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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe.
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Eine derartige Verstelleinrichtung umfasst (zumindest) zwei Verzahnungsteile, die jeweils eine Verzahnung aufweisen, miteinander in Verzahnungseingriff stehen und zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe zueinander bewegbar sind.
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Eine solche Verstelleinrichtung kann beispielsweise als Längsverstelleinrichtung für einen Fahrzeugsitz ausgestaltet sein und dazu dienen, einen Fahrzeugsitz in einem Fahrzeug in seiner Längsposition einzustellen. Eine solche Verstelleinrichtung kann an einem Fahrzeugvordersitz oder auch an einem Fahrzeugrücksitz zum Einsatz kommen und weist beispielsweise ein Spindelgetriebe mit einer Spindel und einer mit der Spindel in Gewindeeingriff stehenden Spindelmutter auf.
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Bei einer aus der
DE 103 62 326 B4 bekannten Verstelleinrichtung sind Führungsschienen gleitend aneinander gelagert. An einer Führungsschiene ist feststehend eine Spindel angeordnet, die mit einer Spindelmutter eines Verstellgetriebes an der anderen Führungsschiene in Gewindeeingriff steht derart, dass durch Verdrehen der Spindelmutter das Verstellgetriebe längs entlang der Spindel bewegt werden kann, um auf diese Weise die Führungsschienen längs zueinander zu verstellen. Die Spindelmutter kann hierbei durch Spritzgießen aus Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen (POM), hergestellt sein.
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Heutzutage geht ein Trend dahin, Baugruppen in einem Fahrzeug, zum Beispiel eines Fahrzeugsitzes, mit vergleichsweise großer Verstellgeschwindigkeit zu verstellen, um eine zügige Positionsanpassung zu ermöglichen. Hierbei kann wünschenswert sein, Spindeln mit vergleichsweise kleinem Durchmesser zu verwenden, was wiederum nach sich ziehen kann, dass die Dimensionierung der Spindelmutter anzupassen ist. Soll eine Spindelmutter beispielsweise besonders dickwandig hergestellt werden, kann dies in einem normalen Spritzgießverfahren zum Beispiel unter Verwendung von Polyoxymethylen nicht ohne weiteres möglich sein.
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Insbesondere weist Polyoxymethylen eine vergleichsweise hohe Volumenschwindung auf und kann dazu neigen, Lunker (Vakuolen) zu bilden. Bei der Auslegung von Bauteilen kann daher, um eine ungleichmäßige Volumenschwindung zu vermeiden, eine gleichmäßige Wandungsstärke vorteilhaft sein, was jedoch nicht für alle Bauteile erreicht werden kann. Kommt es an einem Bauteil lokal zu einer Masseanhäufung, so kann es lokal zu einer Lunkerbildung und damit einhergehend zu möglichen Einfallstellen und einer Degradierung in der Bauteilequalität kommen.
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Die Fertigung von Bauteilen durch Spritzgießen aus Polyoxymethylen erfordert heutzutage zudem eine relativ lange Zykluszeit, insbesondere deswegen, weil eine vergleichsweise lange Nachdruckzeit zum Herstellen von Bauteilen hoher Qualität erforderlich ist. Dies erhöht die Kosten bei der Fertigung.
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Aus der
WO 02/07949 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Kunststoffgegenständen bekannt, bei dem ein thermoplastischer Werkstoff mit einem CO
2-generierenden Treibmittel vermischt und die Mischung in einem formgebenden Werkzeug ausgeformt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstelleinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Verstelleinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Herstellung auf einfache und kostengünstige Weise mit hochqualitativen Bauteilen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach ist zumindest eines der Verzahnungsteile zumindest teilweise als geschäumtes Kunststoffteil durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Kunststoff unter Zusatz einer Zusammensetzung enthaltend ein chemisches Treibmittel hergestellt.
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Bei dem thermoplastischen Kunststoff handelt es sich insbesondere um Polyoxymethylen (POM). Hierbei kann ein homomeres Polyoxymethylen (POM-H) oder ein copolymeres Polyoxymethylen (POM-C) zum Einsatz kommen.
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Verbindungen, die durch eine chemische Reaktion Gase abspalten, werden als chemische Treibmittel bezeichnet. Ein solches dem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen, beim Spritzgießen zugesetztes, chemisches Treibmittel zersetzt sich im Laufe des Spritzgießprozesses und bewirkt dadurch ein Aufschäumen des thermoplastischen Kunststoffs. Es entsteht eine feinporige, zellulare, vergleichsweise homogene Schaumstruktur.
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Das Herstellen von Verzahnungsteilen der Verstelleinrichtung aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen, unter Zusatz eines chemischen Treibmittels kann qualitativ hochwertige Oberflächen auch an komplizierten Werkzeuggeometrien ermöglichen, bedingt durch ein günstiges Abformverhalten beim Spritzgießen. Dies kann insbesondere auch das Erfordernis von Nacharbeiten an Werkstücken reduzieren. Weil die Nachdruckzeit beim Spritzgießen zudem reduziert werden kann, ergibt sich eine kürzere Zykluszeit, bedingt insbesondere dadurch, dass beim Spritzgießen aufgrund des Zersetzungsprozesses das Treibmittel und der durch die Zersetzung des Treibmittels entstehende Treibdruck die Funktion des Nachdrucks übernimmt, sodass auf eine Nachdruckzeit gegebenenfalls vollständig verzichtet werden kann. Auf diese Weise hergestellte Verzahnungsteile können niedrige Spannungen aufweisen, bei zudem minimaler Schwindung und damit einhergehend großer Dimensionsstabilität.
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Aus aufgeschäumtem thermoplastischem Kunststoff hergestellte Bauteile können zudem auch in ihrem Gewicht reduziert sein.
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Chemische Treibmittel zersetzen sich bei der Verarbeitung und setzen dabei Treibgase, insbesondere Stickstoff oder Kohlendioxid, frei. Die Zersetzungsreaktion kann hierbei exotherm oder endotherm ablaufen. Bei exothermen Treibmitteln wird Reaktionswärme frei. Bei einem endothermen Treibmittel hingegen wird Reaktionswärme verbraucht.
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Die Verstelleinrichtung kann beispielsweise ein Spindelgetriebe aufweisen. Hierbei sind die Verzahnungsteile zum Beispiel durch eine Antriebsschnecke und eine mit einer Spindel wirkverbundene, mit der Antriebsschnecke in Verzahnungseingriff stehende Spindelmutter des Spindelgetriebes gebildet. Die Antriebsschnecke und/oder die Spindelmutter können (jeweils) als geschäumtes Kunststoffteil durch Spritzgießen unter Zusatz eines chemischen Treibmittels hergestellt sein. Besonders vorteilhaft ist die Spindelmutter ganz oder zumindest teilweise aus geschäumtem Kunststoff unter Verwendung eines chemischen Treibmittels hergestellt.
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Eine solche Verstelleinrichtung kann beispielsweise als Längsverstelleinrichtung an einem Fahrzeugsitz zum Einsatz kommen. Eine solche Verstelleinrichtung kann aber auch zum Verstellen anderer Baugruppen, zum Beispiel zum Verstellen einer Kopfstütze, zum Einstellen einer Lehnenneigung oder einer Sitzneigung oder zum Verstellen einer Tür oder einer Klappe eines Fahrzeugs, zum Beispiel einer Heckklappe, eingesetzt werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind die Verzahnungsteile durch eine Antriebsschnecke und ein mit der Antriebsschnecke in Verzahnungseingriff stehendes Schraubrad gebildet. Die Antriebsschnecke und das Schraubrad bilden eine Getriebestufe, die zum Beispiel Bestandteil eines Fensterheberantriebs zum Verstellen einer Fensterscheibe im Rahmen eines Fensterhebersystems sein kann.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe. Bei dem Verfahren werden zwei Verzahnungsteile, die jeweils eine Verzahnung aufweisen, bereitgestellt und werden zur Montage der Verstelleinrichtung miteinander in Verzahnungseingriff gebracht, sodass die Verzahnungsteile zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe zueinander bewegbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eines der Verzahnungsteile zumindest teilweise als geschäumtes Kunststoffteil durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Kunststoff unter Zusatz einer Zusammensetzung enthaltend ein chemisches Treibmittel hergestellt wird.
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Die Treibmittelzusammensetzung kann als chemisches Treibmittel zum Beispiel Azodicarbonamid (ADC), Oxybisbenzensulfonylhydrazid (OBSH), Toluensulfonylhydrazid (TSH), Benzensulfonylhydrazid (BSH), Toluensulfonylsemicarbazid (TS), 5-Phenyltetrazol (5PT), Dinitrosopentamethylentetramin (DNPT), Natriumhydrogencarbonat, Zitronensäure oder ein Zitronensäurederivat enthalten. Denkbar sind aber auch andere chemische Treibmittel.
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Um eine besonders feine Zellstruktur beim Schäumungsprozess im Rahmen der Herstellung zu erreichen, kann die Zusammensetzung, die dem thermoplastischen Kunststoff beim Spritzgießen zugesetzt wird, vorteilhafterweise ein Nukleierungsmittel enthalten, beispielsweise Partikel aus Talkum, Kalk oder Siliziumdioxid. Durch Verwendung eines solchen Nukleierungsmittels kann eine besonders feinporige, homogene Schaumstruktur erhalten werden. Das Nukleierungsmittel stört die homogene thermoplastische Schmelze und fördert auf diese Weise die Bildung einer porigen, zellularen Schaumstruktur. Die Partikel des Nukleierungsmittels weisen vorzugsweise eine kleine Partikelgröße, zum Beispiel mit einem Partikeldurchmesser kleiner 50 µm, auf, um eine feinporige Schaumstruktur zu erhalten.
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Die Zusammensetzung kann dem thermoplastischen Kunststoff im Rahmen eines herkömmlichen Spritzgussverfahrens unter Verwendung herkömmlicher Spritzgusseinrichtungen zugesetzt werden. Die Zusammensetzung kann dem thermoplastischen Kunststoff insbesondere wie ein übliches Additiv zugesetzt werden. So kann der thermoplastische Kunststoff mit einer Vortriebschnecke einem Formungswerkzeug zugeführt werden, wobei durch eine zweite Schnecke die Zusammensetzung dem thermoplastischen Kunststoff vor Eintritt in das Formungswerkzeug zugesetzt wird.
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Die Temperatur beim Spritzgießen sollte hierbei während des Vortriebs vor Eintritt in das Formungswerkzeug unterhalb einer Grenztemperatur, zum Beispiel unterhalb von 150°, zum Beispiel unterhalb von 135° liegen, um eine zu zeitige Zersetzung des chemischen Treibmittels vor Eintritt in das Formungswerkzeug zu vermeiden. Im Formungswerkzeug oder unmittelbar vor Eintritt in das Formungswerkzeug sollte dann jedoch zumindest zeitweise eine Temperatur oberhalb der Grenztemperatur, zum Beispiel oberhalb 150°, vorzugsweise oberhalb von 200° eingestellt werden, um eine vollständige Zersetzung des chemischen Treibmittels zu erreichen.
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Die Zusammensetzung kann beispielsweise als Granulat vorliegen und somit in granularer Form dem thermoplastischen Kunststoff zugesetzt werden.
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Die Zusammensetzung enthaltend das chemische Treibmittel kann beispielsweise mit einer Dosierung zwischen 0,5 (Gewichts-)% und 10 (Gewichts-)%, vorzugsweise zwischen 1 (Gewichts-)% und 5 (Gewichts-)%, zum Beispiel zwischen 1 (Gewichts-)% und 3 (Gewichts-)% dem thermoplastischen Kunststoff beim Spritzgießen zugesetzt werden.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verstelleinrichtung in Form einer Sitzlängsverstellung;
- 2 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Verstellgetriebes einer Verstelleinrichtung; und
- 3 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verstelleinrichtung in Form eines Fensterheberantriebs.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verstelleinrichtung 1 in Form einer Längsverstellung zum Verstellen der Längsposition eines Fahrzeugsitzes.
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Im Rahmen der Verstelleinrichtung 1 sind Führungsschienen 3, 4 entlang einer X-Richtung (die der Fahrzeuglängsrichtung entspricht) verschiebbar aneinander geführt. Eine Oberschiene 3 ist hierbei dem Fahrzeugsitz zugeordnet und zum Beispiel über eine Höhenverstelleinrichtung mit dem Sitzrahmen des Fahrzeugsitzes verbunden. Eine Unterschiene 4 ist dem Fahrzeugboden zugeordnet und zum Beispiel fest mit dem Fahrzeugboden verbunden. Zum Längsverstellen des Fahrzeugsitzes können hierbei mehrere Paare solcher Führungsschienen 3, 4 parallel zueinander vorgesehen sein, zum Beispiel zwei Paare von Führungsschienen 3, 4, sodass der Fahrzeugsitz über die parallelen Paare von Führungsschienen 3, 4 längsverstellbar ist.
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An der Unterschiene 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Halterungen 11 eine Spindel 10 drehfest angeordnet. Die Spindel 10 erstreckt sich längs innerhalb der zugeordneten Unterschiene 4 und steht mit einem Verstellgetriebe 2 in Eingriff, das fest mit der zugeordneten Oberschiene 3 verbunden ist und elektrisch angetrieben werden kann. Das Verstellgetriebe 2 ist auf diese Weise längs entlang der Spindel 10 verstellbar, um dadurch die Oberschiene 3 längs zu der Unterschiene 4 zu verschieben.
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Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Verstellgetriebes 2 ist in 2 dargestellt. Das Verstellgetriebe 2 weist ein Gehäuse 23 auf, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei miteinander zu verbindende Kunststoffhälften gebildet ist und eine Antriebsschnecke 21 und eine Spindelmutter 22 einfasst.
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Die Antriebsschnecke 21 ist an einer Antriebswelle 20 angeordnet und kann elektromotorisch über einen zugeordneten Antriebsmotor angetrieben werden. Über eine Verzahnung 210 in Form einer Schneckenverzahnung steht die Antriebsschnecke 21 mit einer in einen zylindrischen Abschnitt 221 eingeformten Verzahnung 220 der Spindelmutter 22 in Verzahnungseingriff derart, dass eine Drehbewegung der Antriebsschnecke 21 in eine Drehbewegung der Spindelmutter 22 um eine zugeordnete Drehachse D, die der Längsachse der Spindel 10 entspricht, übertragen wird.
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Die Spindelmutter 22 ist über beidseits des zylindrischen Abschnitts 221 geformte, zylindrische Lagerbünde 222 an Lagerstellen 230 des Gehäuses 23 drehbar gelagert und steht über ein Innengewinde in einer zentralen Bohrung 223 mit der Spindel 10 in Gewindeeingriff. Eine Drehbewegung der Spindelmutter 22, angetrieben durch die Antriebsschnecke 21, bewirkt somit ein Abrollen der Spindelmutter 22 an der Spindel 10 und damit ein Längsverstellen der Spindelmutter 22 und darüber auch des Verstellgetriebes 2 insgesamt zu der Spindel 10.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind bei der Verstelleinrichtung 1 die Antriebsschnecke 21 und/oder die Spindelmutter 22, die Verzahnungsteile des Verstellgetriebes 2 darstellen, durch Spritzgießen unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs, insbesondere Polyoxymethylen, unter Zusatz eines chemischen Treibmittels hergestellt. Die Antriebsschnecke 21 und/oder die Spindelmutter 22 sind somit als geschäumte Kunststoffteile ausgebildet, die eine vorzugsweise feinporige, zelluläre Schaumstruktur verwirklichen.
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Als chemische Treibmittel kommen insbesondere Azodicarbonamid (ADC), Oxybisbenzensulfonylhydrazid (OBSH), Toluensulfonylhydrazid (TSH), Benzensulfonylhydrazid (BSH), Toluensulfonylsemicarbazid (TS), 5-Phenyltetrazol (5PT), Dinitrosopentamethylentetramin (DNPT), Natriumhydrogencarbonat, Zitronensäure oder ein Zitronensäurederivat in Betracht. Das chemische Treibmittel kann exotherm oder endotherm wirken.
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Beim Spritzgießen wird der thermoplastische Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen, mittels einer geeigneten Vortriebseinrichtung, die einer herkömmlichen Vortriebseinrichtung eines üblichen Spritzgusswerkzeugs entsprechen kann, einem Formungswerkzeug zugeführt. Im Rahmen des Vortriebs wird dabei auch das chemische Treibmittel zugesetzt, wobei eine Zersetzung des chemischen Treibmittels vorzugsweise in dem Formungswerkzeug oder unmittelbar vor dem Formungswerkzeug erfolgen sollte.
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Durch Zersetzung des chemischen Treibmittels werden innerhalb der Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs Treibgase freigesetzt, die eine homogene, feinporige Schaumstruktur ausbilden, dabei zudem einen Treibdruck innerhalb des Formungswerkzeugs bereitstellen und somit eine vorteilhafte Ausformung des herzustellenden Werkstücks bei qualitativ hochwertigen Oberflächen ermöglichen, bei Eliminierung oder Reduzierung einer üblicherweise erforderlichen Nachdruckzeit.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Verstelleinrichtung 5 ist 3 dargestellt. Die Verstelleinrichtung 5 verwirklicht einen Fensterheberantrieb zum Verstellen einer Fensterscheibe und weist eine (mit einem Elektromotor in Verbindung stehende) Antriebswelle 50, eine daran angeordnete Antriebsschnecke 51 und ein durch die Antriebsschnecke 51 antreibbares Schraubrad 52 auf.
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Die Antriebsschnecke 51 und das Schraubrad 52 verwirklichen Verzahnungsteile der Verstelleinrichtung 5. Die Antriebsschnecke 51 weist eine Verzahnung 510 in Form einer Schneckenverzahnung auf, die mit einer stirnseitigen Verzahnung 520 des Schraubrads 52 in Eingriff steht. Durch Drehbewegung der Antriebsschnecke 51 kann somit das Schraubrad 52 in eine Drehbewegung um eine Drehachse D versetzt werden, um auf diese Weise zum Beispiel eine mit dem Schraubrad 52 verbundene Seiltrommel anzutreiben, darüber ein Zugmittel zu verstellen und eine Fensterscheibe zu bewegen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Antriebsschnecke 51 und/oder das Schraubrad 52 aus aufgeschäumtem thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen, durch Spritzgießen unter Zusatz eines chemischen Treibmittels hergestellt sein. Die Antriebsschnecke 51 und/oder das Schraubrad 52 sind somit (ganz oder teilweise) als Kunststoffschaumteile mit einer vorzugsweise feinporigen, homogenen zellulären Schaumstruktur hergestellt.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich andersgearteter Weise verwirklichen.
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Insbesondere können auch ganz andere Verzahnungsteile anderer Verstelleinrichtungen zum Verstellen einer Baugruppe in einem Fahrzeug aus einem aufgeschäumten thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein.
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Das Spritzgießen von thermoplastischem Kunststoff unter Zusatz einer Zusammensetzung enthaltend ein chemisches Treibmittel und gegebenenfalls zusätzlich ein Nukleierungsmittel ermöglicht das Fertigen von hochqualitativen Bauteilen bei günstigen Prozesskosten und bei reduzierter Fertigungszeit. Zudem können auch Werkstücke mit komplexen Werkstückgeometrien gefertigt werden, bei minimaler Schwindung und somit hoher Form- und Dimensionsstabilität.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstelleinrichtung
- 10
- Spindel
- 11
- Halterung
- 2
- Verstellgetriebe
- 20
- Antriebswelle
- 21
- Verzahnungsteil (Antriebsschnecke)
- 210
- Verzahnung
- 22
- Verzahnungsteil (Spindelmutter)
- 220
- Verzahnung
- 221
- Zylinderabschnitt
- 222
- Lagerbund
- 223
- Bohrung mit Innengewinde
- 23
- Gehäuse
- 230
- Lagerstelle
- 3
- Oberschiene
- 4
- Unterschiene
- 5
- Verstelleinrichtung
- 50
- Antriebswelle
- 51
- Verzahnungsteil (Antriebsschnecke)
- 510
- Verzahnung
- 52
- Verzahnungsteil (Schraubrad)
- 520
- Verzahnung
- D
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10362326 B4 [0004]
- WO 0207949 A1 [0008]