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Die Erfindung betrifft eine Motorbefestigung für einen Stellmotor in einem Fahrzeug-Heizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimasystem (im Folgenden auch kurz Fahrzeug-Klimasystem genannt), eine Stellmotor-Baugruppe sowie Verfahren zum Befestigen und zum Austauschen eines Stellmotors.
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In modernen Fahrzeugen gibt es vielfältige Einstellungsmöglichkeiten, um den Luftstrom zum und im Fahrzeuginnenraum anzupassen. Dies wird über in Luftkanälen oder Verteilergehäusen angeordnete Klappen erreicht, die je nach gewünschter Temperatur, Intensität oder Verteilung des Luftstroms im Fahrzeuginnenraum in unterschiedliche Stellungen bewegt werden. Das Verstellen der jeweiligen Klappe wird normalerweise durch einen mit der Achse der Klappe verbundenen Stellmotor bewirkt, der außen am Luftkanal oder am Verteilergehäuse angeordnet ist. Als Stellmotor können beispielsweise Schrittmotoren, Servomotoren oder andere geeignete elektrische Antriebe eingesetzt werden.
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Generell wird angestrebt, den Stellmotor mit möglichst geringem Montageaufwand im Fahrzeug-Klimasystem zu fixieren, um insbesondere bei der Serienfertigung Montagezeit einzusparen. Dabei wird zur Fixierung des Schrittmotors möglichst auf Schrauben verzichtet, sodass beispielsweise Rastverbindungen oder Bajonettverschlusssysteme zum Einsatz kommen. Falls jedoch später ein Stellmotor ausgetauscht werden muss, ist es aufwendig, derartige Befestigungen zerstörungsfrei wieder zu lösen, um den alten Motor zu entfernen und einen neuen Motor einzusetzen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Erstmontage eines Stellmotors in einem Fahrzeug-Klimasystem zu ermöglichen und dennoch ein einfaches Auswechseln des Stellmotors zu gewährleisten.
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Dies wird mit einer Motorbefestigung eines Stellmotors in einem Fahrzeug-Heizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimasystem erreicht, mit einem plattenförmigen Träger, auf dem wenigstens ein Fixierstift vorgesehen ist, der vom Träger absteht und der dazu dient, durch eine Durchgangsöffnung des Stellmotors gesteckt zu werden. Der Fixierstift hat einen freien Endabschnitt, der über die Durchgangsöffnung des Stellmotors übersteht und der im montierten Zustand einen radial verdickten Kopf zum axialen Halten des Stellmotors aufweist. Der Kopf ist einstückiger Bestandteil des Fixierstifts. Die Befestigung des Stellmotors erfolgt dabei bei der Erstmontage des Stellmotors vorzugsweise ausschließlich über die Fixierstifte selbst, ohne weitere Steck-, Rast- oder Schraubverbindungen. Die Erstmontage lässt sich so mit wenigen Arbeitsschritten durchführen.
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Der Träger kann ein separates Bauteil sein, kann aber auch in eine Gehäusewand beispielsweise eines Luftkanals oder eines Verteilergehäuses bereits integriert sein.
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Der oder die Fixierstifte sind vorzugsweise einstückig mit dem Träger in einem Spritzgussverfahren aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt.
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Der Fixierstift steht normalerweise senkrecht zur Oberfläche des Trägers.
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Am Übergang zum Träger können am Fixierstift radial abstehende Rippen vorgesehen sein, um die Stabilität des Fixierstifts zu erhöhen.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird der radial verdickte Kopf erzeugt, indem der freie Endabschnitt nach dem Aufstecken des Stellmotors auf den Fixierstift durch einen Umformprozess verformt wird. Vor dem Umformen ist dementsprechend der Durchmesser des freien Endabschnitts noch kleiner als der Durchmesser der Durchgangsöffnung, sodass der Stellmotor einfach auf die Fixierstifte aufgesteckt werden kann. Das Umformen des freien Endabschnitts geschieht vorzugsweise lediglich unter Verwendung des über die Durchgangsöffnung überstehenden Materials des Fixierstifts.
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Nach dem Umformen befindet sich der radial verdickte Kopf vorteilhaft in axialer Richtung so nahe am Rand der Durchgangsöffnung des Stellmotors, dass dieser im Wesentlichen spielfrei am Träger gehalten ist.
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Als Umformprozess wird vorteilhaft ein Warmverformprozess eingesetzt, wobei das Material des Fixierstiftes vorzugsweise ein Thermoplast ist.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kopf zwei in Radialrichtung bewegliche Rastarme, die insbesondere als Rasthaken ausgebildet sein können und die nach dem Aufstecken des Stellmotors einen Rand der Durchgangsöffnung hintergreifen und so den Stellmotor am Träger fixieren. Beide Rastarme erstrecken sich dabei vorzugsweise in der Verlängerung des restlichen Fixierstiftes. Der freie Endabschnitt des Fixierstifts kann beispielsweise in zwei radial nach innen auslenkbare Arme unterteilt sein, die während des Aufsteckens des Stellmotors durch die Innenwand der Durchgangsöffnung aufeinander zu bewegt werden und nach Passieren der Durchgangsöffnung in ihre Ausgangslage zurückschnappen und dann mit einer Rastkante den Rand der Öffnung hintergreifen und so den Stellmotor am Träger fixieren.
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Soll der Stellmotor nach der Erstmontage ausgetauscht werden, so wird vorteilhaft der radial verdickte Kopf vom Fixierstift abgetrennt, sodass der Stellmotor einfach vom Fixierstift abgezogen werden kann.
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Zu diesem Zweck ist der Kopf beispielsweise mit einer unrunden, ein Drehmoment übertragenden Werkzeugangriffsfläche versehen. Diese kann insbesondere eine Mehrkantaußenfläche oder eine Mehrkantinnenfläche sein oder aber auch eine Einstecköffnung für einen Schlitz- oder Kreuz-Schraubendreher. Durch Aufbringen eines Drehmoments durch ein geeignetes Werkzeug, etwa einen Schraubenschlüssel, einen Inbusschlüssel oder einen Schraubendreher, ist es so möglich, den Kopf präzise abzuscheren.
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Hierzu ist es günstig, wenn der Fixierstift eine Sollbruchstelle aufweist, die unterhalb des Kopfes liegt und an der der Kopf vom freien Endabschnitt des Fixierstifts abtrennbar ist. Die Sollbruchstelle sorgt dafür, dass der Fixierstift bei einer gezielten Krafteinwirkung exakt an der vorgesehenen Stelle bricht.
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Der Fixierstift weist bevorzugt eine zentrale Öffnung auf, die in Axialrichtung verläuft und die vor dem Abdrehen des Kopfes geschlossen und danach erst freigelegt wird. Die Sollbruchstelle erstreckt sich folglich bis zumindest zur Sollbruchstelle. Nach dem Abtrennen des radial verdickten Kopfes kann eine Schraube in diese Öffnung eingedreht werden, die den Austausch-Stellmotor am Träger fixiert.
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Vorteilhaft wird die Öffnung durch das Abbrechen oder Abscheren des radial verdickten Kopfes des Fixierstifts an der Sollbruchstelle freigelegt.
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Die Öffnung kann in Axialrichtung zylindrisch verlaufen oder konisch ausgebildet sein, um einen sicheren Eingriff einer Schraube zu gewährleisten. Im nichtumgeformten Fixierstift und bei einem Fixierstift, bei dem der radial verdickte Kopf noch vorhanden ist, endet die Öffnung vorzugsweise trägerseitig an der Sollbruchstelle und erstreckt sich nicht in den restlichen freien Endabschnitt, um ein sauberes Verformen des Endabschnittes zum radial verdickten Kopf sicherzustellen. In Richtung zum Träger kann sich die Öffnung bis zur Oberseite des Trägers erstrecken, sie könnte aber auch vorher bereits enden. Dies ist unter anderem abhängig von der verwendeten Schraubenlänge.
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Um die axiale Positionierung des Stellmotors bezüglich des Trägers zu vereinfachen weist der Fixierstift bevorzugt eine Schulter auf, auf der der Stellmotor aufliegt, wenn er auf den Fixierstift aufgesetzt ist.
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Die Sollbruchstelle liegt vorzugsweise auf Höhe der Schulter, was eine verlässliche Fertigung der Sollbruchstelle erleichtert.
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Normalerweise sind mehrere Fixierstifte mit radial verdicktem Kopf vorgesehen, beispielsweise vier Fixierstifte, die auf beiden Seiten des Stellmotors angeordnet sind und die neben der axialen Fixierung des Stellmotors auch für eine exakte Positionierung des Stellmotors in seitlicher Richtung sorgen.
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Durch die Montage des Stellmotors an einer oben beschriebenen Motorbefestigung ergibt sich eine Baugruppe, bei der der Stellmotor auf die Fixierstifte der Motorbefestigung aufgesetzt ist. Die Fixierstifte ragen durch die Durchgangsöffnung des Stellmotors, wobei die radial verdickten Köpfe den Stellmotor in Axialrichtung am Träger fixieren. Wie oben bereits beschrieben, sind die radial verdickten Köpfe so angeordnet, beispielsweise durch einen Warmumformprozess, der das Material des freien Endabschnitts des jeweiligen Fixierstifts verformt, oder durch die Wahl der Axialposition der Rastkanten der Rastarme, dass der Stellmotor in Axialrichtung im Wesentlichen spielfrei am Träger gehalten ist. Über die horizontale Positionierung durch die Fixierstifte ist auch eine spielfreie Halterung des Stellmotors in seitlicher Richtung gegeben.
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Diese Stellmotor-Baugruppe kann entweder ein separates Bauteil sein, das an ein Gehäuse angesetzt wird, oder der Träger kann, wie oben beschrieben, integraler Bestandteil eines Gehäuses sein.
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Um den Stellmotor an einer oben beschriebenen Motorbefestigung zu befestigen, kann ein Verfahren mit den folgenden Schritten vorgesehen sein:
- – der Stellmotor wird auf den wenigstens einen Fixierstift der Motorbefestigung so aufgesetzt, dass der freie Endabschnitt des Fixierstifts durch die Durchgangsöffnung ragt und
- – der freie Endabschnitt wird zu einem Kopf umgeformt, der einen größeren Durchmesser als die Durchgangsöffnung hat, also radial verdickt ist, um den Stellmotor an der Motorbefestigung zu fixieren.
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Gleichzeitig mit dem Umformen des freien Endabschnitts zum radial verdickten Kopf wird vorteilhaft am Kopf eine Werkzeugangriffsfläche ausgebildet, beispielsweise ein Außen- oder Innenmehrkant, sodass ein Werkzeug mit einem ausreichenden Hebel angreifen kann, um den Fixierstift an der Sollbruchstelle abzutrennen.
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Soll der Stellmotor ausgetauscht werden, der auf wenigstens einem Fixierstift einer oben beschriebenen Motorbefestigung aufgesteckt ist, wobei der freie Endabschnitt des Fixierstifts einen einstückig mit dem Endabschnitt ausgebildeten, radial verdickten Kopf aufweist, der den Stellmotor axial an der Motorbefestigung hält, so können die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- – ein Werkzeug wird an der Werkzeugangriffsfläche am Kopf angesetzt, um den Kopf an einer Sollbruchstelle abzubrechen oder abzuscheren, wobei die zentrale Öffnung im Fixierstift freigelegt wird,
- – der bisherige Stellmotor wird vom Fixierstift abgenommen,
- – ein neuer Stellmotor wird auf den Fixierstift aufgesteckt, und
- – der neue Stellmotor wird mit einer Schraube am Fixierstift befestigt, wobei die Schraube durch die Durchgangsöffnung des Stellmotors hindurch in die zentrale Öffnung des Fixierstifts eingreift.
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Auf diese Weise ist trotz der maschinell erfolgten Erstmontage, die ohne die Verwendung von Schrauben erfolgt, ein einfacher und schneller Austausch des Stellmotors möglich, bei dem eine präzise Positionierung des neuen Stellmotors an der Motorbefestigung gegeben ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Stellmotor-Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform während der erfindungsgemäßen Erstmontage des Stellmotors;
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2 eine erfindungsgemäße Motorbefestigung, wie sie in der Stellmotor-Baugruppe aus 1 verwendet wird;
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3 eine schematische Schnittansicht eines Fixierstiftes der Motorbefestigung aus 2;
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4 die Stellmotor-Baugruppe aus 1 nach dem Umformen der freien Endabschnitte der Fixierstifte gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren;
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5 eine schematische Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Stellmotor-Baugruppe während eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Austausch des Stellmotors;
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6 einen Verfahrensschritt dieses Verfahrens in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
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7 und 8 die Motorbefestigung aus 2 mit einem Austausch-Stellmotor in einer perspektivischen Darstellung und in einer Schnittansicht; und
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9 eine erfindungsgemäße Motorbefestigung mit aufgesetztem Stellmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die 1 bis 8 zeigen eine Stellmotor-Baugruppe 10 sowie eine Motorbefestigung 12 gemäß einer ersten Ausführungsform, während 9 eine Stellmotor-Baugruppe 10' gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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Die Stellmotor-Baugruppe 10 besteht hier aus der Motorbefestigung 12 und einem daran befestigten Stellmotor 14. In diesem Beispiel umfasst der Stellmotor 14 neben dem eigentlichen Antrieb 16, der ein Elektromotor, beispielsweise ein Servo- oder Schrittmotor, sein kann, auch eine Steckerbuchse sowie die restliche elektrische Kontaktierung des eigentlichen Antriebs 16, um diesen mit Strom zu versorgen, sowie ein Gehäuse 18, in dem der Antrieb 16 aufgenommen ist und das mehrere Befestigungselemente an seinem Umfangsrand aufweist, die jeweils eine Durchgangsöffnung 20 umfassen (siehe auch 6). Die Durchgangsöffnungen 20 sind hier am axial oberen Rand des Gehäuses 18 des Stellmotors 14 in zylindrischen Buchsen im Gehäuse 18 ausgebildet (siehe auch 6).
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Die Motorbefestigung 12 umfasst einen plattenförmigen Träger 22, von dem mehrere Fixierstifte 24 abstehen. In diesem Beispiel sind vier einzelne Fixierstifte 24 vorgesehen, die jeweils senkrecht vom Träger 22 abstehen und die über die Fläche des Trägers 22 verteilt sind. Alle vier Fixierstifte 24 sind parallel zueinander ausgerichtet. Alle Fixierstifte 24 sind hier einstückig mit dem Träger 22 in einem Spritzgussverfahren aus einem geeigneten Kunststoff, z.B. einem Thermoplast, ausgebildet.
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Im Träger 22 ist eine Öffnung 26 vorgesehen, durch die im montierten Zustand eine (nicht dargestellte) Achse einer verstellbaren Klappe in einem Luftkanal oder einem Verteilergehäuse eines Fahrzeug-Heizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimasystems ragen kann, die mit dem Antrieb 16 des Stellmotors 14 verbunden ist, wenn der Stellmotor 14 auf der Motorbefestigung 12 montiert ist.
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Die gesamte Motorbefestigung 12 kann bereits in die Wandung eines Bauteils, etwa eines Luftkanals oder eines Verteilergehäuses, integriert sein, kann aber auch als separates Teil gefertigt werden und anschließend an ein Bauteil angesetzt werden.
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Zur Befestigung des Stellmotors 14 auf der Motorbefestigung 12 wird der Stellmotor 14 so auf die Fixierstifte 24 aufgesetzt, dass diese durch die Durchgangsöffnungen 20 ragen. Die Fixierstifte 24 sorgen für eine exakte seitliche Positionierung des Stellmotors 14, sodass eine durch die Öffnung 26 des Trägers 22 ragende Achse exakt in Eingriff mit einem Antriebsritzel des Antriebs 16 kommt.
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Jeder Fixierstift 24 weist eine Schulter 28 auf, auf der der Stellmotor 14 aufliegt, sodass auch die axiale Position des Stellmotors 14 bezüglich der Motorbefestigung 12 exakt vorgegeben ist..
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Am Übergang zum Träger 22 sind an jedem Fixierstift 24 mehrere radial abstehende, dreieckige Stützrippen 30 vorgesehen, die zur Erhöhung der seitlichen Stabilität des Fixierstifts 24 dienen. Die Stützrippen 30 enden axial unterhalb der Schulter 28 und kommen nicht in Kontakt mit dem Stellmotor 14.
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Oberhalb der Schulter 28 verjüngt sich der Fixierstift 24, sodass sein Durchmesser kleiner ist als der der Schulter 28, und bildet einen massiven, freien Endabschnitt 32. Dieser ist zunächst bei der Erstmontage eines Stellmotors 14 so lang, dass er deutlich über einen axial oberen Rand der Durchgangsöffnung 20 des Stellmotors 14 hinausragt, wie in 1 zu erkennen ist. Der freie Endabschnitte 32 verjüngt sich zu seinem freien Ende hin, ist aber ansonsten zylindrisch.
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Im Inneren des Fixierstifts 24 verläuft von der Schulter 28 bis hin zur Oberfläche des Trägers 22 eine zentrale Öffnung 34 mit zylindrischem oder sich konisch zum Träger 22 hin verjüngenden Durchmesser, deren Aufgabe später noch beschrieben wird.
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Nachdem der Stellmotor 14 auf die Fixierstifte 24 aufgesetzt wurde und somit seine endgültige Position sowohl in axialer Richtung A als auch senkrecht dazu in seitlichen Richtungen eingenommen hat, werden die freien Endabschnitte 32 der Fixierstifte 24 durch ein geeignetes (nicht dargestelltes) Werkzeug in einem Warmumformprozess so umgeformt, dass sie die Form eines radial verdickten Kopfes 36 annehmen. Der Durchmesser des Kopfes 36 ist größer als der der Durchgangsöffnung 20, sodass der Stellmotor 14 nicht mehr nach oben von den Fixierstiften 24 abgehoben werden kann. Der Kopf 36 wird axial so nah am oberen Rand der Durchgangsöffnung 20 ausgebildet, dass der Stellmotor 14 in Axialrichtung A im Wesentlichen spielfrei an der Motorbefestigung 12 fixiert ist.
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Nach diesem Schritt ist die Montage des Stellmotors 14 an der Motorbefestigung 12 beendet, und die Stellmotor-Baugruppe 10 ist fertiggestellt.
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Am radial verdickten Kopf 36 wird während des Umformens eine Werkzeugangriffsfläche 38 ausgebildet, hier in Form eines Außensechskants.
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Soll nach der Erstmontage der Stellmotor 14 im Fahrzeug-Klimasystem ausgetauscht werden, so wird ein geeignetes Werkzeug an der Werkzeugangriffsfläche 38 des Kopfs 36 angesetzt und über dessen Hebelwirkung der Kopf 36 vom restlichen Fixierstift 24 abgeschert oder abgebrochen (angedeutet in 6).
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Der Fixierstift 24 weist eine Sollbruchstelle 40 auf, die hier im Bereich der Schulter 28 angeordnet ist. An dieser Stelle reißt oder bricht das Material des Fixierstiftes 24, und der Kopf 36 kann zusammen mit dem einstückig daran hängenden Rest des freien Endabschnitts 32 entfernt werden. Dies ist in den 5 und 6 dargestellt. Durch das Entfernen des Kopfes 36 wird die zentrale Öffnung 34 im Inneren des Fixierstifts 24 zugänglich.
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Der alte Stellmotor 14 kann nun von den Fixierstiften 24 und der Motorbefestigung 12 abgehoben werden, und ein neuer Stellmotor 14 wird auf die Fixierstifte 24 so aufgesetzt, dass die Durchgangsöffnungen 20 auf den Schultern 28 der nun verkürzten Fixierstifte 24 aufliegen. Dies zeigen die 7 und 8.
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Zur Befestigung des neuen Stellmotors 14 wird nun eine Schraube 42 durch die Durchgangsöffnung 20 gesteckt und in die zentrale Öffnung 34 eingeschraubt. Der Innendurchmesser der zentralen Öffnung 34 ist dabei natürlich so gewählt, dass die Schraube sicher greifen kann. Da die Motorbefestigung 12 inklusive der Fixierstifte 24 aus einem Kunststoff gespritzt ist, können sich die Schrauben 42 in die Wandung der zentralen Öffnung 34 schneiden und finden so sicheren Halt im Fixierstift 24. Auf diese Weise ist der ausgetauschte Stellmotor 14 durch Schraubverbindungen an allen vorhandenen Fixierstiften 24 sicher an der Motorbefestigung 12 fixierbar.
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9 zeigt eine zweite Ausführungsform. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform haben die Fixierstifte 24' anstelle eines zunächst zylindrischen, geradlinig verlaufenden Endabschnitts 32 bereits einen an ihrem oberen Ende ausgebildeten radial verdickten Kopf 36'.
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Der Kopf 36' besteht aus zwei Rastarmen 50, 52, die sich beide in Axialrichtung A erstrecken und die radial aufeinander zu verschwenkbar sind. Die Rastarme 50, 52 haben an ihrem oberen Ende jeweils eine Abschrägung 54 und an ihrem axial unteren, also zum Träger 22 gerichteten Ende, eine Rastfläche 56, die radial über den (nicht dargestellten) axial anschließenden Bereich des Fixierstifts 24' übersteht.
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Bei der Erstmontage des Stellmotors 14 wird dieser mit den Durchgangsöffnungen 20 auf die Köpfe 36' der Fixierstifte 24' aufgesetzt und in Richtung zum Träger 22 geschoben. Dabei werden die beiden Rastarme 50, 52 radial nach innen aufeinander zu gedrückt, sodass sich der Durchmesser des Kopfes 36' zeitweise verringert und die Durchgangsöffnungen 20 den Kopf 36' passieren können. Nachdem der axial obere Rand der Durchgangsöffnung 20 die Rastflächen 56 wieder freigegeben hat, schnappen die Rastarme 50, 52 radial wieder auseinander, und die Rastflächen 56 übergreifen den Rand der Durchgangsöffnung 20. Auf diese Weise ist mittels einer einzigen Einschubbewegung der Stellmotor 14 fest und spielfrei an der Motorbefestigung 12' fixiert.
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Soll der Stellmotor 14 ausgetauscht werden, so wird der Kopf 36' mit einem geeigneten Werkzeug entfernt, beispielsweise indem ein Schraubendreher in den Spalt zwischen den Rastarmen 50, 52 eingebracht und ein Drehmoment aufgewendet wird, das die Rastarme 50, 52 abbricht oder abschert. Der Spalt dient dabei als Werkzeugangriffsfläche 38‘.
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Auch in diesem Fall ist auf Höhe der Schulter 28 unterhalb der Rastfläche 56 eine Sollbruchstelle vorgesehen (hier nicht separat dargestellt), an der die Rastarme 50, 52 abbrechen. Wie im vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine zentrale Öffnung im Inneren des Fixierstifts 24' zugänglich, in die nach dem Abnehmen des alten Stellmotors 14 und Aufsetzen eines neuen Austausch-Stellmotors 14 Schrauben eingedreht werden, um den neuen Stellmotor 14 an den Resten der Fixierstifte 24' zu befestigen.
