DE10146748A1

DE10146748A1 - Verfahren zum Herstellen einer Welle mit Hülse, sowie Vorrichtung beinhaltend eine solche Welle

Info

Publication number: DE10146748A1
Application number: DE2001146748
Authority: DE
Inventors: Ingo Drewe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-22
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-09-23
Also published as: EP1429878A1; WO2003026814A1; DE10146748B4

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 (12), wobei die Ankerwelle (22) mindestens an einer Stelle eine Ausformung (38, 38') aufweist, in die formschlüssig eine Gegenausformung (40, 40') der Hülse (36) greift, die die Hülse (36) axial und drehfest fixiert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle mit einer Hülse sowie eine Vorrichtung beinhaltend eine solche Welle nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Mit dem deutschen Gebrauchsmuster GM 297 02 525.2 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die beispielsweise zum Verschieben von Fensterscheiben, Schiebedächern oder Sitzen eingesetzt wird. Dabei ist auf eine Ankerwelle eines Elektromotors eine Schnecke aufgepreßt, die das Drehmoment des Elektromotors auf das Schneckenrad überträgt. Das vordere Ende der Ankerwelle wird dabei in einer Drehlageraufnahmebuchse geführt. Dadurch wird verhindert, dass die Schnecke radial ausweicht und der Verzahnungseingriff zwischen Schnecke und Schneckenrad gestört wird. Dies ist besonders wichtig, wenn zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad starke radiale Kräfte auftreten, insbesondere dann, wenn das Stellteil gegen einen Anschlag fährt. Fertigungstechnisch ist das Aufpressen der vorgefertigten Schnecke auf die Ankerwelle ein sehr aufwendiger Prozeß. Auch die Herstellung der Schnecke beispielsweise mittels Gießverfahren oder spanender Bearbeitung ist recht aufwendig. Weit kostengünstiger hingegen ist das direkte Aufrollieren der Schnecke auf die Ankerwelle. Prozeßbedingt ist dabei jedoch der Durchmesser der Schnecke an den Durchmesser der Ankerwelle gekoppelt, was dazu führt, dass die Schnecke aufgrund ihres geringen Durchmessers im Bereich des Verzahnungseingriffs ausweicht, wodurch eine Lagerung am freien Ende der Schnecke notwendig wird. Um die Biegesteifigkeit des freien hoch belasteten Wellenendes zu erhöhen, könnte eine abgesetzte Welle verwendet werden, mit einem vergrößerten Durchmesser im Bereich der Schnecke - dies ist jedoch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten uninteressant.

Vorteil der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das Aufbringen einer Hülse der Wellendurchmesser im Bereich der Schnecke vergrößert wird, wodurch sich die Biegesteifigkeit des Wellenendes erhöht. Deshalb kann auf eine zusätzliche Lagerung der Welle am Schneckenende verzichtet werden. Dadurch, dass die Schnecke erst in einem zweiten Schritt auf die Hülse geformt wird, sind die Genauigkeitsanforderungen beim Fixieren der Hülse auf der Welle bezüglich deren Außendurchmesser, deren kozentrischen Anordnung, sowie deren Verbiegung recht gering.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 möglich. Wird die Hülse drehfest auf die Welle aufgepreßt, vereinfacht dies den nächsten Verfahrensschritt der Anformung der Schnecke, beispielsweise durch Rollieren der Hülse. Durch diesen Verfahrensschritt können große Fertigungstoleranzen der Pressung ausgeglichen werden.

Besonders einfach und kostengünstig wird die Hülse mittels Materialverdrängung (z. B. quetschen) auf der Welle fixiert. Die sowohl formschlüssige als auch reibschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Welle verhindert sehr sicher ein Verdrehen und Verschieben der Hülse.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 4 kann eine beliebig vorgefertigte Schnecke einfach und zuverlässig auf der Welle befestigt werden, ohne dass Verspannungen in der Schnecke durch einen Preßsitz auftreten. Die Verfahren der Materialverdrängung wie z. B. Quetschen oder Rollieren können lokal begrenzt an einem Ende der Schnecke angewandt werden und sind prozeßtechnisch leicht zu handhaben.

Wird die Schnecke mittels Materialverdrängung, insbesondere mittels Kaltverformung geformt, erhöht sich die Oberflächenqualität der Verzahnung, da das Material an der Oberfläche verdichtet wird. Durch die Materialverdrängung ist nicht nur eine Durchmesserverringerung, wie beim spanenden Verfahren möglich, sondern auch ein Auffüllen von Materiallücken. Dies ermöglicht größere Schneckendurchmesser herzustellen.

Besonders kostengünstig ist das Rollierverfahren einerseits zum Befestigen der Hülse auf der Welle, indem das Rollierwerkzeug lediglich radial relativ zu der rotierenden Hülse bewegt wird. Andererseits kann auch zusätzlich ein Vorschub in Längsrichtung der Hülse eingestellt werden, so dass ringförmige oder spiralförmige Rolliernuten entstehen. Ist die Hülse dünnwandig genug, wird durch die Verformung der Hülse auch die Welle verformt. Dadurch wird in einem Arbeitsgang eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Welle erzeugt. Diese Besfestigung der Hülse kann auch durch das Rollieren der Schnecke auf der auf die Welle aufgebrachte Hülse erfolgen.

Wird die Befestigung der Hülse und das Formen der Schnecke mittels Materialverdrängung auf der selben Arbeitsmaschine und/oder mit dem selben Rollierwerkzeug durchgeführt, muss die Welle mit der Hülse für diesen Vorgang nur einmal eingespannt werden. Ein kompletter Arbeitsschritt wird gespart, was eine schnelle und kostengünstige Produktion ermöglicht.

Greift bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden Bauteilen eine Ausformung der Ankerwelle in eine Gegenausformung der Hülse, kann der Schneckendurchmesser beliebig gewählt werden. Dies ermöglicht es, zur Erhöhung der Biegefestigkeit einen großen Schneckendurchmesser vorzusehen, wobei die Schnecke trotzdem einfach und sicher auf der Ankerwelle befestigt werden kann.

Weist die Ankerwelle eine ringförmige Ausformung auf, die mit einer entsprechender Gegenausformung der Hülse korrespondieret, ist die Hülse über den gesamten Umfang der Ankerwelle gegen axiales Verschieben gesichert. Durch eine spiralförmige Ausprägung der Rolliernut wird zusätzlich auch das Verdrehen der Schnecke wirkungsvoll verhindert.

Ist es auf Grund hoher zu übertragender Kräfte notwendig, den Schneckendurchmesser bzw. die Schneckenzahnflanken und damit die Wandstärke der Hülse so groß zu halten, dass mittels der Materialverdrängung der Hülse keine gleichzeitige Verformung der Ankerwelle zu realisieren ist, kann die Hülse günstigerweise einen abgesetzten dünnwandigen Bereich aufweisen, an dem - gleichzeitig mit der Verformung der Hülse - eine Verformung der Ankerwelle möglich ist. Über diese zusätzliche, bis in die Welle reichende Verformung ist dann die Hülse sicher auf der Welle fixiert.

Zeichnung

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden Bauteilen im Schnitt,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Schnecke aus Fig. 1, und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Verstellantrieb 10 dargestellt mit einem einen Motor 12 und ein Getriebe 14 umgebenden mehrteiligen Gehäuse 16. Der Motor 12 ist elektrisch kommutiert und weist einen 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 kommuniziert. An den Stirnseiten 28 und 30 der Ankerwelle 22 ist diese über Anlaufscheiben 32 und 34, sowie über ein Dämpfungsmittel 36 am Gehäuse 16 abgestützt. Die Schnecke 26 ist auf eine Hülse 36 geformt, die mittels Materialverdrängung auf der Ankerwelle 22 fixiert ist.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt, der auf der Ankerwelle 22 angeordneten Hülse 36. Zur Herstellung der Welle 22 wird über die glatte Ankerwelle 22 eine Hülse 36 geschoben und diese mit dem Rollierverfahren auf der Ankerwelle 22 befestigt. Die Rollierwerkzeuge bestehen im einfachsten Fall aus kreisrunden, rotierenden Scheiben einer bestimmten Dicke, die sich radial auf die Ankerwelle mit der Hülse zu bewegen. Dabei wird das Material der Hülse derart verformt, dass dieses eine Ausformung 38 in die Ankerwelle 22 preßt, die formschlüssig von der in der Hülse 36 erzeugten Gegenausformung 40 umschlossen wird. Dabei entsteht in der Ankerwelle 22 eine ringförmige Rolliernut 42, in die ein Rollierwulst 44 der Hülse 36 formschlüssig eingreift. Erfahren die Ankerwelle 22 oder die Rollierwerkzeuge 46 gleichzeitig auch einen axialen Vorschub, entsteht anstelle der ringförmigen Ausformung bzw. Gegenausformung(40, 38) eine spiralförmige Nut. Alternativ zum radialen Vorschub der Rollierwerkzeuge 46 können diese auch exzentrisch gelagert oder spiralförmig ausgebildet sein, wodurch ebenfalls eine radiale Relativbewegung erzeugt wird. Anschließend wird auf die Hülse 36 mittels Materialverdrängung eine Schnecke 26 aufrolliert. Dieser Verfahrensschritt kann mit dem gleichen Rollierwerkzeug 46 vorgenommen oder zumindest während der selben Einspannung auf der Rolliermaschine ausgeführt werden. Beim Rollieren verformt sich die Wand der Hülse 36 derart, dass sich an deren Außenfläche eine Verzahnung 37 ausbildet. Ist die Wand der Hülse 36 relativ dünn, wird dabei gleichzeitig die Oberfläche der Ankerwelle 22 verformt, so dass über den gesamten Bereich der Schnecke 26 die Ankerwelle 22 Ausformungen 38 aufweist, in die Gegenausformungen 40 der Hülse 36 bzw. der Schnecke 26 formschlüssig eingreifen.
Daher kann in einer Variation des Ausführungsbeispiels auf das Anformen der ersten Ausformung 38 und Gegenausformung 40 verzichtet werden und die Hülse 36 nach deren Aufpressen auf die Ankerwelle 22 direkt während des Rollierens der Schnecke 26 durch die Bildung von Ausformungen 38' mit entsprechenden Gegenausformungen 40' auf der Ankerwelle 22 fixiert werden. Die Ausformungen 38' und Gegenausformungen 40', die durch das Anformen der Schnecke 26 erzeugt werden, gewährleisten ebenfalls ausreichende Sicherheit gegen Verdrehen und axiales Verschieben der Hülse.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Wandstärke 48 der ursprünglichen Hülse 36 so groß, dass beim Anformen der Schnecke 26 mittels Materialverdrängung keine Ausformungen 38' und Gegenausformungen 40' erzeugt werden. Um die Hülse 36 trotzdem mittels Materialverdrängung auf der Ankerwelle 22 zu befestigen, weist diese an ihrem einen Ende 50 einen von der Schnecke abgesetzten, dünnwandigeren Bereich 52 auf, in dem die Wandstärke 54 so gewählt ist, dass mittels Materialverdrängung eine Ausformung 38 mit einer entsprechenden Gegenausformung 40 erzeugt werden kann.
In einer Variation dieses Ausführungsbeispiels wird die Schnecke 26 auf den dickwandigen Bereich der Hülse 36 angeformt, bevor die Hülse 36 auf der Ankerwelle 22 angeordnet wird. Durch die große Wandstärke 48 der Hülse 36 weist diese an ihrer Innenseite im Bereich der Schnecke 26 keine Gegenausformungen 40' auf. In einem zweiten Schritt wird die Hülse 36 dann auf die Ankerwelle 22 aufgebracht und mittels Materialverdrängung im abgesetzten, dünnwandigen Bereich 52 beispielsweise durch Quetschen oder Rollieren eine Ausformung 38 angeformt, in die formschlüssig eine Gegenausformung 40 greift.
Es ist ebenso denkbar, die Ausformung 38 mit der Gegenausformung 40 am anderen Ende der Hülse 36 hin zur Stirnseite 29 der Ankerwelle 22 anzuformen. Ebenso ist deren konkrete Form und deren Anzahl variabel und beispielsweise vom Werkzeug der Materialverdrängung abhängig. So werden z. B. beim Quetschverfahren die Gegenausformung 40 und die Ausformung 38 nicht über den gesamten Umfang der Welle 22 angeformt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Welle 22 ist nicht auf einen elektrischen Antriebsmotor (12) zum Verstellen von Bauteilen im Kraftfahrzeug beschränkt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Welle (22), insbesondere einer Ankerwelle (22) eines elektromotorischen Antriebs (10), die mindestens durch eine Wellenlagerung (23) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Welle (22) zuerst eine Hülse (36) aufgebracht und danach auf diese eine Schnecke (26) geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (36) drehfest auf die Welle (22) aufgepreßt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (36) mittels Materialverdrängung auf der Welle (22) befestigt wird.

4. Verfahren zum Herstellen einer Welle (22), insbesondere einer Ankerwelle (22) eines elektromotorischen Antriebs (10), die mindestens durch eine Wellenlagerung (23) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Schnecke (26) auf eine Hülse (36) geformt und diese danach auf der Welle (22) insbesondere mittels Materialverdrängung befestigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (26) mittels Materialverdrängung geformt wird.

6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdrängung zum Formen der Schnecke (26) und/oder zum Befestigen der Hülse (36) auf der Welle (22) mittels Rollieren ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen der Hülse (36) und das Formen der Schnecke (26) mittels Materialverdrängung auf derselben Arbeitsmaschine und/oder mit demselben Rollierwerkzeug und/oder in einem Arbeitsgang erfolgt.

8. Vorrichtung zum Verstellen von zu einem Kraftfahrzeug gehörenden Bauteilen mit einem eine 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 auf der Ankerwelle (22) eine eine Schnecke (26) aufweisende Hülse (36) angeordnet ist, und die Ankerwelle (22) mindestens an einer Stelle eine Ausformung (38, 38', 42) aufweist, in die formschlüssig eine Gegenausformung (40, 40', 44) der Hülse (36) greift, die die Hülse (36) axial und drehfest fixiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (38, 38', 42) eine ringförmige oder spiralförmige Rolliernut (42) und die Gegenausformung (40, 40', 44) ein entsprechender Rollierwulst (44) ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (38, 42)an einem vom Bereich der Schnecke (26) abgesetzten, dünnwandigeren Teil (52) der Hülse (36) angeordnet ist.