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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Antriebseinrichtung wie sie aus der Praxis bereits bekannt ist.
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Eine derartige Getriebe-Antriebseinrichtung ist insbesondere Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, wie einem Fensterheberantrieb, einem Schiebedachantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder ähnlichem. Bei einer derartigen Getriebe-Antriebseinrichtung ist die Ankerwelle eines Elektromotors in einem Getriebegehäuse in mehreren Lagereinrichtungen gelagert. Typischerweise ist die Ankerwelle in ihren beiden gegenüberliegenden Endbereichen sowie in einem Zwischenbereich gelagert, der zwischen einer Verzahnung der Ankerwelle, die mit einem Getrieberad kämmt, und dem Elektromotor angeordnet ist. Dieses mittlere Lager dient der Aufnahme von radialen Kräften auf die Ankerwelle und ist als Kalottenlager ausgebildet. Das Kalottenlager weist einen aus Metall bestehenden Lagerkörper auf, der in einer aus Kunststoff bestehenden Lageraufnahme gelagert ist. Die Lageraufnahme weist auf der dem Lagerkörper zugewandten Seite eine sphärisch geformte Fläche auf, an der der Lagerkörper zumindest nahezu vollflächig anliegt. Die Lageraufnahme ist wiederum in Anlagekontakt, insbesondere unter Ausbildung einer Presspassung, in einer entsprechenden Aufnahme eines Gehäuseelements bzw. des Getriebegehäuses angeordnet. Bei der Montage des Kalottenlagers in der Aufnahme des Gehäuseelements kommt es aufgrund des Anlagekontakts zwischen der Lageraufnahme und der Aufnahme im Gehäuseelement zu einer auf den Lagerkörper wirkenden Kraft, welche aufgrund der relativ großen Kontaktflächen zwischen dem Lagerkörper und der Lageraufnahme zu einem entsprechend hohen Kalottenverdrehmoment sowie zu hohen Montagekräften führt. Problematisch ist vor allem das hohe Kalottenverdrehmoment, das zu einem Verkanten des Kalottenlagers führen kann. Dadurch können sogenannte Kantenläufer entstehen, da sich das Kalottenlager nicht ausrichten kann. Diese führen wiederum zu Geräusch- und Verschleißproblemen. Man könnte nun zwar versuchen, durch eine entsprechende Tolerierung der Abmessungen der Lageraufnahme und der Aufnahme im Gehäuseelement die von der Lageraufnahme auf den Lagerkörper wirkenden Kräfte zu reduzieren, eine derartige Tolerierung erfordert jedoch einen erhöhten Fertigungsaufwand aufgrund der einzuhaltenden Bauteiletoleranzen, wodurch die Fertigungskosten erhöht werden.
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Mit der
DE 10 2012 216 946 A1 ist eine Lagerung einer Kalotte bekannt geworden, bei der durch die Ausbildung von insgesamt wenigstens sechs Kontaktflächen an den Haltearmen eine kinematisch eindeutige Lagerung der Kalotte erzielt wird.
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Die
DE 100 07 696 A1 zeigt ebenfalls ein Kalottenlager, das durch freie Haltearme gegen eine Aufnahmefläche im Getriebegehäuse gepresst wird.
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In der
EP 0 865 148 A1 wird ein Kalottenlager, mittels einer Federscheibe in eine Aufnahme im Getriebegehäuse gepresst.
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Die
DE 36 17 392 A1 weist ein Lagerkonzept für eine Kalotte auf, bei der die Kalotte in eine separate Lageraufnahme eingeknüpft ist, die ihrerseits in einen Gehäusedeckel eingepresst ist.
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Mit der
DE 10 2013 200 128 A1 ist eine Kalottenlagerung bekannt geworden, bei der zwischen drei Haltesegmenten jeweils ein Längsschlitz ausgebildet ist, um eine radiale Deformation der Haltesegmente zum axialen Einführen der Kalotte zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Getriebe-Antriebseinrichtung derart weiterzubilden, dass bei kostengünstig herstellbarer Lagerung des Lagerkörpers zwischen dem Lagerkörper und der Lageraufnahme verringerte Kräfte aufgrund der Presspassung zwischen der Lageraufnahme und der Aufnahme im Gehäuseelement erzielbar sind. Dadurch sollen die oben angesprochenen Geräusch- bzw. Verschleißprobleme beim Stand der Technik zumindest reduziert wenn nicht gar vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Getriebe-Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei sind zwischen dem Lagerkörper und der Lageraufnahme zwei radial umlaufende, in Richtung der Längsachse der Ankerwelle axial voneinander beabstandete, linienförmige Kontaktflächen ausgebildet. Eine derartige Ausbildung der Kontaktflächen verringert das Kalottenverdrehmoment zwischen dem Lagerkörper und der Lageraufnahme und stellt damit sicher, dass ein einfacheres Drehen zwischen dem Lagerkörper und der Lageraufnahme zur Reduzierung bzw. Vermeidung der angesprochenen Problematik ermöglicht wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinrichtung sind in den Unteransprüchen angeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In kinematisch bzw. geometrisch bevorzugter Anordnung der Kontaktflächen ist es vorgesehen, dass die beiden Kontaktflächen beidseitig einer Mittelebene des Lagerkörpers, vorzugsweise symmetrisch zur Mittelebene, angeordnet sind, wobei der Lagerkörper in der Mittelebene seinen größten Durchmesser aufweist. Bei einer derartigen Anordnung werden insbesondere Kippmomente zwischen dem Lagerkörper und der Lageraufnahme besonders gut und sicher übertragen.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Lagerkörper im Bereich der Kontaktflächen sphärisch geformt ausgebildet ist, und dass die beiden Kontaktflächen im Bereich zweier, in einem Winkel zueinander angeordneter, mit einem Radius versehener Flächen der Lageraufnahme ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, dass handelsübliche Lagerkörper verwendet werden müssen, d.h., dass die metallischen Oberflächen der Lagerkörper nicht mehr zur Ausbildung der Kontaktflächen ausgebildet bzw. nachbearbeitet werden müssen. Demgegenüber besteht insbesondere bei der Verwendung von aus Kunststoff bestehenden Lagerkörpern die Möglichkeit, durch eine entsprechende Ausbildung des Werkzeugs (Spritzgusswerkzeugs) die Kontur der Lageraufnahme zur Ausbildung der linienförmigen Kontaktflächen einfach anzupassen.
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In wiederum konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung der Lageraufnahme ist diese an einem aus Kunststoff bestehenden Lagerelement ausgebildet, wobei das Lagerelement mehrere, vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnete Haltearme aufweist, an denen jeweils eine Lageraufnahme ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung der Lageraufnahmen an einem Haltearm ermöglicht es, die Haltearme zum Einführen des Lagerkörpers radial aufzuspreizen, so dass ein axiales Einführen des Lagerkörpers zwischen die einzelnen Haltearme ermöglicht wird. Dies wird insbesondere auch durch die Ausbildung der Lageraufnahmen bzw. der Haltearme aus Kunststoff ermöglicht, wodurch eine elastische Aufweitung der Haltearme zum Einführen des Lagerkörpers erzielbar ist.
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Zur Reduzierung der Flächenpressung und definierten Anlage zwischen der Aufnahme in dem Gehäuseelement und der Lageraufnahme ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Lageraufnahme auf der dem Lagerkörper abgewandten Seite eine radial umlaufende Anlagefläche zur Anlage an der Aufnahme des Gehäuseelements aufweist.
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In bevorzugter Weiterbildung des zuletzt beschriebenen Vorschlags ist es vorgesehen, dass in axialer Richtung der Ankerwelle betrachtet in einem axialen Teilbereich des Lagerkörpers, der von der Anlagefläche bis zu einer Stirnseite des Lagerkörpers reicht, zwischen dem Lagerkörper und der Aufnahme ein radialer Freiraum ausgebildet ist, wobei die Lageraufnahme im Bereich des Freiraums in radialer Richtung elastisch deformierbar ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, dass eine über den Lagerkörper in die Lageraufnahme im Bereich des Freiraums eingeleitete Kraft derart in die Lageraufnahme einleitbar ist, dass sich diese im Bereich des Freiraums elastisch deformiert, so dass die Flächenpressung zwischen der Lageraufnahme und dem Lagerkörper bzw. entsprechende Hemmmomente reduziert werden können.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Anlagefläche bzw. des Freiraums ist es vorgesehen, dass die radial umlaufende Anlagefläche der Lageraufnahme in etwa bis in den Bereich des Lagerkörpers reicht, in dem dieser seinen größten Außendurchmesser aufweist.
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Um insbesondere beim Auftreten relativ geringer radialer Belastungen auf die Ankerwelle ein Verdrehen des Lagerkörpers in der Lageraufnahme zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Lagerkörper und der Ankerwelle eine Passung ausgebildet ist, die eine Drehbarkeit und axiale Verschiebbarkeit des Lagerkörpers auf der Ankerwelle ermöglicht. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Lagerkörper lediglich der radialen Abstützung der Ankerwelle in dem Gehäuseelement dient.
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In herstellungstechnisch bevorzugter Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Lageraufnahme zumindest mittelbar an einer Bürstenträgereinrichtung befestigt ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, die Lageraufnahme zusammen mit der Bürstenträgereinrichtung und dem Lagerkörper in einem separaten Montageschritt zu verbinden, und in einem nachfolgenden Montageschritt den Elektromotor samt Bürstenträgereinrichtung und Lagerkörper in die entsprechende Aufnahme des Gehäuseelements einzuführen.
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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:
- 1 eine Getriebe-Antriebseinrichtung in teilweise geschnittener Darstellung,
- 2 ein Detail der 1 im Bereich der erfindungsgemäßen Lagerung des Kalottenlagers in geschnittener, vergrößerter Darstellung und
- 3 einen Teil eines Lagerkörpers, wie er bei der Lagereinrichtung gemäß der 2 verwendet wird, in vergrößerter Darstellung.
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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 10 dargestellt, wie sie insbesondere, und nicht einschränkend, als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug dient. Unter einem Komfortantrieb wird dabei beispielhaft ein Fensterheberantrieb, ein Schiebedachantrieb, ein Sitzverstellungsantrieb oder ähnliches verstanden.
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Die Getriebe-Antriebseinrichtung 10 weist ein aus Metall, insbesondere im Druckgussverfahren aus Aluminium oder aber aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestelltes Getriebegehäuse 11 als Gehäuseelement auf, an das ein Elektromotor 12 anflanschbar ist. Der Elektromotor 12 weist in üblicher Art und Weise ein Poltopfgehäuse 13 auf, in dem mehrere Permanentmagnetelemente 14 angeordnet sind. Weiterhin ist innerhalb des Poltopfgehäuses 13 ein Anker 15 angeordnet, dessen Ankerwelle 16 im Anbauzustand an das Getriebegehäuse 11 mit seiner Längsachse 17 in das Getriebegehäuse 11 hineinragt. In einem axialen Endbereich des Poltopfgehäuses 13 ist die Ankerwelle 16 in einer ersten Lagereinrichtung 18 gelagert. Die erste Lagereinrichtung 18 ist üblicherweise als Gleitlager ausgebildet. Darüber hinaus weist der Elektromotor 12 eine Bürstenträgereinrichtung 19 auf, an der Bürsten 21, 22 federnd gelagert sind, die gegen einen Kommutator 23 des Elektromotors 12 kraftbeaufschlagt sind. Die Bürstenträgereinrichtung 19 trägt darüber hinaus ein insbesondere in der 2 erkennbares Lagerelement 25, welches aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil ausgebildet ist.
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Das Lagerelement 25 weist vorzugsweise vier, um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnete Haltearme 26 auf. Die Haltearme 26 bilden jeweils Lageraufnahmen 27 aus, die einen als Kalottenlager 28 ausgebildeten Lagerkörper 29 bereichsweise radial umfassen. Die Haltearme 26 bzw. Lageraufnahmen 27 sind zumindest bereichsweise innerhalb einer insbesondere zylindrischen Aufnahme 30 des Getriebegehäuses 11 angeordnet, wobei dies aufgrund des Schnittverlaufs nur in der 2 erkennbar ist. Hierbei ist zwischen den Haltearmen 26 bzw. Lageraufnahmen 27 und der Aufnahme 30 eine kraftschlüssige Anlage in Form einer Presspassung ausgebildet. Der Lagerkörper 29 bildet dadurch mit der Lageraufnahme 27 eine zweite Lagereinrichtung 31 zur radialen Abstützung der Ankerwelle 16 aus.
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Auf der dem Elektromotor 12 abgewandten Seite des Lagerkörpers 29 weist die Ankerwelle 16 eine Verzahnung 32 auf, die insbesondere in Form einer Schneckenverzahnung ausgebildet ist. Die Verzahnung 32 kämmt mit einer Gegenverzahnung 33 eines als Getrieberad 34 ausgebildeten Abtriebselements. Das dem Elektromotor 12 abgewandte Wellenende 35 der Ankerwelle 16 taucht in eine sacklochförmige Ausnehmung 36 des Getriebegehäuses 11 ein und wirkt dort mit einem Dämpfungselement 37 und einer Anlaufscheibe 38 in bekannter Art und Weise zur Aufnahme von Axialkräften auf die Ankerwelle 16 zusammen. Das Wellenende 35 bildet zusammen mit der Ausnehmung 36 eine Abstützeinrichtung 39 für die Ankerwelle 16 aus.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Haltearme 26 bzw. die Lageraufnahmen 27 auf der dem Lagerkörper 29 zugewandten Seite entsprechend der Darstellung der 3 in einem Winkel a von beispielsweise zwischen 120° und 150° zueinander angeordnete, jeweils mit einem Radius r versehene konische Flächen 41, 42 aufweist. Dadurch, dass der Lagerkörper 29 bzw. das Kalottenlager 28, mit Ausnahme in einem mittleren Abschnitt 40, eine sphärisch geformte Außenkontur 43 aufweist, ist der Lagerkörper 29 durch die Lageraufnahmen 25 an zwei, radial umlaufenden, in Richtung der Längsachse 17 der Ankerwelle 16 in einem Abstand a voneinander beabstandeten, linienförmigen Kontaktflächen 44, 45 gehalten.
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Vorzugsweise ist die Anordnung der beiden Kontaktflächen 44, 45 in unbelastetem Zustand des Kalottenlagers 28 derart, dass sich dessen Mittelebene 46, in deren Bereich das Kalottenlager 28 seinen größten Durchmesser aufweist, mittig zwischen den beiden Kontaktflächen 44, 45 befindet.
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Auf der der Aufnahme 30 zugewandten Seite weisen die Lageraufnahmen 27 bzw. Haltearme 26 jeweils parallel zur Längsachse 17 der Ankerwelle 16 verlaufende Anlageflächen 47 zur Anlage an die Aufnahme 30 auf. Die Anlageflächen 47 reichen entsprechend der Darstellung der 3 darüber hinaus zumindest bis in den Bereich der Mittelebene 46 des Kalottenlagers 28, vorzugsweise sogar auf der der Bürstenträgereinrichtung 19 abgewandten Seite noch etwas darüber hinaus. Auf der der Bürstenträgereinrichtung 19 abgewandten Seite der Anlageflächen 47 ist zwischen den Haltearmen 26 der Lageraufnahmen 27 und der Aufnahme 30 jeweils ein radial umlaufender Freiraum 48 ausgebildet, derart, dass bei einer Bewegung des Kalottenlagers 28 in Richtung des Pfeils 49 und einer damit einhergehenden Verschiebung der Kontaktflächen 44, 45 in Richtung auf die der Bürstenträgereinrichtung 19 abgewandten Seite der jeweilige Haltearm 26 im Bereich des Freiraums 48 in radialer Richtung zur Aufnahme 30 hin elastisch deformierbar angeordnet ist. Der Freiraum 48 wird jeweils durch eine entsprechende Geometrie des Haltearms 26 bzw. eine reduzierte Materialdicke bei konstanter Abmessung der Aufnahme 30 ermöglicht.
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Die soweit beschriebene Getriebe-Antriebseinrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, auf eine entsprechende geometrische Ausgestaltung der Haltearme 26 im Bereich des Freiraums 48 zu verzichten, und die Haltearme 26 lediglich mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Flächen 41, 42 auszubilden. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, anstelle von vier Haltearmen 26, eine geringere oder größere Anzahl von Haltearmen 26 vorzusehen, oder ggf. die Haltearme 26 durch eine ringförmige Aufnahme zu ersetzen.
