DE10235365A1

DE10235365A1 - Verfahren zum Herstellen einer Welle mit Anlaufkuppen sowie Vorrichtung beinhaltend eine solche Welle

Info

Publication number: DE10235365A1
Application number: DE10235365A
Authority: DE
Inventors: Lothar Fauth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-02-19
Also published as: EP1528963B1; ES2283777T3; US20050166655A1; JP2005534500A; DE50307185D1; BR0305719A; EP1528963A1; JP4776924B2; WO2004018122A1; US7225655B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle (22) sowie eine Vorrichtung, beinhaltend eine solche Welle (22), insbesondere einer Ankerwelle (22) eines elektromotorischen Antriebs (10), die mindestens durch eine Wellenlagerung gehalten wird, wobei ein mindestens einer Stirnseite (28, 30) der Welle (22) mittels Materialverdrängung eine gewölbte Anlaufkappe (40) angeformt wird, die sich an einer axialen Anlauffläche (32, 34) abstützen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle mit Anlaufkuppen sowie eine Vorrichtung beinhaltend eine solche Welle, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Welle nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Mit der WO 01/65 668 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die beispielsweise zum Verschieben von Fensterscheiben, Schiebdächer oder Sitzen eingesetzt wird. Um ein unerwünschtes Längsspiel der Ankerwelle zu vermeiden, wird dort vorgeschlagen, an zumindest einer der Stirnseiten ein Dämpfgummi in eine Ausnehmung des Gehäuses einzupressen. Die Ankerwelle weist an einer ihrer Stirnseiten eine Anlaufkuppe auf, die sich gegen eine Anlaufscheibe abstützt, die wiederum gegen das Dämpfgummi gepresst wird.

Eine solche Anlaufkuppe wird normalerweise vor dem Zusammenbau des Elektromotors mittels Drehen oder Schleifen in spannender Bearbeitung an der Stirnseite der Ankerwelle gefertigt. Anschließend wird die Anlaufkuppe poliert, um eine hohe Oberflächenqualität zu erzielen und anschließend gehärtet, damit die Anlaufkuppe bei der Montage des Elektromotors nicht beschädigt wird. Dieses Verfahren ist sehr arbeits- und kostenintensiv.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass beim Anformen einer Anlaufkuppe mittels Kaltumformung in einem Arbeitsgang eine hochwertige und verschleißfeste Oberfläche geschaffen wird. Auf die Prozessschritte Polieren und Härten kann komplett verzichtet werden, da einerseits die Oberfläche mittels Materialverdrängungen in einem Arbeitsgang erzeugt wird, und andererseits dieser Verfahrensschritt günstiger Weise nach der Montage des Ankers durchgeführt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 möglich. Herstellungstechnisch ist es besonders einfach, die Materialumformung mittels eines Rollier-Verfahrens durchzuführen, bei dem sich ein rotierendes Rollwerkzeug auf der Welle abwälzt. Dadurch kann eine sehr maßgenaue, rotationssymmetrische Anlaufkuppe hergestellt werden. Außerdem wird durch das Abrollen des Werkzeugs eine lange Werkzeugstandzeit und eine glatte Werkstückoberfläche erzielt.

Zur Herstellung der Anlaufkuppe in einer Montagelinie ist es vorteilhaft, die Welle mit einem Greifer festzuhalten und eine rotierende Umformrolle mit einer axialen Arbeitsfläche anzustellen. Durch das Verkippen der Achse der Umformrolle gegenüber der Wellenachse wird dann an der Stirnseite der Welle ein Radius angeformt.

Die Materialverformung findet hierbei während dem Verkippen der Umformrolle auf einer spiralförmigen Linie statt, sodass mit einer zunehmenden Verkippung der Werkstoff der Welle kontinuierlich in radialer und axialer Richtung verdrängt wird. Dieser kontinuierliche Fließvorgang erzeugt eine sehr glatte und harte Oberfläche der Anlaufkuppe.

Durch die Wahl des Kreuzungspunktes der Wellenachse mit der Achse der Umformrolle beim Verkippen derselben, kann der Radius der Anlaufkuppe entsprechend den Anforderungen der Axiallagerung der Welle angefertigt werden. So können mit einer Arbeitsfläche der Umformrolle beliebige Radien angeformt werden.

Vor der Montage der Ankerwelle an deren Stirnseite eine Phase, wodurch in Verbindung mit dem Andrückkraft der Umformrolle gegen die Welle der Durchmesser der Anlaufkuppe vorgegeben werden kann. Die Phase gewährleistet, dass das Material der Welle bei dessen Umformung ausweichen kann, wodurch das Umformvolumen und die Umformzeit reduziert werden.

Günstig ist es, die Anlaufkuppe erst in einem fortgeschrittenen Montagestadium des Elektromotors durchzuführen, nachdem schon verschiedene Bauteile auf der Ankerwelle fixiert sind, da dann die Oberfläche der Anlaufkuppe bei der weiteren Montage nicht mehr beschädigt wird.

Andererseits ist es von Vorteil, die Anlaufkuppe vor dem Rollen einer Schnecke auf der Welle anzuformen, da dann die Schnecke bei der Aufnahme in den Umformkopf der Anlaufkuppen-Fertigung oder beim Fixieren der Ankerwelle nicht beschädigt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 hat den Vorteil, dass mit den mittels einer Umformrolle angeformten Anlaufkuppen eine kostengünstige und über lange Standzeiten verschleißfeste axiale Lagerung der Ankerwelle mit einer Oberflächenrauheit der Anlaufkuppe kleiner als 1 Mikrometer realisiert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Welle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 10 hat den Vorteil, dass diese durch das axiale Verstellen und das Verkippen der Umformrolle gegenüber der Drehachse verfahrenstechnisch günstig in eine Montagelinie integriert werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Vorrichtung zum Verstellen von beweglich angeordneten Teilen in Schnitt,
2 eine Vorrichtung zum Herstellen einer Welle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und
3 einen vergrößerten Ausschnitt der Anlaufkuppe aus 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Verstellantrieb 10 dargestellt, mit einem Motor 12 und einem ein Getriebe 14 umgebenden mehrteiligen Gehäuse 16. Der Motor 12 ist elektrisch kommmutiert und weist ein Anker 18, einen Kommutator 20 und eine mehrfach gelagerte Ankerwelle 22 auf, die sich bis in den Bereich des Getriebes 14 erstreckt. Auf der Ankerwelle 22 ist eine Schnecke 26 angeordnet, die mit einem Schneckenrad 24 über eine Verzahnung 25 kommuniziert. An den Stirnflächen 28 und 30 der Ankerwelle 22 ist diese in Längsrichtung über Anlaufscheiben 32 und 34, sowie über ein Dämpfgummi 36 am Gehäuse 16, bzw. einem Teil derselben abgestützt. An einem Ende 38 der Ankerwelle 22 ist mittels Materialverdrängung eine Anlaufkuppe 40 angeformt. Der Radius 42 der Anlaufkuppe 40 bestimmt die Größe der Fläche, mit der die Ankerwelle 22 gegen die Anlaufscheibe 32 gepresst wird. Je geringer diese Fläche ist, desto geringer sind die Reibungsverluste, jedoch nimmt der Verschleiß mit sinkender Anlauffläche zu. Der Radius 42 der Anlaufkuppe 40 wird daher derart festgelegt, dass ein guter Kompromiss zwischen einer geringen Reibung und einem geringen Verschleiß erzielt wird. Außerdem wird über den Radius 42 eine solch große Kuppenhöhe der Anlaufkuppe 40 gewählt, dass sich während der gesamten Lebensdauer die Anlaufkuppe 40 nicht so tief in die – meist aus Kunststoff gefertigte – Anlaufscheibe 32 eingräbt, dass Kuppenränder 41, die den Radius 42 der Anlaufkuppe 40 begrenzen, die Anlaufscheibe 32 berühren.
In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Vorrichtung zur Herstellung einer Welle 22 dargestellt. Auf der Welle 22 sind schon mehrere Bauteile 44, wie z. B. ein Anker 18, ein Kommutator 20 oder ein Ringmagnet 21 fertig montiert, bevor die Ankerwelle 22 beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten – beispielsweise eine drehbar gelagerte Führungshülse zur Aufnahme der Welle 22 aufweisenden – Greifers gehalten wird. Die Umformvorrichtung 50 besteht im wesentlichen aus einem Antrieb 52, der einen Umformkopf 54 rotieren lässt. Im Umformkopf 54 ist eine Umformrolle 56 auf einer zentralen Drehachse 58 angeordnet. Der Umformkopf 56 kann mittels einer Verstelleinheit 60 in axialer Richtung 63 zugestellt werden, und über einen Umlenkhebel 62 die Umformrolle 56 gegenüber der zentralen Drehachse 58 des Umformkopfs 54 verkippt werden. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Drehachse 58 deckungsgleich mit einer Achse 64 der Ankerwelle 22. Während der Umformkopf 54 um die Drehachse 58 rotiert, wird die Umformrolle 56 gegen die Stirnseite 28 der Ankerwelle 22 angestellt und die Umformrolle 56 gegenüber der Achse 64 der Ankerwelle 22 verkippt. Dabei berührt die Umformrolle 56 mit einer axialen Arbeitsfläche 66 die Ankerwelle 22 in einem punktförmigen Umformbereich 68, der während der Rotation entsprechend Pfeilrichtung 55 und dem Verkippen der Arbeitsfläche 66 gemäß Pfeilrichtung 80 auf einer spiralförmigen Linie verläuft. Hierbei wird der Werkstoff der Ankerwelle 22 von der Achse 64 aus radial nach außen und axial zum Anker 18 hin verdrängt, wodurch eine gewölbte Oberfläche einer Anlaufkuppe 40 an die Ankerwelle 22 angeformt wird. Die Kaltumformung des Werkstoffs führt zu einer Verdichtung des Oberflächematerials und damit zu einer Oberflächenrauheit von weniger als 1 Mikrometer.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Anlaufkuppe 40 aus 2, wobei an die Ankerwelle 22 vor dem Anformen einer Anlaufkuppe eine Phase 70 gefertigt ist, die einen entsprechenden Freiraum 71 für die Materialverformung durch die Umformrolle 56 zulässt. Die Phase 70 ist in Ausführungsbeispiel zweistufig ausgeführt, kann aber ebenso gut als eine durchgehende Phase 70 gefertigt sein. Die radiale Ausdehnung 72 der Phase 70 legt innerhalb gewissen Grenzen in Verbindung mit dem aufzubringenden Anpressdruck der Umformrolle 56 einen Durchmesser 74 – von beispielsweise 3 bis 4 Millimeter – der Anlaufkuppe 40 fest, da das Material nicht beliebig weit in den Freiraum 71 der Phase 70 zurückgeformt werden kann. Die Wölbung der Oberfläche der Anlaufkuppe 40 weist einen Radius 76 auf, der durch das Verkippen der axialen Arbeitsfläche 66 der Umformrolle 56 um einen Verkippungspunkt 78 auf der Achse 64 der Ankerwelle 22 entsprechend Pfeilrichtung 80 erzeugt wird. Die Umformrolle 56 wird dabei gemäß der Pfeilrichtung 80 beispielsweise über einen Winkelbereich 82 von –5° bis +20° verkippt. Der Radius 76 ist gewöhnlich kleiner, als der Schwenkradius der Umformrolle 56, da die Welle 22 während des Umformprozesses unter axialer Spannung steht und permanent nachgedrückt wird.
In einer weiteren Variation des Verfahrens ist eine rotierende Umformrolle 56 ortsfest angeordnet, und die Stirnfläche 28 der Welle 22 wird gegen die Arbeitsfläche 66 der Umformrolle 56 gepresst und um einen Verkippwinkel 82 gegenüber der Wellenachse 64 verkippt.
In einer weiteren Alternative des Verfahrens rotiert die Welle 22 um ihre Achse 64 und wird gegen die feststehende Arbeitsfläche 66 der Umformrolle 56 angestellt und entweder die Ankerwelle 22 oder die Umformrolle 56 um einen Verkippwinkel 82 verkippt.
Bei diesen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es darauf an, dass die Stirnfläche 28 der Welle 22 gegenüber eine Arbeitsfläche 66 rotiert, und diese beiden Flächen kontinuierlich gegeneinander verkippt werden. Dadurch entsteht mittels Materialverdrängung eine qualitativ hochwertige Oberfläche einer Anlaufkuppe 40, die an einem oder an beiden Enden 38, 39 angeformt werden kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird als Verfahren der Materialverdrängung ein gewölbtes Stempelwerkzeug unter Druck gegenüber der Stirnfläche 28, 30 der Welle 22 bewegt, wobei dies nicht notwendigerweise eine reine Rotationsbewegung sein muss.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung einer elektrischen Getriebe-Antriebseinheit verwendet, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst auch einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele oder eine beliebige Kombination der Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Welle (22), insbesondere einer Ankerwelle (22) eines elektromotorischen Antriebs (10), die mindestens durch eine Wellenlagerung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Stirnfläche (28, 30) der Welle (22) mittels Materialverdrängung eine gewölbte Anlaufkuppe (40) angeformt wird, die sich an einer axialen Anlauffläche (32, 34) abstützten kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialumformung zum Anformen der Anlaufkuppe (40) mittels einer Umformrolle (56) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Arbeitsfläche (66) der Umformrolle (56) und die Stirnfläche (28, 30) der Welle (22) relativ zueinander drehen, die Stirnfläche (28, 30) und die Arbeitsfläche (66) relativ zueinander axial verstellt werden und die Stirnfläche (28, 30) und die Arbeitsfläche (66) relativ zueinander verkippt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Welle (22) axial und/oder radial durch eine variable Zustellung der Stirnfläche (28, 30) gegenüber der Arbeitsfläche (66) zum Fließen gebracht wird, wodurch eine verdichtete, glatte Oberfläche der Anlaufkuppe (40) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an die Anlaufkuppe (40) ein Radius (76) angeformt wird, der durch den Abstand der Arbeitsfläche (66) zu einem Verkippungspunkt (78) auf einer Achse (64) der Welle (22) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anformen der mindestens eine Anlaufkuppe (40) mindestens eine Phase (70) an der Welle (22) gefertigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst mindestens ein Bauteil (44, 18, 20, 21) – insbesondere ein Anker (18) eines elektromotorischen Antriebs (10) – auf der Welle (22) montiert und danach mindestens eine Anlaufkuppe (40) angeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anformen der mindestens einen Anlaufkuppe (40) vor dem Anformen einer Schnecke (26) auf der Welle (22) erfolgt.
Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden beweglichen Teilen mit einem Gehäuse (16), einem einer Ankerwelle (22) aufweisenden elektrischen Antriebsmotor (12) und einem diesem nachgeordneten Getriebe (14), – insbesondere Schneckengetriebe (14) – das mit dem Antriebsmotor (12) über die Ankerwelle (22) wirkverbunden ist, wobei die Ankerwelle (22) insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Stirnfläche (28, 30) der Ankerwelle (22) eine Anlaufkuppe (40) mittels Materialverdrängung angeformt ist, die sich über eine Anlauffläche (32, 34) gegenüber dem Gehäuse (16) abstützt.
Vorrichtung zum Herstellen einer Welle (22) , insbesondere einer Ankerwelle (22) eines elektromotorischen Antriebs (10), die insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) einen um eine Drehachse (58) rotierenden Umformkopf (54) mit einer Umformrolle (56) und mindestens eine Verstelleinheit (60, 62) zum axialen und/oder radialen Verstellen und Verkippen der Umformrolle (56) gegenüber der Drehachse (58) aufweist.