-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten einer Ankerwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausrichten einer Ankerwelle unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Ein derartiges, aus der Praxis bekanntes Verfahren dient zum Ausrichten von Ankerwellen, wie sie insbesondere als Teil eines Fensterheberantriebs oder eines Scheibenwischerantriebs in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt werden. Hierbei weist die Ankerwelle einen Abschnitt auf, der den Anker und den Kommutator trägt. Beidseitig dieser beiden Teile ist die Ankerwelle in zwei Lagern in einem Gehäuse drehbar gelagert. Auf der Seite des Kommutators ist die Ankerwelle bis über den Bereich des einen Lagers verlängert ausgebildet und weist einen Verzahnungsabschnitt auf, der beispielsweise durch Rollen in die Ankerwelle eingeformt bzw. eingeprägt ist. Ein derartiges Verfahren zum Herstellen einer Ankerwelle ist beispielsweise in der
EP 1 303 368 B1 der Anmelderin beschrieben. Beim Fertigungsprozess der Ankerwelle kann es zu Rundlauffehlern der Ankerwelle kommen, die beim Betrieb der Ankerwelle zu einem erhöhten Widerstand in den Lagern der Ankerwelle und somit einem erhöhten Verschleiß und einem verminderten Wirkungsgrad führt. Darüber hinaus kann es kritisch sein, dass der Wälzpunkt zwischen dem Verzahnungsabschnitt der Ankerwelle und einer mit dem Verzahnungsabschnitt kämmenden Verzahnung, die an einem insbesondere aus Kunststoff bestehenden Stirnrad ausgebildet ist, in Folge des Rundlauffehlers der Ankerwelle sich stets verändert, was ebenfalls zu einem erhöhten Verschleiß und einem erhöhtem Laufgeräusch führen kann.
-
Aus der Praxis ist es daher bekannt, den Rundlauffehler der Ankerwelle zu messen und durch eine mechanische Deformation der Ankerwelle im Bereich der größten Auslenkung der Ankerwelle zu vermindern. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass der Rundlauffehler insbesondere nicht in dem Bereich beseitigt wird, in dem die Ankerwelle die Deformation bzw. die Ursache des Rundlauffehlers aufweist. Darüber hinaus kann bei diesem Verfahren ein Rundlauffehler im Bereich der Lager erzeugt werden, so dass die Lager einer erhöhten Belastung über die Lebensdauer des Aggregats ausgesetzt sind.
-
Daher ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, die Ankerwelle im Bereich der Lagerstelle, die sich zwischen dem Anker und dem Verzahnungsabschnitt befindet, fest einzuspannen und eine Verformungskraft im Bereich des Verzahnungsabschnitts der Ankerwelle einzubringen. Dieses Verfahren ist jedoch insofern kritisch, als der Bauraum zwischen dem Anker bzw. dem Kommutator und dem Lager sehr begrenzt ist. Beim Einsatz in einer großindustriellen Serienfertigung ist dies insofern kritisch, als die Aufnahme der Vorrichtung zum Ausrichten der Ankerwelle diese nicht nur sicher spannen soll, sondern auch gleichzeitig einen schnellen Wechsel und das schnelle rotatorische Ausrichten des Ankers ermöglichen soll. Weiterhin ist es problematisch, dass das Einbringen der mechanischen Verformungskraft in die Ankerwelle auf der der Einspannstelle abgewandten Seite der Ankerwelle in einem Bereich der Ankerwelle erfolgt, der gegebenenfalls ein drittes Lager trägt. Somit wird insbesondere eine Deformation des Anfangsbereichs des Verzahnungsabschnitts der Ankerwelle bewirkt, es wird jedoch nicht der der Lagerung in dem dritten Lager dienende Ankerwellenschnitt gegenüber der restlichen Ankerwelle ausgerichtet, so dass bei einer Lagerung der Ankerwelle in dem angesprochenen dritten Lager ebenfalls ein erhöhter Verschleiß bzw. eine erhöhte Belastung in dem dritten Lager auftreten kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausrichten einer Ankerwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Verformung der Ankerwelle im Bereich des Verzahnungsabschnitts oder einem dem Verzahnungsabschnitt benachbarten Bereich erfolgt und insgesamt ein vereinfachtes Einspannen mit einem verringerten Aufwand zum Einspannen der Ankerwelle ermöglicht werden soll. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Ausrichten der Ankerwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die zum Verformen der Ankerwelle erforderliche Energie ausschließlich im Verzahnungsabschnitt oder einem dem Verzahnungsabschnitt benachbarten Bereich der Ankerwelle einzubringen.
-
Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine lokale Erwärmung der Ankerwelle im Bereich des Verzahnungsabschnitts oder einem dem Verzahnungsabschnitt benachbarten Bereich. Dadurch ist es, im Gegensatz zum Stand der Technik, nicht erforderlich, durch ein separates mechanisches Element, das gegebenenfalls zu einer Deformation bzw. Beschädigung der Ankerwelle führt, die Ankerwelle mechanisch zu verformen. Eine derartige mechanische Verformung bedingt beim Stand der Technik eine aufwändige Einspannung der Ankerwelle. Diese wird durch eine lokale Erwärmung der Ankerwelle im Verzahnungsabschnitt ebenfalls vermieden. Hierbei entstehen durch das lokale Erwärmen ein Wärmekeil und eine lokale plastische Stauchung der Ankerwelle. Beim Abkühlen der Ankerwelle kommt es zu einer Materialverkürzung und entsprechenden Zugspannungen, die die Ankerwelle bzw. den Verzahnungsabschnitt in die gewünschte Richtung ziehen.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten einer Ankerwelle sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Erwärmen in einem Einlaufbereich bzw. einem Auslaufbereich des Verzahnungsabschnitts erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die lokale Erwärmung nicht zu einer unzulässigen Verformung des Verzahnungsabschnitts und der Ankerwelle führt, da die Energie in den konischen Übergangsbereichen von der Ankerwelle zum voll ausgeformten Verzahnungsbereich eingebracht wird.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Erwärmen mittels eines von einer Laserstrahleinrichtung erzeugten Laserstrahls erfolgt. Eine derartige Laserstrahleinrichtung bzw. ein derartiger Laserstrahl ist deshalb besonders geeignet, da damit eine hochgenaue lokale Erwärmung des entsprechenden Bereichs der Ankerwelle erfolgen kann. Weiterhin ermöglicht die Verwendung einer Laserstrahleinrichtung ein besonders schnelles und einfaches Einbringen der Wärmeenergie in die Ankerwelle, so dass sich mittels einer Laserstrahleinrichtung Ankerwellen im Großserieneinsatz rationell ausrichten lassen.
-
Zur Lagerung der Ankerwelle während des Ausrichtens genügt es, diese im Bereich des Lagerelements und in einem Endbereichs der Ankerwelle zu lagern, der auf der dem Lagerelement abgewandten Seite des Ankers angeordnet ist. Insbesondere ist hierbei nicht eine mechanisch hochfeste Einspannung der Ankerwelle entsprechend dem Stand der Technik erforderlich, die das Einbringen einer mechanischen Verformungskraft in der Ankerwelle erlaubt. Vielmehr genügt es, die Ankerwelle lediglich sicher, bzw. genau aufzunehmen, so dass das Vermessen des Rundlauffehlers beim Drehen der Ankerwelle mittels wenigstens einer Messeinrichtung sicher und genau erfolgen kann.
-
Besonders präzise und nachhaltig lassen sich Rundlauffehler der Ankerwelle beseitigen, wenn nach dem erstmaligen lokalen Erwärmen der Ankerwelle und dem Abkühlen der Ankerwelle der Rundlauffehler erneut gemessen wird und beim Überschreiten eines Grenzwertes die Ankerwelle erneut lokal erwärmt wird.
-
Ein in Abhängigkeit von dem erfassten Rundlauffehler der Ankerwelle mögliches Beseitigen des Rundlauffehlers wird besonders einfach dadurch erzielt, indem die Menge der in die Ankerwelle eingebrachten Wärmeenergie in Abhängigkeit von dem ermittelten Rundlauffehler erfolgt.
-
Die Erfindung erfasst auch eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit wenigstens zwei Lagereinrichtungen zur Aufnahme einer einen Verzahnungsabschnitt aufweisenden Ankerwelle, wenigstens einer Messeinrichtung zur Erfassung eines Rundlauffehlers bzw. einer geometrischen Unwucht der Ankerwelle und einer Einrichtung zur Erzeugung einer lokalen Verformung der Ankerwelle. Hierbei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer lokalen Verformung der Ankerwelle als Laserstrahleinrichtung ausgebildet ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die einen automatischen Betrieb im Großserieneinsatz beim Ausrichten der Ankerwellen ermöglicht, ist es vorgesehen, dass die Laserstrahleinrichtung mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die die Leistung des Laserstrahls in Abhängigkeit von dem von der wenigstens eine Messeinrichtung erfassten Rundlauffehler steuert.
-
Weiterhin wird eine einfache und sichere Lagerung der Ankerwelle, die das Einbringen der Wärmeenergie in dem Einlaufbereich bzw. dem Auslaufbereich des Verzahnungsabschnitts ermöglicht, realisiert, wenn die beiden Lagereinrichtungen zur Aufnahme der Ankerwelle im Bereich eines zwischen dem Anker und dem Verzahnungsabschnitt angeordneten Lagerelements der Ankerwelle und in einem Endbereich der Ankerwelle erfolgt, der sich auf der dem Lagerelement abgewandten Seite des Ankers befindet.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt in der einzigen Figur eine vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zum Ausrichten einer Ankerwelle in Seitenansicht.
-
In der einzigen Figur ist stark vereinfacht eine Vorrichtung 10 zum Ausrichten einer Ankerwelle 1 dargestellt. Hierbei wird unter einem Ausrichten der Ankerwelle 1 ein Beseitigen eines Rundlauffehlers bzw. einer geometrischen Unwucht der Ankerwelle 1 verstanden, die sich in ihrer Längsachse 2 dreht. Die Ankerwelle 1 ist hierbei insbesondere Bestandteil eines in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzten Scheibenwischerantriebs oder eines Fensterheberantriebs, die Erfindung soll jedoch nicht auf derartige Anwendungen beschränkt sein.
-
Die Ankerwelle 1 trägt auf ihrer einen Seite einen Anker 3, der elektrisch mit einem in etwa in der Mitte der Ankerwelle 1 angeordneten Kommutator 4 verbunden ist. Beabstandet zum Kommutator 4 schließt sich ein Lagerelement 5 an, das Teil einer Lagerung einer Ankerwelle 1, insbesondere in einem Gehäuse des angesprochenen Scheibenwischers bzw. Fensterheberantriebs, ist. Im eingebauten Zustand der Ankerwelle 1 erfolgt die Lagerung der Ankerwelle 1 weiterhin im Bereich des dem Lagerelement 5 gegenüberliegenden Endabschnitts 6 des Ankers 3. In dem Zustand, in dem die Ankerwelle 1 ausgerichtet wird, weist der Endabschnitt 6 beispielhaft jedoch noch kein Lagerelement auf. Dieses Lagerelement wird erst nach dem Ausrichten der Ankerwelle 1 bzw. nach weiteren Montageschritten mit der Ankerwelle 1 verbunden. Wiederum beabstandet zum Lagerelement 5 auf der dem Kommutator 4 gegenüberliegenden Seite schließt sich ein Verzahnungsabschnitt 7 der Ankerwelle 1 an, der eine insbesondere durch einen spanlosen Fertigungsprozess, wie Rollen, ausgebildete Verzahnung 8 aufweist. Die Verzahnung 8 kämmt im eingebauten Zustand der Ankerwelle 1 in dem Aggregat mit einem nicht dargestellten, insbesondere aus Kunststoff bestehenden Stirnrad, das ein von der Ankerwelle 1 erzeugtes Drehmoment an ein nachgeordnetes Element, beispielsweise einen Sitz oder eine Fensterscheibe, weitergibt.
-
Beidseitig des Verzahnungsabschnitts 7 weist die Ankerwelle 1 jeweils einen zylindrisch ausgebildeten Bereich 12, 13 auf. Hierbei dient der eine zylindrische Bereich 13 ggf. einer zusätzlichen, dritten Lagerung der Ankerwelle 1 im eingebauten Zustand. Der Übergangsbereich zwischen den beiden zylindrischen Bereichen 12, 13 und dem Verzahnungsabschnitt 7 wird durch jeweils einen konisch ausgebildeten Einlaufbereich 14 und einen Auslaufbereich 15 des Verzahnungsabschnitts 7 gebildet.
-
Die Vorrichtung 10 zum Ausrichten der Ankerwelle 1 umfasst ein Gestell 18, das zwei Lagereinrichtungen 19, 20 zur Aufnahme der Ankerwelle 1 aufweist. Hierbei ist die eine Lagereinrichtung 19 im Bereich des Endabschnitts 6 der Ankerwelle 1 angeordnet, während die andere Lagereinrichtung 20 die Ankerwelle 1 im Bereich des Lagerelements 5 aufnimmt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 eine Einrichtung 21 zum Drehen der Ankerwelle 1 um ihre Längsachse 2 in Richtung des Pfeils 22. Die Einrichtung 21 kann hierbei beispielhaft einen Antrieb 23 umfassen, der über ein Reibrad 24 mit der Ankerwelle 1 wirkverbunden ist. Der Antrieb 23 bzw. Einrichtung 21 ist mit der Steuereinrichtung 25 der Vorrichtung 10 gekoppelt bzw. wird von dieser entsprechend angesteuert.
-
Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 10 wenigstens eine Messeinrichtung 27, 28 zum Erfassen des Rundlauffehlers bzw. der geometrischen Unwucht der Ankerwelle 1 im Bereich des Verzahnungsabschnitts 7 bzw. des zylindrischen Bereichs 13. Die Messeinrichtung 27, 28 ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 25 verbunden.
-
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung 10 eine Einrichtung 30 zur lokalen Erwärmung der Ankerwelle 1 aufweist. Die Einrichtung 30 umfasst bevorzugt eine Laserstrahleinrichtung 31, die wenigstens einen Laserstrahl 33, 34 erzeugt, der mit dem Einlaufbereich 14 bzw. dem Auslaufbereich 15 der Ankerwelle 1 ausgerichtet ist bzw. auf diese wirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden von der Laserstrahleinrichtung 31 zwei Laserstrahlen 33, 34 erzeugt, wovon jeweils ein Laserstrahl 33, 34 in Ausrichtung mit dem Einlaufbereich 14 bzw. dem Auslaufbereich 15 der Ankerwelle 1 ausgerichtet ist. Die Laserstrahleinrichtung 31 wird ebenfalls von der Steuereinrichtung 25 der Vorrichtung 10 angesteuert.
-
Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Laserstrahleinrichtung 31 lediglich einen einzigen Laserstrahl 33 oder 34 erzeugt, der entweder nur mit dem Einlaufbereich 14 bzw. nur mit dem Auslaufbereich 15, oder aber wechselseitig mit dem Einlaufbereich 14 und dem Auslaufbereich 15 ausgerichtet ist.
-
Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 arbeitet wie folgt: Zunächst wird über den Antrieb 23 die Ankerwelle 1 entsprechend des Pfeils 22 in Rotation versetzt. Daraufhin messen die Messeinrichtungen 27, 28 das Maß der Unwucht bzw. der radialen Auslenkung der Ankerwelle 1 im Bereich des Verzahnungsabschnitts 7 bzw. des zylindrischen Bereichs 13. In Abhängigkeit dieses Messergebnisses steuert die Steuereinrichtung 25 die Laserstrahleinrichtung 31 derart an, dass deren Laserstrahlen 33, 34 eine lokale Erwärmung der Ankerwelle 1 im Bereich des Einlaufbereichs 14 bzw. des Auslaufbereichs 15 erzeugt. Hierbei wird die Menge der Wärmeenergie in Abhängigkeit von der ermittelten Unwucht der Ankerwelle 1 bemessen. Dadurch wird ein Wärmekeil gebildet, der zunächst zu einem Ausdehnen der Ankerwelle 1 in dem entsprechenden Bereich führt, wobei durch die induzierten Wärmespannungen nach dem Abkühlen der Ankerwelle 1 sich diese in entgegengesetzter Richtung bis über die ursprüngliche Richtung bzw. Ausrichtung zusammenzieht, so dass eine gewünschte Deformation der Ankerwelle 1 im Bereich des Verzahnungsabschnitts 7 bzw. im zylindrischen Bereich 3 erfolgt. Dabei kann der Wärmeeintrag aufgrund der gemessenen Unwucht in dem Winkelbereich der Ankerwelle 1 eingetragen werden, der dem Winkelbereich gegenüber liegt zu dem hin die Ankerwelle 1 mit ihrem freien Ende 13 hingebogen ist. Daraufhin zieht sich die Ankerwelle in diesem Winkelbereich bezüglich des Umfangs zusammen, in dem die Wärme lokal eingetragen wurde. Anschließend ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Unwucht bzw. Auslenkung der Ankerwelle 1 erneut gemessen und gegebenenfalls die Ankerwelle 1 erneut lokal erwärmt wird. Gegebenenfalls kann auch die lokale Erwärmung zusätzlich durch eine äußere mechanische Krafteinwirkung unterstützt werden, die ein Zurückbiegen der Auslenkung der Ankerwelle 1 unterstützt.
-
Das soweit beschriebene Verfahren zum Ausrichten der Ankerwelle 1 bzw. die Vorrichtung 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere auch möglich bzw. denkbar, die Ankerwelle 1 in einem Zustand zu wuchten, in der diese noch keinen Anker 3 und andere Bauteile trägt, jedoch bereits den Verzahnungsabschnitt 7 aufweist. Auch ist es denkbar, die Wärme nicht unmittelbar im Verzahnungsabschnitt 7, sondern in einem dem Verzahnungsabschnitt benachbarten Bereich einzubringen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
