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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagerinnenring für einen Kupplungsaktor, wie bspw. ein modularer Kupplungsaktor (MCA), mit bspw. einem Planetenwälzgewindetrieb, der mit einer Hülse zur Aufnahme einer eine Bremswirkung relativ zu einem feststehenden Teil hervorrufenden Schlingfeder drehmomentübertragend verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Kupplungsaktor für eine Kraftfahrzeugbaugruppe mit einem Planetenwälzgewindetrieb, welcher in einem Gehäuse aufgenommen und gelagert ist und einen E-Motor mit einem Rotor und einem Stator aufweist, wobei der Rotor über ein Rotorlager gegenüber dem Stator relativ verdrehbar angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Fertigungsverfahren zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem erfindungsgemäßen Innenring eines Lagers und einer Hülse.
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Aus der
DE 10 2016 222 149 A1 ist ein Aktor bekannt, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, mit einem drehmomentübertragenden Eingangselement, vorzugsweise einem Rotor, einer Spindel oder Ähnlichem, mit einem Drehmoment oder eine Linearkraft übertragenden Ausgangselement, wie z.B. einer Spindel oder ein Spindelmutter oder Ähnlichem und mit einer Einheit zur Umwandlung einer Drehbewegung in einer Linearbewegung, welche zumindest bereichsweise von einer Hülse umgeben ist und wobei zur Beeinflussung des Wirkungsgrades bei einer Relativdrehung der unterschiedlichen Bauteile ein Reibelement zwischen einem rotatorisch angetriebenen und einem gestellfesten / gehäusefesten Bauteil des Aktors angeordnet ist, wobei hier das Reibelement außerhalb der Hülse angeordnet ist.
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Die noch nicht veröffentlichte
DE 10 2016 219 461 A1 offenbart einen hydrostatischen Aktor für eine Kraftfahrzeugbaugruppe, mit einem Gehäuse, das zusammen mit einem axial verschieblichen Kolben zur Druckbeaufschlagung eines Hydraulikfluids einen Druckraum ausbildet, der über eine Betätigungsleitung mit einem Aktivierungsorgan in Verbindung steht und der über zumindest eine Schnüffelöffnung, die wahlweise geöffnet oder geschlossen ist, dazu vorbereitet ist, mit einem Ausgleichsvolumen zum Volumenausgleich und zur Entlüftung zu kommunizieren, wobei der Kolben mit einem axial verlagerbaren Druckzylinder gekoppelt ist, dessen Axialbewegung ein selektives Öffnen oder Schließen der Schnüffelöffnung bewirkt. Weiterhin offenbart diese Druckschrift eine Kraftfahrzeugbaugruppe, in der ein solcher Aktor verbaut ist.
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Die
DE 10 2014 213 887 A1 zeigt eine Reibkupplung mit Betätigungssystem. Das Betätigungssystem weist ein Betätigungslager auf, dessen Innenlagerring mit Krallen in Vertiefungen eines hülsenförmigen Lagerträgers eingreift.
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Bisher wird die Verbindung zwischen dem Lagerinnenring eines Rotorlagers mit einer Schlingfeder bzw. Doppelschlingfeder durch eine axiale Überlappung des Innenlagerrings mit einer Schlingfederhülse erreicht, wobei die Verbindung derzeit mittels eines Presssitzes realisiert ist. Dies hat jedoch den Nachteil, dass ein solcher Presssitz zur Folge haben kann, dass das Lagerspiel des Rotorlagers oder die Innenringtoleranzen der Kugellaufbahn beeinflusst werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere eine Verbindung ohne einen radialen Presssitz herstellen zu können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Lagerinnenring mit einer Hülse erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lagerinnenring und die Hülse über Material des einen Partners, das in von Vorsprüngen des anderen Partners gebildeten Hinterschnitte verlagert ist, formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Somit ist durch einen einfachen Prozess die Verbindung von zwei kostengünstigen Teilen ohne Zusatzteil ermöglicht. Darüber hinaus wird so vermieden, dass das Lagerspiel oder die Innenringtoleranzen der Kugellaufbahn beeinflusst werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Vorsprünge des einen Partners in Axialrichtung distal abstehen und/oder in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine kronenartige Kontur, die mit entsprechenden Gegenkonturen des anderen Partners einfach in Eingriff gebracht werden kann, um eine drehfeste Verbindung herzustellen.
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Erfindungsgemäß sind die Vorsprünge des einen Partners schwalbenschwanzartig ausgebildet. Die Schwalbenschwanzform bilden sie in Axialrichtung gesehen aus, wodurch die Vorsprünge an ihrem nicht-freien Ende Hinterschnitte ausbilden.
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Für die Verbindung des Lagerinnenrings mit der Hülse ist es von Vorteil, wenn die Vorsprünge des einen Partners in Öffnungen des anderen Partners eingreifen. Die Öffnungen des anderen Partners stellen hierbei vorzugsweise geschlossene Konturen dar. Durch ein solches, schlüssel-schloss-artiges Verbindungsprinzip ist es einfach, die beiden Partner miteinander zu verbinden. Dadurch kann im Montageprozess die benötigte Montagezeit reduziert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der eine Partner der Lagerinnenring und der andere Partner die Hülse ist oder in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, dass der eine Partner die Hülse und der andere Partner der Lagerinnenring ist.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Schwalbenschwanzform der Vorsprünge so ausgebildet ist, dass die Hinterschnitte Aussparungen ausbilden, die sich in Umfangsrichtung hinter Kopfbereiche der Vorsprünge erstrecken. Diese Aussparungen können im Verbindungsprozess dazu genutzt werden, die formschlüssige Verbindung der beiden Partner miteinander herzustellen.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn die formschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerinnenring und der Hülse mittels Verprägen von Material der Hülse in die Aussparungen hinein bewirkt ist. Bei dem Verprägen fließt Material der Hülse in die von den Hinterschnitten ausgebildeten Aussparungen, die sich in Umfangsrichtung hinter den Kopfbereichen der Vorsprünge erstrecken.
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Bezüglich des Kupplungsaktors für eine Kraftfahrzeugbaugruppe, wird die Erfindung dadurch gelöst, dass das Rotorlager einen Innenring mit einer daran angebrachten Hülse aufweist.
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Das Fertigungsverfahren zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Innenring eines Lagers und einer Hülse umfasst zumindest die nachfolgend genannten Schritte, wobei die genannte Reihenfolge nicht zwingend erforderlich ist: Eingreifen der Hinterschnitte ausbildenden Vorsprünge des einen Partners in Öffnungen des anderen Partners und (Ver-) Prägen des Materials des anderen Partners in die Hinterschnitte der Vorsprünge des einen Partners mit Hilfe eines Stempels, wobei das Material des einen Partners in die Bereiche der Hinterschnitte fließt.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Stempel derart ausgebildet ist, dass er beim Prägen zusammen mit der Form der Hinterschnitte eine Zentrierung des Innenrings bewirkt. Dadurch werden die Ausrichtung und die formschlüssige Verbindung beider Partner zueinander bzw. miteinander durch einen Verfahrensschritt umgesetzt.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass ein Innenring als Stanzteil herstellbar ist bzw. hergestellt wird und durch Radialstanzen ein Hinterschnitt erzeugt wird. Die Hülse (oder der Innenring) kann, falls sie gehärtet werden muss, lokal angelassen werden. Dieser weiche Bereich wird durch einen Stempel axial in die harte Gegenform des Innenrings geprägt. Die Geometrien von dem Stempel und der Gegenform sind so gestaltet, dass durch eine axiale Bewegung von dem geprägten Werkstoff eine Zentrierung des Innenrings erfolgt und anschließend der Hinterschnitt am Innenring befüllt wird. Ein „Schneiden“ bzw. ein Verlagern oder Verformen des Werkstoffs der Hülse und ein Winkel an dem Stempel bewirken den Materialfluss an dem Hinterschnitt auf dem Innenring. Somit ist durch einen einfachen Prozess die Verbindung von zwei kostengünstigen Teilen ohne Zusatzteil ermöglicht. Die Verbindung der Hülse mit einem gehärteten Kugellagerinnenring soll eine Übertragung von 1,6 Nm und eine maximale Axialkraft von 150 N (radiale und axiale Halterung) aushalten und diese mit einem geringen Positionsfehler auf ein Kunststoffteil übertragen. Da diese Verbindung an einem Lager ist, soll dafür gesorgt werden, dass das Lagerspiel oder die Innenringtoleranzen der Kugellaufbahn nicht beeinflusst werden.
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Man kann also auch sagen, dass eine Verbindung einer Hülse auf einen Lagerinnenring ohne Presssitz ermöglicht werden soll. Hierfür ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Hülse über Vorsprünge mit dem Innenring verbunden wird. Die Vorsprünge weisen Hinterschnitte auf. In einem Prägeverfahren kann dann Material der Hülse in diese Aussparungen des Innenrings fließen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kupplungsaktors;
- 2 eine perspektivische Darstellung des Kupplungsaktors aus 1 im zusammengebauten Zustand, wobei dieser im Bereich der Verbindung zwischen einem erfindungsgemäßen Lagerinnenring und einer erfindungsgemäßen Hülse geschnitten dargestellt ist;
- 3 die Detailansicht aus 2 in vergrößerter Darstellung;
- 4 das Rotorlager mit darin aufgenommenem Planetenwälzgewindetrieb in perspektivischer Darstellung;
- 5 die Hülse in perspektivischer Darstellung;
- 6 das Rotorlager mit darin eingebautem Planetenwälzgewindetrieb und der Hülse in einer Längsschnittdarstellung;
- 7 die beiden Baugruppen aus 6 in zusammengestecktem Zustand;
- 8 eine andere perspektivische und geschnittene Darstellung der zusammengesteckten Baugruppen;
- 9 eine perspektivische Darstellung des Lagerinnenrings;
- 10 ein Teilbereich der Hülse in perspektivischer und vergrößerter Darstellung;
- 11 das Rotorlager mit daran montierter Hülse, wobei ein Prägewerkzeug angedeutet ist; und
- 12 eine Detailansicht des Bereichs der Vorsprünge bzw. Öffnungen, welche das Fließen des Materials in die Hinterschnitte verdeutlicht.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.
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9 zeigt einen Lagerinnenring 1 in perspektivischer Darstellung, wie er bspw. in einem Kupplungsaktor 2, der in 1 in Explosionsdarstellung und in 2 im zusammengebauten Zustand abgebildet ist, eingesetzt wird. Wie in 2 und 3 zu erkennen, ist der Lagerinnenring 1 im montierten Zustand mit einer Hülse 3 (siehe auch 5) über Vorsprünge 4, die am Lagerinnenring 1 so ausgebildet sind, dass sie Hinterschnitte 5 bilden, die in Öffnungen 6 der Hülse 3 eingreifen, verbunden.
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Mit Bezug zu 1 wird der Aufbau des Kupplungsaktors 2 kurz beschrieben. Der Kupplungsaktor 2 weist einen Planetenwälzgewindetrieb (PWG) 9 auf, bei dem ein über einen E-Motor (nicht dargestellt) eingeleitetes Drehmoment in eine Linearbewegung einer Spindel 7 umgewandelt wird. Hierzu ist ein Rotorlager 8 (siehe 2 oder 4) drehfest mit einem Rotor des E-Motors (nicht gezeigt) verbunden. Der Planetenwälzgewindetrieb 9 (siehe auch 6) weist mehrere (hier fünf) Planetenrollen 10 auf, die um ihre eigene Längsachse drehbar in einem ersten Planetenrollenträger 11 und einem zweiten Planetenrollenträger 12 gelagert sind. Die Planetenrollenträger 11, 12 sind drehfest mit dem Rotorlager 8 verbunden. Die Planetenrollen 10 kämmen einerseits mit einem feststehenden Hohlrad 13 und andererseits mit der Spindel 7, wodurch die Spindel in eine Linearbewegung versetzt wird. Das Rotorlager 8 ist in der hier dargestellten Ausführungsform als ein Wälzlager, insbesondere als ein Kugellager ausgeführt und weist den Lagerinnenring 1, einen Lageraußenring 14, einen Käfig 15 sowie als Kugeln 16 ausgebildete Wälzkörper 17 auf.
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2 zeigt den Kupplungsaktor 2 in perspektivischer Darstellung im zusammengebauten Zustand, wobei im Bereich der Verbindung des Lagerinnenrings 1 mit der Hülse 3 geschnitten wurde. Der Bereich der Verbindung zwischen dem Lagerinnenring 1 und der Hülse 3 ist in 3 vergrößert dargestellt. Hier ist im Vergleich zu 2 noch besser zu erkennen, dass die Verbindung zwischen dem Lagerinnenring 1 und der Hülse 3 über den Vorsprung 4, welcher in die Öffnung 6 eingreift, ausgebildet ist.
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Der Vorsprung 4 ist schwalbenschwanzförmig ausgebildet, d.h. sein axial freies Ende ist breiter ausgebildet, bzw. der Vorsprung 4 verjüngt sich in Richtung des Lagerinnenrings 1 hin, sodass die Hinterschnitte 5 Aussparungen 18 ausbilden, die sich in Umfangsrichtung des Lagerinnenrings 1 gesehen hinter Kopfbereiche 19 der Vorsprünge 4 erstrecken. In 3 ist auch sehr gut zu erkennen, dass Material der Hülse 3 beim Verprägen der Hülse 3 mit dem Lagerinnenring 1 so verformt bzw. verschoben oder geprägt wird, dass es in die Bereiche der Aussparungen 18 hinter den Kopfbereichen 19 der Vorsprünge 4 hinein fließt und somit eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerinnenring 1 und der Hülse 3 hergestellt wird.
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In 5 ist die Hülse 3 in perspektivischer Darstellung gezeigt. In der hier gezeigten Ausführungsform weist die Hülse 3 drei über den Umfang gleich verteilte Öffnungen 6 auf, die in ihrer Umfangsposition und Anzahl den an dem Lagerinnenring 1 vorgesehenen Vorsprüngen 4 (siehe z.B. 3) entsprechen. Die Öffnungen 6 bilden eine geschlossene Kontur und sind hantel- bzw. I-trägerförmig ausgebildet. Diese Form hat sich als besonders vorteilhaft für den anschließenden Prägeschritt gezeigt.
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Darüber hinaus weist die Hülse 3 Aussparungen 20 auf, welche für sich allein betrachtet keine geschlossene Kontur darstellen, sondern U-förmig ausgebildet sind und in eine Mittelöffnung 21 der Hülse 3 übergehen. Die Aussparungen 20 dienen dazu, die Hülse 3 am zweiten Planetenrollenträger 12 (siehe 4) auszurichten. Hierfür weist der zweite Planetenrollenträger 12 Vorsprünge 22 auf, die in Anzahl und Position den Aussparungen 20 an der Hülse 3 entsprechen.
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Die Positionierung der Hülse 3 über die Vorsprünge 22 am zweiten Planetenrollenträger 12 wird nochmals über den Pfeil in Umfangsrichtung U und dem Pfeil in Axialrichtung A in 6 verdeutlicht.
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In 11 ist das Rotorlager 8 mit daran montierter Hülse 3 in einer teilweise geschnittenen Längsansicht dargestellt. Im Bereich des Lagerinnenrings 1 sind Halterungen 23 dargestellt, in die das Rotorlager 8 eingesetzt ist, um während des Prägeschritts fixiert zu sein.
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Im Bereich der Hülse 3 ist ein Werkzeug 24 zum Verprägen des Materials der Hülse 3 angedeutet. Das Werkzeug 24 weist eine Halterung 25 sowie zwei verfahrbare Stempel 26 auf, die an ihrem einen axialen Ende in einem bestimmten Winkel angefast sind. Durch die Fase 27 wird das Material der Hülse zunächst von der Spitze 28 des Stempels 26 in Richtung der Hinterschnitte 5 verschoben, verprägt oder auch „geschnitten“ und mit Hilfe der Fase 27 in die Bereiche der Aussparungen 18, die sich bis hinter die Kopfbereiche 19 der Vorsprünge 4 erstrecken, hinein fließt. Das Ergebnis dieses Verprägens wird auch nochmals in vergrößerter Darstellung in 3 und 12 ersichtlich.
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Aus 11 wird ersichtlich, dass die Stempel 26 spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse in Axialrichtung eines jeden Vorsprungs 4 ausgebildet sind. Die Anzahl der Werkzeuge 24 ist passend zu der Anzahl der Vorsprünge 4, und entspricht in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel drei. Die Stempel 26 und die die Aussparungen 18 ausbildenden Hinterschnitte 5 sind in der hier gezeigten Ausführungsform geometrisch so ausgelegt, dass das Material der Hülse 3 durch das Verprägen eine axiale Bewegung erfährt, die dazu genutzt werden kann, den Lagerinnenring 1 bezüglich der Hülse 3 zu zentrieren.
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Die Hinterschnitte 5 an den Vorsprüngen 4 werden durch ein Radialstanzen des Lagerinnenrings 1 erzeugt, wodurch im Gesamten eine Kronenförmigkeit an dem axialen Ende des Lagerinnenrings 1 erzeugt wird. Unter einem Radialstanzen wird hierbei verstanden, dass die Kronenförmigkeit an dem einen axialen Ende das Lagerinnenrings 1 erzeugt wird, indem sich von radial außen mehrere kreissegmentförmige Stanzen in Radialrichtung nach innen weisend auf den Lagerinnenring zu bewegen und somit die Hinterschnitte 5 erzeugt werden können.
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Auch die Vorsprünge 4 sind spiegelsymmetrisch zu ihrer Mittelachse in Axialrichtung ausgebildet und der Lagerinnenring 1 weist Aussparungen 29 auf, in die die Vorsprünge 22 des zweiten Planetenrollenträgers 12 eingreifen und somit die drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Lagerinnenring 1 und dem zweiten Planetenrollenträger 12 umgesetzt ist.
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10 zeigt einen vergrößert dargestellten Teilbereich der Hülse 3, in der eine der Öffnungen 6 abgebildet ist. Aufgrund technischer Voraussetzungen, wie. bspw. Belastbarkeit etc. kann die Hülse 3 gehärtet werden. Um den Vorgang des Verprägens weiterhin einfach durchführen zu können, kann die gehärtete Hülse 3 hierfür im Bereich der Öffnungen 6 lokal angelassen werden. Dadurch ist das Material im Bereich der Öffnungen 6 weicher und lässt sich somit leichter „verschieben“ bzw. fließt somit leichter in die Hinterschnitte 5, um so die formschlüssige Verbindung herzustellen. Für eine verbesserte Belastbarkeit oder auch eine verlängerte Lebensdauer können auch weitere Teilbereiche oder Komponenten, wie bspw. die Vorsprünge 4 des Lagerinnenrings 1, gehärtet werden.
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Die 7 und 8 verdeutlichen nochmals, dass die Hülse 3 neben der formschlüssigen Verbindung mit dem Lagerinnenring 1 auch zur drehfesten Verbindung mit dem zweiten Planetenrollenträger 12 verwendet werden kann.
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Mit Bezug zu 3 bzw. 12 wird die Form der Hinterschnitte 5 genauer beschrieben. In den 3 und 12 ist zu erkennen, dass die Aussparungen 18 hinter den Kopfbereichen 19 der schwalbenschwanzförmigen Vorsprünge 4 symmetrisch zur einer Mittel-/Längsachse der Vorsprünge 4 ausgebildet sind. Hierbei sind Rundungsradien vorgesehen, die das Einfließen des Materials der Hülse 3 beim Verprägen erleichtern. Diese müssen dabei so ausgelegt sein, dass sie weit genug hinter den Kopfbereich 19 hineinragen, um eines formschlüssige Verbindung sicherstellen zu können und gleichzeitig nur so weit hinter den Kopfbereich 19 reichen, dass das Material der Hülse 3 beim Verprägen so in die Aussparungen 18 hinein fließt, dass diese vollständig mit dem Material der Hülse 3 ausgefüllt sind. Das bedeutet, dass sich im Idealfall keinerlei Hohlräume oder Leerstellen zwischen dem Material der Hülse 3 und den Aussparungen 18 ausbilden.
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In 12 ist mit gestrichelter Linie die ursprüngliche Form der Öffnungen 6 angedeutet, bevor das Material der Hülse 3 durch das Verprägen in die Aussparungen 18 der Hinterschnitte 5 „gedrückt“ oder „verschoben“ wird.
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In 3 ist zu erkennen, dass das Material der Hülse 3 an einem in 3 radial äußeren Bereich der Öffnung 6 entlang einer geraden Linie verschoben wird, was in der Darstellung einem Schnitt ähnlich sieht. Daher kann auch davon gesprochen werden, dass das Material der Hülse 3 durch die Stempel 26 in diesem Bereich „geschnitten“ wird, wobei zu beachten ist, dass das Material nicht wirklich geschnitten (oder gar abgetrennt) wird, sondern lediglich verschoben oder verprägt wird.
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Noch mal mit Bezug zu 11 wird aus dieser ersichtlich, dass die Form der Stempel 26 mit der Fase 27 dazu führt, dass das Material der Hülse 3 zunächst durch die Spitze 28 in Axialrichtung verschoben wird und anschließend mit der gesamten Fase 27 in Kontakt kommt und durch deren angestellte Form wird das Material der Hülse dann anschließend oder zusätzlich auch schräg radial nach innen, und somit in die Aussparungen 18 hinter den Kopfbereichen 19 der Vorsprünge 4 geschoben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerinnenring
- 2
- Kupplungsaktor
- 3
- Hülse
- 4
- Vorsprung
- 5
- Hinterschnitt
- 6
- Öffnung
- 7
- Spindel
- 8
- Rotorlager
- 9
- Planetenwälzgewindetrieb
- 10
- Planetenrolle
- 11
- erster Planetenrollenträger
- 12
- zweiter Planetenrollenträger
- 13
- Hohlrad
- 14
- Lageraußenring
- 15
- Käfig
- 16
- Kugel
- 17
- Wälzkörper
- 18
- Aussparung
- 19
- Kopfbereich
- 20
- Aussparung
- 21
- Mittelöffnung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Halterung
- 24
- Werkzeug
- 25
- Halterung
- 26
- Stempel
- 27
- Fase
- 28
- Spitze
- 29
- Aussparung
- A
- Pfeil in Axialrichtung
- U
- Pfeil in Umfangsrichtung
