Spindelantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfah- ren zur Herstellung eines Spindelantriebs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14.
Der Begriff„Verstellelement" ist vorliegend weit zu verstehen. Er umfasst beispielsweise eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Motorhaube, eine Seiten- tür, eine Laderaumklappe, ein Hubdach o. dgl. eines Kraftfahrzeugs. Im Folgenden steht der Anwendungsbereich der motorischen Verstellung einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs im Vordergrund. Dies ist nicht beschränkend zu verstehen.
Im Zuge der motorischen Betätigung von Heckklappen o. dgl. kommt der An- wendung von Spindelantrieben zunehmende Bedeutung zu. Der bekannte Spindelantrieb (DE 10 2008 062 391 AI), von dem die Erfindung ausgeht, ist mit einem Antriebsmotor mit nachgeschaltetem Spindel-Spindelmuttergetriebe zur Erzeugung einer Antriebskraft entlang einer geometrischen Spindelachse ausgestattet, wobei die Antriebskraft über zwei endseitige Anschlüsse ausgeleitet wird. Der Spindelantrieb weist ein den Antriebsmotor aufnehmendes Innengehäuse und ein Außengehäuse auf, die bei der motorischen Verstellung teleskopartig ineinanderlaufen. Dabei ist zumindest ein Teil des Innengehäuses oder des Außengehäuses aus einem Kunststoffmaterial ausgestaltet, um eine Gewichtsreduzierung und eine einfache Realisierbarkeit von Rastverbindungen zu gewährlei- sten.
Ein weiterer bekannter Spindelantrieb (DE 20 2005 000 559 Ul) zeigt ebenfalls die Verwendung von Kunststoffmaterialien für das Gehäuse des Spindelantriebs. Durch die Verwendung von Kunststoffmaterialien ist es hier beispielsweise nö- tig, das Innengehäuse oder das Außengehäuse aus Kunststoff-Halbschalen herzustellen.
Die oben erläuterte Verwendung von Kunststoffmaterialien bei der Realisierung des Innengehäuses bzw. des Außengehäuses von Spindelantrieben zeigt nicht nur Vorteile im Hinblick auf Gewicht und Konstruktion, sondern auch im Hinblick auf die resultierenden Kosten. Optimierungsbedarf besteht allerdings im Hin-
BESTÄTIGUNGSKOPIE
blick auf den strukturellen Aufbau des Spindelantriebs, dessen mechanische Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf die resultierende Steifigkeit nicht hinter einem Spindelantrieb mit Metallgehäuse zurückstehen sollten. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den bekannten Spindelantrieb derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dessen mechanische Eigenschaften verbessert werden.
Das obige Problem wird bei einem Spindelantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, zumindest eines der beiden Gehäuse, insbesondere das Innengehäuse, zumindest zweiteilig auszugestalten. Durch die Zweiteiligkeit mit zwei Gehäuseteilen ergibt sich ein erster axialer Gehäuseabschnitt aus einem ersten Material und ein zweiter axialer Gehäuseabschnitt aus einem zweiten Material.
Vorschlagsgemäß ist die Anordnung nun so getroffen, dass der erste axiale Ge- häuseabschnitt stets außerhalb des Kraftflusses für die Antriebskraft liegt. Das ermöglicht eine Auslegung des ersten axialen Abschnitts auf besonders kostengünstige Weise, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial.
Mit der vorschlagsgemäßen Lösung, nämlich insbesondere das Innengehäuse in axialen Gehäuseabschnitten aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, ermöglicht eine auf die tatsächlichen Kräfteverhältnisse angepasste Auslegung des Gehäuses des Spindelantriebs. Durch den zielgerichteten Einsatz entsprechender Materialien lassen sich die mechanischen Eigenschaften mit geringem Kostenaufwand verbessern.
Die bevorzugte Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 trägt der Tatsache Rechnung, dass der wesentliche Kraftfluss über den zweiten axialen Gehäuseabschnitt des zweiteiligen Gehäuses verläuft, so dass das zweite Material wahlweise härter, zäher und/oder weniger elastisch als das erste Material ist.
In praktischen Versuchen hat sich die besonders bevorzugte Ausgestaltung gemäß Anspruch 3, bei der das erste Material ein Kunststoffmaterial und das zweite Material ein Metallmaterial ist, besonders bewährt.
Bei der weiter bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 nimmt das zweite Gehäuseteil den Antriebsmotor auf, was insbesondere bei der Ausgestaltung des zweiten Gehäuseteiles aus einem Metallmaterial vorteilhaft ist. Dann lässt sich der Spindelantrieb insbesondere im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit optimal auslegen.
Eine besonders vorteilhafte Variante für die Verbindung der beiden Gehäuseteile des zweiteiligen Gehäuses ist Gegenstand der Ansprüche 8 und 9. Hier ist es so, dass die beiden Gehäuseteile ausschließlich über einen axialen Kraftschluss miteinander verbunden sind (Anspruch 8), der in besonders bevorzugter Ausgestaltung von einer ohnehin vorhandenen Federanordnung bereitgestellt wird (Anspruch 9). Damit ist sichergestellt, dass die Zweiteiligkeit des betreffenden Gehäuses keine auf die Verbindung zurückgehenden Mehrkosten verursacht.
Die ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 1 1 und 12 betreffen die Ausstattung zumindest eines der Gehäuseteile des zweiteiligen Gehäuses mit einer Dichtanordnung, die mindestens eine Dichtung im Inneren eines der beiden Gehäuseteile aufweist. Sofern das betreffende Gehäuseteil als Kunststoffteil ausgestaltet ist, lässt sich zumindest ein Teil der Dichtanordnung leicht im Zwei-Komponenten-Kunststoff- Spritzgießverfahren realisieren.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Spindelantriebs, insbesondere zur Realisierung einer oben angesprochenen Dichtanordnung im Inneren eines der Gehäuseteile, ist Gegenstand einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 14.
Wesentlich nach der weiteren Lehre ist die Realisierung einer Dichtung im Inneren des Gehäuses bzw. Gehäuseteils im Kunststoff-Spritzgießverfahren. Es wird vorgeschlagen, zunächst mindestens eine Öffnung in das Gehäuse bzw. Gehäuseteil einzubringen und im Inneren des Gehäuses bzw. Gehäuseteils eine Spritzmatrize zu positionieren, die mit der Innenwandung des Gehäuses bzw. Gehäuseteils eine mit der mindestens einen Öffnung korrespondierende Kavität bildet. Anschließend wird ein Kunststoffmaterial im Kunststoff- Spritzgieß-
verfahren durch die mindestens eine Öffnung hindurch gespritzt, so dass sich nach einem Abkühlvorgang im Inneren des Gehäuses bzw. Gehäuseteils eine entsprechende weichelastische Dichtung bildet.
Alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb, die geeignet sind, das vorschlagsgemäße Verfahren zu beschreiben, darf verwiesen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht das Heck eines Kraftfahrzeugs mit einem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb,
Fig. 2 den Spindelantrieb gemäß Fig. 1 in einer Außenansicht (links) und einer Schnittansicht (rechts), jeweils von der Seite und
Fig. 3 das Innengehäuse des Spindelantriebs gemäß Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung.
Der in der Zeichnung dargestellte Spindelantrieb dient der motorischen Verstellung eines als Heckklappe ausgestalteten Verstellelements 1 eines Kraftfahrzeugs. Andere Anwendungsbereiche des vorschlagsgemäßen Spindelantriebs sind denkbar, wie weiter unten im Einzelnen erläutert wird.
Der Spindelantrieb ist in üblicher Weise mit einem Antriebsmotor 2 mit nachgeschaltetem Spindel- Spindelmuttergetriebe 3 zur Erzeugung einer Antriebskraft entlang einer geometrischen Spindelachse 4 ausgestattet. Hier und vorzugsweise befindet sich zwischen dem Antriebsmotor 1 und dem Spindel-Spindelmuttergetriebe 3 ein Zwischengetriebe 2a, das der Drehzahluntersetzung dient.
Der Spindelantrieb weist zwei Anschlüsse 5, 6 zum Ausleiten der Antriebskraft auf. Die Anschlüsse 5, 6 stellen hier und vorzugsweise Kugel-Kugelpfannen- Kopplungen bereit.
Fig. 2 zeigt, dass ein mit dem einen Anschluss 5 verbundenes Innengehäuse 7 und ein mit den anderen Anschluss 6 verbundenes Außengehäuse 8 vorgesehen
sind, wobei bei der motorischen Verstellung das Innengehäuse 7 teleskopartig in dem Außengehäuse 8 läuft.
Wesentlich ist nun, dass zumindest eines der beiden Gehäuse 7, 8 insbesondere das Innengehäuse 7, zumindest zweiteilig ausgestaltet ist. Dies ist am besten einer Zusammenschau der Fig. 2 und 3 zu entnehmen. Die Wandung des Innengehäuses 7 wird entsprechend über einen ersten axialen Gehäuseabschnitt 9 von einem ersten Gehäuseteil 10 aus einem ersten Material und über einen zweiten axialen Gehäuseabschnitt 11 von einem zweiten Gehäuseteil 12 aus einem zweiten Material bereitgestellt. Fig. 3 zeigt in der Explosionsdarstellung die beiden Gehäuseteile 10, 12, die entsprechend aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Vorschlagsgemäß ist die Anordnung nun so getroffen, dass der erste axiale Gehäuseabschnitt 9 stets außerhalb des Kraftflusses für die Antriebskraft liegt. Daraus ergibt sich, dass dem ersten Gehäuseteil 10 des Innengehäuses 7 beispielsweise eine abdeckende bzw. abdichtende zukommen kann. Dies wird aus den vorliegenden Erläuterungen zur Erzeugung der Antriebskraft deutlich.
Im Folgenden ist in erster Linie von der Ausgestaltung des Innnengehäuses 7, vorzugsweise der beiden Gehäuseteile 10, 12 des Innengehäuses 7, die Rede. Alle das Innengehäuse 7 betreffenden Ausführungen gelten aber für das Außengehäuse 8 entsprechend.
Der Antriebsmotor 2 und das Zwischengetriebe 2a sind von dem zweiten Gehäuseteil 12 aufgenommen, das mit dem ersten Gehäuseteil 10 in noch zu erläuternder Weise verbunden ist. Aus dem Zwischengetriebe 2a tritt die Spindel 13 des Spindel- Spindelmutter-Getriebes 3 aus, die mit einer Spindelmutter 14 kämmt. Die Spindelmutter 14 ist mit einem Rohr 15, das hier als Führungsrohr 1 bezeichnet wird, mit dem oberen Anschluss 6 des Spindelantriebs verbunden. Der obere Anschluss 6 ist wiederum, wie oben angesprochen, mit dem Außengehäuse 8 verbunden.
Bei der motorischen Verstellung verläuft der Kraftfluss für die Antriebskraft über den Anschluss 5, das zweite Gehäuseteil 12 des Innengehäuses 7, dort den zweiten axialen Gehäuseabschnitt 11 , den Antriebsmotor 2 und das Zwischenge-
triebe 2a, die Spindel 13, die Spindelmutter, das Führungsrohr 15 und den oberen Anschluss 6. Interessant dabei ist die Tatsache, dass kein Kraftfluss über das erste Gehäuseteil 10, insbesondere den ersten axialen Gehäuseabschnitt 9, des Innengehäuses 7 verläuft.
Entsprechend kann das erste Gehäuseteil 10 schwächer ausgelegt sein als das zweite Gehäuseteil 12. Vorzugsweise ist es so, dass das zweite Material härter als das erste Material ist und/oder dass das zweite Material eine höhere Zähigkeit als das erste Material aufweist und/oder, dass das zweite Material weniger elastisch als das erste Material ist. Zusammengefasst erlaubt die vorschlagsgemäße Lösung eine auf die tatsächlichen Kräfteverhältnisse zugeschnittene Auslegung von Innengehäuse 7 und Außengehäuse 8.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem ersten Material, aus dem der erste axiale Gehäuseabschnitt 9 ausgestaltet ist, um ein Kunststoffmaterial und bei dem zweiten Material, aus dem der zweite axiale Gehäuseabschnitt 11 ausgestaltet ist, um ein Metallmaterial, insbesondere um ein Stahlmaterial. Bei der Ausgestaltung des zweiten axialen Gehäuseabschnitts 1 1 aus einem Metallmaterial ist die gute elektromagnetische Verträglichkeit vorteilhaft, soweit, wie in der Zeichnung dargestellt, der Antriebsmotor 2 im zweiten axialen Gehäuseabschnitt 1 1, also im zweiten Gehäuseteil 12, angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt, dass an dem zweiten Gehäuseteil 12 der untere Anschluss 5 zum Ausleiten der Antriebskraft angeordnet ist. Dabei bildet der Anschluss 5 gewissermaßen einen Deckel für das Innengehäuse 7. Dieser Deckel kann mit dem Innengehäuse 7 verkrimmt, verklebt, verschraubt o. dgl. sein.
Die Zeichnung zeigt, dass hier und vorzugsweise das Innengehäuse 7 als Innenrohr und das Außengehäuse 8 als Außenrohr ausgestaltet ist, wobei bei der motorischen Verstellung das Innenrohr 7 teleskopartig im Außenrohr 8 läuft. Für den Querschnitt von Innenrohr 7 und Außenrohr 8 sind verschiedene Varianten denkbar. Bevorzugt ist, dass das Innenrohr 7 und das Außenrohr 8 im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgestaltet sind. Fig. 2 zeigt, dass sich der erste axiale Gehäuseabschnitt 9 über mehr als die halbe axiale Gesamtlänge des zweiteiligen Innengehäuses 7 erstreckt. Hier wird besonders deutlich, dass mit der vorschlagsgemäßen Lösung ein Großteil des Innengehäuses 7 aus Kunststoff be-
steht, während der kleinere, jedoch kraftübertragende Teil aus einem Metallmaterial ausgestaltet ist.
Die dargestellte Ausgestaltung des Innenrohrs 7 ist hinsichtlich ihrer mechanischen Grundstruktur besonders vorteilhaft. Dies betrifft insbesondere die mechanische Verbindung der beiden Gehäuseteile 10, 12.
Eine Zusammenschau der Fig. 2 und 3 zeigt, dass das erste Gehäuseteil 10 und das zweite Gehäuseteil 12 des zweiteiligen Innengehäuses 7 axial ineinander gesteckt sind und dadurch einen axialen Überlappungsbereich 16 bilden. Hier und vorzugsweise ist es so, dass das zweite Gehäuseteil 12 in das erste Gehäuseteil 10 gesteckt ist.
Besonders interessant an der Verbindung der beiden Gehäuseteile 10, 12 des Innengehäuses 7 ist die Tatsache, dass die beiden Gehäuseteile 10, 12 ausschließlich über einen axialen Kraftschluss miteinander verbunden sind. Der Begriff "verbunden" ist hier in einem engen Sinne so zu verstehen, dass die beiden Gehäuseteile 10, 12 durch äußere Kräfte nicht voneinander lösbar sind. Dies bedeutet, dass bei einem Wegfall des axialen Kraftschlusses die beiden Gehäuseteile 10, 12 voneinander gelöst werden können. Für den axialen Kraftschluss sind die beiden Gehäuseteile 10, 12 mit entsprechenden Koppelflächen 10a, 12a ausgestattet.
Die Erzeugung des für die Verbindung der beiden Gehäuseteile 10, 12 erforderlichen axialen Kraftschlusses ist bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung denkbar einfach gelöst. Vorschlagsgemäß ist eine Federanordnung 17 vorgesehen, die das Innengehäuse 7 gegen das Außengehäuse 8 in axialer Richtung vorspannt. Diese axiale Vorspannung ist vorzugsweise so getroffen, dass die beiden Anschlüsse 5, 6 auseinandergedrückt werden. Die Federanordnung 17 ist beispielhaft in Fig. 2 dargestellt und zeigt sich bei einer Reihe bekannter Spindelantriebe. Eine solche Federanordnung 17 wird regelmäßig eingesetzt, um den Antriebsmotor 2 bei einer motorischen Verstellung gegen das Gewicht der Heckklappe 1 o. dgl. zu unterstützen.
Wesentlich ist nun, dass der für die Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 10, 12 des zweiteiligen Innengehäuses 7 erforderliche axiale Kraftschluss
auf die Federanordnung 17 zurückgeht. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Federanordnung 17 eine Schraubendruckfeder 18 auf, in der die Spindel 13 des Spindel- Spindelmutter-Getriebes 3 läuft. Die Schraubendruckfeder 18 drückt über die Koppelfläche 10a am ersten Gehäuseteil 10 auf die Koppelfläche 12a am zweiten Gehäuseteil 12 einerseits und auf den oberen Anschluss 6 bzw. das Außengehäuse 8 andererseits. Über das Führungsrohr 15 wird eine entsprechende Kraft auf die Spindelmutter 14 ausgeübt, so dass die Spindelmutter 14 in Fig. 2 nach oben getrieben wird.
Die Schraubendruckfeder 18 ist nun so ausgelegt, dass selbst bei vollständig ausgezogenem Spindelantrieb eine erhebliche Vorspannkraft wirkt. Die Vorspannkraft führt, wie oben erläutert, zu einem Zusammenpressen der beiden Koppelflächen 10a, 12a und damit zu der kraftschlüssigen Verbindung der beiden Gehäuseteile 10, 12.
Für die Ausgestaltung der Koppelflächen 10a, 12a sind eine Reihe von vorteilhaften Varianten denkbar. Hier und vorzugsweise handelt es sich bei der Koppelfläche 10a des ersten Gehäuseteils 10 des Innengehäuses 7 um eine nach innen abragende Ringfläche. Die Ringfläche 10a bildet einen Ringbund, der bezogen auf die geometrische Spindelachse 4 umlaufend an der Innenwandung des ersten Gehäuseteils 10 angeordnet ist.
Das Innengehäuse 7 ist hier und vorzugsweise mit einer Dichtanordnung 19 ausgestattet, die eine ganze Reihe von Dichtungen 19a-d aufweist. Dabei dienen die Dichtungen 19a-d der Abdichtung des ersten Gehäuseteils 10 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 12, während die Dichtung 19e der Abdichtung des Innengehäuses 7 gegenüber dem Außengehäuse 8 dient. Die Dichtungen 19a-c liegen an der Außenwand 20 des zweiten Gehäuseteils 12 an, während die Dichtung 19c zusätzlich an dem von dem zweiten Gehäuseteil 12 gebildeten Konus 21 anliegt. Entsprechend ist die Dichtung 19c an einem axialen Ende des ersten Gehäuseteils 10 des Innengehäuses 7 angeordnet.
Fig. 3 zeigt, dass die Dichtungen 19a-c im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet sind. Dabei hat sich eine axial versetzte Anordnung als besonders vorteilhaft herausgestellt. Die Dichtung 19d verläuft im Wesentlichen axial, was nicht nur dichtungstechnisch vorteilhaft ist, sondern auch schwingungsvermeidend wirkt.
Die Herstellung der Dichtungen 19a-d die sich im Inneren des Innengehäuses 7, hier im Inneren des ersten Gehäuseteils 10 des Innengehäuses 7, befinden, ist Gegenstand einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt.
Bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren wird zur Erzeugung der mindestens einen weichelastischen Dichtung 19a-d im Inneren des Innengehäuses 7 bzw. Gehäuseteils 10 mindestens eine Öffnung 22 in das Innengehäuse 7, bzw. das Gehäuseteil 10 eingebracht. Anschließend wird im Inneren des Innengehäuses 7 bzw. des Gehäuseteils 10 eine nicht dargestellte Spritzmatrize positioniert, die mit der Innenwandung des Innengehäuses 7 bzw. des Gehäuseteils 10 eine mit der mindestens einen Öffnung 22 korrespondierende avität bildet. Schließlich wird die weichelastische Dichtung im Kunststoff-Spritzgießverfahren durch die mindestens eine Öffnung 22 hindurch gespritzt.
Das vorschlagsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung der Dichtanordnung 19 mit einfachen Spritzwerkzeugen, hier der innenliegenden Spritzmatrize. Ferner ist es möglich, anschließend eine Außendichtung 19e anzuspritzen, die die Öffnungen 22 überdeckt.
Im Hinblick auf das vorschlagsgemäße Verfahren zeigt die konkrete Ausgestaltung der in Fig. 3 gezeigten Dichtanordnung 19 einen besonderen Vorteil, nämlich die Möglichkeit des Spritzens aller drei ringförmigen Dichtungen 19a-c mit einer einzigen, axialen Einspritzstelle. Dies ist möglich, da alle drei ringartigen Dichtungen 19a-c durch die sich axial erstreckende Dichtung 19d verbunden sind. Damit lassen sich alle innenliegenden Dichtungen 19a-d vorteilhaft in einem einzigen Spritzvorgang realisieren.
Der vorschlagsgemäße Spindelantrieb ist für alle möglichen Verstellelemente 1 eines Kraftfahrzeugs anwendbar. Beispielsweise sei hier die oben erläuterte Heckklappe, ein Heckdeckel, eine Motorhaube, eine Seitentür, eine Laderaumklappe, ein Hubdach o. dgl. eines Kraftfahrzeugs erwähnt.