DE102008053575B4

DE102008053575B4 - Lageranordnung für einen Antrieb und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102008053575B4
Application number: DE102008053575.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Frühwald; Thomas Schreiber; Richard Guttenberger
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: DE102008053575A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das eine 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 durch eine Lageranordnung nach Anspruch 1 sowie die Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach Anspruch 16 bis 18 gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor und einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das eine 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.
Aus der nächstliegenden DE 101 24 448 A1 ist eine gattungsgemäße Lageranordnung für einen Antrieb mit einem Elektromotor mit einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial („Kunststoffspritzgußteil”) bestehenden Lagerschild 2, das die Lageraufnahme 11, 13 („Lageraufnahme eines Lagerschilds oder dergleichen Trägerteils (2)”) für ein Lager 3 aufweist, in dem eine Welle 5 des Antriebs gelagert ist, bekannt. Das Lager 3 ist ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme 11, 13 des Lagerschilds 2 gehalten.
Aus der DE 76 23 171 U ist ein aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoff bestehendes Lagerschild 1, 2 bekannt, bei dem ein Wälzlager mit zylindrischer Außenkontor ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme 9 des Lagerschilds 1, 2 gehalten und mittels des Schnapprands 11 des Lagerschilds 1, 2 einfach zu montieren ist. Das Lagerschild 1, 2 gleicht zudem Taumelbewegungen der Welle aus und verbessert somit die Laufruhe des Elektromotors.
Aus der DE 196 02 895 A1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei der ein Lager 4 in der Lageraufnahme 7 des Lagerschilds durch die Materialaufwerfung 8 gehalten ist.
Aus der DE 39 13 176 A1 ist ein Lagerschild 11 bekannt, bei dem ein Wälzlager 10 mit zylindrischer Außenkontur einfach zu montieren ist, indem das Wälzlager 10 ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme des Lagerschilds 11 gehalten und mittels einer durch Warmverformen aus dem Material der Lageraufnahme geformten Barriere 13 festgelegt wird, wobei nicht verformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
Aus der WO 02/33 805 A1 ist ein Lageranordnung bekannt, bei der das Lager in die Lageraufnahme des Lagerschilds eingepresst wird und die Höhe des Ringes zwischen der Lagerschildebene und dem äußeren Rand des Ringes deutlich geringer ist als die Höhe der Lageraufnahme zwischen einem Aufnahmeboden und dem äußeren Rand des Ringes (23).
Aus der DE 199 30 357 C2 ist eine Lageranordnung bekannt, bei der das Lager in die Lageraufnahme des Lagerschilds eingepresst wird und die Höhe des Ringes, der nutartige Unterbrechungen aufweist, zwischen der Lagerschildebene und dem äußeren Rand des Ringes deutlich geringer ist als die Höhe der Lageraufnahme zwischen einem Aufnahmeboden und dem äußeren Rand des Ringes.
Aus der DE 101 63 234 A1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei der das Lager in die Lageraufnahme des Lagerschilds eingepresst wird und die Höhe des Ringes, der nutartige Unterbrechungen aufweist, zwischen der Lagerschildebene und dem äußeren Rand des Ringes deutlich geringer ist als die Höhe der Lageraufnahme zwischen einem Aufnahmeboden und dem äußeren Rand des Ringes.
Aus der DE 43 15 826 A1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei der die Außenfläche des Lagers 15 als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Anbauteil 2 („Pumpengehäuse”) dient.
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 durch eine Lageranordnung nach Anspruch 1 sowie die Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach Anspruch 16 bis 18 gelöst.
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 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 Unterbrechungen (8) einen möglichst geringen Anteil am Ringumfang einnehmen. Dieser Anteil ist abhängig von den Abmessungen und Wandstärken der Lageraufnahme (4).
In einem Endmontagezustand soll der Ring (6) die Außenkontur des Lagers (5) radial übergreifen und sich in Richtung auf die Drehachse des Lagers (5) erstrecken.
Gemäß 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 Lager (5) mit der Ausgangswelle (11) fest verbunden ist.
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 3 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.
Bezugszeichenliste

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

Lageranordnung für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor, mit einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das eine in einem Vormontagezustand aus der Lagerschildebene in Axialrichtung in Form eines Ringes (6) vorspringende Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist, in dem eine Welle (11) des Antriebs (1) gelagert ist, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) gehalten ist, der Ring (6) Freisparungen (12) aufweist, die einen Teil der Außenkontur des Lagers (5) freigeben und die Außenfläche des Lagers (5) als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Anbauteil dient.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) in der Lageraufnahme (4) des Lagerschilds (3) eingepresst ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, 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).
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (6) nutartige Unterbrechungen (8) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, 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.
Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (8) einen Anteil am Ringumfang von maximal 50% einnehmen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, 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.
Lageranordnung nach Anspruch 7, 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.
Lageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei Freisparungen (12) vorgesehen sind, die sich gleichmäßig am Umfang des Ringes (6) verteilen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Freisparungen (12) über die äußere Lagerschildebene hinaus in das Lagerschildmaterial hinein erstrecken.
Antrieb nach Anspruch 1, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Freisparungen (12) über die äußere Lagerschildebene hinaus erstrecken und Durchbrüche im Lagerschild (3) bilden.
Lageranordnung 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).
Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Lageraufnahme (4) zwischen der Lagerschildebene und dem Lager (5) radial nach innen vorspringen und das Lager (5) teilweise übergreifen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) mit der Welle (11) fest verbunden ist.
Lageranordnung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ein Wälzlager oder ein Gleitlager ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor, mit einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das eine in einem Vormontagezustand aus der Lagerschildebene in Axialrichtung in Form eines Ringes (6) vorspringende Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs (1) gelagert ist und der Ring (6) Freisparungen (12) aufweist, die einen Teil der Außenkontur des Lagers (5) freigeben und die Außenfläche des Lagers (5) als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Anbauteil dient, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschildes (3) durch Heißumformen von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor, mit einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das eine in einem Vormontagezustand aus der Lagerschildebene in Axialrichtung in Form eines Ringes (6) vorspringende Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist, in dem eine Welle (11) des Antriebs (1) gelagert ist und der Ring (6) Freisparungen (12) aufweist, die einen Teil der Außenkontur des Lagers (5) freigeben und die Außenfläche des Lagers (5) als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Anbauteil dient, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschildes (3) durch Heißluftnieten von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung für einen Antrieb (1) mit einem Elektromotor, mit einem aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerschild (3), das eine in einem Vormontagezustand aus der Lagerschildebene in Axialrichtung in Form eines Ringes (6) vorspringende Lageraufnahme (4) für ein Lager (5) mit zylindrischer Außenkontur aufweist in dem eine Welle (11) des Antriebs (1) gelagert ist und der Ring (6) Freisparungen (12) aufweist, die einen Teil der Außenkontur des Lagers (5) freigeben und die Außenfläche des Lagers (5) als Aufnahmemittel und Zentrierung für ein Anbauteil dient, wobei das Lager (5) ohne Zusatzteil formschlüssig in der Lageraufnahme (4) des Lagerschildes (3) durch Ultraschallnieten von Teilen der Lageraufnahme (4) festgelegt wird, wobei nicht entformbare Hinterschnitte erzeugt werden.