getriebedeckels die Scherkräfte zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäuse reduziert werden. Dies ist besonders wichtig für die Verwendung der Getriebe-Antriebseinheit bei höheren Temperaturen, beispielsweise über 120° C, da hierbei ein Innendruck innerhalb des Gehäuses aufgebaut wird, der eine Kraft auf den Gehäusedeckel entgegen der Befestigungsmittel bewirkt. Durch das Anformen der Phase wird die Belastung der Befestigungsmittel reduziert und dadurch die Entstehung von Haarrissen unterbunden. Eventuell durch Wärmeausdehnung erzeugte Scherkräfte werden über den Gehäusedeckel abgeleitet, wodurch die Antriebseinheit auch hohen Schüttelbelastungen stand hält.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Trägt der Phasenwinkel zwischen der Außenfläche und der Phasenfläche in etwa zwischen 20° und 80°, können die Scherkräfte auf das Gehäuse besonders wirkungsvoll vermieden werden. Dabei kann insbesondere ein Winkel von 45° bis 60° besonders kostengünstig in einem Arbeitsschritt mit dem Ausstanzen des Metall-Gehäusedeckels angeformt werden.

Wird der Gehäusedeckel mittels plastischer Kaltumformung des Gehäusematerials am Gehäuse befestigt, entfällt die Anordnung zusätzlicher Verbindungsmittel wie Schrauben, Rastelemente oder Klebstoff. Außerdem wird durch eine solche Befestigungsweise mittels Materialumformung kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Besonders günstig ist es, das Gehäuse mit dem Gehäusedeckel zu verstemmen, da hierbei die Anzahl der einzelnen Verstemmpunkte, die entlang des Umfangs des Deckels angeformt werden, dem maximal auftretenden Innendruck des Gehäuses angepasst werden können. Die aufzubringende Stempelkraft kann vorteilhaft über die Ausdehnung der Verstemmbereiche bestimmt werden.

Durch das Anformen der Phasenfläche über den Umfang des Gehäusedeckels, kann das Material der umlaufenden Gehäusewand, vorzugsweise aus Aluminium-Druckguss, besonders günstig über die geneigte Phasenfläche verformt werden, so dass ein Formschluss erzeugt wird. Zur besseren Materialumformung ist es günstig, wenn sich die umlaufende Wand in Montagerichtung über den montierten Deckel erstreckt. Durch die Wahl des Phasenwinkels können hierbei die auftretende Scherkräfte zwischen dem Gehäusedeckel und der Materialverformung der Gehäusewand beeinflusst werden.

Zur Anwendung des Verstemmverfahrens eignet sich besonders ein Gehäuse, das aus weichem, duktilem Metall gefertigt ist, wie beispielsweise Aluminium, Zink oder Messing. Ein solches Gehäuse kann kostengünstig mittels Druckguss-Verfahren hergestellt werden.

Der Gehäusedeckel kann sehr kostengünstig als Blech-Stanzteil hergestellt werden, wobei die Phasenfläche vorteilhaft in einem Arbeitsgang mit dem Ausstanzen des Gehäusedeckels angeformt werden kann. Als Material für den Gehäusedeckel eignet sich hierzu Bandstahl, dessen Dicke den auftretenden Kräften angepasst werden kann.

Um das Gehäuse wasserdicht abzuschließen, weist die Innenseite des Gehäusedeckels eine angespritzte Dichtung auf, die aufgrund der Materialverformung des Gehäuses gegen eine Dichtfläche des Gehäuses gepresst wird.

Die Dichtwirkung wird erhöht, indem die Dichtung eine umlaufende Dichtkante aufweist, die einstückig mit der angespritzten Dichtung ausgebildet ist. Besonders günstig kann diese Dichtung auch einstückig mit einer radialen Dichtung für eine zentralen Öffnung im Gehäusedeckel als gemeinsame Gummiplatte gefertigt werden.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nach Anspruch 10 hat den Vorteil, dass das Anformen einer Phasenfläche an dem Umfang des Gehäusedeckels keinen zusätzlichen Fertigungsschritt erfordert. Durch das Verformen der Gehäusewand quer zur Montagerichtung des Deckels über die geneigte Phasenfläche wird auf sehr einfache Weise eine gut dichtende, bruchsichere Befestigung geschaffen, die auch hohen Temperaturen Stand hält.

Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit und
2 einen Schnitt durch ein Detail gemäss II aus 1 während des Herstellungsverfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Getriebe-Antriebseinheit 10 mit einem Elektromotor 12 und einem mit diesem wirkverbundenen Getriebe 14 dargestellt, wie sie beispielsweise im Kraftfahrzeug als Stell- und Schalt-Aktuatoren an Getrieben und Kupplungen eingesetzt wird. Die Getriebe-Antriebseinheit 10 weist ein Gehäuse 16 auf, das einen Poltopf 18 für den Elektromotor 12 und ein Getriebegehäuse 20 für das Getriebe 14 umfasst. Der Elektromotor 12 weist eine Ankerwelle 22 auf, die in das Getriebegehäuse 20 ragt und über einer Schnecke mit einem auf einem Lagerbolzen drehbar angeordneten Schneckenrad 24 kämmt. Das Getriebegehäuse 20 ist schalen- bzw. topfförmig ausgebildet, so dass das Schneckenrad 24 und ein darin eingreifender Mitnehmer 26 näherungsweise senkrecht zur Ankerwelle 22 in das Getriebegehäuse 20 montiert wird. Zur wasserdichten Abdichtung weist das Getriebegehäuse 20 ein Gehäusedeckel 30 auf, der eine zentrale Öffnungen 32 aufweist, die gegenüber dem Mitnehmer 26 mittels einer Radialdichtung 34 abgedichtet ist. Der Mitnehmer 26, der ebenfalls auf dem Lagerbolzen angeordnet ist, ist auch gegen diesen radial abgedichtet und weist eine Schnittstelle 36 für den Eingriff eines nicht näher dargestellten Verstellelements eines Stellglieds auf. Der Gehäusedeckel 30 wird nach der Montage des Getriebes 14 in Montagerichtung 38 innerhalb einer umlaufenden Wand 40 des Getriebegehäuses 20 eingesetzt und mittels einer Materialverformung des Getriebegehäuses 20 befestigt.
In 2 ist eine vergrößerte Detailansicht gemäss II in 1 während dessen Herstellungsverfahrens im Schnitt dargestellt. Der Gehäusedeckel 30 weist eine Außenseite 42, eine Innenseite 44 und eine diese beiden verbindende Umfangsfläche 4G auf. An der Innenseite 44 des Gehäusedeckels 30 ist eine Dichtung 48 mit einer Dichtkante 50 angeformt, die beispielsweise als thermoplastischer Kunststoff, beziehungsweise Weichgummi, an den Gehäusedeckel 30 aus Metall angespritzt ist. Die Dichtung 48 ist beispielsweise einstückig mit der Radialdichtung 34 ausgebildet, so dass diese praktisch die gesamte Innenseite 44 des Gehäusedeckels 30 überdecken, wobei deren Haftung durch einen Haftvermittler verstärkt ist. Bei der Montage des Gehäusedeckels 30 wird die Dichtkante 50 gegen eine Dichtfläche 52 des Gehäuses 20 gepresst, bis der äußere Bereich der Innenseite 44 an einer Anlagefläche 54 des Gehäuses 20 anliegt. Die Anlagefläche 54 ist im Ausführungsbeispiel als umlaufender Bund 56 ausgebildet, an dessen äußeren Rand sich die umlaufende Wand 40 in Montagerichtung 38 erstreckt. Zwischen der äußeren Umfangsfläche 46 und der Außenseite 42 ist am Gehäusedeckel 30 ein Phase 58 mit einer Phasenfläche 60 angeformt. Die Phasenfläche 60 bildet mit der Außenseite 42 einen Phasenwinkel 62 von etwa 30° bis 80°. Die Phase 58 wird vorzugsweise in einem Arbeitsgang mit dem Ausstanzen des Gehäusedeckels 30 ausgeführt, der beispielsweise aus Stahlblech gefertigt wird. Nach dem Einlegen des Gehäusedeckels 30 innerhalb der umlaufenden Wand 40 wird diese im Bereich der Stempelpunkte 64 mittels eines Stempelwerkzeugs 66 teilweise quer zur Montage Richtung 38 über die Phasenfläche 60 verformt. Über den Umfang des Gehäusedeckels 30 verteilt werden gleichzeitig mehrere Stempelpunkte 64 eingeprägt, wobei das Stempelwerkzeug 66 näherungsweise entlang einer Stempelrichtung 37 etwa parallel zur Montagerichtung 38 gegen die Stirnfläche 68 der umlaufenden Wand 40 gepresst wird. Aufgrund der endseitigen Wölbung 70 des Stempelwerkzeugs 66 wird dadurch das Material des Getriebegehäuses 20 senkrecht zur Stempelrichtung 37 derart verformt, dass das Material an der Phasenfläche 60 anliegt. Durch die plastische Materialverformung der umlaufenden Wand 40 wird der Gehäusedeckel 30 gegen die Anlagefläche 54 des Getriebegehäuses 20 und die Dichtkante 50 gegen die Dichtfläche 52 des Getriebegehäuses 20 gepresst. Wird bei höheren Temperaturen ein Innendruck erzeugt, der den Gehäusedeckel 30 entgegen der Montagerichtung 38 aus dem Gehäuse 16 presst, werden die Auspresskräfte 71 an der geneigten Phasenfläche 60 auch vom Gehäusedeckel 30 selbst aufgenommen, wodurch die Scherbelastungen der Verstemmbereiche 64 deutlich reduziert wird.
In einer Variation des Ausführungsbeispiels erstreckt sich die Phase 58 mit der Phasenfläche 60 über die gesamte Dicke 74 des Stanzbleches 76, so dass die äußere Umfangsfläche 46 vollständig als Phasenfläche 60 ausgebildet ist, wie dies in 2 als punktierte Linie dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Phasefläche 60 nur im Bereich der Verstemmpunkte 64 angeformt. In einer alternativen Ausführung ist die Phasenfläche 60 jedoch als umlaufende Fläche über den gesamten Umfang des Gehäusedeckels 30 ausgebildet. Bei dieser Ausführung mit der umlaufenden Phasenfläche 60 kann entsprechend auch die umlaufende Wand 40 über deren gesamten Umfang gegen die geneigte Phasenfläche 60 gepresst werden, oder alternativ nur an bestimmten Verstemmbereichen 64 angeformt werden. Die Ausdehnung 68 der Phasenfläche 60 quer zur Montagerichtung 38, die beispielsweise 01 bis 1,0 nun beträgt, und der Phasenwinkel 62 werden ebenso wie die Anzahl und Ausdehnung der Verstemmpunkte 64 entsprechend der Anwendung der Getriebe-Antriebseinheit 10 gewählt.
In einer weiteren Variante des Herstellungsverfahrens ist die Stempelrichtung 37 nicht parallel zur Montagerichtung 38, sondern schräg zu dieser, beispielsweise näherungsweise senkrecht zur Phasenfläche 60 ausgerichtet. In einer weiteren Alternative wird das Material des Getriebegehäuses 20 mittels eines Roll-Verfahrens derart verformt, dass es an der Phasenfläche 60 anliegt.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich aller in den Figuren und der Beschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele beliebige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausgestaltung des Gehäuses 1G, 20, des Gehäusedeckels 30, sowie der Dichtungen 34, 48, 50 beliebig variiert werden. Außerdem ist die Erfindung nicht auf ein Getriebegehäuse 20 beschränkt, sondern kann für jedes Gehäuse 16 angewendet werden, bei dem aufgrund der Auspresskräfte 71 des Deckels 30 eine hohe Scherbelastung der plastisch verformten Materialbereiche auftritt. Vorzugsweise wird jedoch das Anformen der Phase 58 an dem Gehäusedeckel 30 für Aktuatoren von Verteilergetrieben, automatischen Schaltgetrieben oder Kupplungen im Kraftfahrzeug eingesetzt.

Claims

Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Antreiben von Funktionselementen im Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (12) und einem nachgeordneten Getriebe (14), das in einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuse (16, 20) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (20) mittels eines Gehäusedeckels (30) verschließbar ist, der zumindest an seinem äußeren Bereich als flache Scheibe (76) mit einer Innenseite (44), einer Umfangsfläche (46) und einer Außenseite (42) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsfläche (46) eine Phase (58) mit einem Phasenwinkel (62) angeformt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase (58) eine Phasenfläche (60) aufweist und der Phasenwinkel (62) zwischen der Außenseite (42) und der Phasenfläche (60) zwischen 30° und 80°, vorzugsweise 45° bis 60° beträgt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (30) mittels plastischer Materialumformung des Gehäuses (20) mit diesem verbunden ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Umfangsfläche (4G) als Materialverformung mehrere Verstemmbereiche (64) angeordnet sind, an denen das Material des Gehäuses (20) an der Phasenfläche (60) anliegt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) eine umlaufende Wand (40) aufweist, die sich entlang der Montagerichtung (38) des Gehäusedeckels (30) erstreckt und den montierten Deckel (30) in Montagerichtung (38) überragt, wobei die Wand (40) mittels eines Verstemm-Stempels (66) zumindest abschnittsweise über die zumindest abschnittsweise angeformte Phasenfläche (60) gepresst ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) aus Metall, insbesondere als Aluminium- oder Zink-Druckgussteil gefertigt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (30) aus Metall, insbesondere als Stanzblech (76) gefertigt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (44) des Gehäusedeckels (30) eine elastische Dichtung (48) mit einer umlaufende Dichtkante (50) angeordnet ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mindestens eine Dichtfläche (52) aufweist, gegen die die Dichtkante (50) und/oder die Dichtung (48) gepresst wird.
Verfahren zum Herstellen einer Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem Gehäusedeckel (30) an dessen Umfang eine Phasenfläche (60) angeformt wird und der Gehäusedeckel (30) anschließend innerhalb einer sich entlang der Montagerichtung (38) des Gehäusedeckels (30) erstreckenden Gehäusewand (40) eingesetzt und anschließend die Gehäusewand (40) zur Befestigung des Gehäusedeckels (30) zumindest abschnittsweise über die Phasenfläche (60) plastisch verformt wird, so dass die Gehäusewand (40) an der Phasenfläche (60) anliegt.