WO2024115342A1 - Bauteilverbindung - Google Patents

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WO2024115342A1
WO2024115342A1 PCT/EP2023/083088 EP2023083088W WO2024115342A1 WO 2024115342 A1 WO2024115342 A1 WO 2024115342A1 EP 2023083088 W EP2023083088 W EP 2023083088W WO 2024115342 A1 WO2024115342 A1 WO 2024115342A1
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WO
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component
opening edge
recess
bearing
component connection
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PCT/EP2023/083088
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French (fr)
Inventor
Daniel Hirsch
Michael DÜNCHER
Vanessa WEGMANN
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Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/24—Steering systems, e.g. steering rods or columns
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the invention relates to a component connection for the positive holding of a first component in a receptacle of a second component.
  • the invention further relates to a bearing plate, an electric motor, and a steering drive.
  • motor vehicles typically have a power steering system, which reduces the steering force required to operate a steering wheel when steering at a standstill or at low vehicle speeds.
  • the power steering assists a motor vehicle user when steering by supporting the steering force applied by the vehicle user, for example with a hydraulic system or with an electric motor.
  • an electric motor arranged on the steering wheel mechanism supports and superimposes the steering movements of the vehicle user with a generated auxiliary force.
  • So-called brushless electric motors brushless direct current motors, BLDC motors
  • BLDC motors brushless direct current motors
  • Such a brushless electric motor as an electric three-phase machine basically has a fixed (stationary) stator with an electric rotating field winding with a number of (motor) phases.
  • the stator or its rotating field winding has three phases and thus at least three phase conductors or i Phase windings, each of which is supplied with an electric current in a phase-shifted manner in order to generate a rotating magnetic field in which a rotor, usually provided with permanent magnets and also referred to as a runner, rotates about its axis.
  • the rotor is connected to a motor or rotor shaft in a shaft-fixed manner, whereby the shaft engages, for example, in a fixed bearing of a bearing plate for rotational support.
  • the fixed bearing is attached using a clamping disk (steel ring), for example, or is positively fixed in the bearing seat by means of caulking using several caulking points on the edge.
  • a so-called lens caulking is used to form the approximately semicircular caulking points, in which a punch is pressed axially against the edge area of an opening edge of the bearing seat, so that the material is formed radially inward into the opening of the bearing seat as an axial stop.
  • the dynamic loads act on the fixed bearing or on the caulking points. Since the fixed bearing is usually arranged radially in the bearing seat, the loads cause shear stresses on the caulking points, in particular, since the fixed bearing can only move out of the bearing seat in the axial direction. Caulking points produced using lens caulking are insufficiently dimensioned with regard to the dynamic loads (highly dynamic oscillations and/or vibrations) in view of the desired structure-borne sound requirements. In particular, high linear Shear stresses occur in the area of the original opening edge, which means that the necessary strength of the bearing attachment is not provided.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable component connection for the positive holding of a first component in a receptacle of a second component.
  • a component connection that is as stable and strong as possible is to be specified, which also achieves low structure-borne noise from the connected components under dynamic loads.
  • the invention is also based on the object of specifying a particularly suitable bearing plate and a particularly suitable electric motor as well as a particularly suitable steering drive.
  • the object is achieved according to the invention with the features of claim 1 and with regard to the bearing plate with the features of claim 6, as well as with regard to the electric motor with the features of claim 7 and with regard to the steering drive with the features of claim 8.
  • Advantageous embodiments and further developments are the subject of the subclaims.
  • the advantages and embodiments mentioned with regard to the component connection can also be transferred mutatis mutandis to the bearing plate and/or the electric motor and/or the steering drive and vice versa.
  • the component connection according to the invention is intended for the positive holding of a first component in a receptacle of a second component and is suitable and configured for this purpose.
  • the component connection is used in particular for connecting two components of a motor vehicle.
  • the holder which can be pot-shaped or cylindrical, holds the first component.
  • the first component is inserted into the holder.
  • axial or an “axial direction” is understood to mean in particular a direction parallel (coaxial) to a height direction of the holder, i.e. perpendicular to the front sides of the holder.
  • radial or a “radial direction” is understood to mean in particular a direction oriented perpendicular (transverse) to the height direction of the holder along a radius of the holder.
  • tangential or a “tangential direction” is understood to mean in particular a direction along the circumference of the holder (circumferential direction, azimuthal direction), i.e. a direction perpendicular to the axial direction and the radial direction.
  • At least one recess is made in the material of the second component surrounding the opening edge, radially spaced from an opening edge of the receptacle, such that the material of the second component located radially between the opening edge and the recess is deformed due to the recess in such a way that the deformed material protrudes radially into the opening edge as a tab-like axial stop and axially engages over the first component in a form-fitting manner.
  • the number of axial stops can be increased.
  • a number of recesses i.e. at least two recesses, are distributed tangentially around the opening edge, with a corresponding number of Axial stops are created to secure the first component through the recesses. This further improves the fastening of the first component.
  • the recess or the axial stop is created by a caulking or embossing process. This ensures reliable deformation of the material of the second component into the axial stop.
  • the stamp geometry for creating the recess can be adapted to the respective boundary conditions of the component connection (pressing force, required strength, etc.). In particular, the pressing force, the displaced material and the service life of the tool can be easily varied, so that the component connection can be adapted particularly flexibly to a particular application.
  • the recess has an increasing depth in the radial direction starting from the opening edge.
  • the stamp for creating the recess has an inclined, arched or monotonously curved stamp surface, which is pressed into the material of the second component and displaces the material in the transverse direction to the stamp surface into the opening of the holder. This ensures that a particularly stable and firm axial stop is formed.
  • the axial stop has a radial length, i.e. a radial projection over the opening edge into the opening, of 0.5 mm (millimeters) and an axial height or thickness of 1.0 mm, wherein the recess has a radial diameter of 5 mm.
  • the component connection described above is used to fix a fixed bearing (first component) in a bearing seat (receiver) of a bearing plate (second component).
  • first component a fixed bearing
  • second component a bearing plate
  • the component connection according to the invention can also be used in a similar design in other motor vehicle applications, such as for example in door and tailgate systems, window lifters, vehicle locks, adjustable seat and interior systems as well as electrical drives/controls/sensors and their arrangement in the vehicle.
  • the bearing plate according to the invention is intended for an electric motor and is suitable and designed for this purpose.
  • the bearing plate has a fixed bearing for a rotatable mounting of a shaft of the electric motor and a bearing seat in which the fixed bearing, which is designed in particular as a roller or ball bearing, is seated radially in a form-fitting manner, the fixed bearing being held axially in the bearing seat in a form-fitting manner by means of a component connection described above.
  • At least one recess is made in the material of the bearing plate surrounding the opening edge, radially spaced from an opening edge of the bearing seat, such that the material of the bearing plate located radially between the opening edge and the recess is deformed due to the recess in such a way that the deformed material protrudes radially into the opening edge as a tab-like axial stop and axially engages over the fixed bearing in a form-fitting manner.
  • the use of a component connection according to the invention creates a bearing plate that is improved in terms of structure-borne noise under dynamic loads.
  • caulking is possible to create the recess or the axial stop, so that an additional component in the form of a clamping disk for holding the bearing can be omitted.
  • the electric motor according to the invention has a shaft, for example a rotor shaft, which is rotatably mounted in a bearing plate described above.
  • the bearing plate according to the invention or the component connection according to the invention for fixing the fixed bearing advantageously reduces structure-borne noise during operation of the electric motor.
  • the steering drive according to the invention is designed in particular for a power steering system of a motor vehicle.
  • the steering drive has an electric motor as described above.
  • the electric motor is arranged in the area of a driver's cab, whereby the component connection according to the invention for holding the fixed bearing ensures particularly smooth motor operation, since a particularly high level of strength of the axial stops is ensured. This advantageously and easily reduces noise from the steering drive, which has an advantageous effect on the user comfort of the motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with a power steering system with an electric motor steering drive
  • Fig. 2 in sectional view a bearing plate of the steering drive
  • Fig. 3 shows a perspective view of an axial stop of the bearing shield
  • Fig. 4 shows a section of the axial stop
  • Fig. 6 shows a perspective view of a section of the bearing plate.
  • Fig. 1 shows in a schematic and simplified manner a motor vehicle 2 with a steering wheel 4 and with a steering gear 6 coupled thereto for moving wheels of the motor vehicle 2 (not shown in detail).
  • a power steering 8 is provided between the steering wheel 4 and the steering gear 6.
  • the power steering 8 is mechanically coupled on the one hand to a steering column 10 coupled to the steering wheel 4 and on the other hand to a steering gear 6.
  • the power steering 8 has two rotation sensors 12, 14 and a torsion bar 16 arranged between the rotation sensors 12 and 14.
  • the rotation sensors 12, 14 are coupled to a controller 18 in terms of signals.
  • the controller 18 is also guided to an electromotor steering drive 20, which is coupled to the steering gear 6 in terms of drive.
  • the steering column 10 is turned or rotated accordingly. This causes the torsion bar 16 to be deflected, which is detected by the rotation sensors 12 and 14.
  • the rotation sensors 12 and 14 send corresponding measurement signals S1, S2 to the controller 18, which controls and/or regulates the steering drive 20 depending on the measurement signals S1, S2.
  • the steering drive 20 generates a rectified auxiliary force to support the steering force in order to move the steering gear 6.
  • Fig. 2 shows a schematic and simplified view of a section of a bearing plate 22 of the steering drive 20.
  • the steering drive 20 or its electric motor has a shaft 24 on which a rotor is fixedly attached.
  • the shaft 24 is mounted on an A-side of the electric motor, which represents the drive side of the steering drive 20, by means of a fixed bearing 26.
  • the bearing plate 22 has a bearing bush or bearing seat 28 in which the fixed bearing 26 is fixedly arranged.
  • the fixed bearing 26 is designed in particular as a ball bearing.
  • the shaft 24 is axially fixed, i.e. not displaceable, in an inner ring 30 of the fixed bearing 26.
  • An outer ring 32 of the fixed bearing 26 sits radially in the bearing seat 28 with a positive fit.
  • axial or an “axial direction” A is understood to mean in particular a direction parallel (coaxial) to the shaft 24 of the electric motor.
  • radial or a “radial direction” R is understood to mean in particular a direction oriented perpendicular (transverse) to the shaft 24 of the electric motor along a radius of the electric motor or the bearing plate 22.
  • Tangential or a “tangential direction” T is understood to mean here and in the following, in particular a direction along the circumference of the bearing plate 22 or of the electric motor (circumferential direction, azimuthal direction), i.e. a direction perpendicular to the axial direction A and the radial direction R.
  • the fixed bearing 26 is held in an axially positive manner in the bearing seat 28.
  • a component connection 34 is provided between the fixed bearing 26 as the first component and the bearing plate 22 as the second component.
  • the component connection 34 is explained in more detail below with reference to Figures 2 to 4.
  • the bearing seat 28 forms a particularly radially positive-locking receptacle of the bearing plate 22 for the fixed bearing 26.
  • the bearing seat 28 has a circular opening edge 36, which is deformed at least in sections during the production of the component connection 34.
  • at least one recess 38 is introduced into the material of the bearing plate 22 surrounding the opening edge 36 by means of caulking, at a radial distance from the opening edge 36, in such a way that the material of the bearing plate 22 located radially between the opening edge 36 and the recess 38 is deformed due to the recess 38 in such a way that the deformed material protrudes radially into the opening edge 36 as a tab-like axial stop 40 and axially positively engages over the fixed bearing 26, in particular its outer ring 32.
  • the fixed bearing 26 is thus held in an axially form-fitting manner in the bearing seat 22 between a bottom 42 of the bearing seat 22 and the at least one axial stop 40.
  • At least two, for example at least 4, in particular at least 6, distributed axial stops 40 and recesses 38 are arranged evenly distributed in the tangential direction T.
  • distributed axial stops 40 and recesses 38 are arranged distributed around the opening edge 36.
  • the recesses 38 and the axial stop 40 are provided with reference numerals merely as an example.
  • the recess 38 has - as can be seen for example in Fig. 3 and Fig. 4 - an increasing depth starting from the opening edge 36 in the radial direction R.
  • a caulking stamp for creating the recess 38 has an inclined, arcuate or monotonously curved stamp surface which is pressed into the material of the bearing plate 22 and thereby displaces the material inwards beyond the opening edge 36 in the transverse direction to the stamp surface.
  • the axial stop 40 has a radial length, i.e. a radial projection over the opening edge 36 into the opening, of 0.5 mm (millimeters) and an axial height or thickness of 1.0 mm, wherein the recess 28 has a radial diameter of 5 mm.
  • the component connection described above is used to fix a fixed bearing (first component) in a bearing seat (receiver) of a bearing plate (second component).
  • the component connection according to the invention can also be used in a similar design in other motor vehicle applications, such as for example in door and tailgate systems, window lifters, vehicle locks, adjustable seat and interior systems as well as in electric drives/controls/sensors and their arrangement in the vehicle.
  • the above statements for use with a bearing plate 22 can also be applied to other applications.
  • the component connection 34 according to the invention or the fastening or caulking concept can also be used in a similar design for other motor vehicle Applications such as door and tailgate systems, window lifts, vehicle locks, adjustable seat and interior systems as well as electrical drives/controls/sensors and their arrangement in the vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauteilverbindung (34) zur formschlüssigen Halterung eines ersten Bauteils (26) in einer Aufnahme (28) eines zweiten Bauteils (22), wobei das erste Bauteil (26) in der Aufnahme (28) einsitzt, wobei radial beabstandet zu einem Öffnungsrand (36) der Aufnahme (28) mindestens eine Vertiefung (38) derart in das den Öffnungsrand (36) umgebende Material des zweiten Bauteils (22) eingebracht ist, dass das radial zwischen dem Öffnungsrand (36) und der Vertiefung (38) befindliche Material des zweiten Bauteils (22) aufgrund der Vertiefung (38) derart umgeformt ist, dass das umgeformte Material als laschenartiger Axialanschlag (40) radial in den Öffnungsrand (36) hineinragt und das erste Bauteil (26) axial formschlüssig übergreift.

Description

Beschreibung
Bauteilverbindung
Die Erfindung betrifft eine Bauteilverbindung zur formschlüssigen Halterung eines ersten Bauteils in einer Aufnahme eines zweiten Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Lagerschild, einen Elektromotor, und einen Lenkungsantrieb.
Heutzutage weisen Kraftfahrzeuge typischerweise eine Servolenkung auf, welche eine Lenkkraft, die zu einer Betätigung eines Lenkrads bei einem Lenken im Stillstand oder im Falle niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt wird, reduziert. Die Servolenkung unterstützt hierbei einen Kraftfahrzeugnutzer beim Lenken, indem die von dem Fahrzeugnutzer aufgebrachte Lenkkraft beispielsweise mit einem Hydrauliksystem oder mit einem Elektromotor unterstützt wird.
Bei einer elektromotorischen Servolenkung (EPS: Electric Power Stearing, EPAS: Electric Power Assisted Stearing) unterstützt und überlagert ein an der Mechanik des Lenkrads (Lenksäule, Lenkgetriebe) angeordneter Elektromotor die Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugnutzers mit einer erzeugten Hilfskraft. Für derartige elektromotorische Antriebe werden zunehmend häufiger sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürsten eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.
Ein derartiger bürstenloser Elektromotor als elektrische Drehstrommaschine weist prinzipiell einen feststehenden (stationären) Stator mit einer elektrischen Drehfeldwicklung mit einer Anzahl von (Motor-)Phasen auf. Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige Drehstrommaschine weist der Stator bzw. dessen Drehfeldwicklung drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder i Phasenwicklungen auf, welche jeweils phasenversetzt mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener, auch als Läufer bezeichneter Rotor um dessen Achse dreht (rotiert).
Der Rotor ist wellenfest mit einer Motor- oder Rotorwelle gefügt, wobei die Welle zur drehbeweglichen Lagerung beispielsweise in ein Festlager eines Lagerschilds eingreift. Das Festlager ist hierbei beispielsweise mittels einer Spannscheibe (Stahlring) befestigt, oder ist mittels Verstemmung durch mehrere randseitige Ver- stemmpunkte in dem Lagersitz formschlüssig fixiert.
Bei einem Aluminiumlagerschild wird beispielsweise eine sogenannte Linsenverstemmung zur Bildung der etwa halbkreisförmigen Verstemmpunkte verwendet, bei welchen ein Stempel axial gegen den Randbereich eines Öffnungsrands des Lagersitzes gepresst wird, so dass das Material radial nach innen in die Öffnung des Lagersitzes als Axialanschlag hinein umgeformt wird.
Insbesondere bei fahrerkabinennahen Anwendungen, wie beispielsweise bei einem Lenkungsantrieb, haben Elektromotoren, insbesondere Synchronmotoren, hohe Anforderung hinsichtlich eines im Betrieb auftretenden Körperschalls. Durch die hohen Anforderungen an den Körperschall, wird ein extrem robustes Design für die Befestigung des Festlagers benötigt, sodass die dafür verwendete Verstemmung sehr große Festigkeiten hinsichtlich der Lebensdauer aufweisen muss.
Die dynamischen Belastungen wirken auf das Festlager beziehungsweise auf die Verstemmpunkte ein. Da das Festlager in der Regel radial formschlüssig im Lagersitz angeordnet ist, treten hierbei durch die Belastungen insbesondere Scherspannungen auf die Verstemmpunkte auf, da sich das Festlager lediglich in axialer Richtung aus dem Lagersitz bewegen kann. Mittels Linsenverstemmung hergestellte Verstemmpunkte weisen hierbei hinsichtlich der dynamischen Belastungen (hochdynamische Schwingungen und/oder Vibrationen) im Hinblick auf die gewünschten Körperschallanforderungen eine zu geringe Dimensionierung auf. Insbesondere treten bei derartigen Verstemmpunkten hohe linienförmige Scherspannungen im Bereich des ursprünglichen Öffnungsrands auf, wodurch die notwendige Festigkeit der Lagerbefestigung nicht gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Bauteilverbindung zur formschlüssigen Halterung eines ersten Bauteils in einer Aufnahme eines zweiten Bauteils anzugeben. Insbesondere soll eine möglichst stabile und feste Bauteilverbindung angegeben werden, welche auch einen geringen Körperschall der verbundenen Bauteile bei dynamischen Belastungen realisiert. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Lagerschild und einen besonders geeigneten Elektromotor sowie einen besonders geeigneten Lenkungsantrieb anzugeben.
Hinsichtlich der Bauteilverbindung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Lagerschilds mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Lenkungsantriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die Bauteilverbindung angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Lagerschild und/oder den Elektromotor und/oder den Lenkungsantrieb übertragbar und umgekehrt.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Die erfindungsgemäße Bauteilverbindung ist zur formschlüssigen Halterung eines ersten Bauteils in einer Aufnahme eines zweiten Bauteils vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Bauteilverbindung wird insbesondere zur Verbindung von zwei Bauteilen eines Kraftfahrzeugs verwendet.
Die beispielsweise topfförmige oder zylindrische Aufnahme nimmt das erste Bauteil auf. Mit anderen Worten ist das erste Bauteil in die Aufnahme eingesetzt. Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zu einer Höhenrichtung der Aufnahme, also senkrecht zu den Stirnseiten der Aufnahme verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Höhenrichtung der Aufnahme orientierte Richtung entlang eines Radius der Aufnahme verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs der Aufnahme (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.
Erfindungsgemäß ist radial beabstandet zu einem Öffnungsrand der Aufnahme mindestens eine Vertiefung derart in das den Öffnungsrand umgebende Material des zweiten Bauteils eingebracht, dass das radial zwischen dem Öffnungsrand und der Vertiefung befindliche Material des zweiten Bauteils aufgrund der Vertiefung derart umgeformt ist, dass das umgeformte Material als laschenartiger Axialanschlag radial in den Öffnungsrand hineinragt und das erste Bauteil axial formschlüssig übergreift. Dadurch ist eine besonders geeignete Bauteilverbindung realisiert.
Insbesondere wird durch das Einbringen der Vertiefung und die dadurch bewirkte radiale Umformung des verdrängten Materials zu dem Axialanschlag ein besonders stabiler und fester Axialanschlag realisiert, welcher auftretende Scherspannungen bei einer dynamischen Belastung besser in das umliegende zweite Bauteil verteilt. Die bei der dynamischen Belastung vom ersten Bauteil auf den Axialanschlag ausgeübte Scherspannung wird somit in größere Bereiche des zweiten Bauteils eingeleitet, wodurch die Stabilität und Haltbarkeit des Axialanschlags verbessert ist.
Um die Dauerfestigkeit der Befestigung des ersten Bauteils zu erhöhen, kann die Anzahl der Axialanschläge erhöht werden. In einer geeigneten Weiterbildung sind eine Anzahl von Vertiefungen, also mindestens zwei Vertiefungen, tangential verteilt um den Öffnungsrand eingebracht, wobei eine entsprechende Anzahl von Axialanschlägen zur Sicherung des ersten Bauteils durch die Vertiefungen erzeugt sind. Dadurch wird die Befestigung des ersten Bauteils weiter verbessert.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Vertiefung beziehungsweise der Axialanschlag durch einen Verstemm- oder Prägeprozess erzeugt. Dadurch ist eine zuverlässige Umformung des Materials des zweiten Bauteils zum Axialanschlag gewährleistet. Weiterhin kann die Stempelgeometrie zur Erzeugung der Vertiefung an die jeweiligen Randbedingungen der Bauteilverbindung angepasst werden (Einpresskraft, benötigte Festigkeit etc.). Insbesondere kann auch die Einpresskraft, das verdrängte Material und die Standzeit des Werkzeuges einfach variiert werden, so dass die Bauteilverbindung besonders flexibel an eine jeweilige Anwendung anpassbar ist.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Vertiefung ausgehend vom Öff- nungsrand in radialer Richtung eine zunehmende Tiefe auf. Dies bedeutet, dass der Stempel zum Einbringen der Vertiefung eine schräge, bogenförmige oder monoton gekrümmte Stempelfläche aufweist, welche in das Material des zweiten Bauteils eingepresst wird, und dabei das Material in Querrichtung zur Stempelfläche in die Öffnung der Aufnahme hin verdrängt. Dadurch ist sichergestellt, dass ein besonders stabiler und fester Axialanschlag gebildet ist.
In einer bevorzugten Dimensionierung weist der Axialanschlag eine radial Länge, also einen radialen Überstand über den Öffnungsrand in die Öffnung hinein, von 0,5 mm (Millimeter) und eine axiale Höhe oder Dicke von 1 ,0 mm auf, wobei die Vertiefung einen radialen Durchmesser von 5 mm aufweist.
In einer bevorzugten Anwendung wird die vorstehend beschriebene Bauteilverbindung zur Fixierung eines Festlagers (erstes Bauteil) in einem Lagersitz (Aufnahme) eines Lagerschilds (zweites Bauteil) verwendet. Die erfindungsgemäße Bauteilverbindung kann jedoch auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben/Steuerungen/Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Lagerschild ist für einen Elektromotor vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Das Lagerschild weist hierbei ein Festlager für eine drehbewegliche Lagerung einer Welle des Elektromotors, und einen Lagersitz auf, in welchem das insbesondere als Wälz- oder Kugellager ausgeführte Festlager radial formschlüssig einsitzt, wobei das Festlager mittels einer vorstehend beschriebenen Bauteilverbindung axial formschlüssig in dem Lagersitz gehalten ist.
Hierzu ist radial beabstandet zu einem Öffnungsrand des Lagersitzes mindestens eine Vertiefung derart in das den Öffnungsrand umgebende Material des Lagerschilds eingebracht, dass das radial zwischen dem Öffnungsrand und der Vertiefung befindliche Material des Lagerschilds aufgrund der Vertiefung derart umgeformt ist, dass das umgeformte Material als laschenartiger Axialanschlag radial in den Öffnungsrand hineinragt und das Festlager axial formschlüssig übergreift. Dadurch ist ein besonders geeignetes Lagerschild realisiert. Insbesondere ist durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Bauteilverbindung ein hinsichtlich des Körperschalls bei dynamischen Beanspruchungen verbessertes Lagerschild realisiert.
Zur Realisierung der Bauteilverbindung beziehungsweise zur Halterung und Befestigung des Festlagers ist beispielsweise ein Verstemmen zur Erzeugung der Vertiefung beziehungsweise des Axialanschlags möglich, so dass ein zusätzliches Bauteil in Form einer Spannscheibe zur Halterung des Lagers entfallen kann.
Der erfindungsgemäße Elektromotor weist eine Welle, beispielsweise eine Rotorwelle, auf, welche in einem vorstehend beschrieben Lagerschild drehbar gelagert ist. Durch das erfindungsgemäße Lagerschild beziehungsweise die erfindungsgemäße Bauteilverbindung zur Fixierung des Festlagers wird ein Körperschall im Betrieb des Elektromotors vorteilhaft reduziert. Der erfindungsgemäße Lenkungsantrieb ist insbesondere für eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs ausgeführt. Der Lenkungsantrieb weist hierbei einen vorstehend beschriebenen Elektromotor auf. Bei einer Anwendung für eine Servolenkung ist der Elektromotor im Bereich einer Fahrerkabine angeordnet, wobei durch die erfindungsgemäße Bauteilverbindung zur Halterung des Festlagers ein besonders laufruhiger Motorbetrieb gewährleistet ist, da eine besonders hohe Festigkeit der Axialanschläge gewährleistet ist. Dadurch wird eine Geräuschentwicklung des Lenkungsantriebs vorteilhaft und einfacher reduziert, was sich vorteilhaft auf den Benutzerkomfort des Kraftfahrzeugs überträgt.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Servolenkung mit einem elektromotorischen Lenkungsantrieb,
Fig. 2 in Schnittdarstellung ein Lagerschild des Lenkungsantriebs,
Fig. 3 in perspektivischer Darstellung einen Axialanschlag des Lagerschilds, und
Fig. 4 in Schnittdarstellung ausschnittsweise den Axialanschlag,
Fig. 5 in Draufsicht ausschnittsweise das Lagerschild, und
Fig. 6 in perspektivischer Darstellung ausschnittsweise das Lagerschild.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Art und Weise ein Kraftfahrzeug 2 mit einem Lenkrad 4 und mit einem damit gekoppelten Lenkgetriebe 6 zur Bewegung nicht näher dargestellter Räder des Kraftfahrzeugs 2. Zur Reduzierung der benötigten Lenkkraft ist zwischen dem Lenkrad 4 und dem Lenkgetriebe 6 eine Servolenkung 8 vorgesehen.
Die Servolenkung 8 ist hierbei einerseits mit einer mit dem Lenkrad 4 gekoppelten Lenksäule 10 und andererseits mit einem Lenkgetriebe 6 mechanisch gekoppelt. Die Servolenkung 8 weist zwei Drehsensoren 12, 14 und einen zwischen den Drehsensoren 12 und 14 angeordneten Torsionsstab 16 auf. Die Drehsensoren 12, 14 sind signaltechnisch mit einem Controller 18 gekoppelt. Der Controller 18 ist weiterhin signaltechnisch an einen elektromotorischen Lenkungsantrieb 20 geführt, welcher antriebstechnisch mit dem Lenkgetriebe 6 gekoppelt ist.
Dreht ein Fahrzeugnutzer das Lenkrad 4 mittels einer Lenkkraft wird die Lenksäule 10 entsprechend gedreht oder rotiert. Dadurch wird der Torsionsstab 16 ausgelenkt, was mittels der Drehsensoren 12 und 14 erfasst wird. Die Drehsensoren 12 und 14 senden entsprechende Messsignale S1 , S2 an den Controller 18, welcher in Abhängigkeit der Messsignale S1 , S2 den Lenkungsantrieb 20 ansteuert und/oder regelt. Der Lenkungsantrieb 20 erzeugt im Betrieb unterstützend zur Lenkkraft eine gleichgerichtete Hilfskraft zur Bewegung des Lenkgetriebes 6.
Die Fig. 2 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Darstellung ausschnittsweise ein Lagerschild 22 des Lenkungsantriebs 20. Der Lenkungsantrieb 20 beziehungsweise dessen Elektromotor weist eine Welle 24 auf, auf welcher ein Rotor wellenfest befestigt ist. Die Welle 24 wird auf einer A-Seite des Elektromotors, welche die Antriebsseite des Lenkungsantriebs 20 darstellt, mittels eines Festlagers 26 gelagert. Das Lagerschild 22 weist hierfür eine Lagerbüchse oder Lagersitz 28 auf, in welcher das Festlager 26 fest angeordnet ist.
Das Festlager 26 ist insbesondere als ein Kugellager ausgeführt. Hierbei ist die Welle 24 in einem Innenring 30 des Festlagers 26 axial fest, also nicht verschiebbar angeordnet. Ein Außenring 32 des Festlagers 26 sitzt radial formschlüssig in dem Lagersitz 28 ein.
Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ A wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Welle 24 des Elektromotors verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ R insbesondere eine senkrecht (quer) zur Welle 24 des Elektromotors orientierte Richtung entlang eines Radius des Elektromotors beziehungsweise des Lagerschilds 22 verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ T wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Lagerschilds 22 oder des Elektromotors (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung A und zur Radialrichtung R, verstanden.
Das Festlager 26 ist axial formschlüssig in dem Lagersitz 28 gehalten. Hierfür ist eine Bauteilverbindung 34 zwischen dem Festlager 26 als ersten Bauteil und dem Lagerschild 22 als zweiten Bauteil vorgesehen. Die Bauteilverbindung 34 ist nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert.
Der Lagersitz 28 bildet eine insbesondere radial formschlüssige Aufnahme des Lagerschilds 22 für das Festlager 26. Der Lagersitz 28 weist einen kreisförmigen Öff- nungsrand 36 auf, welcher im Zuge der Herstellung der Bauteilverbindung 34 zumindest abschnittsweise verformt wird. Hierzu ist radial beabstandet zu dem Öff- nungsrand 36 mindestens eine Vertiefung 38 derart in das den Öffnungsrand 36 umgebende Material des Lagerschilds 22 mittels Verstemmen eingebracht, dass das radial zwischen dem Öffnungsrand 36 und der Vertiefung 38 befindliche Material des Lagerschilds 22 aufgrund der Vertiefung 38 derart umgeformt wird, dass das umgeformte Material als laschenartiger Axialanschlag 40 radial in den Öffnungsrand 36 hineinragt und das Festlager 26, insbesondere dessen Außenring 32, axial formschlüssig übergreift. Das Festlager 26 ist somit zwischen einem Boden 42 des Lagersitzes 22 und dem mindestens einen Axialanschlag 40 axial formschlüssig in dem Lagersitz 22 gehalten.
Vorzugsweise sind mindestens zwei, beispielsweise mindestens 4, insbesondere mindestens 6, verteilt angeordnete Axialanschläge 40 und Vertiefungen 38 gleichmäßig in Tangentialrichtung T verteilt angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind - wie insbesondere in den Figuren 5 und 6 ersichtlich - sechs gleichmäßig verteilte Axialanschläge 40 und Vertiefungen 38 um den Öffnungsrand 36 verteilt angeordnet. In der Fig. 6 sind die Vertiefungen 38 und der Axialanschlag 40 lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Die Vertiefung 38 weist - wie beispielsweise in der Fig. 3 und Fig. 4 erkenntlich - ausgehend vom Öffnungsrand 36 in Radialrichtung R eine zunehmende Tiefe auf. Hierbei weist ein Verstemm-Stempel zum Einbringen der Vertiefung 38 eine schräge, bogenförmige oder monoton gekrümmte Stempelfläche auf, welche in das Material des Lagerschilds 22 eingepresst wird, und dabei das Material in Querrichtung zur Stempelfläche in über den Öffnungsrand 36 hinaus nach innen verdrängt.
In einer bevorzugten Dimensionierung weist der Axialanschlag 40 eine radial Länge, also einen radialen Überstand über den Öffnungsrand 36 in die Öffnung hinein, von 0,5 mm (Millimeter) und eine axiale Höhe oder Dicke von 1 ,0 mm auf, wobei die Vertiefung 28 einen radialen Durchmesser von 5 mm aufweist.
In einer bevorzugten Anwendung wird die vorstehend beschriebene Bauteilverbindung zur Fixierung eines Festlagers (erstes Bauteil) in einem Lagersitz (Aufnahme) eines Lagerschilds (zweites Bauteil) verwendet. Die erfindungsgemäße Bauteilverbindung kann jedoch auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben/Steuerungen/Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug verwendet werden.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
Insbesondere sind die vorstehenden Ausführungen für die Anwendung bei einem Lagerschild 22 sinngemäß auch auf andere Anwendungen übertragbar. So kann die erfindungsgemäße Bauteilverbindung 34 bzw. das Befestigungs- oder Verstemmungskonzept auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug- Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben/Steuerungen/Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug verwendet werden.
Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Lenkrad
6 Lenkgetriebe
8 Servolenkung
10 Lenksäule
12, 14 Drehsensor
16 Torsionsstab
18 Controller
20 Lenkungsantrieb
22 Lagerschild, zweites Bauteil
24 Welle
26 Festlager, erstes Bauteil
28 Lagersitz, Aufnahme
30 Innenring
32 Außenring
34 Bauteilverbindung
36 Öffnungsrand
38 Vertiefung
40 Axialanschlag
42 Boden
S1 , S2 Messsignal
A Axialrichtung
R Radialrichtung
T Tangentialrichtung

Claims

Ansprüche Bauteilverbindung (34) zur formschlüssigen Halterung eines ersten Bauteils (26) in einer Aufnahme (28) eines zweiten Bauteils (22),
- wobei das erste Bauteil (26) in der Aufnahme (28) einsitzt,
- wobei radial beabstandet zu einem Öffnungsrand (36) der Aufnahme (28) mindestens eine Vertiefung (38) derart in das den Öffnungsrand (36) umgebende Material des zweiten Bauteils (22) eingebracht ist, dass das radial zwischen dem Öffnungsrand (36) und der Vertiefung (38) befindliche Material des zweiten Bauteils (22) aufgrund der Vertiefung (38) derart umgeformt ist, dass das umgeformte Material als laschenartiger Axialanschlag (40) radial in den Öffnungsrand (36) hineinragt und das erste Bauteil (26) axial formschlüssig übergreift. Bauteilverbindung (34) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Vertiefungen (38) tangential verteilt um den Öffnungsrand (36) eingebracht sind, und dass eine entsprechende Anzahl von Axialanschlägen (40) zur Sicherung des ersten Bauteils (26) durch die Vertiefungen (38) erzeugt sind. Bauteilverbindung (34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (38) beziehungsweise der Axialanschlag (40) durch einen Verstemm prozess erzeugt ist. Bauteilverbindung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (38) ausgehend vom Öffnungsrand (36) in radialer Richtung (R) eine zunehmende Tiefe aufweist. Bauteilverbindung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag (40) eine radiale Länge von 0,5 mm und eine axiale Höhe von 1 ,0 mm aufweist, und dass die Vertiefung (38) einen radialen Durchmesser von 5 mm aufweist. Lagerschild (22) für einen Elektromotor, aufweisend ein Festlager (26) für eine drehbewegliche Lagerung einer Welle (24) des Elektromotors, und einen Lagersitz (28), in welchem das Festlager (26) radial formschlüssig ein- sitzt, wobei das Festlager (26) mittels einer Bauteilverbindung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 axial formschlüssig in dem Lagersitz (28) gehalten ist. Elektromotor, aufweisend eine Welle (24) und ein diese lagerndes Lager- schild (22) nach Anspruch 6. Lenkungsantrieb (20) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Servolenkung (8), aufweisend einen Elektromotor nach Anspruch 7.
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