DE102013102638A1

DE102013102638A1 - Welle, Wellenanordnung, Verfahren zum axialen Befestigen einer Lagereinrichtung auf einer Welle sowie Scheibenwischermotor

Info

Publication number: DE102013102638A1
Application number: DE102013102638.9A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Stefani; Werner Hartmann; Christof Heuberger
Original assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Current assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle (15), insbesondere Ankerwelle eines Scheibenwischermotors (10), wobei die Welle (15) einen Lagerabschnitt (22; 22a) zur Aufnahme einer Lagereinrichtung (19) aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Welle (15) eine Formschlussgeometrie zum Ausbilden einer Formschlussverbindung mit einem an der Welle (15) befestigbaren, als Anschlagelement dienenden Kunststoffelement (28) aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Wellenanordnung, einen Scheibenwischermotor sowie ein Verfahren zum axialen Befestigen einer Lagereinrichtung auf einer Welle.
Eine Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Praxis bereits bekannt, wobei die Welle in einem Gehäuse eines Scheibenwischermotors in mehreren Lagereinrichtungen gelagert ist. Die Lagereinrichtungen sind dabei dazu ausgebildet, sowohl radiale Lagerkräfte, als auch axiale, auf die Ankerwelle wirkende Kräfte aufzunehmen und in das Gehäuse einzuleiten. Hierzu ist wenigstens eine der üblicherweise drei Lagereinrichtungen als Kugellager bzw. Wälzlager ausgebildet, die einen Innenring, einen Außenring sowie zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lagerkörper umfasst. Um auf die Ankerwelle wirkende Axialkräfte in das Gehäuse des Scheibenwischermotors zu übertragen, ist es erforderlich, dass einerseits der Innenring auf der Ankerwelle in einem Lagerabschnitt der Ankerwelle axial fixiert ist, und dass zusätzlich der Außenring der Lagereinrichtung in dem Gehäuse ebenfalls axial fixiert aufgenommen ist. Die axiale Fixierung des Innenrings auf der Ankerwelle erfolgt beispielsweise durch eine entsprechende Maßtolerierung des Außenumfangs der Ankerwelle im Lagerabschnitt, so dass zwischen dem Innenring der Lagereinrichtung und dem Lagerabschnitt auf der Ankerwelle eine Presspassung ausgebildet ist. Alternativ, oder zur Vereinfachung des Aufschiebens des Innenrings auf den Lagerabschnitt der Ankerwelle kann die Lagereinrichtung nach vorhergehendem Erwärmen auch auf den Lagerabschnitt der Ankerwelle aufgeschrumpft werden. Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, beispielsweise durch radial umlaufende Absätze oder zusätzliche Befestigungselemente eine derartige Lagereinrichtung bzw. deren Innenring auf dem Lagerabschnitt einer (Anker-)Welle axial zu fixieren.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein alternatives, möglichst einfaches Verfahren zur axialen Befestigung einer Lagereinrichtung auf einer Welle, insbesondere einer Ankerwelle eines Scheibenwischermotors, ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Welle eine Formschlussgeometrie zum Ausbilden einer Formschlussverbindung mit einem an der Welle befestigbaren, als Anschlagelement dienenden Kunststoffelement aufweist. Bei dem Kunststoffelement kann es sich dabei um ein vorgefertigtes Element handeln, oder aber um ein Element, das durch Anspritzen von (flüssigem) Kunststoff an die Welle im Lagerabschnitt erzeugt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Welle sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung der Formschlussgeometrie wird vorgeschlagen, dass die Formschlussgeometrie wenigstens eine an der Welle radial zumindest bereichsweise umlaufende Aufnahme, insbesondere in Form eines Einstichs oder einer bereichsweise umlaufenden Erhebung umfasst, an der das Kunststoffelement angeordnet ist.
Um eine Aufnahme von Axialkräften von dem Innenring auf die Welle in beide Richtungen zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass beidseitig des Lagerabschnitts jeweils wenigstens ein Einstich bzw. eine Erhebung ausgebildet ist.
Aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit des Einstichs bzw. der Erhebung wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Einstich bzw. die wenigstens eine Erhebung senkrecht zur Längsachse der Welle verläuft. Dadurch lassen sich die angesprochenen Elemente einfach durch einen spanenden Fertigungsschritt an der Welle durch Drehen herstellen.
Eine weitere, konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung an der Welle sieht vor, dass die Formschlussgeometrie wenigstens eine am Außenumfang des Lagerabschnitts ausgebildete Längsrille umfasst. In der Praxis sind bevorzugt eine Vielzahl von derartigen Längsrillen, insbesondere in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander, vorgesehen, wobei der Innenring auf dem Außenumfang des zwischen den Längsrillen angeordneten Lagerabschnitts aufsitzt. Durch die wenigstens eine Längsrille wird, insbesondere beim Anspritzen von Kunststoff an beiden Stirnflächen des Innenrings, eine Verbindung der beiden Kunstmassen an den beiden Stirnflächen des Innenrings ermöglicht. Darüber hinaus erfolgt beim Erstarren des Kunststoffs ein Schwinden bzw. Zusammenziehen des Kunststoffs im Bereich der wenigstens einen Längsrille, die die beiden, an den Stirnseiten des Innenrings angeordneten Kunststoffmassen zueinander zusammenzieht und somit für eine zusätzliche Axialsicherung sorgt.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Wellenanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Welle, wenigstens eine Lagereinrichtung und wenigstens ein, als Anschlagelement für die Lagereinrichtung dienendes Kunststoffelement.
In einer bevorzugter Ausgestaltung der Wellenanordnung wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei, vorzugsweise drei Lagereinrichtungen entlang der Längsachse der Welle vorgesehen sind, wobei das Kunststoffelement zumindest bereichsweise zwischen zwei der Lagereinrichtungen angeordnet ist.
Weiterhin kann es bei der Wellenanordnung vorgesehen sein, dass wenigstens eine Lagereinrichtung einen Innenring, einen Außenring, sowie zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lagerkörper aufweist, wobei der Innenring auf der Welle zumindest axial fixiert, wobei die Formschlussgeometrie wenigstens eine radial zumindest bereichsweise umlaufende Aufnahme an der Welle aufweist, und wobei die wenigstens eine radial zumindest bereichsweise umlaufende Aufnahme axial bis an den Innenring heranreicht.
Die Erfindung umfasst auch einen Scheibenwischermotor mit einer erfindungsgemäßen Welle oder einer erfindungsgemäßen Wellenanordnung.
Zuletzt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum axialen Befestigen einer Lagereinrichtung auf einer Welle, insbesondere einer Ankerwelle eines Scheibenwischermotors, wobei die Welle eine Formschlussgeometrie zum Ausbilden einer Formschlussverbindung mit einem an der Welle befestigbaren, als Anschlagelement dienenden Kunststoffelement aufweist, wobei die Lagereinrichtung einen Innenring, einen Außenring, sowie zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lagerkörper aufweist, und wobei der Innenring auf der Welle zumindest axial fixiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Innenring im Bereich eines Lagerabschnitts der Welle an seiner axialen Soll-Position auf der Welle positioniert wird, und dass anschließend der Innenring in Längsrichtung der Welle in zumindest einer Richtung durch Befestigen des Kunststoffelements auf der Welle fixiert wird.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Lagereinrichtung in beide Längsrichtungen der Welle fixiert wird.
In einer bevorzugten Variante zur Ausbildung des Kunststoffelements wird vorgeschlagen, dass das Kunststoffelement durch Anspritzen von verflüssigtem Kunststoff im Übergangsbereich von dem Innenring zur Welle erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Anspritzen in Richtung auf eine Stirnseite des Innenrings, vorzugsweise in Richtung auf beide Stirnseiten des Innenrings erfolgt. Insbesondere beim Anspritzen in Richtung beider Stirnseiten des Innenrings wird eine Axialfixierung des Innenrings in beide axiale Richtungen erzielt, ohne dass zusätzliche Elemente bzw. geometrische Ausgestaltungen.
Um möglichst große Axialkräfte zwischen dem Innenring und der Welle übertragen zu können bzw. die Belastungen auf den Kunststoff möglichst gering zu halten, ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass der Kunststoff ringförmig im Bereich der wenigstens einen Stirnseite des Innenrings angespritzt wird. Dadurch lässt sich eine große Verbindungsfläche des Kunststoffs an der Welle erzielen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 einen Längsschnitt durch einen Scheibenwischermotor, bei dem eine Lagereinrichtung der Ankerwelle mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens axial gesichert ist,
2 ein Detail der 1 in vergrößerter Darstellung,
3 die bei dem Scheibenwischermotor gemäß 1 verwendete Wellenanordnung in Einzeldarstellung im Längsschnitt und
4 einen Lagerbereich einer der gegenüber der 3 modifizierten Ankerwelle in einer perspektivischen Darstellung.
Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Der in der 1 dargestellte Scheibenwischermotor 10 umfasst ein Getriebegehäuse 11, das beispielsweise aus Kunststoff besteht und im Spritzgussverfahren hergestellt ist. Alternativ kann das Getriebegehäuse 11 auch als Aluminiumdruckgußteil ausgebildet sein. An das Getriebegehäuse 11 ist ein Antriebsmotor 12 in Form eines Elektromotors angeflanscht. Der Antriebsmotor 12 weist ein aus Blech bestehendes, im Tiefziehverfahren ausgebildetes Motorgehäuse 13 auf, das beispielsweise mittels Schraubverbindungen oder Ähnlichem mit dem Getriebegehäuse 11 verbunden ist. Der Antriebsmotor 12 ist über einen an dem Getriebegehäuse 11 angeformten Anschlussstecker 14 mit einem fahrzeugseitigen Kabelbaum des Kraftfahrzeugs verbindbar. Ein derartiger, an sich bekannter Scheibenwischermotor 10 weist darüber hinaus eine Ankerwelle 15 auf, die bis in das Getriebegehäuse 11 hineinreicht. Dort weist die Ankerwelle 15 eine Verzahnung in Form einer Antriebsschnecke 16 auf, die mit der Verzahnung eines nicht dargestellten Getrieberads eines Untersetzungsgetriebes kämmt.
Die Ankerwelle 15 ist in drei Lagereinrichtungen 18 bis 20 gelagert. Die erste Lagereinrichtung 18 ist als einfaches Gleitlager ausgebildet und innerhalb eines topfförmigen Aufnahmebereichs 21 des Motorgehäuses 13 angeordnet. Die zweite Lagereinrichtung 19 und die dritte Lagereinrichtung 20 sind beidseitig der Antriebsschnecke 16 in relativ geringem axialen Abstand zur Antriebsschnecke 16 angeordnet, um über das Getrieberad auf die Ankerwelle 15 wirkende Axial- und Radialkräfte aufzunehmen. Während die an dem Ankerwellenende angeordnete dritte Lagereinrichtung 20 beispielsweise ebenfalls als einfaches Gleitlager ausgebildet ist, ist die zwischen den Lagereinrichtungen 18 und 20 angeordnete zweite Lagereinrichtung 19 als Kugellager ausgebildet. Hierzu weist die zweite Lagereinrichtung 19 einen auf einem Lagerabschnitt 22 der Ankerwelle 15 angeordneten Innenring 23, einen den Innenring 23 radial umgebenden Außenring 24, sowie zwischen dem Innenring 23 und dem Außenring 24 angeordnete Lagerkörper 25 auf.
Wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, ist der Außenring 24 der zweiten Lagereinrichtung 19 im Getriebegehäuse 11 axial fixiert aufgenommen. Hierzu weist das Getriebegehäuse 11 eine als Axialanschlag wirkende Einsenkung beziehungsweise Vertiefung 26 auf, an der die der dritten Lagereinrichtung 20 zugewandte Stirnseite des Außenrings 24 anliegt. Mittels eines Federelements 27 wird der Außenring 24 in Richtung der Vertiefung 26 kraftbeaufschlagt.
Um über das Getrieberad auf die Ankerwelle 15 wirkende Axialkräfte in das Getriebegehäuse 11 zu übertragen, ist es erforderlich, dass auch der Innenring 23 auf der Ankerwelle 15 im Bereich des Lagerabschnitts 22 axial fixiert ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ankerwelle 15, wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 2 und 3 erkennbar ist, beidseitig des Innenrings 23 in Wirkverbindung mit jeweils einem Kunststoffelement in Form einer Kunststoffmasse 28 angeordnet ist, die durch Anspritzen an die Ankerwelle 15 beziehungsweise den Innenring 23 sowohl mit der Ankerwelle 15, als auch mit dem Innenring 23 in Kontakt ist. Bevorzugt weist die Ankerwelle 15 beidseitig des Innenrings 23 beispielhaft jeweils zwei, als Aufnahmen wirkende, radial umlaufende Einstiche 29 bis 32 auf, wobei die beiden dem Innenring 23 zugewandten Einstiche 29, 31 eine derartige Breite aufweisen, dass diese um einen kleinen axialen Weg bis unterhalb des Innenrings 23 reichen. Durch das Ausbilden der Einstiche 29 bis 32 wird zwischen den Kunststoffmassen 28 und der Ankerwelle 15 wird jeweils eine Formschlussverbindung ausgebildet, derart, dass die Kunststoffmasse 28, die ringförmig an die Ankerwelle 15 angespritzt wird, nach dem Erstarren der Kunststoffmasse 28 mit der Ankerwelle 15 gewissermaßen verkrallt.
Zum Anspritzen der Kunststoffmassen 28 wird zunächst in einen ersten Schritt die Lagereinrichtung 19 mit ihrem Innenring 23 auf den Lagerabschnitt 22 axial aufgeschoben und in seiner Soll-Position positioniert. Hierzu sind der Außendurchmesser des Lagerabschnitts 22 und der Innendurchmesser des Innenrings 23 vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass zumindest nahezu keine Axialkraft zum Aufschieben des Innenrings 23 auf den Lagerabschnitt 22 erforderlich ist. Anschließend erfolgt das Anspritzen der verflüssigten Kunststoffmasse gegen die beiden Stirnseiten 33, 34 des Innenrings 23 und gegen die Ankerwelle 15.
Aus der Darstellung der 2 und 3 ist erkennbar, dass die Kunststoffmassen 28 an beiden Stirnseiten 33, 34 des Innenrings 23 bis an die jeweilige Stirnseite 33, 34 unmittelbar heranreicht. Der Außendurchmesser der Kunststoffmasse 28 reicht im dargestellten Ausführungsbeispiel radial bis etwas über den Radius des Innenrings 23 hinaus. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 ist der Lagerabschnitt 22 für den Innenring 23 jeweils zylindrisch ausgebildet und weist insbesondere einen derartigen Durchmesser auf, dass der Innenring 23 beziehungsweise die zweite Lagereinrichtung 19 mit einer möglichst geringen axialen Montagekraft auf die Ankerwelle 15 beziehungsweise den Lagerabschnitt 22 aufgeschoben werden kann.
Ergänzend wird erwähnt, dass es zur Verbesserung der Festigkeit der Kunststoffmasse 28 vorgesehen sein kann, dass der Kunststoffmasse 28 Glasfaser oder Ähnliches beigemischt ist.
In der 4 ist ein gegenüber den 2 und 3 modifizierter Lagerabschnitt 22a dargestellt. Bei dem Lagerabschnitt 22a ist es vorgesehen, dass eine Vielzahl von in Längsrichtung der Ankerwelle 15 angeordnete Längsrillen 35 am Außenumfang des Lagerabschnitts 22a ausgebildet sind, die die beiden Einstiche 29, 31 miteinander verbinden. Beim Anspritzen der Kunststoffmassen 28 unter Verwendung eines Lagerabschnitts 22a gelangt der Kunststoff der Kunststoffmassen 28 in den Bereich der Längsrillen 35 und verbindet den an beiden Seiten des Innenrings 23 befindlichen Kunststoff miteinander.
Ergänzend wird erwähnt, dass die Erfindung nicht auf eine Anwendung bei Ankerwellen 15 von Scheibenwischermotoren 10 beschränkt sein soll, sondern grundsätzlich auch zur Befestigung von Lagereinrichtungen 19 bei anders ausgebildeten Wellen beziehungsweise bei anderen Einsatzzwecken verwendet werden kann. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, anstelle einer Kunststoffmasse 28 ein vorgefertigtes Kunststoffelement zu verwenden, das anstelle der Kunststoffmasse tritt, und das mit der Ankerwelle 15 verbunden werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Scheibenwischermotor
11: Getriebegehäuse
12: Antriebsmotor
13: Motorgehäuse
14: Anschlussstecker
15: Ankerwelle
16: Antriebsschnecke
18: Lagereinrichtung
19: Lagereinrichtung
20: Lagereinrichtung
21: Aufnahmebereich
22: Lagerabschnitt
22a: Lagerabschnitt
23: Innenring
24: Außenring
25: Lagerkörper
26: Vertiefung
27: Federelement
28: Kunststoffelement
29: Einstich
30: Einstich
31: Einstich
32: Einstich
33: Stirnseite
34: Stirnseite
35: Längsrille

Claims

Welle (15), insbesondere Ankerwelle eines Scheibenwischermotors (10), wobei die Welle (15) einen Lagerabschnitt (22; 22a) zur Aufnahme einer Lagereinrichtung (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15) eine Formschlussgeometrie zum Ausbilden einer Formschlussverbindung mit einem an der Welle (15) befestigbaren, als Anschlagelement dienenden Kunststoffelement (28) aufweist.
Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussgeometrie wenigstens eine an der Welle (15) radial zumindest bereichsweise umlaufende Aufnahme (29 bis 31), insbesondere in Form eines Einstichs oder einer bereichsweise umlaufenden Erhebung umfasst, an der das Kunststoffelement (28) angeordnet ist.
Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Lagerabschnitts (22; 22a) jeweils wenigstens eine Aufnahme (29 bis 31) ausgebildet ist.
Welle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aufnahme (29 bis 31) senkrecht zur Längsachse der Welle (15) verläuft.
Welle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussgeometrie wenigstens eine am Außenumfang des Lagerabschnitts (22a) ausgebildete Längsrille (35) umfasst.
Wellenanordnung, umfassend eine Welle (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenigstens eine Lagereinrichtung (19) und wenigstens ein, als Anschlagelement für die Lagereinrichtung (19) dienendes Kunststoffelement (28).
Wellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, vorzugsweise drei Lagereinrichtungen (18 bis 20) entlang der Längsachse der Welle (15) vorgesehen sind, wobei das Kunststoffelement (28) zumindest bereichsweise zwischen zwei der Lagereinrichtungen (18 bis 20) angeordnet ist.
Wellenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lagereinrichtung (19) einen Innenring (23), einen Außenring (24), sowie zwischen dem Innenring (23) und dem Außenring (24) angeordnete Lagerkörper (25) aufweist, wobei der Innenring (23) auf der Welle (15) zumindest axial fixiert, wobei die Formschlussgeometrie wenigstens eine radial zumindest bereichsweise umlaufende Aufnahme (29 bis 31) an der Welle (15) aufweist, und wobei die wenigstens eine radial zumindest bereichsweise umlaufende Aufnahme (29 bis 31) axial bis an den Innenring (23) heranreicht.
Scheibenwischermotor (10), umfassend eine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildete Welle (15) oder eine nach einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgebildete Wellenanordnung.
Verfahren zum axialen Befestigen einer Lagereinrichtung (19) auf einer Welle (15), insbesondere einer Ankerwelle eines Scheibenwischermotors (10), wobei die Welle (15) eine Formschlussgeometrie zum Ausbilden einer Formschlussverbindung mit einem an der Welle (15) befestigbaren, als Anschlagelement dienenden Kunststoffelement (28) aufweist, wobei die Lagereinrichtung (19) einen Innenring (23), einen Außenring (24), sowie zwischen dem Innenring (23) und dem Außenring (24) angeordnete Lagerkörper (25) aufweist, und wobei der Innenring (23) auf der Welle (15) zumindest axial fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (23) im Bereich eines Lagerabschnitts (22; 22a) der Welle (15) an seiner axialen Soll-Position auf der Welle (15) positioniert wird, und dass anschließend der Innenring (23) in Längsrichtung der Welle (15) in zumindest einer Richtung durch Befestigen des Kunststoffelements (28) auf der Welle (15) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (19) in beide Längsrichtungen der Welle (15) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (28) durch Anspritzen von verflüssigtem Kunststoff im Übergangsbereich von dem Innenring (23) zur Welle (15) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anspritzen des Kunststoffs (28) in Richtung auf eine Stirnseite (33, 34) des Innenrings (23), vorzugsweise in Richtung auf beide Stirnseiten (33, 34) des Innenrings (23) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (28) ringförmig im Bereich der wenigstens einen Stirnseite (33, 34) des Innenrings (23) angespritzt wird.