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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Spindelantriebs.
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Aus der
DE 10 2016 203 639 A1 der Anmelderin ist ein Spindelantrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der bekannte Spindelantrieb ist Bestandteil eines Komfortantriebs in Form eines Sitzverstellungsantriebs zur (Längs-)Verstellung eines Sitzes. Der Spindelantrieb weist einen Elektromotor als Antriebsmotor auf, der mit einem Getriebegehäuse verbunden ist. Innerhalb des Getriebegehäuses ist ein mit einem Abtriebselement des Elektromotors kämmendes Schneckenrad als Antriebselement drehbar gelagert, welches wiederum drehfest mit einer Spindel verbunden ist. Die Spindel ragt beidseitig aus dem Getriebegehäuse heraus und ist durch das Schneckenrad bzw. das Antriebselement um ihre Längs- bzw. Drehachse drehbar. Auf einem Spindelgang der Spindel ist eine Spindelmutter in Bezug zur Drehachse der Spindel drehfest angeordnet, wobei die Spindelmutter wiederum zumindest mittelbar mit dem zu verstellenden Element (Sitz) verbunden ist.
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Bei einer Drehung der Spindel in die eine oder andere Drehrichtung wird die Spindelmutter in Längsrichtung der Spindel bewegt und sorgt dadurch für die gewünschte Verstellung des Sitzes. Wesentlich für die Übertragung der Verstellkräfte auf den Sitz bzw. die Spindelmutter ist, dass das Antriebselement (Schneckenrad) drehfest mit der Spindel verbunden ist. Hierzu ist es beim Stand der Technik vorgesehen, dass das als Spritzgussteil ausgebildete Antriebselement (Schneckenrad) an dem entsprechenden Abschnitt der Spindel während des Fertigungsprozesses des Antriebselements durch Einlegen der Spindel in ein Spritzgusswerkzeug angespritzt wird. Eine derartige Fertigungsmethode sorgt zwar für die benötigte drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebselement bzw. dem Schneckenrad und der Spindel, hat jedoch während des Montageprozesses des Spindelantriebs den Nachteil, dass die je nach Anwendungsfall eine relativ große Länge aufweisende Spindel durch eine Vielzahl von Fertigungsstationen des Spindelantriebs durchgeschleust werden muss. Dies hängt damit zusammen, dass die Montage des Antriebselements bzw. des Schneckenrads in dem Getriebegehäuse zu einem relativ frühen Zeitpunkt der Fertigung des Spindelantriebs erfolgt. Das dadurch erforderliche Handling der Spindel zwischen den einzelnen, der Montage des Antriebselements in dem Getriebegehäuse nachfolgenden Montageplätzen ist relativ aufwendig. Weiterhin ist alleine schon die Fertigung des Antriebselements durch Anspritzen an den entsprechenden Wellenabschnitt der Spindel insofern relativ aufwendig, als dass bereits zu diesem Zeitpunkt relativ lange Spindeln während der Fertigungsprozesse der Antriebselemente gehandhabt werden müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Spindelantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein modifizierter und vereinfachter Montageprozess des Spindelantriebs ermöglicht wird. Insbesondere lässt sich ein Montageprozess des Spindelantriebs realisieren, bei dem die Spindel zu einem sehr späten Zeitpunkt mit dem Antriebselement bzw. dem Schneckenrad verbunden bzw. zu ihrer vollen Spindellänge konfiguriert wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Montage des Antriebselements bzw. des Schneckenrads in dem Getriebegehäuse ohne Spindel erfolgen kann und die so geschaffene Baueinheit weiteren Montageschritten zugeführt werden kann, wobei auch diese Montageschritte und somit das Handling der Baueinheit ohne die Spindel erfolgen. Weiterhin entfällt je nach Ausführungsform der Erfindung auch das beim Stand der Technik übliche Herstellen des Antriebselements (Scheckenrad) durch Anspritzen an den entsprechenden Abschnitt der Spindel, wodurch auch das relativ aufwendige Handling der Spindel während des Spitzprozesses nicht erforderlich ist.
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Zur Erzielung der oben genannten Vorteile schlägt es die Lehre des Anspruchs 1 in ihrer allgemeinsten Form vor, dass das Schneckenrad als vorgefertigtes Bauteil ausgebildet und durch wenigstens einen separaten Fertigungsschritt zumindest mittelbar mit der Spindel verbindbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Antriebselement bzw. das Schneckenrad separat von der Spindel hergestellt wird und erst in dem gefertigten Zustand (nachträglich) mit der Spindel verbunden wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Spindelantriebs sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer ersten konkreten konstruktiven Umsetzung des soweit beschriebenen allgemeinen Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Spindel sich axial an das Schneckenrad oder ein mit dem Schneckenrad verbundenes, von dem Schneckenrad als separates Bauteil ausgebildetes Bauteil anschließt, dass die Spindel und das separate Bauteil oder das Schneckenrad an einander zugewandten Stirnflächen durch eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißverbindung miteinander verbunden sind, und dass das Schneckenrad oder das separate Bauteil und die Spindel zumindest im Verbindungsbereich aus Metall bestehen.
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Mit Blick auf die erforderliche Robustheit des Antriebs ist es dabei insbesondere vorgesehen, dass sowohl das Schneckenrad als auch die Spindel aus Stahl bestehen. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, das Schneckenrad insbesondere aus Geräuschgründen aus Kunststoff auszubilden, und dass an das Schneckenrad mit einem aus Metall bestehenden, der Verbindung mit der Spindel dienenden Abschnitt monolithisch verbunden ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es lediglich erforderlich darauf zu achten, dass bei der Ausbildung der Schweißverbindung die in den Kunststoff des Schneckenrads eingeleitete Wärme nicht zu einem Zerstören der Verbindung zwischen dem Kunststoff des Schneckenrads und des mit dem Kunststoff verbundenen metallischen Abschnitts führt.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags sieht es eine bevorzugte Variante des Spindelantriebs vor, dass das Schneckenrad oder das separate, mit dem Schneckenrad verbundene Bauteil und die Spindel im Verbindungsbereich stumpf miteinander verschweißt sind. Eine derartige konstruktive Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine kundenspezifische Länge der Spindel einfach durch ein entsprechendes Ablängen von einer größeren bzw. längeren Spindel durch einen senkrecht zur Drehachse der Spindel verlaufenden Trennvorgang, insbesondere Sägen, erfolgen kann. Dadurch wird der Herstellungsprozess der Spindel vereinfacht.
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In einer von den oben genannten Vorschlägen konstruktiv grundsätzlich abweichenden Variante des Spindelantriebs ist es vorgesehen, dass das Schneckenrad eine konzentrisch zur Drehachse der Spindel angeordnete Ausnehmung aufweist, in der die Spindel bereichsweise aufgenommen ist, dass zwischen der Ausnehmung und der Spindel eine drehfeste Formschlußverbindung ausgebildet ist, und dass die Spindel zum Schneckenrad axial fixiert ist.
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In Weiterbildung dieser grundsätzlich möglichen konstruktiven Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung einen n-eckigen Querschnitt und die Spindel im Bereich der Ausnehmung einen gegengleichen Außenquerschnitt aufweist. Eine derartige Auswahl des Querschnitts hat den Vorteil, dass besonders einfach eine drehfeste Verbindung zwischen dem Schneckenrad und der Spindel ausgebildet werden kann.
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In wiederum bevorzugter Ausgestaltung der beiden zuletzt genannten Vorschläge ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, dass die Spindel eine senkrecht zur Drehachse angeordnete Anschlagfläche aufweist, die an einer Stirnseite des Schneckenrads anliegt, und dass ein auf der der Anschlagfläche abgewandten Seite angeordneter Endabschnitt der Spindel, zum Beispiel in Form eines Gewindes, axial aus der Durchgangsöffnung des Schneckenrads herausragt und durch ein zusätzliches Befestigungselement wie eine Gewindemutter oder durch eine (partielle) Verformung axial gegen das Schneckenrad fixiert ist.
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Eine wiederum davon abweichende, dritte konstruktive Ausgestaltung des Spindelantriebs sieht vor, dass das Schneckenrad einen zapfenartigen Fortsatz aufweist, dass die Spindel mit einer Ausnehmung den Fortsatz unter Ausbildung einer drehfesten Formschlussverbindung zumindest bereichsweise umfasst, und dass die Spindel durch eine Verformung im Überdeckungsbereich mit dem Fortsatz axial auf dem Fortsatz fixiert ist.
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Aus Gründen der einfachen Ausrichtung zwischen dem Fortsatz und der Spindel bzw. zur Ausbildung eines Winkelausgleichs zwischen der Längsachse des Schneckenrads und der Drehachse der Spindel kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der Fortsatz zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet ist.
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Zuletzt schlägt es eine vierte konstruktive Grundform der Umsetzung der erfindungsgemäßen Lehre vor, dass das Schneckenrad oder die Spindel eine Ausnehmung aufweist, in die die Spindel oder das Schneckenrad unter Ausbildung einer drehfesten Formschlussverbindung hineinragt, und dass das Schneckenrad und die Spindel mittels einer Rastverbindung zueinander fixiert sind.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Spindelantriebs, wobei das Verfahren zumindest die folgenden drei Schritte umfasst: Zunächst wird ein Schneckenrad und ein ggf. mit dem Schneckenrad verbundenes separates Bauteil (durch einen separaten Herstellprozess) hergestellt. Anschließend erfolgt die Montage des Schneckenrads sowie ggf. des separaten Bauteils in einem Getriebegehäuse des Spindelantriebs. Zuletzt erfolgt das Ausbilden einer drehfesten und axial fixierten Verbindung zwischen dem Schneckenrad bzw. dem separaten Bauteil und der Spindel.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 eine vereinfachte, teilweise geschnittene Seitenansicht auf einen als Sitzverstellungsantrieb in einem Fahrzeug dienenden Spindelantrieb,
- 2 einen Längsschnitt im Bereich der Verbindung zwischen einem Schneckenrad und einer Spindel, wobei die Verbindung über eine Schweißnaht erfolgt,
- 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Schneckenrads bei einer alternativen Verbindungsmethode zwischen dem Schneckenrad und einer Spindel,
- 4 ein mit dem Schneckenrad gemäß 2 zusammenwirkender Endabschnitt einer Spindel in einer perspektivischen Darstellung,
- 5 in einer teilweise aufgeschnittenen, perspektivischen Darstellung das mit der Spindel gemäß 4 verbundene Schneckenrad,
- 6 eine perspektivische Darstellung eines modifizierten Schneckenrads,
- 7 den Verbindungsbereich zwischen dem Schneckenrad gemäß der 6 und einer Spindel in gefügtem Zustand im Längsschnitt,
- 8 den Verbindungsbereich zwischen einem nochmals modifizierten Schneckenrad und einer damit verbundenen Spindel in einem vereinfachten Längsschnitt und
- 9 die Prinzipdarstellung einer Verbindung zwischen einem Schneckenrad und einer Spindel unter Verwendung einer Rastverbindung im Längsschnitt.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 sind die wesentlichen Bestandteile eines Spindelantriebs 10 dargestellt, der als Bestandteil eines Komfortantriebs 100 in einem Fahrzeug zur (Längs-)Verstellung eines Sitzes 1 dient.
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Der Spindelantrieb
10 weist einen als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor
12 auf, der mit einem insbesondere aus Kunststoff bestehenden, mehrteilig ausgebildeten und wenigstens einen Gehäusedeckel
13 umfassenden Getriebegehäuse
14 im Bereich eines Anschlussflansches
16 des Getriebegehäuses
14 mit dem Antriebsmotor
12 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Antriebsmotor
12 und dem Getriebegehäuse
14 erfolgt vorzugsweise mittels mehrerer Befestigungsschrauben
17. Weiterhin ragt ein in den Figuren nicht dargestelltes, mit der Ankerwelle des Antriebsmotors
12 verbundenes Abtriebselement des Antriebsmotors
12, insbesondere in Form eines Verzahnungsabschnitts der Ankerwelle oder eines Zahnrads, in einen Aufnahmeraum
18 des Getriebegehäuses
14 auf an sich bekannte Art und Weise hinein. Dort kämmt das Abtriebselement mit einer Außenverzahnung
19 eines als Schneckenrad
20 ausgebildeten Antriebselements
22. Das aus Kunststoff, insbesondere POM oder aber aus Metall, insbesondere Stahl bestehende Schneckenrad
20 weist beidseitig der Außenverzahnung
19 jeweils einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt
23,
24 auf, wobei die beiden Abschnitte
23,
24 der (drehbaren) Lagerung des Antriebselements
22 innerhalb des Aufnahmeraums
18 des Getriebegehäuses
14, insbesondere in dem wenigstens einen Gehäusedeckel
13 dienen. Hierzu können ggf. zusätzliche Lagerelemente in Form von Lagerringen oder ähnlichem sowie ein Element zur axialspielfreien Anordnung des Antriebselements
22 in dem Aufnahmebereich
18 vorgesehen sein, wie dies aus dem Stand der Technik gemäß der
DE 10 2016 203 639 A1 der Anmelderin bekannt ist, die insofern Bestandteil dieser Anmeldung sein soll.
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Das Antriebselement 22 bzw. Schneckenrad 20 ist zumindest mittelbar mit einer aus Stahl bestehenden Spindel 25 drehfest verbunden. Die Spindel 25 ist zusammen mit dem Antriebselement 22 um deren gemeinsame Längs- bzw. Drehachse 26 von dem Antriebsmotor 12 entsprechend des Doppelpfeils 28 in beide Drehrichtungen antreibbar. Außerhalb des Getriebegehäuses 14 ist auf einem gewindeartigen Spindelgang 29 der Spindel 25 eine als Übertragungselement dienende Spindelmutter 30 angeordnet. Die Spindelmutter 30 ist in Bezug zur Drehachse 26 drehfest angeordnet und auf im Einzelnen nicht gezeigte Art und Weise mit dem Sitz 1 verbunden.
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Bei einer Drehung der Spindel 25 um die Drehachse 26 wird eine Längsbewegung der Spindelmutter 30 in Richtung des Doppelpfeils 32, d.h. in (Längs-)Richtung der Drehachse 28 erzeugt, welche für die gewünschte (Längs-) Verstellung des Sitzes 1 sorgt.
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Die drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 25 sowie dem Schneckenrad 20 kann auf unterschiedliche, nachfolgend anhand der 2 bis 9 dargestellten Methoden erfolgen. Hierzu wird zunächst auf die 2 verwiesen, bei der eine Verbindung zwischen der Spindel 25a und dem Schneckenrad 20a gezeigt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Spindel 25a einen Spindelabschnitt 36 auf, der in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Drehachse 26 betrachtet, unmittelbar an einen als separaten Bauteil ausgebildeten Spindelabschnitt 34 anschließt. Der eine Spindelabschnitt 34 ist dabei (wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt) innerhalb des aus Kunststoff bestehenden Bereichs 38 des Schneckenrads 20a angeordnet, wobei der Kunststoff unter Ausbildung einer Formschlussverbindung mit dem Spindelabschnitt 34 drehfest verbunden ist. Die aus dem Bereich 38 des Schneckenrads 20a herausragende, ebene Stirnfläche 40 des Spindelabschnitts 34 ist mit der gegengleichen Stirnfläche 42 des Spindelabschnitts 36 über eine radial um die Drehachse 26 umlaufende Schweißnaht 44 stoffschlüssig verbunden. Somit liegen die beiden Stirnseiten 40, 42 der Spindelabschnitte 34, 36 stumpf bzw. flächig aneinander an. Wesentlich dabei ist, dass die Ausbildung der Schweißnaht 44 bzw. die Verbindung zwischen den beiden Spindelabschnitten 34, 36 zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem das Schneckenrad 20a und das separate Bauteil in Form des Spindelabschnitts 34 in dem Getriebegehäuse 14, das in der 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, bereist montiert sind.
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In den 3 bis 5 ist eine weitere Möglichkeit der Verbindung zwischen einem Schneckenrad 20b und einer Spindel 25b dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass das beispielhaft aus Kunststoff bestehende und im Spritzgussverfahren hergestellte Schneckenrad 20b eine Ausnehmung 46 in Form einer Durchgangsöffnung 48 aufweist, die konzentrisch zur Drehachse 26 angeordnet ist. Der Querschnitt der Durchgangsöffnung 48 ist dabei beispielsweise 6-eckig ausgebildet. Die Spindel 25b weist einen mit dem Schneckenrad 20b zusammenwirkenden Endabschnitt 50 auf, der in einem Abschnitt 51 entsprechend dem Querschnitt der Durchgangsöffnung 48 eine 6-eckige Außenkontur 52 aufweist. Am stirnseitigen Ende des Endabschnitts 50 ist darüber hinaus ein Gewinde 54 ausgebildet. An den Abschnitt 51 schließt sich auf der dem Gewinde 54 abgewandten Seite ein Absatz 55 an, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Abschnitts 51. Somit wirkt der dem Gewinde 54 zugewandte Absatz 55 bei einer Anordnung der Spindel 25b in der Durchgangsöffnung 48 des Schneckenrads 20b als axialer Endanschlag in die eine Längsrichtung. Ferner erkennt man anhand der 5, dass auf dem Gewinde 54 eine Gewindemutter 58 angeordnet ist, um die Spindel 25b in die andere Längsrichtung axial zum Schneckenrad 20b zu fixieren.
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In den 6 und 7 ist eine wiederum modifizierte Verbindung zwischen einem Schneckenrad 20c und einer Spindel 25c dargestellt. Insbesondere erkennt man anhand der 6, dass das Schneckenrad 20c einen zapfenförmigen Fortsatz 60 aufweist, in dessen Bereich in einem Abschnitt 61 dieser n-eckig ausgebildet ist. Der Fortsatz 60 ist in axialer Überdeckung mit einer sacklochförmigen Ausnehmung 62 an der Spindel 25c angeordnet, indem die Ausnehmung 62 den Fortsatz 60 an dessen Umfang (formschlüssig) umfasst. Dadurch, dass die Ausnehmung 62 im Bereich des Abschnitts 61 ebenfalls gegengleich n-eckig ausgebildet ist, wird eine verdrehsichere Anordnung zwischen dem Schneckenrad 20c und der Spindel 25c um die Drehachse 26 bewirkt. Nach dem axialen Fügen zwischen dem Schneckenrad 20c und der Spindel 25c erfolgt von außen her eine bereichsweise Verformung der Spindel 25c, beispielsweise durch radial umlaufende Werkzeuge oder ähnlichem. Hierbei wird die Spindel 25c im Bereich 63 plastisch verformt, wobei durch die Ausbildung einer radial umlaufenden Ringnut 64 im Bereich des Fortsatzes 60 das verformte Material in den Bereich der Ringnut 64 gelangt und dadurch die Spindel 25c in axialer Richtung bzw. in Richtung der Drehachse 26 zum Schneckenrad 20c sichert.
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In der 8 ist die Verbindung zwischen einem Schneckenrad 20d und einer Spindel 25d gezeigt, die sich im Wesentlichen von der Ausführungsform der 6 und 7 dadurch unterscheidet, dass der Fortsatz 60d an dem Schneckenrad 20d bereichsweise eine sphärisch geformte Außenkontur 66 aufweist. Durch plastisches Verformen des dem Schneckenrad 20d zugewandten Endbereichs 67 der Spindel 25d mit der Ausnehmung 62d erfolgt die axiale Positionierung bzw. Fixierung zwischen dem Schneckenrad 20d und der Spindel 25d.
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Zuletzt ist in der 9 eine weitere Variante der Verbindung zwischen einem Schneckenrad 20e und einer Spindel 25e vereinfacht dargestellt. Insbesondere ist daraus erkennbar, dass das Schneckenrad 20e eine sacklochförmige Aufnahme 68 für den entsprechenden Endabschnitt der Spindel 25e aufweist. Hierbei ist die Aufnahme 68 an dem Schneckenrad 20e sowie der damit zusammenwirkende Außenquerschnitt der Spindel 25e im Querschnitt vorzugsweise ebenfalls n-eckig ausgebildet, um eine drehfeste Anordnung zwischen Schneckenrad 20e und Spindel 25e sicherzustellen. Wesentlich ist weiterhin, dass zwischen der Spindel 25e und dem Schneckenrad 20e eine Rastverbindung 70, beispielsweise unter Verwendung von Rasthaken 72 sowie nicht dargestellter Rastöffnungen in der Aufnahme 68 ausgebildet ist, wobei die Rastverbindung 70 insbesondere der axialen Festlegung bzw. Fixierung zwischen der Spindel 25e und dem Schneckenrad 20e dient.
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Die soweit beschriebene Erfindung bzw. das Schneckenrad 20, 20a bis 20e sowie die Spindel 25, 25a bis 25e können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Allen Ausführungsformen ist dabei gemeinsam, dass die Verbindung zwischen der Spindel 25, 25a bis 25e erst nach einer Montage des Schneckenrads 20, 20a bis 20e in dem Getriebegehäuse 14 erfolgt, und dass das Schneckenrad 20; 20a bis 20e als ein vorgefertigtes Bauteil ausgebildet ist, das erst nachträglich mit der Spindel 25, 25a bis 25e verbunden wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016203639 A1 [0002, 0021]
