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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Spindelantriebs.
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Aus der
DE 10 2016 203 639 A1 der Anmelderin ist ein Spindelantrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der bekannte Spindelantrieb ist Bestandteil eines Komfortantriebs in Form eines Sitzverstellungsantriebs zur (Längs-)Verstellung eines Sitzes. Der Spindelantrieb weist einen Elektromotor als Antriebsmotor auf, der mit einem Getriebegehäuse verbunden ist. Innerhalb des Getriebegehäuses ist ein mit einem Abtriebselement des Elektromotors kämmendes Schneckenrad als Antriebselement drehbar gelagert, welches wiederum drehfest mit einer Spindel verbunden ist. Die Spindel ragt beidseitig aus dem Getriebegehäuse heraus und ist durch das Schneckenrad bzw. das Antriebselement um ihre Längs- bzw. Drehachse drehbar. Auf einem Spindelgang der Spindel ist eine Spindelmutter in Bezug zur Drehachse der Spindel drehfest angeordnet, wobei die Spindelmutter wiederum zumindest mittelbar mit dem zu verstellenden Element (Sitz) verbunden ist.
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Bei einer Drehung der Spindel in die eine oder andere Drehrichtung wird die Spindelmutter in Längsrichtung der Spindel bewegt und sorgt dadurch für die gewünschte Verstellung des Sitzes. Wesentlich für die Übertragung der Verstellkräfte auf den Sitz bzw. die Spindelmutter ist, dass das Antriebselement (Schneckenrad) drehfest mit der Spindel verbunden ist. Hierzu ist es beim Stand der Technik vorgesehen, dass das als Spritzgussteil ausgebildete Antriebselement (Schneckenrad) an dem entsprechenden Abschnitt der Spindel während des Fertigungsprozesses des Antriebselements durch Einlegen der Spindel in ein Spritzgusswerkzeug angespritzt wird. Eine derartige Fertigungsmethode sorgt zwar für die benötigte drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebselement bzw. Schneckenrad und der Spindel, hat jedoch während des Montageprozesses des Spindelantriebs den Nachteil, dass die je nach Anwendungsfall eine relativ große Länge aufweisende Spindel durch eine Vielzahl von Fertigungsstationen des Spindelantriebs durchgeschleust werden muss. Dies hängt damit zusammen, dass die Montage des Antriebselements bzw. des Schneckenrads in dem Getriebegehäuse zu einem relativ frühen Zeitpunkt der Fertigung des Spindelantriebs erfolgt. Das dadurch erforderliche Handling der Spindel zwischen den einzelnen, der Montage des Antriebselements in dem Getriebegehäuse nachfolgenden Montageplätzen ist relativ aufwendig. Weiterhin ist alleine schon die Fertigung des Antriebselements durch Anspritzen an den entsprechenden Wellenabschnitt der Spindel insofern relativ aufwendig, als dass bereits zu diesem Zeitpunkt relativ lange Spindeln während der Fertigungsprozesse der Antriebselemente gehandhabt werden müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Spindelantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein modifizierter und vereinfachter Montageprozess des Spindelantriebs ermöglicht wird. Insbesondere lässt sich ein Montageprozess des Spindelantriebs realisieren, bei dem die Spindel zu einem sehr späten Zeitpunkt mit dem Antriebselement bzw. dem Schneckenrad verbunden wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Montage des Antriebselements bzw. des Schneckenrads in dem Getriebegehäuse ohne Spindel erfolgen kann und die so geschaffene Baueinheit weiteren Montageschritten zugeführt werden kann, wobei auch diese Montageschritte und somit das Handling der Baueinheit ohne die Spindel erfolgen. Weiterhin entfällt auch das beim Stand der Technik übliche Herstellen des Antriebselements (Scheckenrad) durch Anspritzen an den entsprechenden Abschnitt der Spindel, wodurch auch das relativ aufwendige Handling der Spindel während des Spitzprozesses nicht erforderlich ist.
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Zur Erzielung der oben genannten Vorteile schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass das Antriebselement (Scheckenrad) als ein von der Spindel separates und mit dieser durch eine Relativbewegung zur Spindel verbindbares Bauteil ausgebildet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Antriebselement (Schneckenrad) separat von der Spindel, insbesondere durch Spritzgießen, vorab erzeugt bzw. hergestellt wird und erst in dem gefertigten Zustand (nachträglich) mit der Spindel verbunden wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Spindelantriebs sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Konkret ist es in einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung von Spindel und Antriebselement vorgesehen, dass die Spindel aus Stahl und das Antriebselement aus Kunststoff besteht und als Spitzgussteil ausgebildet ist, wobei das Antriebselement eine mit dem Spindelgang der Spindel zusammenwirkende Gegengeometrie in Form eines Innengewindes aufweist.
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Zur drehfesten Verbindung der Spindel mit dem Antriebselement bestehen grundsätzlich unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise je nach zu übertragendem Drehmoment denkbar, die Verbindung zwischen der Spindel und dem Antriebselement über eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Klebeverbindung zu realisieren. Aus Gründen des einfacheren Montageprozesses bzw. der Möglichkeit, auf einen derartigen Hilfsstoff (Klebstoff) verzichten zu können, sieht es jedoch eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Spindel vor, dass die Spindel in einem axialen Überdeckungsbereich mit dem Antriebselement über den Umfang des Kopfdurchmessers des Spindelgangs ragende Halteabschnitte aufweist. Eine derartige konstruktive Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, das Antriebselement (Schneckenrad) in Art einer Mutter zunächst über den axialen Bereich der Spindel mit dieser zu verbinden, an dem keine (drehfeste) Befestigung mit der Spindel vorgesehen ist. Die Verbindung mit der Spindel erfolgt dann in dem Bereich, in dem die Spindel die über den Umfang des Kopfdurchmessers ragenden Halteabschnitte aufweist.
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Derartige Halteabschnitte zeichnen sich dadurch aus, dass sich beim Aufdrehen bzw. beim axialen in Überdeckung bringen des Antriebselements mit dem Spindelgang der Spindel die Halteabschnitte in das Material (Kunststoff) des Antriebselements eingraben und dadurch für eine kraftschlüssige Verbindung sorgen. Je nach zu übertragendem Drehmoment bzw. Anforderungen können diese Halteabschnitte beispielsweise so ausgestaltet sein, dass in beide Drehrichtungen des Antriebselements die entsprechenden Drehmomente auf die Spindel übertragen werden können.
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Eine wiederum konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Halteabschnitte sieht vor, dass die Halteabschnitte als einstückig an dem Spindelgang ausgebildete rampenförmige Erhebungen ausgebildet sind. Diese rampenförmige Erhebungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Orientierung der Erhebungen in Umfangsrichtung der Spindel betrachtet gleich ist, und dass die Erhebungen am Ende der Rampe jeweils eine Stufe in Richtung zum Kopfgrund des Spindelgangs aufweisen. Eine derartige konstruktive Ausgestaltung der Erhebungen hat insbesondere den Vorteil, dass sich in der einen Drehrichtung der Spindel die Halteabschnitte bzw. Erhebungen im Bereich der Stufen in das Material des Antriebselements verkrallen bzw. das Material deformieren und somit in dieser Drehrichtung besonders hohe Drehmomente übertragen werden können.
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Um unabhängig von der genauen Gestaltung der Halteabschnitte in beide Drehrichtungen die geforderten Drehmomente von dem Antriebselement auf die Spindel übertragen zu können, ist es weiterhin vorgesehen, dass die Halteabschnitte eine Geometrie aufweisen, die beim Drehen des Antriebselements zum Ausbilden der Verbindung mit der Spindel ein höheres Drehmoment erfordert, als das beim Betrieb des Spindelantriebs in diese Drehrichtung vom Antriebselement in die Spindel eingeleitete Drehmoment.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines Spindelantriebs, wobei der Spindelantrieb vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend, auf die soweit beschriebene erfindungsgemäße Art ausgebildet ist. Insbesondere zeichnet sich das Verfahren, bei dem ein Antriebselement zum Antreiben einer Spindel mit einem Spindelgang der Spindel drehfest verbunden wird dadurch aus, dass das Antriebselement mit einer mit dem Spindelgang zusammenwirkenden Gegengeometrie in einem separaten Fertigungsschritt unabhängig bzw. örtlich getrennt von der Spindel gefertigt wird und durch einen separaten Prozessschritt mit der Spindel verbunden wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens, die den gesamten Herstellprozess des Spindelantriebs im Sinne einer vereinfachten Montage erleichtert, sieht vor, dass das Verbinden des Antriebselements mit der Spindel zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem das Antriebselement in einem Getriebegehäuse angeordnet und das Getriebegehäuse mit einem Antriebsmotor verbunden ist.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch einen Komfortantrieb, insbesondere einen Sitzverstellungsantrieb, mit einem erfindungsgemäß gestalteten bzw. nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spindelantrieb.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
- 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf einen Spindelantrieb als Bestandteil eines Sitzverstellungsantriebs in einem Fahrzeug,
- 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines als Schneckenrad ausgebildeten Antriebselements während des Montageprozesses mit einer Spindel,
- 3 ein Detail der 2 in vergrößerter Darstellung und
- 4 das mit der Spindel verbundene Antriebselement gemäß 2 in einem Querschnitt.
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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 sind die wesentlichen Bestandteile eines Spindelantriebs 10 dargestellt, der als Bestandteil eines Komfortantriebs 100 in einem Fahrzeug zur (Längs-)Verstellung eines Sitzes 1 dient.
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Der Spindelantrieb
10 weist einen als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor
12 auf, der mit einem insbesondere aus Kunststoff bestehenden, mehrteilig ausgebildeten Getriebegehäuse
14 im Bereich eines Anschlussflansches
16 des Getriebegehäuses
14 mit dem Antriebsmotor
12 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Antriebsmotor
12 und dem Getriebegehäuse
14 erfolgt vorzugsweise mittels mehrerer Befestigungsschrauben
17. Weiterhin ragt ein in den Figuren nicht dargestelltes Abtriebselement des Antriebsmotors
12, insbesondere in Form eines Zahnrades oder ähnlichem, in einen Aufnahmeraum
18 des Getriebegehäuses
14 auf an sich bekannte Art und Weise hinein. Dort kämmt das Abtriebselement mit einer Außenverzahnung
19 eines als Schneckenrad
20 ausgebildeten Antriebselements
22. Das aus Kunststoff, insbesondere POM bestehende Schneckenrad
20 weist beidseitig der Außenverzahnung
19 jeweils einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt
23,
24 auf, wobei die beiden Abschnitte
23,
24 der (drehbaren) Lagerung des Antriebselements
22 innerhalb des Aufnahmeraums
18 des Getriebegehäuses
14 dienen. Hierzu können ggf. zusätzliche Lagerelemente in Form von Lagerringen oder ähnlichem sowie ein Element zur axialspielfreien Anordnung des Antriebselements
22 in dem Aufnahmebereich
18 vorgesehen sein, wie dies aus dem Stand der Technik gemäß der
DE 10 2016 203 639 A1 der Anmelderin bekannt ist, die insofern Bestandteil dieser Anmeldung sein soll.
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Das Antriebselement 22 bzw. Schneckenrad 20 ist mit einer aus Stahl bestehenden Spindel 25 drehfest verbunden. Die Spindel 25 ist zusammen mit dem Antriebselement 22 um deren gemeinsame Längs- bzw. Drehachse 26 von dem Antriebsmotor 12 entsprechend des Doppelpfeils 28 in beide Drehrichtungen antreibbar. Außerhalb des Getriebegehäuses 14 ist auf einem gewindeartigen Spindelgang 29 der Spindel 25 eine Spindelmutter 30 angeordnet. Die Spindelmutter 30 ist in Bezug zur Drehachse 26 drehfest angeordnet und auf im Einzelnen nicht gezeigte Art und Weise mit dem Sitz 1 verbunden.
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Bei einer Drehung der Spindel 25 um die Drehachse 26 wird eine Längsbewegung der Spindelmutter 30 in Richtung des Doppelpfeils 32, d.h. in Richtung der Drehachse 28 erzeugt, welche für die gewünschte (Längs-) Verstellung des Sitzes 1 sorgt.
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Zur drehfesten Verbindung des Antriebselements 22 bzw. des Schneckenrads 20 mit der Spindel 25 wird nunmehr auf die 2 bis 4 eingegangen. Erfindungswesentlich ist es, dass das Schneckenrad 20 bzw. das Antriebselement 22 separat in einem Spritzgusswerkzeug ohne das Vorhandensein der Spindel 25 hergestellt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Geometrie des Schneckenrads 20 ein in Längsrichtung durchgehendes Innengewinde 34 aufweist, dessen Geometrie auf die Geometrie des Spindelgangs 29 abgestimmt ist, derart, dass beide Geometrien formschlüssig miteinander zusammenwirken. Auch ist es vorgesehen, dass im gefügten Endzustand zwischen dem Schneckenrad 20 und der Spindel 25 in dem axialen Überdeckungsbereich 36 zwischen dem Antriebselement 22 und der Spindel 25 am Kopfdurchmesser 38 des Spindelgangs 29 mehrere, vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen um die Drehachse 26 angeordnete, rampenförmige Halteabschnitte in Form von Erhebungen 40 einstückig an der Spindel 25 angeformt sind.
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Das Anformen kann beispielsweise durch einen im Überdeckungsbereich 36 stattfindenden plastischen Verformungsschritt des Spindelgangs 29 erfolgen. Wesentlich dabei ist, dass entsprechend der Darstellung der 3 und 4 die rampenförmigen Erhebungen 40, in Umfangsrichtung der Spindel 25 betrachtet, an ihren von der Drehachse 26 am weitesten entfernten Punkte einen Absatz bzw. eine Stufe 42 aufweisen, in deren Bereich die Erhebung 40 auf den Kopfdurchmesser 38 des Spindelgangs 29 unmittelbar zurückgeführt wird. Weiterhin ist es wesentlich, dass der Durchmesser D der Spindel 25 im Bereich der Erhebungen 40 größer ist als der entsprechende Innendurchmesser des Innengewindes 34 des Antriebselements 22 bzw. des Schneckenrads 20. Eine derartige Ausgestaltung von Spindel 25 und Antriebselement 22 ermöglicht es entsprechend der Darstellung der 2 und 4, die Spindel 25 durch eine Drehbewegung über den Spindelgang 29 in Wirkverbindung mit dem Innengewinde 34 des Antriebselements 22 zu bringen. Die Relativbewegung bzw. das Drehen der Spindel 25 zum Antriebselement 22 erfolgt bis in den (axialen) Überdeckungsbereich 36. Dort ist aufgrund der Geometrie insbesondere der Erhebungen 40 ein erhöhtes Drehmoment zum (Weiter-) Drehen der Spindel 25 in das Antriebselement 22 erforderlich. Wesentlich dabei ist, dass das Material des Antriebselements 22 durch die Erhebungen 40 derart verformt wird, dass bei einer Drehrichtungsumkehr zwischen der Spindel 25 und dem Antriebselement 22 sich die Stufen 42 des Spindelgangs 29 in das Material des Antriebselements 22 eingraben und somit ein Rückdrehen verhindern. Weiterhin ist es wesentlich, dass zum Positionieren des Antriebselements 22 im Überdeckungsbereich 36 mit der Spindel 22 die Geometrie des Spindelgangs 29 bzw. der Erhebungen 40 sowie die Geometrie des Innengewindes 34 derart aufeinander abgestimmt sind, dass das zum Drehen der Spindel 25 relativ zum Antriebselement 22 benötigte Drehmoment größer ist als das während des normalen Betriebs des montierten Spindelantriebs 10 von dem Antriebselement 22 in die Spindel 25 übertragende Drehmoment in dieser Richtung.
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Die Montage der Spindel 25 mit dem Antriebselement 22 bzw. dem Schneckenrad 20 erfolgt zu einem Zeitpunkt der Montage des Spindelantriebs 10, bei der das Antriebselement 22 bereits innerhalb des Getriebegehäuses 14 montiert ist und beispielsweise auch der Antriebsmotor 12 mit dem Getriebegehäuse 14 verbunden ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Montage der Spindel 25 zu einem relativ späten Zeitpunkt hinsichtlich des Montagefortschritts des Spindelantriebs 10 erfolgt. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass es zur Montage der Spindel 25 mit dem Antriebselement 22 in den Zustand, bei dem sich das Antriebselement 22 bereits in dem Getriebegehäuse 14 befindet, erforderlich sein kann, zur Übertragung der erforderlichen Einschraubmomente das Antriebselement 22 auf nicht gezeigte Art und Weise drehfest anzuordnen, bzw. an einer Drehung zu hindern.
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Der soweit beschriebene Spindelantrieb 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016203639 A1 [0002, 0018]
