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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Lagerelement für ein Getrieberad einer Getriebe-Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerelements und eine Getriebe-Antriebseinrichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Lagerelements.
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Ein Lagerelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für einen elektrischen Hilfsantrieb in einem Kraftfahrzeug ist aus der
DE 10 2009 047 519 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Lagerelement weist im Bereich eines Verankerungsabschnitts eine radial umlaufende Nut auf, die in der Praxis üblicherweise durch einen spanenden Fertigungsschritt (Drehen) erzeugt wird. Das derart ausgebildete Lagerelement wird anschließend insbesondere durch Umspritzen mit Kunststoff eines Gehäuseelements mit dem Gehäuseelement verbunden, wobei durch die Nut eine axiale Verankerung des Lagerelements erzielt wird, während in das Lagerelement in dessen Längsachse einwirkende Drehmomente lediglich in geringem Maß aufgenommen werden können.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2008 043 304 A1 der Anmelderin bekannt, ein Lagerelement, das Bestandteil einer Getriebe-Antriebseinrichtung eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, wie einem Fensterheberantrieb, einem Schiebedachantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder ähnlichem ist, mit seinem einen Endbereich, der als Verankerungsabschnitt dient, in eine Aufnahmebohrung eines Gehäuseelement einzupressen. Dabei ist zwischen der als Sacklochbohrung ausgebildeten Aufnahmebohrung in dem Gehäuseelement und dem Verankerungsabschnitt eine Presspassung ausgebildet, die das Lagerelement zum einen in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Längsachse des Lagerbolzens sichert, und gleichzeitig auch eine Verdrehsicherung für den Lagerbolzen ausbildet. Wesentlich dabei ist, dass der Verankerungsabschnitt des Lagerbolzens mit einer Rändelung versehen ist, die relativ aufwendig ausgebildet ist. Weiterhin ist es erforderlich, zwischen dem Außendurchmesser des Verankerungsabschnitts bzw. der Rändelung und dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung in dem Gehäuseelement eine relativ genaue Passung hinsichtlich deren Durchmesser vorzusehen, damit einerseits die benötigten Einpresskräfte für den Lagerbolzen nicht zu hoch sind, damit beispielsweise das Gehäuseelement strukturell nicht zu stark beansprucht wird, und anderseits die benötigten Verankerungskräfte für den Lagerbolzen erzielt werden können. Die erforderliche genaue Fertigung zur Erzielung der Toleranzen ist aus herstellungstechnischer Sicht ebenfalls als nachteilhaft anzusehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lagerelement für ein Getrieberad einer Getriebe-Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass das Lagerelement sowohl zum Einpressen in eine Aufnahmebohrung eines Aufnahmeelements (Gehäuseelement), als auch zum Umspritzen mit dem Material des Aufnahmeelements geeignet ist. Gleichzeitig soll es insbesondere gegenüber einer Rändelung einfacher hergestellt werden können. Auch soll es durch die konstruktive Gestaltung des Lagerelements ermöglicht werden, auf die relativ genaue Fertigung der Aufnahmebohrung in dem Gehäuseelement für das Lagerelement (im Falle des Einpressens des Lagerelements) verzichten zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Lagerelement für ein Getrieberad einer Getriebe-Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass im Verankerungsabschnitt des Lagerelements wenigstens eine, zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Lagerbolzens verlaufende Längsnut angeordnet ist. Die Erfindung nutzt daher die aus dem Stand der Technik an sich bekannte, radial umlaufende Nut, die insbesondere eine sichere axiale Verankerung des Lagerelements ermöglicht, und ergänzt diese um wenigstens eine Längsnut, die eine besonders gute Aufnahme von Drehmomenten zur verdrehsicheren Verankerung des Lagerelements ermöglicht. Derartige radial umlaufende Nuten und Längsnuten lassen sich fertigungstechnisch einfacher und preiswerter herstellen als die aus dem Stand der Technik bekannte Rändelung am Verankerungsabschnitt. Darüber hinaus ermöglicht es die Ausbildung der Nut und der Längsnut, dass beim Einpressen des Verankerungsabschnitts in eine Aufnahmebohrung des Gehäuseelements Material aus dem Gehäuseelement in den Bereich der Nut und der Längsnut gelangt bzw. sich mit dem Material der Aufnahme in dem Gehäuseelement verkrallt, sodass die benötigten Verankerungskräfte für das Lagerelement erzielt werden können. Beim Umspritzen mit Material des Gehäuseelements wird eine effektive Formschlussverbindung zwischen dem Lagerelement und dem Material des Gehäuseelements ausgebildet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lagerelements für ein Getrieberad einer Getriebe-Antriebseinrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Längsnut lediglich über eine Teillänge des Verankerungsabschnitts verläuft. Dadurch wird ein genügend großer Bereich zur Ausbildung der radial umlaufenden Nut erzielt.
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Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Längsnut in einem Bereich des Verankerungsabschnitts ausgebildet ist, in dem keine Nut angeordnet ist. Dadurch ist der Bereich der wenigstens einen radial umlaufenden Nut örtlich von der wenigstens einen Längsnut getrennt angeordnet, so dass jeder Bereich für sich optimiert werden kann.
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Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, wenn mehrere, vorzugsweise zwei parallel zueinander angeordnete Nuten vorgesehen sind. Bei einer derartigen Ausbildung lassen sich die in axialer Richtung wirkenden Kräfte auf mehrere Nuten verteilen, so dass sich die Einpresskräfte gegenüber der Verwendung einer einzigen Nut verringern lassen. Darüber hinaus ist der fertigungstechnisch bedingte Mehraufwand bei Verwendung lediglich zweier Nuten relativ gering.
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Zur Verringerung der Kerbwirkung an dem Lagerbolzen beim Auftreten von Biegespannungen ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Nut einen gerundet ausgebildeten Nutgrund aufweist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Nut insgesamt gesehen gerundet ist, d.h. keine, rechtwinklig zur Längsachse des Lagerbolzens angeordnete Abschnitte aufweist.
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Um einerseits die Einpresstiefe des Lagerelements zu begrenzen, und andererseits eine herstellungstechnisch einfache Realisierung des Verankerungsabschnitts zu ermöglichen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass der Verankerungsabschnitt einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Durchmesser des Lagerabschnitts, und dass der Verankerungsabschnitt, mit Ausnahme im Bereich der wenigstens einen Nut, einen konstanten oder sich in Längsrichtung zu einem Endbereich sich verringerten Durchmesser aufweist.
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Weitere, konstruktiv bevorzugte Ausgestaltungen des Lagerelements sehen vor, dass die wenigstens eine Längsnut an dem dem Lagerabschnitt abgewandten Endbereich des Verankerungsabschnitts angeordnet ist, und dass beim Vorhandensein mehrerer Nuten die wenigstens eine Längsnut in einem die mehreren Nuten voneinander trennenden Steg angeordnet ist.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Lagerelements ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine radial umlaufende Nut und die wenigstens eine Längsnut durch einen spanlosen Umformvorgang erzeugt werden. Der Umformvorgang der wenigstens einen Nut und der wenigstens einen Längsnut kann dabei Rollieren, Schlagen oder Prägen durch ein oder mehrere Werkzeuge umfassen. Derartige, spanlose Umformprozesse haben gegenüber spanenden Prozessen den Vorteil, dass eine Materialverdichtung stattfindet, die tendenziell zu einer Festigkeitserhöhung des Bauteils führt, so dass das Bauteil ggf. (bei gleicher Festigkeit gegenüber spanender Fertigung) in seinen Dimensionen, insbesondere seinem Durchmesser, verkleinert werden kann.
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Bei der spanlosen Fertigung kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine radial umlaufende Nut und die wenigstens eine Längsnut zeitlich nacheinander in separaten Fertigungsschritten erzeugt werden. Dadurch lassen sich die einzelnen Prozesse optimieren bzw. es lassen sich unterschiedliche (spanlose) Fertigungstechniken anwenden.
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Aus herstellungstechnischen Gründen (kurze Taktzeiten) kann es alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine radial umlaufende Nut und die wenigstens eine Längsnut zeitlich in einem einzigen Fertigungsschritt (durch ein gemeinsames Werkzeug) zumindest nahezu zeitgleich erzeugt werden.
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Die Erfindung umfasst auch eine Getriebe-Antriebseinrichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Lagerelements und einem Aufnahmeelement für die Lagereinrichtung, insbesondere in Form eines Gehäuseelements, wobei das Lagerelement eine vorzugsweise sacklochförmige Aufnahmebohrung für den Verankerungsabschnitt des Lagerelements aufweist, und wobei die Aufnahmebohrung einen Durchmesser aufweist, der derart auf den Durchmesser des Lagerelements angepasst ist, dass der Verankerungsabschnitt mittels einer Presspassung in der Aufnahmebohrung oder durch Umspritzen von Kunststoff des Gehäuseelements fixiert aufgenommen ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Getriebe-Antriebseinrichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Lagerelements,
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2 das Lagerelement der 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
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3 ein Detail des Lagerelements gemäß der 2 in vergrößerter Darstellung,
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4 das Detail gemäß 3 bei einer gegenüber der 3 abgewandelter Ausführungsform des Lagerelements und
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5 einen Teilschnitt in der Ebene V-V der 4.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Getriebe-Antriebseinrichtung 100 dargestellt, wie sie als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einem Schiebedachantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb, einem Fensterheberantrieb o.ä. dient. Die Getriebe-Antriebseinrichtung 100 umfasst einen in der 1 nicht erkennbaren, als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor, dessen Ankerwelle 11 bis in den Bereich eines aus Kunststoff bestehenden, im Spritzgußverfahren ausgebildeten Getriebegehäuses 12 hineinreicht. Zumindest in einem Teilbereich der Ankerwelle 11 weist diese eine Schneckenverzahnung 13 auf, die mit einer entsprechenden Gegenverzahnung 14 eines insbesondere aus Kunststoff bestehenden Getrieberads 15 kämmt, das in Form eines Stirnrads ausgebildet ist. Das Getrieberad 15 ist auf einem erfindungsgemäßen Lagerelement 10 drehbar gelagert. Das Getrieberad 15 wirkt mit einem Abtriebsrad 16 zusammen, das beispielhaft mehrere, in axialer Richtung weisende Fortsätze 18 aufweist, die in entsprechende Aufnahmetaschen 19 des Getrieberads 15 eingreifen. In Umfangsrichtung zwischen den Fortsätzen 18 und nicht gezeigten Taschenwänden der Aufnahmetasche 19 befinden sich Dämpfungselemente 21 aus einem elastischen Material. Das Getrieberad 15 bildet zusammen mit dem Abtriebsrad 16 ein Abtriebszahnrad aus. Über die Fortsätze 18 wird das Drehmoment von dem Getrieberad 15 auf das Abtriebsrad 16 übertragen. Dieses weist eine Abtriebsverzahnung 23 auf, die zumindest mittelbar mit dem zu verstellenden Element, also beispielsweise dem Schiebedach oder dem Sitz, verbunden ist. Der Außenumfang des Abtriebsrades 16 ist über ein Dichtelement 24 zum Getriebegehäuse 12 hin abgedichtet. Darüber hinaus ist das Abtriebsrad 16 auf dem Lagerelement 10 über ein Axialsicherungselement 25, z.B. in Form eines Sprengrings, gesichert, wobei das Axialsicherungselement 25 in einer radial umlaufenden Sicherungsnut 26 des Lagerelements 10 angeordnet ist.
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Das als Lagerbolzen 30 ausgebildete erfindungsgemäße Lagerelement 10 ist stiftförmig ausgebildet, besteht aus Metall und weist eine Längsachse 31 auf. Wie insbesondere anhand der Darstellung der 1 und 2 erkennbar ist, weist der Lagerbolzen 30 einen zylindrisch ausgebildeten Lagerabschnitt 32 zur drehbaren Lagerung des Getrieberads 15 und des Abtriebsrades 16 sowie einen Verankerungsabschnitt 33 auf. Der Verankerungsabschnitt 33 ist in einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Aufnahmebohrung 34 des aus Kunststoff oder Metall bestehenden Getriebegehäuses 12 unter Ausbildung einer Presspassung angeordnet.
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Wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, weist der Lagerabschnitt 32 einen Durchmesser D auf, der größer ist als der im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Außendurchmesser d des Verankerungsabschnitts 33. Der Verankerungsabschnitt 33 ist über eine mit einem Radius r versehene Rundung 35 mit dem Lagerabschnitt 32 verbunden. Bei dem in der 3 dargestellten Verankerungsabschnitt 33 weist dieser eine radial umlaufende Nut 37 mit einem gerundet ausgebildeten Nutgrund 38 auf. Die Nut 37 ist vorzugsweise durch eine spanlose Verformung (gerollt, geschlagen oder geprägt) hergestellt. Auf der dem Lagerabschnitt 31 abgewandten Seite der Nut 37 sind an dem Verankerungsabschnitt 33 darüber hinaus mehrere, im Ausführungsbeispiel vier, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete und parallel zur Längsachse 31 verlaufende Längsnuten 39 ausgebildet. Die Längsnuten 39 sind durch Materialabtrag oder spanlose Verformung der Umfangswand 40 des Verankerungsabschnitts 33 ausgebildet, wobei ein axial angeordneter Nutgrund 41 beabstandet zur Nut 37 endet und andererseits bis an die Stirnseite 42 des Verankerungsabschnitts 33 reicht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuttiefe t1 der Nut 37 und die Nuttiefe t2 der Längsnut 39 gleich groß.
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In der 4 ist ein gegenüber den 2 und 3 abgewandelter Verankerungsabschnitt 33a dargestellt. Der Verankerungsabschnitt 33a unterscheidet sich von dem Verankerungsabschnitt 33 durch die Verwendung zweier, parallel zueinander angeordneter Nuten 37a, 37b, wobei die beiden Nuten 37a, 37b jeweils dieselbe Geometrie aufweisen und z.B. identisch zur Nut 37 ausgebildet sind. Zwischen den beiden Nuten 37a, 37b ist ein Trennsteg 43 ausgebildet, der durch das Material bzw. die Umfangswand 40 des Verankerungsabschnitts 33a gebildet ist. Im Bereich des Trennstegs 43 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel vier, um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnete Längsnuten 44 ausgebildet, die entsprechend der Darstellung der 5 im Querschnitt jeweils dreiecksförmig ausgebildet sind. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, beispielsweise mehr oder weniger Längsnuten 44 auszubilden. Die Längsnuten 44 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Nuttiefe t3 auf, die etwas größer ist als die Nuttiefe t1 der beiden Nuten 37a, 37b. Auf der dem Trennsteg 43 abgewandten Seite des Lagerabschnitts 31 schließt sich an die Nut 37b ein bundförmiger Endbereich 45 an, der an seinem Außenumfang eine Rundung 46 aufweist. Der Endbereich 45 wird ebenfalls durch die Umfangswand 40 des Verankerungsabschnitts 33a gebildet. Die Längsnuten 44 sind vorzugsweise spanlos durch einen Prägeprozess o.ä. ausgebildet.
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Der (Innen-)Durchmesser der Aufnahmebohrung 34 des Getriebegehäuses 12 ist auf den Außendurchmesser des Verankerungsabschnitts 33, 33a derart abgestimmt, dass einerseits die in axialer Richtung zum Verankern des Lagerelements 10 in dem Getriebegehäuse 12 erforderlichen Kräfte nicht so hoch sind, dass eine Be- oder Vorschädigung des Getriebegehäuses 12 erfolgt, und andererseits die benötigten axialen Verankerungskräfte für das Lagerelement 10 sowie die zur Verdrehsicherung des Lagerelements 10 dienenden Kräfte erzeugt werden können. Dabei werden durch die Nuten 37, 37a, 37b die in axialer Richtung des Lagerelements 10 erforderlichen Verankerungskräfte erzeugt, indem Material der Aufnahmebohrung 34 in den Bereich der Nuten 37, 37a, 37b verdrängt wird, während die Längsnuten 39 und 44 der Erzeugung der zur Verdrehsicherung für das Lagerelement 10 erforderlichen Kräfte dient, indem das Material der Aufnahmebohrung 34 bzw. des Getriebegehäuses 12 in den Bereich der Längsnuten 39, 44 verdrängt wird.
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Die soweit beschriebene Getriebeantriebseinrichtung 100 bzw. das Lagerelement 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, den Durchmesser d des Verankerungsabschnitts 33, 33a nicht konstant auszubilden, sondern (leicht) konisch, mit zum Endbereich 45 hin abnehmenden Durchmesser d. Darüber hinaus wird erwähnt, dass es anstelle der Ausbildung einer Pressverbindung zwischen dem Lagerbolzen 30 und dem Getriebegehäuse 12 es im Rahmen der Erfindung liegt, den Lagerbolzen 30 bei der Fertigung des Getriebegehäuses 12 durch Umspritzen des Verankerungsabschnitts 33, 33a mit dem Getriebegehäuse 12 zu verbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009047519 A1 [0002]
- DE 102008043304 A1 [0003]
