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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung zwischen einer Spindelmutter
und einer Hülse und einem Spindelmotor, bei dem zwischen
einer Spindelmutter und einer Hülse eine Gewindeverbindung
vorgesehen ist. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Getriebemotoren
für Kraftfahrzeuge zur fremdkraftbetätigten Verstellung
von Elementen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere von Sitzelementen,
Elementen eines Schiebedachs oder Fensterelementen.
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Aus
der
DE 100 19 512
A1 ist ein Elektromotor bekannt, der als Fensterheber-
oder Schiebedachmotor dient.
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In
Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall kann ein
Spindelmotorkonzept von Vorteil sein, beispielsweise für
die Sitzhöhenverstellung. Ein solcher Motor ist auf geeignete
Weise mit den zu verstellenden Elementen, beispielsweise einem Sitzelement,
zu verbinden. Um den Einsatzbereich eines Spindelmotors zu vergrößern,
kann ein jeweils auf den Anwendungsfall angepasster Adapter vorgesehen
sein. Im Rahmen der Serienfertigung ist es auch möglich,
dass eine geeignete Hülse auf eine Spindelmutter aufgeschraubt
wird. An der Hülse können dann geeignete Befestigungsmittel,
beispielsweise eine Abstandshülse, befestigt sein, die
die Anbindung an die zu betätigenden oder zu verstellenden Elemente
ermöglicht.
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Um
ein Lösen der Schraubverbindung zwischen der Spindelmutter
und der Hülse zu verhindern, ist es denkbar, dass eine
Sicherungsschraube vorgesehen wird. Hierfür wird jedoch
eine zusätzliche, sehr kurze und somit schwer zu behandelnde selbstfurchende
Schraube benötigt, wodurch die Herstellung erschwert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Gewindeverbindung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und der erfindungsgemäße Spindelmotor
mit den Merkmalen des Anspruchs 15 haben demgegenüber den
Vorteil, dass eine zuverlässige, fixierte Gewindeverbindung zwischen
der Spindelmutter und der Hülse mit einem relativ hohen
Verdrehmoment in Bezug auf die Schraubverbindung geschaffen ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
Gewindeverbindung und des im Anspruch 15 angegebenen Spindelmotors
möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Spindelmutter aus einem Kunststoff gebildet ist.
Als Kunststoff für die Spindelmutter kommt insbesondere
ein Polyoxymethylen, Polyformaldehyd, das ein Polyacetal ist, mit dem
Kunststoff-Kurzzeichen POM in Frage. Ein solcher Kunststoff weist
vorteilhafte Eigenschaften auf, bestimmte Verbindungsverfahren sind
bei einer Spindelmutter aus POM allerdings schwierig zu erreichen,
beispielsweise Kleben.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Fixierverbindung durch Ultraschallschweißen
gebildet ist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Hülse
eine durchgehende Ausnehmung aufweist, in die ein Einlegeteil eingelegt
ist, wobei das Einlegeteil mit einem Außengewinde der Spindelmutter
verschweißt ist. Durch das Einlegeteil, das aus POM gebildet
sein kann, ist eine prozesssichere Realisierung der Fixierverbindung
möglich. Bei der Ausgestaltung der Fixierverbindung kann
das Einlegeteil mittels einer Drode quer in Kontakt mit dem Außengewinde
der Spindelmutter gebracht und dann auf der Spindelmutter Ultraschall
geschweißt werden. Durch die Spitzen des Außengewindes
der Spindelmutter ist dabei eine sehr gute Qualität der Schweißverbindung
möglich. Somit lässt sich eine spielfreie, hoch
drehfeste Gewindeverbindung zwischen der Hülse und der
Spindelmutter erreichen. Die Hülse kann aus unterschiedlichen
Materialien gebildet sein. Speziell kann das Material der Hülse
im Hinblick auf die erforderliche Festigkeit optimiert werden. Beispielsweise
kann die Hülse aus einem Stahl oder aus einem Polyamid
66, das ist ein Polymer aus Hexamethylendiamid und Adipinsäure,
mit dem Kunststoff-Kurzzeichen PA 66, gebildet sein, wobei eine
Glasfaserverstärkung oder dergleichen möglich ist,
beispielsweise mit einem Anteil von 50%.
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In
vorteilhafter Weise ist an einer Außenseite der Spindelmutter
eine Vertiefung vorgesehen, wobei die Hülse zur Ausbildung
der Fixierverbindung an der Verbindungsstelle in die Vertiefung
eingreift. Dabei kann die Hülse eine kegelförmige
Ausformung aufweisen, die an der Verbindungsstelle in die Vertiefung eingreift.
Diese Verbindung kann beispielsweise durch Verstemmen ausgestaltet
werden. Die Verstemmung erfolgt dabei möglichst konzentriert
an einer Stelle, so dass sich im Gegensatz zu einer flächigen
Verstemmung auch nach dem Entlasten ein echter Formschluss ausbildet,
bei dem die gegebenenfalls zurückfedernde Geometrie der
Hülse im Bereich der Verbindungsstelle sich immer noch
innerhalb der Ausprägung der Vertiefung der Spindelmutter
befindet.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass die an der Spindelmutter vorgesehene Vertiefung
an der Verbindungsstelle im Bereich eines Außengewindes
der Spindelmutter vorgesehen ist. Dabei wird auch bei eher kleinen
Verstemmtiefen mit entsprechend kleinen Ausprägungen der
Ausformung ein Kontakt zu den Gewindeflanken im Bereich der Verbindungsstelle
hergestellt und so bereits ein, wenn auch relativ geringer, Formschluss
erzeugt.
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Zeichnung
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen
sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen
Spindelmotor mit einer Spindelmutter gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine
Hülse, die mit dem in 1 dargestellten
Spindelmotor über die Spindelmutter verbindbar ist;
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3 einen
Schnitt durch die in 2 dargestellte Hülse
entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie;
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4 den
in 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt einer Hülse
des Ausführungsbeispiels der Erfindung in größerem
Detail;
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5 den
in 4 mit V bezeichneten Ausschnitt in einem Zustand,
in dem die in der 3 dargestellte Hülse
mit der in 1 dargestellten Spindelmutter
des Spindelmotors des Ausführungsbeispiels verbunden ist;
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6 den
in 3 mit VI bezeichneten Ausschnitt der in 3 dargestellten
Hülse, die mit einer in 1 dargestellten
Spindelmutter verbunden ist, gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 eine
auszugsweise Darstellung eines Verstemmstempels zur Ausprägung
der in 6 dargestellten formschlüssigen Fixierverbindung
entsprechend dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
und
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8 den
in 3 mit VIII bezeichneten Ausschnitt einer Hülse,
die mit einer in 1 dargestellten Spindelmutter
eines Spindelmotors verbunden ist, bei einer Verbindung entsprechend
dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen Spindelmotor 1 mit einer Spindelmutter 2,
die mittels einer Gewindeverbindung mit einer in 2 dargestellten
Hülse 3 entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung verbindbar ist. Der Spindelmotor 1 kann insbesondere
zur fremdkraftbetätigten Verstellung von Elementen eines
Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Insbesondere kann der Spindelmotor 1 für
die Sitzhöhenverstellung bei Kraftfahrzeugen dienen. Der
erfindungsgemäße Spindelmotor 1 und die
erfindungsgemäße Gewindeverbindung zwischen der
Spindelmutter 2 und der Hülse 3 eignen
sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Der
Spindelmotor 1 weist einen Anschlagkörper 4 auf,
der an einem Getriebegehäuse 5 des Spindelmotors 1 befestigt
ist. Ferner weist der Spindelmotor 1 ein mit dem Getriebegehäuse 5 verbundenes
Motorgehäuse 6 auf, in dem ein Elektromotor gelagert
ist. Der Spindelmotor 1 weist außerdem einen Anschlagring 7 auf.
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2 zeigt
die Hülse 3, die über den Anschlagring 7 auf
den in 1 dargestellten Spindelmotor 1 aufbringbar
und an einem Ende 8 mit der Spindelmutter 2 verschraubbar
ist. An einem weiteren Ende 9 weist die Hülse 3 eine
Durchgangsbohrung 10 auf, die zur Anbindung von Elementen
des Kraftfahrzeugs, insbesondere Sitzelementen, an den Spindelmotor 1 dient.
Ferner weist die Hülse 3 im Bereich des Endes 8 eine
durchgehende Ausnehmung 11 auf, deren Funktion anhand der 3 im
weiteren Detail beschrieben ist. Die Hülse 3 kann
insbesondere aus einem Kunststoff mit dem Kunststoff-Kurzzeichen
PA 66 gebildet sein. Dabei kann zur Erhöhung der Festigkeit
auch ein Verbundwerkstoff zum Einsatz kommen, beispielsweise ein
glasfaserverstärkter Kunststoff mit einem Verbundstoffanteil
von beispielsweise 50% Die Hülse 3 kann dabei
als Adapter dienen, der an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst
ist.
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3 zeigt
die in 2 dargestellte Hülse 3 in einer Schnittdarstellung
entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie. Die Hülse 3 weist
einen Innenraum 15 auf, in den der Anschlagring 7 des
Spindelmotors 1, der in der 1 dargestellt
ist, zunächst einfügbar ist. Des weiteren ist
die Spindelmutter 2 dann mit ihrem Außengewinde 16 in
ein Innengewinde 17 der Hülse 3 einschraubbar,
bis der Anschlagring 7 an einer Anschlagfläche 18 im
Innenraum 15 der Hülse 3 anliegt. Auf
diese Weise ist eine zuverlässige, stabile Verbindung zwischen
der Hülse 3 und der Spindelmutter 2 gebildet,
wobei zwischen der Spindelmutter 2 und der Hülse 3 eine
Schraubverbindung besteht. Diese Schraubverbindung wird wie folgt
gesichert oder fixiert.
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In
die durchgehenden Ausnehmungen 11, 11' der Hülse 3 werden
Einlegeteile 19 eingefügt, wobei zur Vereinfachung
der Darstellung in der 3 nur das in die durchgehende
Ausnehmung 11 eingefügte Einlegeteil 19 dargestellt
ist. Das Einlegeteil 19 kann beispielsweise aus einem Kunststoff
mit dem Kunststoff-Kurzzeichen POM hergestellt sein. Das in die
durchgehende Ausnehmung 11 eingefügte Einlegeteil 19 ist
in der 4 in weiterem Detail dargestellt.
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4 zeigt
den in 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt einer Hülse 3 mit
einem Einlegeteil 19 in weiterem Detail. Die Position des
Einlegeteils 19 ist dabei in einem Zustand gezeigt, in
dem noch keine Verbindung des Einlegeteils 19 mit der Spindelmutter 2 besteht.
Diese Verbindung ist anhand der 5 dargestellt.
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5 zeigt
den in 3 mit V bezeichneten Ausschnitt einer Hülse 3 mit
einer Spindelmutter 2 sowie einem Einlegeteil 19',
das in eine durchgehende Ausnehmung 11' eingefügt
ist. Dabei ist das Einlegeteil 19' mit der Spindelmutter 2 durch
Ultraschallschweißen verschweißt, so dass eine
Fixierverbindung zwischen der Hülse 3 und der
Spindelmutter 2 ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung hat
den Vorteil, dass eine hohe Koaxialität der Verbindung
zwischen der Hülse 3 und der Spindelmutter 2 erreicht
werden kann. Ferner können die Materialien der Spindelmutter 2 und
der Hülse 3 jeweils für sich optimiert
werden, da im Hinblick auf die stoffschlüssige Verbindung
zwischen dem Einlegeteil 19' und der Spindelmutter 2 eine
Anpassung des Werkstoffs des Einlegeteils 19' möglich
ist. Ein Verdrehen der Hülse relativ zu der Spindelmutter 2 ist
durch die formschlüssige Verbindung gewährleistet,
die zwischen dem Einlegeteil 19', das in die durchgehende
Ausnehmung 11' eingefügt ist, und der Hülse 3 gegeben
ist. Die Fixierverbindung kann dadurch spielfrei ausgestaltet werden.
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6 zeigt
den in 3 mit VI bezeichneten Ausschnitt einer Hülse 3 mit
einer Spindelmutter 2 entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel eines
Spindelmotors 1. Die Spindelmutter 2 weist in diesem
Ausführungsbeispiel an einer Außenseite 25 eine
Vertiefung 26 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel
als Sackbohrung ausgestaltet ist. Die Vertiefung 26 ist
dabei zumindest im wesentlichen durch eine zylinderförmige
Aussparung gebildet. Die Vertiefung 26 kann auch nutförmig
oder auf andere Weise ausgestaltet sein. Ferner ist die Vertiefung 26 in
diesem Ausführungsbeispiel im Bereich des Außengewindes 16 der
Spindelmutter 2 vorgesehen. In die Vertiefung 26 greift
eine zumindest näherungsweise kegelförmige Ausformung 27 der
Hülse 3 ein, so dass eine Fixierverbindung an
einer Verbindungsstelle 28 zwischen der Spindelmutter 2 und
der Hülse 3 ausgebildet ist. Diese Fixierverbindung
verhindert ein Drehen der Hülse 3 relativ zu der
Spindelmutter 2. Die Fixierung wird auch dadurch unterstützt,
dass ein überdrückter Kantenbereich 29 der
Vertiefung 26 nach dem Rückfedern der erzeugten
Ausformung 27 innerhalb seiner Elastizität ebenfalls
eine Rückstellung bewirkt und eine gegebenenfalls entstandene
Lücke schließt, so dass zwischen der Ausformung 27 und der
Vertiefung 26, insbesondere im Kantenbereich 29,
kein oder zumindest nur ein geringfügiges Spiel verbleibt.
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7 zeigt
eine auszugsweise Darstellung eines Verstemmstempels 30 zur
Ausprägung der in 6 dargestellten
Ausformung 27. Der Verstemmstempel 30 wird in
Pfeilrichtung 31 in Richtung einer in 6 dargestellten
Achse 32 gegen die Hülse 3 im Ausgangszustand
gepresst, wobei sich die Ausformung 27 ausbildet. Dabei
kann der Verstemmstempel 30 zunächst weiter vorgeschoben
werden, als es der Endzustand in der 6 zeigt,
da es zu einem teilweisen Zurückfedern der Ausformung 27 kommen kann.
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Das
Eindringen des Verstemmstempels 30 in die Hülse 3 bewirkt
nämlich plastische, das heißt bleibende, als auch
elastische Verformungen. Während die elastischen Verformungen
nach dem Entlasten wieder zurückfedern, so dass die Teilegeometrie
wieder ihren Ausgangszustand erlangt, bewirken höhere Kräfte,
welche die werkstoffspezifischen Elastizitätsgrenzen überschreiten,
die nach dem Entlasten sichtbaren, bleibenden Verformungen, die
in der Ausformung 27 der Hülse 3 resultieren.
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Der
Kantenbereich 29 der Vertiefung 26 der Spindelmutter 2 bildet, ähnlich
einer Matrize, eine kreisförmige Abstützung gegenüber
dem eindringenden Verstemmstempel 30. Über diese
Abstützungslinie, die wegen der Elastizität der
beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Spindelmutter 2 und dem
unterbrochenen Verlauf durch die Gewinderillen des Außengewindes 16 allerdings
einen unscharfen Charakter aufweist, wird mittels des eindringenden
Verstemmstempels 30 eine relativ hohe Schubspannung erzeugt,
die plastische Verformungen bewirkt und so die Geometrie der Ausformung 27 definiert.
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Die
auf diese Weise angeformte Ausformung 27 erzeugt im Unterschied
zu einer flächigen Verstemmung in Kombination mit der Vertiefung 26 in der
Spindelmutter 2 auch nach dem Entlasten einen echten Formschluss,
da sich die etwas zurückfedernde Geometrie innerhalb der
Vertiefung 26 befindet.
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Der
Verstemmstempel 30 weist einen Kopfbereich 33 auf,
dessen Geometrie an die zu erreichende Gestalt der Ausformung 27 angepasst
ist.
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8 zeigt
den in 3 mit VIII bezeichneten Ausschnitt einer Hülse 3 mit
einer Spindelmutter 2 eines Spindelmotors 1 entsprechend
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Freidrehung der Hülse 3 verlängert
ausgestaltet, so dass die Randbedingungen für eine definierte
Verstemmgeometrie zur Ausgestaltung der Ausformung 27 geschaffen
sind. Somit ist ein möglicher Steifigkeitssprung auf Grund
eines Innengewindes 17, das im Bereich der Freidrehung 34 nicht
vorgesehen ist, aus dem Bereich der Verbindungsstelle 28 und
somit dem Verstemmbereich verschoben. Die damit verbundene Reduzierung
der Einschraubtiefe ist durch die Ausgestaltung des Innengewindes 17 der
Hülse 3 und des Außengewindes 16 der
Spindelmutter 2, falls erforderlich, ausgeglichen. Allerdings
besteht im Bereich eines offenen Endes 35 der Hülse 3 eine Abnahme
der radialen Steifigkeit und somit das Problem, dass Unsymmetrien
in der Verstemmung auftreten, die durch den Freistich der Spindelmutter 2 und
der dadurch fehlenden Abstützung zu dem Randbereich der
Hülse 3 verstärkt werden können.
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Diese
Einflüsse werden vorzugsweise durch eine geeignete Ausformung
des Verstemmstempels 30 minimiert. Dabei können
die wirksamen Flächen des Verstemmstempels 30,
insbesondere im Kopfbereich 33, in axialer Richtung überproportional
vergrößert werden, so dass ein voreilender, tiefer
eindringender Verstemmstempel 30 wieder eingefangen wird.
Eventuelle Unsymmetrien können dadurch ausgeglichen werden
und dem steiferen Bereich der Ausformung 27 wird ein harmonischer Übergang
aufgezwungen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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