DE102008053575A1 - Lageraufnahme für einen Antrieb und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageraufnahme (4), insbesondere für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs gelagert ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es bei einem gattungsgemäßen Antrieb für eine stabile Festlegung des Lagers im Kunststofflagerschild zu sorgen, wobei möglichst wenige Bauteile benötigt werden und der Montageaufwand gering ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) gehalten ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lageraufnahme (4), insbesondere für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs gelagert ist.
  • Kunststoffmaterial hat die Eigenschaft, dass es nur geringe Kräfte aufnehmen kann. Zur Befestigung eines Lagers in einem Kunststofflagerschild ist deshalb die Verwendung von Zusatzbauteilen erforderlich. Dies erhöht den Montageaufwand und die Teileanzahl. Alternativen zu Kunststoff sind vor allem Leichtmetalle oder Legierungen aus Zink, Aluminium oder Magnesium. Diese sind wirtschaftlich nicht immer sinnvoll und benötigen häufig Nachbearbeitungsschritte aufgrund mangelnder Genauigkeit bei der Urformung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher bei einem gattungsgemäßen Antrieb für eine stabile Festlegung des Lagers im Kunststofflagerschild zu sorgen, wobei möglichst wenige Bauteile benötigt werden und der Montageaufwand gering ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) gehalten ist. Hierdurch kann auf wirtschaftliche Weise eine dauerhaft feste Verbindung zwischen der Lageraussenkontur und dem Kunststofflagerschild (3) hergestellt werden, wobei die Teileanzahl nicht erhöht wird. Wichtig dabei ist, dass das Lager nicht durch Umspritzen festgelegt ist. Ein Urformprozess würde sehr große Schwierigkeiten bereiten ohne dass eine ausreichende Prozesssicherheit gewährleistet ist.
  • Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der Unteransprüche dargestellt. In vorteilhafter Weise wird das Lager in die Lageraufnahme eingepresst, wodurch die Verbindung zusätzliche Festigkeit erhält und die Montagesicherheit für folgende Montageprozesse erhöht.
  • Es ist vorgesehen dass die Lageraufnahme (4) in einem Vormontagezustand aus der Lagerschildebene in Axialrichtung in Form eines Ringes (6) vorspringt. Dieser Ring muss ein ausreichendes Volumen besitzen um das Lager nach seiner Festlegung ausreichend festhalten zu können.
  • Um eine große Verwindungssteifigkeit zu erreichen ist die Höhe des Ringes (6) zwischen der Lagerschildebene und dem äußersten Rand des Ringes (6) deutlich geringer ist als die Höhe der Lageraufnahme (4) zwischen einem Aufnahmeboden (7) und dem äußersten Rand des Ringes (6). Dadurch liegen große Anteile der Außenkontur des Lagers an Bereichen der Aufnahme an, die in der Lagerschildebene liegen und somit von Lagerschildmaterial umgeben sind.
  • Der Ring weist in einer Weiterbildung der Erfindung nutartige Unterbrechungen (8) auf. Diese führen zu einer leichteren und gezielteren Umformbarkeit des Ringes (6), insbesondere muss beachtet werden, dass es zur Festlegung des Lagers erforderlich ist Material des Ringes (6) in eine radial näher an der Drehachse des Lagers liegende Position zu verlagern, weshalb das Kunststoffmaterial weniger Raum zur Verfügung hat. Die Nuten dienen als Freiräume in die das überschüssige Material verdrängt werden kann.
  • Da nur eine begrenzte Menge an Kunststoffmaterial für die Herstellung der formschlüssigen Verbindung notwendig ist, erstrecken sich die Unterbrechungen (8) vom äußersten Rand des Ringes (6) aus zwar in Richtung auf die Lagerschildebene, müssen die Lagerschildebene aber nicht erreichen. Je mehr Material vollumfänglich als Ring erhalten bleibt umso größer ist die Stabilität der Verbindung zwischen Lagerschild (3) und Lager (5).
  • Um eine große Stabilität der Verbindung sicherzustellen, sollten die die Unterbrechungen (8) einen möglichst geringen Anteil am Ringumfang einnehmen. Dieser Anteil ist abhängig von den Abmessungen und Wandstärken der Lageraufnahme.
  • In einem Endmontagezustand soll der Ring (6) die Außenkontur des Lagers radial übergreifen und sich in Richtung auf die Drehachse des Lagers erstrecken.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll neben der Festlegung des Lagers (5) am Lagerschild (3) eine weitere Funktion erfüllt werden, hierfür weist der Ring Freisparungen (12) auf, die sich vom äußeren Ende des Ringes (6) bis zur Lagerschildebene erstrecken.
  • Die Winkelsumme welche die Freisparungen (12) am Umfang des Ringes (6) einnehmen summieren sich ungefähr auf die gleiche Größe wie die Winkelsumme der verbleibenden Ringsegmente.
  • Vorzugsweise sind drei Freisparungen (12) vorgesehen, die sich gleichmäßig am Umfang des Ringes (6) verteilen.
  • Die zusätzliche Funktion besteht darin, dass die Außenkontur des Lagers (5) als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Stellglied dient, das vom Antrieb (1) antreibbar ist.
  • Um die Auflagefläche für eine Aufnahme des Stellglieds zu vergrößern, erstrecken sich die Freisparungen (12) über die äußere Lagerschildebene hinaus in das Lagerschildmaterial hinein.
  • Diese Maßnahme kann weitergeführt werden, bis sich die Freisparungen (12) über die äußere Lagerschildebene hinaus erstrecken und Durchbrüche im Lagerschild (3) bilden.
  • Die erfindungsgemäße Lageraufnahme lässt sich auch dadurch realisieren, dass die Lageraufnahme (4) von der Lagerschildebene zurückspringt, wobei die Tiefe des Rücksprunges größer ist als die Höhe des Lagers (5) und dass Teile der Lageraufnahme (4) zwischen der Lagerschildebene und dem Lager (5) radial nach innen vorspringen und das Lager (5) teilweise übergreifen.
  • Das Lager kann sowohl ein Wälzlager als auch ein Gleitlager mit zylindrischer Außenkontur sein.
  • Die erfindungsgemäße Lageraufnahme ist insbesondere für ein Festlager vorgesehen, wobei das Lagers mit der Ausgangswelle (11) fest verbunden ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme (4) für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Ausgangswelle (11) des Antriebs gelagert ist, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) durch Heißumformen von Vorsprüngen am Lagerschild oder von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird und nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme (4) für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Ausgangswelle (11) des Antriebs gelagert ist, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) durch Heißluftnieten von Vorsprüngen am Lagerschild oder von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird und nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird alternativ gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme (4) für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Ausgangswelle (11) des Antriebs gelagert ist, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) durch Ultraschallnieten von Vorsprüngen am Lagerschild oder von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Lageraufnahme in einem Vormontagezustand,
  • 2 die Lageraufnahme mit eingelegtem Lager,
  • 3 die Lageraufnahme nach ihrer Umformung und Festlegung des Lagers,
  • 4 ein Lagerschild mit der Lageraufnahme im Schnitt,
  • 5 das Lagerschild mit Lager und Getriebewelle,
  • 6 eine zweite Ausführungsform der Aufnahme und,
  • 7 eine alternative Befestigung.
  • 1 zeigt eine räumliche Lageraufnahme 4 eines Lagerschildes 3 eines Antriebs 1, wobei das Lagerschild einstückig mit einem Gehäuse 15 ist, an das ein Steckergehäuse angeformt ist. Das Lagerschild ist einstückig mit einer Abstützung 18 für eine Zahnstange. Die Lageraufnahme 4 besteht aus einer zylinderförmigen Vertiefung im Lagerschild 3 wobei ein Ring 6 aus der Lagerschildebene vorspringt. Der Ring 6 ist durch nutenartige Unterbrechungen 8 an sechs Stellen unterbrochen. Axial wird die Lageraufnahme 4 durch den Aufnahmeboden begrenzt. In 1 ist die Lageraufnahme in einem Vormontagezustand ohne Lager gezeigt. In diesem Zustand sind die Innenwände des Rings 6 ohne Hinterschnitt ausgebildet um die Montage eines Lagers zu ermöglichen.
  • 2 zeigt die Anordnung von 1 mit zusätzlich montiertem Lager 5, welches aber noch nicht festgelegt ist.
  • 3 zeigt die Anordnung von 2 mit bereits festgelegtem Lager 5. Der unterbrochene Ring 6 ist hier umgeformt, so dass Vorsprünge 14 entstanden sind, die das Lager 5 übergreifen. Die Unterbrechungen 8 sind durch Materialverlagerungen beim Umformvorgang gegenüber der Ausgangsform etwas verengt (hier kaum zu erkennen).
  • 4 zeigt eine Schnittansicht von 3, bei der die Vorsprünge 14 deutlicher zu erkennen sind.
  • In 5 ist zusätzlich zu 3 eine Getriebewelle 13 mit einem Ritzel 17 dargestellt. Die Getriebewelle ist fest mit dem Lager verbunden.
  • 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der im Ring 6 drei große Freisparungen 12 aufweist. Die Freisparungen 12 erstrecken sich bis zur Lagerschildebene und sie decken einen Winkel von ca. 60° ab, ebenso wie die verbleibenden Segmente des Rings 6. Diese Anordnung hat zur Folge, dass die Außenkontur des Lagers 5 an etwa der Hälfte seines Umfangs frei zugänglich ist. Da insbesondere Wälzlager in der Regel eine gute Formgenauigkeit besitzen, eignen sich die zugänglichen Bereiche eines Wälzlageraußenrings 10 hervorragend als Zentriermittel für ein anzutreibendes Stellglied bzw. eine dazugehörige Zentrieraufnahme.
  • 7 zeigt eine Schnittansicht von 6.
  • 8 zeigt beispielhaft die Funktionsweise eines Heißluftnietvorgangs ohne Bezug zu der oben beschriebenen Anwendung. Beim Heißluftnieten wird in der ersten Phase das Werkstück 6 durch einen Heißluftstrom auf über 300° aufgeheizt. Die zugeführte Wärmemenge wird dabei genau geregelt um gleichbleibende Bedingungen zu erhalten. In einer zweiten Phase wird ein Kaltstempel als Nietformwerkzeug 19 eingesetzt um eine Verformung des Werkstücks 6 durchzuführen. Dabei wird für das Werkstück 6 unter Druckeinfluss und Formzwang des Kaltstempels eine Zwangskühlung bewirkt und damit eine geringere Relaxation des Kunststoffes erreicht. Durch dieses Verfahren entstehen feste Verbindungen mit sehr gutem Presssitz. Nachteilig ist die lange Prozesszeit.
    • 1
    Antrieb
    3
    Lagerschild
    4
    Lageraufnahme
    5
    Lager
    6
    Ring
    7
    Aufnahmeboden
    8
    Unterbrechung
    9
    Innenring
    10
    Außenring
    11
    Ausgangswelle
    12
    Freisparung
    13
    Getriebewelle
    14
    Vorsprung
    15
    Gehäuse
    16
    Steckergehäuse
    17
    Ritzel
    18
    Abstützung
    19
    Nietformwerkzeug
    20
    Heißluftdüse

Claims (21)

  1. Lageraufnahme (4), insbesondere für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) gehalten ist.
  2. Lageraufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) eingepresst ist.
  3. Lageraufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (4) in einem Vormontagezustand aus der Lagerschildebene in Axialrichtung in Form eines Ringes (6) vorspringt.
  4. Lageraufnahme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Ringes (6) zwischen der Lagerschildebene und dem äußersten Rand des Ringes (6) deutlich geringer ist als die Höhe der Lageraufnahme (4) zwischen einem Aufnahmeboden (7) und dem äußersten Rand des Ringes (6).
  5. Lageraufnahme nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring nutartige Unterbrechungen (8) aufweist.
  6. Lageraufnahme nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Unterbrechungen (8) vom äußersten Rand des Ringes (6) aus in Richtung auf die Lagerschildebene erstrecken aber die Lagerschildebene nicht erreichen.
  7. Lageraufnahme nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (8) einen Anteil am Ringumfang von maximal 50% einnehmen.
  8. Lageraufnahme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (6) in einem Endmontagezustand die Außenkontur des Lagers radial übergreift und sich in Richtung auf die Drehachse des Lagers erstreckt.
  9. Lageraufnahme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (6) Freisparungen (12) aufweist, die einen Teil der Außenkontur des Lagers (5) freigeben.
  10. Lageraufnahme nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsumme, welche die Freisparungen (12) am Umfang des Ringes (6) einnehmen ungefähr die gleiche Größe aufweist, wie die Winkelsumme der verbleibenden Ringsegmente.
  11. Lageraufnahme nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass drei Freisparungen (12) vorgesehen sind, die sich gleichmäßig am Umfang des Ringes (6) verteilen.
  12. Lageraufnahme nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (10) des Lagers (5) als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Anbauteil dient.
  13. Lageraufnahme nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Freisparungen (12) über die äußere Lagerschildebene hinaus in das Lagerschildmaterial hinein erstrecken.
  14. Antrieb nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Freisparungen (12) über die äußere Lagerschildebene hinaus erstrecken und Durchbrüche im Lagerschild (3) bilden.
  15. Lageraufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (4) von der Lagerschildebene zurückspringt, wobei die Tiefe des Rücksprunges größer ist als die Höhe des Lagers (5).
  16. Lageraufnahme nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Lageraufnahme (4) zwischen der Lagerschildebene und dem Lager (5) radial nach innen vorspringen und das Lager (5) teilweise übergreifen.
  17. Lageraufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager mit der Welle (11) fest verbunden ist.
  18. Lageraufnahme nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ein Wälzlager oder ein Gleitlager ist.
  19. Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme (4), insbesondere für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschildes (3) durch Heißumformen von Vorsprüngen am Lagerschild oder von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme (4), insbesondere für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) durch Heißluftnieten von Vorsprüngen am Lagerschild oder von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
  21. Verfahren zur Herstellung einer Lageraufnahme (4), insbesondere für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das die Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschildes (3) durch Ultraschallnieten von Vorsprüngen am Lagerschild oder von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
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