DE10254581A1

DE10254581A1 - Antriebseinheit

Info

Publication number: DE10254581A1
Application number: DE10254581A
Authority: DE
Inventors: Gerald Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-03
Also published as: WO2004048162A1; AU2003246538A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (8), insbesondere zum Betreiben einer Wischeranlage (8) im Kraftfahrzeug, mit einer eine radiale Lageroberfläche (58) aufweisenden Welle (15), die in mindestens einem eine Innenwand (60) aufweisenden Gleitlager (40) radial gelagert ist, wobei an der Lageroberfläche (58) oder der Innenwand (60) Aussparungen (64, 66) ausgeformt sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere zum Betreiben einer Wischeranlage im Kraftfahrzeug, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Mit der WO 00/73107 ist eine Wischeranlage mit einem Trägerrohr und einer Motorplatine bekannt geworden, auf der ein Motor mit einem daran angebauten Getriebe angeordnet ist, das eine Mechanik für die Scheibenwischer antreibt. Der Motor weist hierbei üblicherweise eine in einem Poltopf gelagerte Ankerwelle auf, die beispielsweise mit einer Schnecke in ein Schneckenrad des Getriebes greift. Wird eine solche Wischeranlage beispielsweise bei Temperaturen im Bereich von +30°C bis –40°C betrieben, tritt ein starkes Quietsch- oder Klappergeräusch auf, das vom Kunden als störend empfunden wird. Diese starke Körperschallgeräusche werden durch das Zusammenspiel der Ankerwelle mit den entsprechenden Gleitlagern verursacht und sollen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unterbunden werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass auf Grund des Ausformens von entsprechenden Aussparungen in der Innenwand des Gleitlagers oder an der Lageroberfläche der Welle die Körperschallgeräusche der Antriebseinheit weitgehend unterbunden werden. Durch die Aussparungen zwischen der Lageroberfläche und der korrespondierenden Gleitfläche wird verhindert, dass bei einem vorhandenen Spiel zwischen Welle und Lager ein Abrollen der Lageroberfläche auf der Gleitfläche des Lagers entgegen der Eigenrotation der Welle stattfindet. Dieser Effekt des Abrollens der Welle entgegen ihrer Rotationsrichtung tritt vor allem beim Anlauf des Antriebs und bei großem radialem Spiel auf, also typischerweise beim Start des Wischerbetriebs bei sehr niedriger Außentemperatur.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch möglich. So können die Aussparungen besonders günstig als axiale Längsnuten, beispielsweise mittels Bohren, Fräsen oder direkt mittels des Sinterwerkzeugs angefertigt werden. Solche axialen Längsnuten, insbesondere über die gesamte Länge des Lagerbereichs, unterbinden wirkungsvoll ein solches „Hochlaufen" der Ankerwelle an der Lagerwand, da im Bereich der Längsnut keine Reibfläche der Lagerwand zur Verfügung steht, an der die Welle entgegen ihrer Eigenrotation an der Lagerfläche "hochzulaufen" kann.

Um eine kontinuierliche Schmierung der Lagerflächen zu gewährleisten, wird das Gleitlager vorteilhaft aus Sintermaterial hergestellt, dessen Poren eine Schmierflüssigkeit aufnehmen können, wodurch die Lebensdauer der Antriebseinheit erhöht wird.

Besonders günstig ist es, die Gleitlager als Zylinder- oder Kalottenlager zu fertigen, die beispielsweise fest in den Poltopf eingepresst werden. Eine solch starre Fixierung der Lager im Gehäuse ist besonders körperschallanfällig, wodurch bei dieser kostengünstigen Ausführung das Anfertigen von Aussparungen besonders effizient ist.

Weist die Welle gegenüber dem Lager ausreichendes Lagerspiel auf, wird verhindert, dass sich die Welle auch bei extremen Temperaturschwankungen festfrisst. Außerdem kann eine solche Lagerpassung mit großen Toleranzen kostengünstig hergestellt werden.

Die Körperschallanregung wird besonders wirkungsvoll unterbunden, indem in die erfindungsgemäßen Aussparungen, insbesondere die Längsnuten, Schmiermittel eingebracht wird. Hierzu eignet sich besonders ein Schmierfett, das kontinuierlich über lange Zeit die Reibung zwischen der Lageroberfläche und der Innenwand des Gleitlagers minimiert.

Die Längsnuten können fertigungstechnisch besonders günstig mit halbkreisförmigem Querschnitt gefertigt werden, da hierzu lediglich die entsprechende Anzahl von axialen Längsbohrungen entlang der Lagerinnenwand notwendig sind. Der hierbei erzeugte Querschnitt einer Teil-Kreisfläche bietet genügend Volumen, um ausreichend Schmiermittel zu deponieren.

Das gegenläufige Umlaufen der Welle entgegen deren Eigenrotation – und damit die Geräuschentwicklung – wird wirksam unterbunden, wenn die tangentiale Abmessung der Längsnuten in Relation zum Gesamtumfang der Lagerinnenwand in etwa 1:6 bis 1:10 beträgt. In der Praxis hat sich ein Wert für dieses Verhältnis von näherungsweise 1:8 als besonders effektiv erwiesen.

Je nach Umfang der Welle kann die Anzahl der Aussparungen über den Umfang der Lagerinnenfläche variiert werden, wobei sich für die Anwendung von Antriebseinheiten für Wischeranlagen zwei bis sechs Längsnuten bewährt haben. Bei einer zu großen Anzahl von Aussparungen wird die Gleitfläche des Lagers zu stark reduziert, bzw. bei zu geringer tangentialer Ausdehnung verlieren die Aussparungen ihren reibungsunterbindenden Nutzen. In der Praxis erweisen sich insbesondere drei Längsnuten als ausreichend, wobei deren tangentiale Ausdehnung an den Durchmesser der Welle angepasst werden kann.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für die Lagerung einer Ankerwelle eines Wischermotors, da bei dieser Anwendung einerseits eine starke Geräuschbildung auftritt, und diese andererseits vom Fahrer/Insassen als besonders störend empfunden wird. Ist die Ankerwelle für eine günstige Anordnung der Wischeranlage in etwa waagrecht gelagert, so kann hierbei durch die erfindungsgemäßen Aussparungen insbesondere ein "Hochlaufen" der Ankerwelle entgegen der Eigenrotation gegen die Schwerkraft verhindert werden, wodurch ein besonders lästiges Quitschen oder Klappern durch das "Herabfallen" der Ankerwelle vom oberen Umkehrpunkt auf Grund des Radialspiels verhindert wird. Dabei kann die erfindungsgemäße Lösung je nach Anforderung für ein oder für beide Gleitlager des Wischermotors verwendet werden.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße Wischeranlage,
2 einen schematischen Bewegungsablauf der Welle im Lager,
3 ein weiteres Gleitlager gemäß einem Schnitt nach III-III und
4 das Gleitlager aus 3 im Längsschnitt nach IV-IV.
Beschreibung
1 zeigt eine Wischeranlage 8, beispielsweise für die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit einem Trägerrohr 10, das eine sogenannte Motorplatine 12 trägt. Auf der Motorplatine 12 ist ein Motor 14 mit einer (in 1 nicht sichtbaren) Ankerwelle 15 angeordnet, die über ein Getriebe 16 eine Kurbel 48 und Gelenkstangen 50, sowie eine weitere Kurbel 52 antreibt, die jeweils mit einer Antriebswelle 18 für jeden (nicht dargestellten) Scheibenwischer fest verbunden sind. Die Antriebswellen 18 sind in Wischerlagern 20 gelagert, deren Lagergehäuse 22 Zapfen 30 aufweisen, die in die als Rohrprofil 26 ausgebildeten Enden des Trägers 10 gesteckt und darin fixiert sind. Das Wischerlagergehäuse 22 weist des weiteren ein Halteelement 36 zur Befestigung der Wischeranlage 8 am Kraftfahrzeug auf. Der Zapfen 30 weist an seiner der Antriebswelle 18 zugewandten Seite 31 eine vergrößerte Übergangsfläche 44 auf, die mit großen Radien in die Umfangsfläche des Lagergehäuses übergeht, wodurch eine günstige Kraftübertragung erreicht wird. Diese ist durch seitliche Versteifungsrippen 34 noch unterstützt, die sich vom achsnahen Ende 31 des Zapfens 30 zum Halteelement 36 hin erstrecken. Die Ankerwelle 15 ist beispielsweise mittels zwei Lager gelagert, die jeweils fest an einem Gehäuseteil 42 des Motors 14 fixiert sind. In 1 weist der Motor 14 einen Poltopf 45 mit einem Fortsatz 46 auf, in den ein Zylinderlager 40 eingepresst ist. Das zweite Lager (Kugel- oder Gleitlager 40) wird beispielsweise von einem Zwischenstück 47 zwischen dem Poltopf 45 und dem Getriebe 16 drehfest gehalten.
In 2 ist schematisch die Lagerung der Welle 15 in einem Gleitlager 40 mit einem radialen Lagerspiel 54 dargestellt, welches zu Illustrationszwecken unverhältnismäßig groß dargestellt ist. Die Welle 15 wird vom Motor 14 entgegen dem Uhrzeigersinn gemäß Pfeilrichtung 56 in Eigenrotation versetzt. Die Welle 15 weist eine radiale Lageroberfläche 58 auf, die auf einer Innenwand 60 des feststehenden Gleitlagers 40 gleitet. Auf Grund des Lagerspiels 54 zwischen Welle 15 und der Innenwand 60 rollt sich die Welle 15 gleichzeitig mit ihrer radialen Lageroberfläche 58 im Uhrzeigersinn gemäß Pfeilrichtung 62 auf der Innenwand 60 des Gleitlagers 40 ab. Dieses Abrollen oder "Hochlaufen" an der Lagerinnenwand 60 führt zu unangenehmen Quietsch- oder Klappergeräuschen. In 2 ist in vier Sequenzen ein komplettes Abrollen der Welle 15 über den gesamten Umfang der Innenwand 60 dargestellt. Durch das Anformen von Aussparungen 64 in der Welle 15 oder der Innenwand 60 wird erfindungsgemäß dieses Abrollen der Welle 15 auf der Innenwand 60 unterbunden, da im Bereich der Aussparungen 64 nun keine ausreichende Reibfläche mehr zur Verfügung steht, um an der Lagerinnenwand 60 hochzulaufen. Die Welle 15 weist in 2 beispielsweise vier Längsnuten auf, wobei deren Querschnitt beliebig geformt sein kann, beispielsweise rechteckförmig, v-förmig oder halbkreisförmig. Die Tiefe 68 der Nuten 66 wird so bemessen, dass der Gesamtquerschnitt der Welle 15 nur unwesentlich geschwächt wird. Die Breite 70 der Aussparungen 64 wird derart an den Lagerinnendurchmesser 72 angepasst, dass eine Körperschallanregung verhindert wird.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitlagers 40 gemäß einem Schnitt nach III-III und 4 das selbe Lager 40 im Längsschnitt. Das Gleitlager 40 ist als Zylinderlager ausgebildet, das in ein Gehäuseteil 42 einpressbar ist. In die Innenwand 60 sind hier drei axiale Längsnuten 66 angeordnet, die beispielsweise mittels Bohren über die gesamte axiale Ausdehnung der Lagerinnenwand 60 gefertigt sind. Im Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der Längsnuten 66 in etwa halbkreisförmig, kann aber auch als beliebiger Teil eines Kreisquerschnitts ausgebildet sein. Die Aussparungen 64 dienen gleichzeitig als Aufnahme für Schmiermittel, wobei mit festen Schmierfetten die Geräuschentwicklung des Lagers besonders wirkungsvoll unterdrückt wird. Am äußeren Umfang des Zylinderlagers 40 ist für Montagezwecke ein axialer Kanal 74 ausgeformt. Der Innendurchmesser 72 des Gleitlagers 40 beträgt im Ausführungsbeispiel in etwa 8 mm und die Breite 70 der Längsnuten 66 etwa 3 mm. Daraus ergibt sich in etwa ein Verhältnis des Umfangs der Innenwand 60 zur tangentialen Breite 70 der Aussparungen 64 von etwa 8:1. Werden mehr als drei Nuten 66 angeformt (beispielsweise 4, 5 oder 6), vergrößert sich dieses Verhältnis bis auf ungefähr 10:1.
In 4 ist das Lager 40 aus 3 gemäß des Schnitts IV-IV dargestellt. Die Aussparung 64 erstreckt sich über die gesamte axiale Länge 76 der Lagerinnenwand 60. Das Gleitlagers 40, weist im Beispiel verschiedene angeformte Schultern und Radien für eine bessere Montage auf. Entscheidend für die Erfindung ist, dass die Aussparungen 64 direkt an der Lagerfläche, also entweder der lagernden Innenwand 60 des Gleitlagers 40 oder der Lageroberfläche 58 der Welle 15 angeformt sind. Dabei haben die Aussparungen 64 deutlich größere Abmessungen als beispielsweise materialspezifische Poren des Zylinderlagers 40, das beispielsweise aus Sintermaterial hergestellt ist. Die Poren des Sintermaterials können unter Umständen ebenfalls – insbesondere flüssiges – Schmiermittel aufnehmen, jedoch können solche gleichmäßig über die gesamte Innenwand 60 verteilte Poren die Körperschallanregung der spielbehafteten Lagerung nicht vermeiden.
Die Endung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl, Form oder Anordnung der Aussparungen 64, 66 beschränkt. Die Kanten zwischen den Aussparungen 64, 66 und den Lagerflächen 58, 60 können sowohl scharfkantig, als auch abgerundet ausgebildet sein. Die Aussparungen 64, 66 können an einem oder an mehreren Lagern bzw. Lageroberflächen 58 der Welle 15 angeordnet sein. Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung für den Betrieb einer Wischeranlage 8, insbesondere bei deren Anlauf bei tiefen Temperaturen, da hierbei wirkungsvoll störende Körperschallgeräusche verhindert werden. Andererseits ist ebenfalls ein Anwendung der Endung für Fensterheber-, Sitzverstell-, Gebläse-, Motorkühl- oder Klimaanlagemotoren möglich. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele oder auf eine beliebige Kombination der Einzelmerkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele.

Claims

Antriebseinheit (8) – insbesondere zum Betreiben einer Wischeranlage im Kraftfahrzeug – mit einer eine radiale Lageroberfläche (58) aufweisenden Welle (15), die in mindestens einem eine Innenwand (60) aufweisendem Gleitlager (40) radial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lageroberfläche (58) oder der Innenwand (60) Aussparungen (64) ausgeformt sind.
Antriebseinheit (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (64) als axiale Längsnuten (66) ausgebildet sind.
Antriebseinheit (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (40) aus Sintermaterial gefertigt ist.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (40) als Zylinderlager (40) oder Kalottenlager ausgebildet ist, das fest an einem Gehäuseteil (42, 46, 47) – insbesondere einem Poltopf (45) – fixiert ist.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15) im Gleitlager (40) mittels eines radialen Lagerspiels (54) gelagert ist.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aussparungen (64, 66) Schmiermittel deponierbar ist.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (64, 66) einen näherungsweise halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Umfangs der Innenwand (60) zur Breite (70) einer Aussparung (64, 66) in etwa zwischen 10:1 und 6:1, insbesondere näherungsweise 8:1 beträgt.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Aussparungen (64, 66) zwischen 2 und 6, insbesondere 3 beträgt.
Antriebseinheit (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15) als Ankerwelle (15) eines Wischermotors (14) ausgebildet ist, die näherungsweise waagerecht gelagert ist.