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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlwelle zur Kraftübertragung innerhalb eines EPS-Lenksystems, ein EPS-Lenksystem zur Steuer- und Lenkunterstützung und ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle zur Kraftübertragung innerhalb eines EPS-Lenksystems.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Elektrostellmotoren zur Lenk- und Steuertätigkeit als Teil eines EPS-Lenksystems eines Fahrzeugs bekannt. Die Elektrostellmotoren weisen dabei eine Motorwelle zur Kraftübertragung auf.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Kraftübertragung erfolgt ausgehend von einem Elektrostellmotor innerhalb eines EPS-Lenksystems durch eine Motorwelle. Die Motorwelle kann Bereiche mit unterschiedlichen Strukturen aufweisen, um z. B. eine formschlüssige Verbindung zu Maschinenelementen zu ermöglichen, alternativ kann die Motorwelle Bereiche unterschiedlicher Ausgestaltungen umfassen. Die Herstellung derartiger Motorwellen sollte trotz eventueller komplizierter Oberflächenstrukturen kostengünstig erfolgen können.
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Eine Aufgabe ist daher eine Motorwelle zur Verfügung zu stellen, die unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und/oder unterschiedlichen Außen- und Innendurchmesser aufweist und deren Herstellung kostengünstig durchgeführt werden kann.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Hohlwelle zur Kraftübertragung innerhalb eines EPS-Lenksystems zur Verfügung gestellt, wobei die Hohlwelle als Motorwelle eines Elektrostellmotors des EPS-Lenksystems ausgebildet ist, wobei die Hohlwelle einen ersten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich durch Rundkneten herstellbar ist.
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Rundkneten ist ein Verfahren der Kaltumformung, wobei ein Rohr durch eine schnelle Folge von radialen Stößen zum Fließen gebracht werden kann. Rohre können durch Rundkneten mit unterschiedlichen Formen versehen werden, wobei Bereiche mit großem Außendurchmesser zu Bereichen mit kleinem Außendurchmesser benachbart angeordnet werden können. Die Rundknettechnik ist ein spanloses Verfahren, wodurch ein schonender Umgang mit der Ressource Werkstoff, insbesondere Metall, sichergestellt werden kann. Rundkneten gewährleistet daher eine sehr umweltverträgliche Fertigung. Außerdem kann die Verwendung eines rundgekneteten Rohrs als Motorwelle zu einer Gewichtsersparnis im Vergleich zu einer massiven Motorwelle von bis zu 50% führen. Hierdurch können leichtere Bauteile für ein Fahrzeug erstellt werden, wodurch der Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs gesenkt werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes EPS-Lenksystem (EPS = electric power steering) kann der Lenk- und Steuerunterstützung dienen (Servolenkung). Das EPS-Lenksystem umfasst einen Elektrostellmotor, der eine Welle zur Kraftübertragung aufweist. Die Welle ist im Stand der Technik als massives Bauteil ausgeführt. Erfindungsgemäß wird die Welle des Elektrostellmotors als Hohlwelle ausgebildet, wobei benötigte Konturen bzw. erforderliche Außen- und/oder Innendurchmesser einzelner Bereiche durch ein Rundknetverfahren erstellt werden können.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein EPS-Lenksystem zur Steuer- und Lenkunterstützung zur Verfügung gestellt, umfassend einen Elektrostellmotor zur Steuer- und Lenktätigkeit und eine Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hohlwelle als Motorwelle des Elektrostellmotors ausgebildet ist.
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Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle zur Kraftübertragung innerhalb eines EPS-Lenksystems zur Verfügung gestellt, wobei die Hohlwelle als Motorwelle eines Elektrostellmotors des EPS-Lenksystems ausgebildet ist, umfassend die Verfahrensschritte: Ablängen eines Rohrs und Rundkneten des Rohrs zur Herstellung eines ersten Bereichs.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Hohlwelle zur Verfügung gestellt, wobei der erste Bereich als ein Maschinenelement ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß können durch das Rundkneten Strukturen in einem ersten Bereich aufgebracht werden, die derartige Ausformungen aufweisen, dass hierdurch ansonsten notwendige separate zusätzliche Bauteile obsolet werden können. Es können dadurch die zur Herstellung der separaten Bauteile entsprechenden Arbeitsschritte und die Montage der separaten Bauteile mit der Hohlwelle entfallen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Hohlwelle zur Verfügung gestellt, wobei das Maschinenelement ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe ist.
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Erfindungsgemäß kann durch das Rundkneten die Hohlwelle mit komplexen Strukturen versehen werden, die z. B. die Funktion eines Zahnrads oder einer Riemenscheibe übernehmen können. Hierdurch können mehrere Maschinenelemente in einem Arbeitsgang, nämlich durch Rundkneten, hergestellt werden, die auch bereits unlösbar miteinander verbunden sind, wodurch ferner eine Montage entfallen kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Hohlwelle zur Verfügung gestellt, wobei der erste Bereich einen Schlitz und/oder eine Einkerbung und/oder eine Verzahnung aufweist, wobei der Schlitz und/oder die Einkerbung und/oder die Verzahnung durch Rundkneten herstellbar sind.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann ein oder beliebig viele Bereiche mit z. B. Oberflächenstrukturen versehen werden. Derartige Oberflächenstrukturen können beispielsweise verdrehsichere Verbindungen zu weiteren Maschinenelementen ermöglichen, wobei die Verbindungen lösbar oder unlösbar ausgebildet sein können.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Hohlwelle zur Verfügung gestellt, wobei der erste Bereich eine Nut, eine Erhebung oder eine Oberflächenstruktur zur formschlüssigen Verbindung mit einem weiteren Maschinenelement aufweist.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Hohlwelle zur Verfügung gestellt, wobei das Maschinenelement ein Rotorpaket des Elektrostellmotors ist.
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Erfindungsgemäß kann auf die Hohlwelle ein Rotorpaket des Elektrostellmotors des EPS-Lenksystems angeordnet werden, wobei durch Rundkneten die Hohlwelle derart vorbehandelt werden kann, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Rotorpaket und Hohlwelle sicher gestellt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den weiteren Verfahrensschritt: Rundkneten des Rohrs zur Herstellung eines zweiten Bereichs.
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Erfindungsgemäß kann durch die Rundknetbearbeitung der Hohlwelle ein oder beliebig viele Bereiche mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und/oder unterschiedlichen Außendurchmessern und Innendurchmessern erstellt werden. Hierdurch ist eine Herstellung einer beliebigen Aneinanderreihung unterschiedlicher Bereiche auf einer Hohlwelle möglich.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den weiteren Verfahrensschritt: Schleifen eines dritten Bereichs, wobei der dritte Bereich an den ersten Bereich anschließt und eine Oberfläche aufweist, die schräg zu einer Längsachse der Hohlwelle ausgebildet ist.
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Durch einen Schleifvorgang können Übergangsbereiche, die z. B. zwischen zwei durch Rundkneten bearbeiteten Bereichen angeordnet sind, derart bearbeitet werden, dass die Übergangsbereiche von einer zuvor z. B. ungefähr kegelstumpfförmigen Ausformung in eine ungefähr zylindrische Ausbildung überführt werden können. Hierdurch können zylindrische Bereiche direkt benachbart ausgebildet werden, wodurch aufgesetzte Maschinenelemente bündig oder benachbart auf der Hohlwelle angeordnet werden können.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Hohlwelle zur Kraftübertragung von einem Elektrostellmotor eines EPS-Lenksystems zur Verfügung zu stellen, die durch Rundkneten hergestellt werden kann. Hierbei kann durch das Rundkneten auf der Hohlwelle unterschiedliche Bereiche hergestellt werden, die geeignete Oberflächenstrukturen aufweisen oder als Zahnrad, Riemenscheibe oder sonstiges Maschinenelement dienen können. Es kann daher die erfindungsgemäße Hohlwelle derart ausgebildet sein, dass zusätzliche Maschinenelemente formschlüssig mit der Hohlwelle verbunden werden können oder dass zusätzliche Maschinenelemente durch das Rundkneten überflüssig werden können.
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Es sollte bemerkt werden, dass sich die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gleichermaßen auf die Hohlwelle und das Verfahren beziehen.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 eine Motorwelle,
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2 eine Riemenscheibe,
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3 eine weitere Motorwelle,
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4 einen Teil eines Zwischenproduktes,
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5 einen Teil einer Hohlwelle,
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6 eine Situation bei einem Rundknetprozess,
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7 eine Hohlwelle,
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8 eine weitere Hohlwelle,
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9 ein Flussdiagramm.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen Rohling 102 mit einer Längsachse 101, der zur Herstellung einer Motorwelle vorgesehen ist. Der Rohling 102 besteht aus einem Vollmaterial, und zwar aus einem metallischen Werkstoff. Der Rohling 102 wird zunächst auf die richtige Länge abgelängt und kann danach durch z. B. eine spanende Bearbeitung, wie z. B. Drehen, mit Wellenabsätzen versehen werden. Auf die Wellenabsätze können beispielsweise Riemenscheiben oder Wälzlager aufgesetzt werden.
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2 zeigt eine Riemenscheibe 201 mit einer Durchgangsbohrung 202, die zum Aufsetzen auf eine Motorwelle vorgesehen sein kann.
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3 zeigt eine Motorwelle 302 mit einer Längsachse 301, wobei die Motorwelle 302 Wellenabsätze 304, 305, 306, 307 aufweisen kann, die durch Drehen hergestellt werden können. Auf den Wellenabsatz 304 kann eine Riemenscheibe 303 oder ein Zahnrad aufgesetzt werden, die zum Antreiben weiterer Bauteile vorgesehen sein können.
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4 zeigt einen Teil eines Zwischenprodukts 403 einer Hohlwelle mit einer Längsachse 408, wobei das Zwischenprodukt 403 durch Rundkneten eines Rohrs hergestellt worden ist. Durch das Rundkneten können Wellenabsätze 405, 407 hergestellt werden, die als Sitze für Riemenscheiben oder Wälzlager geeignet sein können. Außerdem können Oberflächen 401 erzeugt werden, die zur Ausbildung von Riemenscheiben oder Zahnräder vorgesehen sein können. Fertigungsbedingt können durch das Rundkneten Flächen 402, 404, 406 entstehen, die kegelstumpfförmige Ausbildungen aufweisen können. Nötigenfalls können diese Flächen 402, 404, 406 durch Schleifen entfernt werden. Das Zwischenprodukt 403 kann einen Außendurchmesser 409 aufweisen, der größer ist als der Außendurchmesser 509 des entsprechenden Endprodukts 503.
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5 zeigt eine Hohlwelle 503 mit einer Längsachse 508, die durch Rundkneten hergestellt worden ist. Die Hohlwelle 503 kann dabei Wellenabsätze 505, 507 aufweisen, die als Sitze für Wälzlager oder Riemenscheiben geeignet sein können. Die Übergänge 502, 504, 506 zwischen den Wellenabsätzen können orthogonal zu der Längsachse 508 ausgebildet sein, was ausgehend von einem Zwischenprodukt 403 durch Schleifen erzielt werden kann. Die Hohlwelle 503 kann einen ersten Bereich 501 aufweisen, der als Riemenscheibe oder Zahnrad ausgebildet sein kann. Durch die Ausbildung eines Bereichs 501 der Hohlwelle 503 als Riemenscheibe oder Zahnrad kann auf eine Herstellung einer separaten Riemenscheibe oder eines separaten Zahnrads sowie die Montage der separaten Riemenscheibe oder des separaten Zahnrads mit der Hohlwelle 503 verzichtet werden. Hierdurch kann eine schnellere und kostengünstigere Herstellung einer Hohlwelle sichergestellt werden.
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6 zeigt den Fertigungsprozess des Rundknetens, wobei Stoßelemente 602 in Verfahrrichtung 601 auf ein zu bearbeitendes Rohr 603 gestoßen werden. Durch das schnelle Stoßen der Stoßelemente 602 wird das Material des Rohres 603 zum Fließen gebracht. Durch das Rundkneten können Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern entlang der Längsachse des Rohres 603 hergestellt werden. Die Herstellung einer Hohlwelle durch Rundkneten ist im Vergleich zu einer spanenden Fertigung eine Energie sparende Fertigungsweise. Die Herstellung von Hohlwellen durch diese Umformtechnik kommt ferner nahezu ohne spanende Bearbeitung aus, wodurch sich eine ökonomische Verarbeitung des metallischen Werkstoffs ergibt. Ein weiterer Vorteil ist das verringerte Gewicht einer Motorwelle, die aus einem Rohr hergestellt wurde. Eine derartige Motorwelle kann im Vergleich zu einer Motorwelle, die aus Vollmaterial hergestellt wurde, ein um bis zu 50% geringeres Gewicht aufweisen.
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7 zeigt eine mit einem Rundknetprozess bearbeitete Hohlwelle 701, die Schlitze oder Einkerbungen 702 aufweisen kann. Die Schlitze oder Einkerbungen 702 können entlang der Längsachse 703, quer zur Längsachse 703 oder schräg zur Längsachse 703 angeordnet sein. Durch die spezielle Fertigungsmethode des Rundknetens durch Stoßelemente können Strukturen in die Oberfläche der Hohlwelle aufgebracht werden. Diese Strukturen können dabei eine umlaufende oder nicht umlaufende Ausbildung aufweisen. Durch die Schlitze oder Einkerbungen 702 kann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle 701 und einem anzutreibenden Bauteil ermöglicht werden. Alternativ können die Schlitze oder Einkerbungen 702 dazu genutzt werden, einen verdrehsicheren Sitz eines Rotorpakets auf der Hohlwelle 701 zu ermöglichen. Aufgrund der Verwendung des Fertigungsprozesses des Rundknetens können daher in einem Arbeitsgang nicht nur Wellenabsätze an dem zu bearbeitenden Rohr angebracht werden, sondern auch weitere Strukturen angeordnet werden, die ansonsten in zusätzlichen Fertigungsprozessen hergestellt werden müssten. Diese Strukturen können auch nicht umlaufende Ausbildungen wie Schlitze oder Einkerbungen aufweisen. Hierdurch können gegenüber der Fertigungsweise des Stands der Technik Fertigungsprozesse entfallen, wodurch eine schnellere und kostengünstigere Produktion von Motorwellen ermöglicht werden kann.
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8 zeigt eine mit einem Rundknetprozess bearbeitete Hohlwelle 802 mit einem Bereich 801, der eine Verzahnung 804 aufweisen kann. Die Verzahnung 804 kann sich über die gesamte Oberfläche der Motorwelle 802 erstrecken oder nur in einem Bereich der Hohlwelle angeordnet sein. Der Bereich 801 kann als Riemenscheibe oder Zahnrad genutzt werden, wodurch die Anordnung einer zusätzlichen Riemenscheibe oder eines zusätzlichen Zahnrads entfallen kann. Hierdurch kann eine schnellere und kostengünstigere Fertigung im Vergleich zur Verwendung von mehreren separaten Bauelementen (Hohlwelle, Riemenscheibe, Zahnrad) sichergestellt werden.
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9 zeigt ein Flussdiagramm mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle, wobei nach einem Start 901 zunächst ein Ablängen 902 eines Rohrs auf die richtige Länge erfolgen kann. Danach können beliebig viele Rundknetverfahren 903, 904 durchgeführt werden, um unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und/oder unterschiedlichen Außen- und Innendurchmessern erzeugen zu können. Nach dem Rundkneten 903, 904 kann eine Nachbearbeitung durch z. B. Schleifen 905 erfolgen, womit das Verfahren zu einem Ende 906 gelangen kann.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen” weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein” und „eine” mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Längsachse
- 102
- Rohling
- 201
- Riemenscheibe
- 202
- Durchgangsbohrung
- 301
- Längsachse
- 302
- Motorwelle
- 303
- Riemenscheibe
- 304
- Wellenabsatz
- 305
- Wellenabsatz
- 306
- Wellenabsatz
- 307
- Wellenabsatz
- 401
- erster Bereich
- 402
- Fläche
- 403
- Zwischenprodukt
- 404
- Fläche
- 405
- zweiter Bereich
- 406
- Fläche
- 407
- dritter Bereich
- 408
- Längsachse
- 409
- Außendurchmesser
- 501
- erster Bereich
- 502
- Fläche
- 503
- Motorwelle
- 504
- Fläche
- 505
- zweiter Bereich
- 506
- Fläche
- 507
- dritter Bereich
- 508
- Längsachse
- 509
- Außendurchmesser
- 601
- Verfahrrichtung
- 602
- Stoßelement
- 603
- Rohr
- 701
- Hohlwelle
- 702
- Einkerbung
- 703
- Längsachse
- 801
- Bereich
- 802
- Hohlwelle
- 803
- Längsachse
- 804
- Verzahnung
- 901
- Start
- 902
- Ablängen
- 903
- Rundkneten
- 904
- Rundkneten
- 905
- Schleifen
- 906
- Ende
