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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gehäuseteilkombination, insbesondere für eine Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise für eine Lenkungs-Antriebseinheit, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102 60 104 A1 ist eine Antriebseinheit für Stellantriebe in Kraftfahrzeugen bekannt, die zwei miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist, wobei ein erstes Gehäuseteil den Poltopf eines Elektromotors und das zweite Gehäuseteil ein Getriebegehäuse bilden. Die Verbindung zwischen den Gehäuseteilen erfolgt durch Verschraubung, indem eine Verbindungsschraube durch ein Lagerauge am ersten Gehäuseteil hindurchgeführt wird und in einen Flansch am zweiten Gehäuseteil eingeschraubt wird. Außerdem ist an dem Flansch am zweiten Gehäuseteil ein axial überstehender Zentrierring angeformt, der in eine zugeordnete ringförmige Nut am ersten Gehäuseteil einsteckbar ist. Auf diese Weise kann eine genaue Ausrichtung der beiden Gehäuseteile zueinander erreicht werden.
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Die Gehäuseteile können aus Aluminium bestehen und im Aluminiumdruckgussverfahren hergestellt werden. Zur Kostenreduzierung können Fließpresslegierungen eingesetzt werden. Um die für die Verschraubung benötigten Festigkeiten zu erreichen, ist bei diesen Gehäusen eine aufwändige Wärmebehandlung erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Gehäuseteilkombination umfasst ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die miteinander verbindbar sind und vorzugsweise als Bestandteil einer Antriebseinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden können. In der Gehäuseteilkombination werden ein erstes und ein zweites Gehäuseteil miteinander verbunden, wobei das erste Gehäuseteil beispielhaft ein Motorgehäuse eines Elektromotors bildet und das zweite Gehäuseteil zum Beispiel ein Getriebegehäuse, zum Beispiel eines Lenkgetriebes in einem Kraftfahrzeug zum Erzeugen eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomoments. Entsprechend umfasst die Antriebseinheit, in der die Gehäuseteilkombination einsetzbar ist, einen Elektromotor, dessen Motorgehäuse von dem ersten Gehäuseteil gebildet wird, sowie eine weitere, mit dem Elektromotor zusammenwirkende Baueinheit, dessen Gehäuse das zweite Gehäuseteil bildet. Bei der Baueinheit, die das zweite Gehäuseteil umfasst, handelt es sich insbesondere um ein Getriebe zur Umsetzung der Antriebsbewegung des Elektromotors.
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Die Verbindung des ersten und des zweiten Gehäuseteils erfolgt mithilfe eines Verbindungselements, bei dem es sich insbesondere um eine Verbindungsschraube handelt. Das Verbindungselement ist durch ein Verbindungsauge am ersten Gehäuseteil hindurchgeführt, das sich in einem Gehäuseflansch des ersten Gehäuseteils befindet, insbesondere an einem radial bzw. seitlich überstehenden Gehäuseflansch. Auf Seiten des zweiten Gehäuseteils wird das Verbindungselement mit einem zugeordneten Gegenflansch verbunden, welcher ebenfalls seitlich bzw. radial am zweiten Gehäuseteil überstehen kann.
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Die Radialrichtung verläuft quer zur Längsachse des Verbindungselementes, die zugleich die Übertragungsrichtung der Verbindungskraft zwischen den beiden Gehäuseteilen kennzeichnet. Dementsprechend ist die Achsrichtung identisch mit der Längsachse des Verbindungselements.
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In das Verbindungsauge ist eine Kraftübertragungshülse eingesetzt, in die das Verbindungselement hineinragt. Die Kraftübertragungshülse besteht aus einem festeren Material als das erste Gehäuseteil, in dessen Gehäuseflansch mit dem Verbindungsauge die Kraftübertragungshülse eingesetzt ist. Die Kraftübertragungshülse weist einen radial überstehenden Stützrand auf, mit dem sich die Kraftübertragungshülse an dem Gehäuseflansch mit dem Verbindungsauge axial abstützt.
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Aufgrund der höheren Materialfestigkeit der Kraftübertragungshülse im Vergleich zu dem ersten Gehäuseteil bzw. dem Gehäuseflansch mit dem Verbindungsauge am ersten Gehäuseteil ist die Kraftübertragungshülse in der Lage, höhere Verbindungskräfte ohne Gefahr einer plastischen Verformung zwischen den Gehäuseteilen zu übertragen. Dies ermöglicht es, ohne Gefahr einer Materialschädigung höhere Verbindungskräfte zwischen den Gehäuseteilen aufzubringen, als dies ohne das Einsetzen der Kraftübertragungshülse möglich wäre. Eine aufwändige Wärmebehandlung fließgepresster Gehäuse kann vermieden werden.
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Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, dass eine Stirnseite der Kraftübertragungshülse mit axialem Abstand zur nächstliegenden Stirnseite des Verbindungsauges liegt. Es genügt grundsätzlich, dass die Kraftübertragungshülse als ein Unterlegteil mit einem angeformten Stutzen ausgebildet ist, der in das Verbindungsauge hineinragt. In dieser Ausführung ist die axiale Länge des Stutzens der Kraftübertragungshülse vorteilhafterweise signifikant kleiner als die axiale Länge des Verbindungsauges, wobei es zweckmäßig sein kann, dass die axiale Länge der Kraftübertragungshülse insgesamt oder gegebenenfalls des Stutzens an der Kraftübertragungshülse mindestens 10 % der axialen Länge des Verbindungsauges beträgt.
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Die Innenwand des Verbindungsauges kann eine Ringschulter aufweisen, die einen umlaufenden Innenabsatz bildet und an der sich die Stirnseite des Stutzens an der Kraftübertragungshülse axial abstützt. In dieser Ausführung der Kraftübertragungshülse mit dem angeformten Stutzen erhält man eine axiale Abstützung zum einen über den radial überstehenden Stützrand an der Kraftübertragungshülse und zum andern an der gegenüberliegenden Stirnseite der Kraftübertragungshülse, die an der innenliegenden Ringschulter im Verbindungsauge abgestützt ist. Durch diese insgesamt vergrößerte Abstützfläche wird eine gleichmäßige Kraftverteilung der Verbindungskraft zwischen den Gehäuseteilen erreicht. Aufgrund der vergrößerten Abstützfläche ist die Gefahr reduziert, dass sich das Material des Gehäuseflansches mit dem Abstützauge durch die Verbindungskraft plastisch verformt.
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In vorteilhafter Ausführung weist die Kraftübertragungshülse eine axiale Länge auf, die annähernd gleich groß ist wie die axiale Länge des Verbindungsauges im Gehäuseflansch. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass die axiale Differenz zwischen der Stirnseite der Kraftübertragungshülse und der Stirnseite des Verbindungsauges maximal 10 % der axialen Länge der Kraftübertragungshülse beträgt, wobei gegebenenfalls auch eine geringere axiale Differenz in Betracht kommt, beispielsweise maximal 5 %, maximal 2 % oder maximal 1 %. Mit dem Herstellen der Verbindung zwischen den Gehäuseteilen kann, sobald die Verbindungskraft die elastische Streckgrenze des Materials des ersten Gehäuseteils übersteigt, eine plastische Verformung am Gehäuseflansch einsetzen, die jedoch auf die axiale Differenz zur Stirnseite der Kraftübertragungshülse begrenzt ist. Diese Verformung erfolgt insbesondere für den Fall, dass die Stirnseite der Kraftübertragungshülse innerhalb des Verbindungsauges endet. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass mit dem Herstellen der Verbindung zwischen den Gehäuseteilen über das Verbindungselement zunächst die beiden Gehäuseteile miteinander verspannt werden, so dass kein Spiel zwischen den Gehäuseteilen besteht und Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Auch ein Spiel aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung zwischen den Gehäuseteilen, dem Verbindungselement und der Kraftübertragungshülse kann durch die Vorspannung verhindert werden. Im weiteren Verlauf wird mit zunehmender Verbindungskraft der Großteil der Verbindungskraft über die Kraftübertragungshülse übertragen, so dass eine weitere Verformung des Gehäuseflansches vermieden wird.
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In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass die Kraftübertragungshülse über das Verbindungsauge hinausragt. In dieser Ausführung liegt die Stirnseite der Kraftübertragungshülse, welche dem radial überstehenden Stützrand entgegengesetzt ist, außerhalb der Stirnseite des Verbindungsauges am Gehäuseflansch. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass mit dem Herstellen der Verbindung zwischen den Gehäuseteilen der überstehende Randbereich der Kraftübertragungshülse sich plastisch in den Gegenflansch eingräbt, wobei der Gegenflansch am zweiten Gehäuseteil vorteilhafterweise ebenfalls eine geringere Materialfestigkeit aufweist als die Kraftübertragungshülse. Es entsteht eine spielfreie, formschlüssige Verbindung, die hohe Kräfte übertragen kann. Mit dem weiteren Erhöhen der Verbindungskraft verteilt sich diese auf die Kraftübertragungshülse und den Flansch des ersten Gehäuseteils, so dass die Verbindungskraft großflächig in den Flansch des zweiten Gehäuseteils eingeleitet wird und keine weitere Verformung stattfindet.
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Die beiden Gehäuseteile können gegebenenfalls aus dem gleichen Material gefertigt sein. In alternativer Ausführung ist es aber auch möglich, die Gehäuseteile aus einem unterschiedlichen Material zu fertigen. Die Kraftübertragungshülse besteht in jedem Fall aus einem Material mit höherer Festigkeit als das erste Gehäuseteil und gegebenenfalls auch als das zweite Gehäuseteil. Das erste Gehäuseteil, welches den Gehäuseflansch mit dem Verbindungsauge aufweist, besteht beispielsweise aus Aluminium. Auch das zweite Gehäuseteil kann gegebenenfalls aus Aluminium gefertigt sein.
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Die Kraftübertragungshülse weist, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, glatte Innenflächen auf. Das Verbindungselement kann in der Ausführung als Verbindungsschraube mit einem Gegenstück verschraubt werden, das am Gegenflansch des zweiten Gehäuseteils angeordnet oder abgestützt ist. Bei dem Gegenstück handelt es sich beispielsweise um eine Mutter, die auf der abgewandten Seite einer Ausnehmung im Gegenflansch liegt, oder um ein Innengewinde im zweiten Gehäuseteil.
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In einer alternativen Ausführung besitzt die Kraftübertragungshülse ein Innengewinde, mit dem die Verbindungsschraube verschraubt wird. Der verbreiterte Schraubenkopf der Verbindungsschraube stützt sich in dieser Ausführung vorzugsweise an dem Gegenflansch des zweiten Gehäuseteils ab.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht ein Verbindungsauge an einem ersten Gehäuseteil, das beispielsweise ein Motorgehäuse eines Elektromotors bildet, wobei in das Verbindungsauge eine Kraftübertragungshülse eingesetzt ist,
- 2 der Gegenstand nach 1 in einer Ansicht von unten,
- 3 einen Schnitt durch den Gehäuseflansch mit dem Verbindungsauge und der eingesetzten Kraftübertragungshülse,
- 4 eine vergrößerte Darstellung aus dem Stirnbereich von Verbindungsauge und Kraftübertragungshülse,
- 5 einen Schnitt durch eine Gehäuseteilkombination mit dem ersten Gehäuseteil, das das Motorgehäuse bildet, und einem zweiten Gehäuseteil, das ein Getriebegehäuse bildet, wobei die Gehäuseteile über eine Verbindungsschraube verbunden sind, welche durch die Kraftübertragungshülse im Verbindungsauge des ersten Gehäuseteils geführt ist,
- 6 in perspektivischer Ansicht die Gehäuseteilkombination einschließlich der Verbindung gemäß 5,
- 7 einen Schnitt durch den Schraubenkopf der Verbindungsschraube und der Kraftübertragungshülse im Gehäuseflansch, dargestellt bei losem Kontakt des Schraubenkopfes auf das Motorgehäuse,
- 8 eine 7 entsprechende Darstellung, jedoch mit fest angezogener Verbindungsschraube, deren Schraubenkopf auf Kontakt zu der Kraftübertragungshülse liegt,
- 9 eine Ausführungsvariante einer Kraftübertragungshülse in einem Verbindungsauge,
- 10 in vergrößerter Darstellung die Stirnseite der Kraftübertragungshülse im Verbindungsauge.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 8 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem ein erstes Gehäuseteil 1 mit einem zweiten Gehäuseteil 6 (5, 6) über eine Verbindungsschraube 7 verbunden wird. Bei dem ersten Gehäuseteil 1 handelt es sich beispielsweise um ein Motorgehäuse eines Elektromotors und bei dem zweiten Gehäuseteil 6 um ein Getriebegehäuse eines Lenkgetriebes. Dementsprechend bilden der Elektromotor und das Lenkgetriebe gemeinsam eine Antriebseinheit für ein Lenksystem in einem Kraftfahrzeug. Alternativ kommen auch sonstige Antriebseinheiten in Betracht, beispielsweise zum Verstellen eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug, als Fensterheber in einem Kraftfahrzeug oder in Form einer Scheibenwischer-Antriebseinheit.
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Am ersten Gehäuseteil 1 ist ein seitlicher Gehäuseflansch 2 angeformt, der ein Verbindungsauge 3 in Form einer durchgehenden Ausnehmung aufweist. In das Verbindungsauge 3 ist eine Kraftübertragungshülse 4 eingesetzt. Die gemeinsame Längsachse von Verbindungsauge 3 und Kraftübertragungshülse 4 ist mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet. Die Längsachse 5 verläuft vorzugsweise parallel zur Längsachse des Gehäuseteils 1, wobei auch nichtparallele Ausrichtungen der Längsachse 5 durch das Verbindungsauge 3 und der Längsachse des Gehäuseteils 1 in Betracht kommen.
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Die Kraftübertragungshülse 4, die in das Verbindungsauge 3 eingesetzt ist, besteht aus einem Material mit höherer Festigkeit als das erste Gehäuseteil 1 einschließlich Gehäuseflansch 2. Bei dem Material der Kraftübertragungshülse 4 handelt es sich beispielsweise um Stahl, bei dem Material des ersten Gehäuseteils 1 einschließlich Gehäuseflansch 2 beispielsweise um Aluminium. Auch das zweite Gehäuseteil 6 kann aus Aluminium gefertigt sein.
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Die Kraftübertragungshülse 4 besteht aus einem zylindrischen Hülsenabschnitt 4a und einem radial überstehenden Stützrand 4b an einer Stirnseite der Kraftübertragungshülse. Der Stützrand 4b stützt sich an einer Stirnseite des Gehäuseflansches 2 ab. Die axial gegenüberliegende Stirnseite des Hülsenabschnittes 4a endet mit axialem Abstand 8 zur Stirnseite des Gehäuseflansches 2, in den das Verbindungsauge 3 eingebracht ist. Hierbei liegt der Hülsenabschnitt 4a der Kraftübertragungshülse 4 noch innerhalb des Verbindungsauges 3. Die axiale Länge der Differenz 8 zwischen den Stirnseiten des Hülsenabschnittes 4a und des Gehäuseflansches 2 liegt vorzugsweise im einstelligen Prozentbereich, bezogen auf die axiale Gesamtlänge der Kraftübertragungshülse 4. Der axiale Abstand 8 beträgt beispielhaft maximal 1 mm.
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In den 5 bis 8 ist die Verbindungsschraube 7 in die Kraftübertragungshülse 4 eingesetzt und mit einem Gegenflansch 10 verschraubt, der zum zweiten Gehäuseteil 6 gehört. Der verbreiterte Schraubenkopf 7a liegt auf einer Unterlegscheibe 9 auf, die sich auf der Stirnseite von dem Gehäuseflansch 2 am ersten Gehäuseteil 1 und dem Hülsenabschnitt 4a der Kraftübertragungshülse 4 befindet. Mit dem Einschrauben der Verbindungsschraube 7 drückt der Schraubenkopf 7a gegen die Unterlegscheibe 9 und gegen die Stirnseite von Gehäuseflansch 2 und Hülsenabschnitt 4a der Kraftübertragungshülse 4. In 7 ist der Zustand dargestellt, in welchem die Verbindungsschraube 7 nur lose eingeschraubt ist, so dass die Unterlegscheibe 9 ohne oder nur mit geringer axialer Kraft auf Kontakt zur Stirnseite des Gehäuseflansches 2 aufliegt.
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In 8 ist dagegen die Verbindungsschraube 7 fest eingeschraubt, wobei die Schraubkraft, welche in Achsrichtung wirkt und zugleich die Verbindungskraft zwischen den Gehäuseteilen 1 und 6 darstellt, zu einem Verformen im Bereich der Stirnseite des Gehäuseflansches 2 führt. Diese Verformung kann im plastischen Bereich stattfinden und erfolgt aufgrund des verhältnismäßig weichen Materials des Gehäuseflansches 2. Die Verformung wird so weit durchgeführt, bis die Unterlegscheibe 9 durch die Schraubkraft auf der Stirnseite des Hülsenabschnittes 4a der Kraftübertragungshülse 4 aufliegt. Aufgrund des festeren Materials der Kraftübertragungshülse 4 kann sich diese auch mit weiter zunehmender Schraubkraft nicht plastisch verformen. Dies führt dazu, dass ein Großteil der axialen Schraub- bzw. Verbindungskraft über die Kraftübertragungshülse 4 geleitet wird, die mit ihrem radial verbreiterten Stützrand 4b auf der Stirnseite des Gegenflansches 10 am zweiten Gehäuseteil 6 aufliegt. Im Kontaktbereich zwischen dem Stützrand 4b der Kraftübertragungshülse 4 und dem Gegenflansch 10 findet aufgrund der größeren Abstützfläche des Stützrandes 4b keine oder nur eine geringe Verformung statt.
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In den 9 und 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Kraftübertragungshülse 4 grundsätzlich den gleichen Aufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel aufweist, jedoch die axiale Dicke des Stützrandes 4b geringer ist. Außerdem dient der Stützrand 4b zur Aufnahme des Schraubenkopfes bei der Verbindung der beiden Gehäuseteile, so dass der Schraubenkopf der Verbindungsschraube unmittelbar auf dem Stützrand 4b aufliegt und diesen axial gegen den Gehäuseflansch 2 drückt. Wie 10 zu entnehmen ist, endet die dem Stützrand 4b gegenüberliegende axiale Stirnseite des Hülsenabschnittes 4a der Kraftübertragungshülse 4 mit axialem Abstand vor der Stirnseite des Gehäuseflansches 2 im Bereich des Verbindungsauges 3. Bei der Verbindung mit dem Gegenflansch am zweiten Gehäuseteil gelangt die Stirnseite des Gehäuseflansches 2 in Kontakt mit dem Gegenflansch und wird mit zunehmender Verbindungskraft verformt, bis die Stirnseite des Hülsenabschnittes 4a in Kontakt mit dem Gegenflansch gelangt, so dass mit dem Beenden des Einschraubvorgangs ein Großteil der Schraub- bzw. Verbindungskraft über die Kraftübertragungshülse 4 übertragen wird.
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Es kann zweckmäßig sein, im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 8 die Kraftübertragungshülse 4 hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausführung und ihrer Anordnung zur Verbindung der Gehäuseteile in der in 9 und 10 gezeigten und beschriebenen Weise auszuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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