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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Funktionselement zur Axialpositionierung einer Welle in einer Baugruppe, insbesondere in einem Spindelantrieb als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine mit einem Funktionselement ausgestattete Baugruppe, die konstruktiv an die Geometrie des Funktionselements angepasst ist.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 722 460 B1 ist eine elektrische Maschine mit einem vorgespannten Kugellager zur Lagerung einer Welle bekannt. Die Erzeugung der Vorspannung auf das Kugellager erfolgt durch ein in Axialrichtung der Welle flexibel ausgebildetes Lagerschild. Ein derartiges Funktionselement bzw. Lagerschild zur Axialpositionierung der Welle dient dazu, ein Axialspiel der Welle durch eine Kraftbeaufschlagung in einer Längsrichtung der Welle zu kompensieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Funktionselement zur Axialpositionierung einer Welle in einer Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es nicht nur die Erzeugung einer axialen Vorspannkraft auf die Welle ermöglicht, sondern darüber hinaus derart ausgebildet ist, dass beim Überschreiten einer entgegen der Vorspannkraft des Funktionselements auf die Welle wirkenden Kraft, die größer ist als eine Grenzwert, eine plastische Verformung und somit eine Beeinträchtigung der Funktionalität des Funktionselements vermieden wird.
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Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Funktionselement, zur Realisierung der beiden Aufgaben, einerseits der Erzeugung einer elastischen Vorspannkraft auf die Welle, und andererseits der Bereitstellung eines Anschlagselements zur Begrenzung des Verformungswegs des Federelements, diese beiden Aufgaben in einem einzigen Funktionselement zu realisieren. Dadurch wird beispielsweise der Montageaufwand bei der Herstellung entsprechender Baugruppen reduziert.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem Funktionselement zur Axialpositionierung einer Welle in einer Baugruppe vorgesehen, dass dieses einen vorzugsweise ebenen ersten Abschnitt aufweist, der einen Anlagebereich zur zumindest mittelbaren Anlage der Welle aufweist, mit einer im ersten Abschnitt ausgebildeten Durchgangsöffnung zur Durchführung eines Wellenabschnitts der Welle, und mit wenigstens einem monolithisch mit dem ersten Abschnitt verbundenen zweiten Abschnitt, der in einer senkrecht zum ersten Abschnitt verlaufenden Richtung elastisch federnd ausgebildet ist, wobei der erste Abschnitt auf der dem Anlagebereich gegenüberliegenden Seite eine Anschlagfläche zur Begrenzung des Federwegs des wenigstens einen zweiten Abschnitts ausbildet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Funktionselements zur Axialpositionierung einer Welle in einer Baugruppe sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Eine erste konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung des Funktionselements sieht vor, dass der wenigstens eine zweite Abschnitt in einem schrägen Winkel von mehr als 90°, vorzugsweise einem Winkel zwischen 120° und 150° zur Ebene des ersten Abschnitts angeordnet ist. Hierbei wird bemerkt, dass eine Änderung des Winkels die Federsteifigkeit und somit die Federhärte bzw. Elastizität des Funktionselements beeinflusst. Insbesondere ist bei einer Vergrößerung des angesprochenen Winkels eine Verringerung der Federsteifigkeit des Funktionselements gegeben, sodass durch eine entsprechende Änderung des Winkels das Funktionselement sehr einfach an unterschiedliche Anwendungen anpassbar ist, ohne sonstige Änderungen am Funktionselement vornehmen zu müssen, wie eine andere Materialstärke oder eine andere Geometrie des wenigstens einen zweiten Abschnitts.
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Um eine konzentrisch auf die Welle von dem Funktionselement erzeugte Vorspannkraft zu ermöglichen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass mehrere zweite Abschnitte vorgesehen sind, die in Bezug zu einer senkrecht zur Ebene des ersten Abschnitts verlaufenden Längsachse des Funktionselements in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind, und wobei die Längsachse des Funktionselements fluchtend zur Längsachse der Welle verläuft.
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Zur Aufnahme von Reaktionskräften, die von der Welle über den ersten Abschnitt des Funktionselements in den wenigstens einen zweiten Abschnitt des Funktionselements eingeleitet werden, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der wenigstens eine zweite Abschnitt auf der dem ersten Abschnitt abgewandten Seite in einen dritten Abschnitt übergeht, der zumindest näherungsweise parallel zum ersten Abschnitt angeordnet ist. Dieser dritte Abschnitt kann sich dabei beispielsweise an einer planen Fläche der Baueinheit abstützten, wobei durch die Anordnung des dritten Abschnitts eine relativ geringe Flächenpressung auf die Baueinheit im Anlagebereich des dritten Abschnitts erzielbar ist.
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Um insbesondere eine drehwinkelfeste Position des Funktionselements am Einbauort zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass das Funktionselement, mit Ausnahme von Eckbereichen, in denen Aussparungen ausgebildet sind, in einer parallel zum ersten Abschnitt verlaufenden Ebene eine quadratische Außenkontur aufweist.
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Es wurde bereits angesprochen, dass durch eine Variation des Winkels des zweiten Abschnitts zum ersten Abschnitt eine Beeinflussung der Federsteifigkeit bzw. der Elastizität des Funktionselements erzielbar ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann eine derartige Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall auch dadurch erfolgen, dass in dem wenigstens einen zweiten Abschnitt wenigstens eine Aussparung zur Verminderung der Federsteifigkeit des wenigstens einen zweiten Abschnitts ausgebildet ist.
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Besonders einfach und konstruktiv vorteilhaft lässt sich eine derartige Aussparung dadurch ausbilden, dass der wenigstens eine zweite Abschnitt streifenförmig ausgebildet ist, und dass die wenigstens eine Aussparung als Längsschlitz in einer parallel zur Erstreckung des zweiten Abschnitts verlaufenden Richtung ausgebildet ist.
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Besonders einfach und kostengünstig lässt sich ein derartiges Funktionselement herstellen, wenn dieses als Stanz-/Biegeteil aus einem Federstahlmaterial gefertigt ist.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Baugruppe mit einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Funktionselement, wobei die Baugruppe ein Spindelantrieb, insbesondere als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug ist, wobei die Welle eine Spindelwelle ist, und wobei das Funktionselement im Bereich eines Gehäuses des Spindelantriebs angeordnet ist. Derartige Spindelantriebe in Komfortantrieben eines Kraftfahrzeugs (gemeint sind hierbei beispielsweise Sitzverstellungsantriebe, Fensterheberantriebe, Schiebedachantriebe o.ä.) sollen aus Komfort- bzw. Geräuschgründen bei einer Drehrichtungsumkehr möglichst keine aufgrund eines Axialspiels hervorgerufene Geräusche erzeugen.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Gehäuse im Bereich des Funktionselements eine nutartige Vertiefung zur Aufnahme des wenigstens einen zweiten Abschnitts und eine außerhalb der Vertiefung angeordnete Anlagefläche zur Anlage der Anschlagfläche des Funktionselements aufweist, wobei bei einer in Axialrichtung der Spindelwelle und in Richtung der Anlagefläche verlaufenden Kraft, die geringer ist als eine Grenzkraft, zwischen der Anlagefläche und der Anschlagfläche einen (axialer) Abstand ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einem Längsschnitt einen Teilbereich eines Spindelantriebs in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs,
- 2 in einer Draufsicht ein Funktionselement, wie es in einem Gehäuse des Spindelantriebs gemäß der 1 eingesetzt ist und
- 3 einen Schnitt in der Ebene III-III der 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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 ein Teilbereich einer Baugruppe 1 dargestellt, die als Spindelantrieb 100 eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug dient. Unter einem Komfortantrieb wird dabei insbesondere, und nicht einschränkend, ein Sitzverstellungsantrieb, ein Fensterheberantrieb, ein Schiebedachantrieb o.ä. verstanden.
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Der Spindelantrieb 100 weist eine als Spindelwelle 12 ausgebildete Welle auf, die um eine Längsachse 14 entsprechend des Doppelpfeils 16 im Uhrzeigersinn sowie im Gegenuhrzeigersinn mittels eines nicht dargestellten Antriebs in Form eines Elektromotors gedreht werden kann. Auf der Spindelwelle 12 ist in an sich bekannter Art und Weise und daher nicht dargestellt eine Spindelmutter gelagert, die bei einer Drehung der Spindelwelle 12 in Längsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse 14 bewegt wird, und die mit dem zu verstellenden Element (zum Beispiel einem Fahrersitz) gekoppelt ist.
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Das in der 1 dargestellte stirnseitige Ende der Spindelwelle 12 ist in einem Spindelgehäuse 20 gelagert. Das Spindelgehäuse 20 ist insbesondere mehrteilig ausgebildet und beispielsweise in Form eines Aluminiumdruckgussteils ausgebildet. Das Spindelgehäuse 20 weist einen Aufnahmeraum 22 zur Aufnahme insbesondere eines Verzahnungsabschnitts 24 der Spindelwelle 12 auf. Dieser Verzahnungsabschnitt 24 wirkt - wie ebenfalls an sich bekannt - mit einer Abtriebswelle des Elektromotors zumindest mittelbar zusammen, um die Spindelwelle 12 anzutreiben. Am stirnseitigen Endbereich der Spindelwelle 12 ist eine Kugel 26 unverlierbar an der Spindelwelle 12 befestigt, die punktförmig an einer Anlaufplatte 28 anliegt. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Spindelwelle 12 mit der durch den Pfeil 30 gekennzeichneten Richtung in Richtung der Längsachse 14 mit einer Vorspannkraft kraftbeaufschlagt ist. Diese Vorspannkraft wird mittels eines Funktionselements 10 erzeugt, das ebenfalls in dem Aufnahmeraum 22 angeordnet ist. Im Bereich des Funktionselements 10 weist der Aufnahmeraum 22 eine senkrecht zur Längsachse 14 verlaufende, ringförmig ausgebildete Anlagefläche 32 auf, an die sich radial außerhalb eine konzentrisch zur Längsachse 14 angeordnete ringnutartige Vertiefung 34 anschließt.
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Das Funktionselement 10, das insbesondere aus Federstahl besteht und als Stanz-/Biegeteil ausgebildet ist, weist entsprechend der Darstellung der 2 und 3 einen ebenen, senkrecht zur Längsachse 14 angeordneten ersten Abschnitt 36 auf. Der erste Abschnitt 36 weist eine konzentrisch zu einer Längsachse 38 des Funktionselements 10 angeordnete Durchgangsöffnung 40 auf, durch die die Spindelwelle 12 mit einem Wellenabschnitt 42 axial hindurchragt. Die Längsachse 38 des Funktionselements 10 fluchtet mit der Längsachse 14 der Spindelwelle 12. Der erste Abschnitt 36 weist darüber hinaus einen ringförmig ausgebildeten Anlagebereich 44 auf. Der Anlagebereich 44 ist in Anlagekontakt beispielsweise mit einem inneren Lagerring eines in der 1 vereinfacht dargestellten Lagers 48 angeordnet, wobei das Lager 48 der Radiallagerung der Spindelwelle 12 in dem Aufnahmeraum 22 des Spindelgehäuses 20 dient. Das Funktionselement 10 ist somit im Anlagebereich 44 in mittelbarem Anlagekontakt mit der Spindelwelle 12 angeordnet.
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Weiterhin weist das Funktionselement 10 vier, jeweils um 90° in Bezug zur Längsachse 38 versetzt zueinander angeordnete, streifenförmige zweite Abschnitte 50 auf, die monolithisch mit dem ersten Abschnitt 36 verbunden sind. Die zweiten Abschnitte 50 reichen bis zu Eckbereichen des Funktionselements 10, an denen das Funktionselement 10 Ausstanzungen 51 aufweist, wobei die Außenkontur des Funktionselements 10 (mit Ausnahme an den Eckbereichen 51) quadratisch ist. Die zweiten Abschnitte 50 sind entsprechend der Darstellung der 3 in einem schrägen Winkel a, der größer ist als 90°, vorzugsweise zwischen 120° und 150°, zur Ebene des ersten Abschnitts 36 angeordnet. Auf der dem ersten Abschnitt 36 abgewandten Seite schließen sich an die zweiten Abschnitte 50 dritte Abschnitte 52 an, die ebenfalls streifenförmig ausgebildet sind, wobei die dritten Abschnitte 52 vorzugsweise parallel zur Ebene des ersten Abschnitts 36 angeordnet sind. Insbesondere liegen die dritten Abschnitte 52 des Funktionselements 10 im Einbauzustand des Funktionselements 10 in dem Aufnahmeraum 22 am Grund 54 der Vertiefung 34 an.
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Weiterhin ist anhand der 1 erkennbar, dass die dem Anlagebereich 44 gegenüberliegende Seite des Funktionselements 10 im Bereich der Anlagefläche 32 eine Anschlagfläche 56 ausbildet, wobei zwischen der Anschlagfläche 56 und der Anlagefläche 22 ein Axialspalt 58 ausgebildet ist.
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Optional kann es zur Beeinflussung der Federsteifigkeit des Funktionselements 10 vorgesehen sein, dass im Bereich des zweiten Abschnitts 50 wenigstens eine Aussparung 60 ausgebildet ist. In der Darstellung der 2 ist rein beispielhaft anhand eines einzigen zweiten Abschnitts 50 dargestellt, dass zwei Aussparungen 60 vorgesehen sind, die in Form von Längsschlitzen 62 sich parallel zur Längserstreckung der (streifenförmigen) zweiten Abschnitte 50 erstrecken, wobei zwischen den beiden Aussparungen 60 ein Steg 64 verbleibt.
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In der 1 ist dargestellt, dass durch eine axiale Vorspannung des Funktionselements 10, bei der vor dem Funktionselement 10 die in Richtung des Pfeils 30 auf die Anschlagplatte 28 wirkende Vorspannkraft erzeugt wird, ein Anlagekontakt zwischen der Kugel 26 und dem Anschlagplatte 28 besteht. Wirkt nun auf die Spindelwelle 12 eine entgegen der Vorspannkraft wirkende Kraft, insbesondere bei einer Drehrichtungsumkehr der Spindelwelle 12, so kann es beim Überschreiten einer Grenzkraft vorkommen, dass die Anschlagfläche 58 an der Anlagefläche 44 anliegt, um dadurch den Federweg des Funktionselements 10 zu begrenzen und eine plastische Verformung des Funktionselements 10 zu vermeiden.
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Das soweit beschriebene Funktionselement 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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