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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Kunststoffgehäuse mit darin integrierter
Führung
und/oder Lagerung für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente insbesondere für die eines
Sensors. Zur Verringerung der Herstellungskosten und aus Gründen der
Wartungseffizienz besteht grundsätzlich besteht
Bedarf nach höchster
Integrationsdichte, somit ist es wünschenswert, die Lagerung oder
Führung
der mechanischen Komponenten nicht als separate Bauteile auszubilden,
die in einem späteren Herstellungsschritt
an dem Gehäuse
zu befestigen sind, sondern direkt in das Kunststoffgehäuse zu integrieren.
Dabei stellt sich jedoch das Problem, dass Kunststoffgehäuse aufgrund
der verwendeten Kunststoffmaterialien und/oder der funktionsbedingten nicht
kunststoffoptimierten Geometrie und/oder der Wärmeeinwirkung beim Herstellungsprozess
zum Verzug neigen und Schrumpfungsprozessen unterliegen, so dass
Abweichungen in den Abmessungen und in der Geometrie des Gehäuses unausweichlich sind.
Diese Abweichungen würden
bei der in das Kunststoffgehäuse
eingearbeiteten Führung
oder Lagerung einer mechanischen Komponente aufgrund des Schrägstellens,
Verziehens und Verwindens zu Funktionsbeeinträchtigungen oder wenigstens
nicht tolerierbaren Schwankungen im Bewegungsablauf der mechanischen
Komponente führen.
Eine Korrektur des formgebenden Werkzeugs ist meist nicht möglich, da
diese Geometrien nicht mehr in Entformungsrichtung stehen. Diese
Abweichungen sind insbesondere störend, wenn es sich um eine
mechanische, bewegbare Komponente eines Sensors handelt. Der Sensor
könnte
funktionsuntüchtig
sein oder werden, dessen Messergebnisse könnten großen Messfehlern unterliegen
oder es wäre
zumindest für jeden
Sensor eine aufwendige Eichung vorzunehmen. Dies ist von noch erheblicher
Bedeutung, wenn es sich bei der durch den Sensor erfassten Größe um eine
sicherheitsrelevante Größe handelt,
wie es beispielsweise beim Erfassen eines Verstellweges einer Bremse
zur Erfassung des Verschleißes
eines Bremsbelags eines Fahrzeugs der Fall ist. Zur Lösung des
Problems wurde bisher das Kunststoffgehäuse zweiteilig hergestellt:
nämlich
es wurde zuerst ein erstes Kunststoffgehäuseteil, an dem die wenigstens
eine darin integrierten Führung
und/oder Lagerung für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente vorgesehen ist,
hergestellt, das in einem nachfolgenden Schritt in ein separat hergestelltes,
zweites Kunststoffgehäuse
eingesetzt oder daran mechanisch befestigt wird. Beispielsweise
wird das erste Kunststoffgehäuseteil
in eine Ausnehmung des zweiten Kunststoffgehäuseteils eingesetzt und/oder
mit diesem durch wenigstens eine Schnappverbindung oder eine Schraubverbindung verbunden.
Dies erfordert nachteilig einen zusätzlichen Montageschritt. Zudem
weisen diese Verbindungen oft nachteilig Spiel auf, so dass für den Fall dass
das erste Kunststoffgehäuseteil
als Träger
für die
mechanischen Komponenten eines Sensors dient, eine zeitaufwendige
Justage oder Eichung des Sensors erforderlich ist.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines Kunststoffgehäuses
mit darin integrierter Führung
und/oder Lagerung für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente bereitzustellen,
mit der das Kunststoffgehäuse
preiswert und einfach bei gleichzeitig hoher Maßhaltigkeit der Führung beziehungsweise
Lagerung hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
gemäß Anspruch
1 sowie durch ein Kunststoffgehäuse
gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
Die Unteransprüche
betreffen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses sieht vor, dass in einem
ersten Formungsschritt wenigstens ein erstes Kunststoffgehäuseteil
mit wenigstens einer Führung oder
Lagerung für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente hergestellt wird.
In einem zweiten Formungsschritt wird das wenigstens eine erste
Kunststoffgehäuseteil
unter Bildung eines zweiten Kunststoffgehäuseteils umformt, um zusammen mit
dem ersten Kunststoffteil ein einstückiges Kunststoffgehäuse zu bilden.
Durch die Erzeugung eines ersten Kunststoffgehäuses mit der wenigstens einen Führung oder
Lagerung der mechanisch bewegbaren Komponenten in einem vorhergehenden
und separaten Schritt können
die Führung
beziehungsweise Lagerung, auch als Funktionsgeometrie bezeichnet,
besonders genau und/oder in einem sehr maßhaltigen Formgebungsverfahren
hergestellt werden und zwar unabhängig von der Herstellung des
zweiten Formgebungsverfahrens. Beispielsweise handelt es sich bei
der Funktionsgeometrie um eine Lagerung für ein oder mehrere Zahnräder. Die
Maßhaltigkeit
beziehungsweise die Präzision
dieses ersten Formungsschrittes beruht beispielsweise auf der Art des
verwendeten Kunststoffs, der kunststoffgerechten Auslegung, der
Art des verwendeten Formungsverfahrens und/oder der Art des formgebenden Werkzeugs.
Bei der Weiterverarbeitung dieses ersten Kunststoffgehäuseteils
im zweiten Formungsschritt wird dieses erste Kunststoffgehäuseteil
von einem zweiten Kunststoffgehäuseteil
umformt, bevorzugt umspritzt. Die so einstückig verbundenen Kunststoffgehäuseteile
bilden das so einstückige
Kunststoffgehäuseteil.
Beim Umformen, bevorzugt Umspritzen, des ersten Kunststoffgehäuseteils
mit dem zweiten Kunststoffgehäuseteil
kommt es nicht zu einer Beeinträchtigung
der Bemaßung
der Funktionsgeometrie, das heißt
nicht zu Verziehen, Verwinden, Schrägstellen usw. der Lagerung
beziehungsweise Führung
einer mechanisch bewegbaren Komponente, die am ersten Kunststoffgehäuseteil
vorgesehen ist. So wird eine sichere, lagegerechte und definierte Lagerung
und Führung
der bewegbaren Komponenten gewährleistet.
Zudem sorgt die Einstückigkeit zwischen
dem ersten und zweiten Kunststoffgehäuseteil zu einer spielfreien,
sicheren Verbindung zwischen den Gehäuseteilen und damit zu einer
störungsfreien
Bewegungsfunktion der durch die Führung oder Lagerung geführten beziehungsweise
gelagerten Komponente. Zudem wird durch die Einstückigkeit
der Zusammenbau beschleunigt und ansonsten für die Verbindung zusätzliche
Komponenten, wie beispielsweise Schraubverbindungen, Dichtungen
usw. können
aus Kostengründen
und Lagerhaltungsgründen
vorteilhaft entfallen.
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Bevorzugt
werden beim ersten oder zweiten, bevorzugter bei beiden Formungsschritten
die Kunststoffgehäuseteile
durch Spritzgießen
hergestellt. Dadurch können
die Kunststoffgehäuseteile
preiswert hergestellt werden. Beispielsweise handelt es sich bei
dem verwendeten Kunststoff um ein Thermoplast, Duroplast oder Elastomer.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff um ein Polyolefin,
bevorzugt ein Polypropylen, beispielsweise ein Plexiglas (PMMA)
oder Polycarbonat (PC), falls ein transparentes Kunststoffgehäuse erwünscht ist,
beispielsweise Polystyrol (PS) und dessen Copolymere, Polyamid (PA) oder
Polyoxymethylen (POM). Als weitere Kunststoffe werden im Sensorbereich
Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyphenylsulfid (PPS) verwendet.
Zur Erhöhung
der Festigkeit und zur Minimierung der Schwindung werden Kunststoffgehäuseteile
aus glasfaserverstärkten
Kunststoffen gefertigt, wobei die Glasfasern unterschiedliche Ausrichtungen
besitzen. Zur Optimierung und Eliminierung der Schwindung können auch
Mineral- oder Glaskugelfüllungen
vorgesehen werden, wodurch sich aber eine geringere Festigkeit in
Kunststoffgehäuseteil
einstellt.
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Die
im Kunststoffgehäuseteil
einzustellenden Toleranzen sind einerseits durch die Wahl des Kunststoffes
beziehungsweise der in den Kunststoff integrierten Bestandteile
und darüber
hinaus durch ein kunststoffgerechtes Gestalten des Gehäuseteils einstellbar.
Hierbei ist eine Maßhaltigkeit
nach DIN 16901 Toleranzgruppe Feinwerktechnik realisierbar.
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Beispielsweise
kann das erste Kunststoffgehäuseteil,
der sogenannte Vorspritzling, aus besonders schlagfestem oder gegenüber Kraft-
und Schmierstoffen oder Hitze besonders beständigem oder einer geringen
Schrumpfung beim Spritzgießen unterliegendem
Kunststoff, wie Polyamid, hergestellt werden, während das zweite Kunststoffteil
aufgrund der geringeren Anforderungen an dieses Teil aus einem vergleichsweise
preiswerteren Kunststoff, wie Polypropylen, hergestellt werden kann.
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Bevorzugt
ist die im ersten Kunststoffgehäuseteil
vorgesehene Führung
oder Lagerung für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente eines Sensors bestimmt.
Die erfindungsgemäß sich ergebende
Maßhaltigkeit
der Funktionsgeometrie des ersten Kunststoffgehäuseteils gewährleistet
eine zuverlässige
und ferner genaue Messung durch den Sensor. Wegen der nahezu spielfreien
Lagerung des Sensors über
das einstückige
Kunststoffgehäuse kann
so ein Eichvorgang des Sensors entfallen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Sensor um einen Bremsbelagverschleißsensor,
und das Kunststoffgehäuse
ist als ein Gehäuse
zur wenigstens teilweisen Abdeckung einer Bremsbelagnach stellmechanik
eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise haubenförmig, ausgebildet. Der Bremsbelagverschleißsensor
dient der Messung der Verschleiß bedingten
Verstellung eines Bremsbelags gegenüber einem zugehörigen Bremssattel.
Die erfindungsgemäße Integration
des ersten Kunststoffgehäuses
als Träger
wesentlicher Teile des Bremsbelagverschleißsensors in das zweite, beispielsweise
haubenförmige,
Kunststoffgehäuse
hat sich als sehr zuverlässig
erwiesen. Die Umformung sorgt für
eine spielfreie Lagerung der bewegbaren Komponenten des Bremsbelagverschleißsensors
und damit für
eine hohe Messgenauigkeit der zu bestimmenden, besonders sicherheitsrelevanten Messgröße. Zudem
kann so das Gehäuse
mitsamt Bremsbelagverschleißsensor
in engen Fertigungstoleranzen und unter Verwendung einer verringerten Anzahl
von Bauelementen montiert werden. Aufgrund der engen Fertigungstoleranz
ist ein Eichen des Sensors entbehrlich. Der Bremsbelagverschleißsensor
umfasst beispielsweise ein Getriebe, insbesondere Planetengetriebe,
zur Übersetzung
der Verschleiß bedingten
Verstellung in eine Drehbewegung. Durch diese Umwandlung der im
Allgemeinen linearen, aber vor Allem geringen Relativverstellung, beziehungsweise
der Relativverschiebung, zwischen Belag und Sattel in eine Drehbewegung
wird eine genaue Erfassung durch den Sensor ermöglicht. Dies liegt einerseits
daran, dass eine Drehbewegung leichter zu erfassen ist und andererseits
daran, dass das Untersetzungsverhältnis leicht so eingestellt
werden kann oder ist, dass die vergleichsweise geringe lineare Bewegung
mit einem vergleichsweise großen Drehausschlag
einhergeht. In einer Ausführungsform dient
die Funktionsgeometrie der Lagerung der Zahnräder des Planetengetriebes.
Hierbei erfolgt die Zustellung über
eine Drehbewegung mit Spindel mit beispielsweise 10 Umdrehungen über den
gesamten Verschleiß.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird beim ersten Formungsschritt
im ersten Kunststoffgehäuseteil
ein elektrischer Anschlussstecker oder eine elektrische Anschlussbuchse
ausgebildet. Dadurch kann auch der Anschlussstecker beziehungsweise
die -Buchse mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt
werden und die mechanisch herzustellende, elektrische Steckverbindung
wird zuverlässig
und störunanfällig erreicht.
Als ein weiterer Vorteil kann angesehen werden, dass eine zusätzliche
Kontaktstelle für
das Sensorelement entfällt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Kunststoffgehäuse mit wenigstens einem ersten
Kunststoffgehäuseteil,
das wenigstens eine Führung
oder Lagerung für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente aufweist. Das Kunststoffgehäuse zeichnet
sich dadurch aus, dass das wenigstens eine erste Kunststoffgehäuseteil
unter Bildung eines zweiten Kunststoffgehäuseteils umformt ist, um das
einstückige Kunststoffgehäuse zu bilden.
Wie zuvor in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, können durch
die Erzeugung eines ersten Kunststoffgehäuses mit der wenigstens einen
Führung
oder Lagerung der mechanisch bewegbaren Komponenten in einem vorhergehenden
und separaten Schritt die Führung
beziehungsweise Lagerung – die
Funktionsgeometrie – besonders
genau und/oder in einem sehr maßhaltigen
Formgebungsverfahren hergestellt werden und zwar unabhängig von
dem Herstellungsschritt des zweiten Formgebungsverfahrens. Beispielsweise
handelt es sich bei der Funktionsgeometrie um eine Lagerung für ein oder
mehrere Zahnräder.
Die Maßhaltigkeit
beziehungsweise die Präzision
dieses ersten Formungsschrittes beruht beispielsweise auf der Art
des verwendeten Kunststoffs, der möglichen optimalen Geometrie,
der Art des verwendeten Formungsverfahrens und/oder der Art des formgebenden
Werkzeugs. Die durch Umformen einstückig verbundenen Kunststoffgehäuseteile
bilden das so einstückige
Kunststoffgehäuseteil.
Beim Umformen des ersten Kunststoffgehäuseteils mit dem zweiten Kunststoffgehäuseteil
kommt es nicht zu einer Beeinträchtigung
der Bemaßung
der Funktionsgeometrie, das heißt
nicht zu Verziehen, Verwinden, Schrägstellen usw. der Lagerung
beziehungsweise Führung
einer mechanisch bewegbaren Komponente, die am ersten Kunststoffgehäuseteil
vorgesehen ist. Zudem sorgt die Einstückigkeit zwischen dem ersten
und zweiten Kunststoffgehäuseteil
zu einer spielfreien Verbindung zwischen den Teilen und damit zu
einer störungsfreien
Bewegungsfunktion der durch die Führung oder Lagerung geführten beziehungsweise
gelagerten Komponente. Zudem wird durch die Einstückigkeit
der Zusammenbau beschleunigt und ansonsten für die Verbindung zusätzliche
Komponenten, wie beispielsweise Schraubverbindungen, Dichtungen
usw. können
aus Kostengründen
und Lagerhaltungsgründen
vorteilhaft entfallen.
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Wie
oben bereits ausgeführt,
ist die im ersten Kunststoffgehäuseteil
vorgesehene Führung
oder Lagerung bevorzugt für
wenigstens eine mechanisch bewegbare Komponente eines Sensors bestimmt. Die
erfindungsgemäß sich ergebende
Maß haltigkeit der
Funktionsgeometrie des ersten Kunststoffgehäuseteils gewährleistet
eine zuverlässige
und ferner genaue Messung durch den Sensor. Wegen der nahezu spielfreien
Lagerung des Sensors über
das einstückige
Kunststoffgehäuse
kann so ein Eichvorgang des Sensors entfallen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Sensor um einen Bremsbelagverschleißsensor
und das Kunststoffgehäuse
ist als ein Gehäuse
zur wenigstens teilweisen Abdeckung einer Bremsbelagnachstellmechanik
eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, die beispielsweise im Bereich
des Bremssattels angeordnet ist. Der Bremsbelagverschleißsensor
dient der Messung der Verschleiß bedingten
Verstellung eines Bremsbelags gegenüber einem zugehörigen Bremssattel.
Die erfindungsgemäße Integration
des ersten Kunststoffgehäuses
als Träger
wesentlicher Teile des Bremsbelagverschleißsensors in das zweite, beispielsweise
haubenförmige,
Kunststoffgehäuse
hat sich als sehr zuverlässig
erwiesen. Die Umformung sorgt für eine
spielfreie Lagerung des Bremsbelagverschleißsensors und damit für eine hohe
Messgenauigkeit dieser besonders sicherheitsrelevanten Messgröße. Zudem
kann so das Gehäuse
mitsamt Bremsbelagverschleißsensor
in engen Fertigungstoleranzen und unter Verwendung einer verringerten
Anzahl von Bauelementen montiert werden. Aufgrund der engen Fertigungstoleranz
ist ein Eichen des Sensors entbehrlich. Der Bremsbelagverschleißsensor
umfasst beispielsweise ein Getriebe, insbesondere Planetengetriebe,
zur Übersetzung
der Verschleiß bedingten Verstellung
in eine Drehbewegung. Durch diese Umwandlung der im Allgemeinen
linearen, aber vor Allem geringen Relativverstellung beziehungsweise der
Relativverschiebung zwischen Belag und Sattel in eine Drehbewegung
wird eine genaue Erfassung durch den Sensor ermöglicht. Dies liegt einerseits
daran, dass eine Drehbewegung leichter zu erfassen ist und andererseits
daran, dass das Untersetzungsverhältnis leicht so eingestellt
werden kann oder ist, dass die vergleichsweise geringe lineare Bewegung mit
einem vergleichsweise großen
Drehausschlag einhergeht. In einer Ausführungsform dient die Funktionsgeometrie
der Lagerung der Zahnräder
des Planetengetriebes.
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Bevorzugt
weist das erste Kunststoffgehäuseteil
wenigstens einen Anschlussstecker oder eine elektrische Anschlussbuchse
auf. Wie schon erwähnt,
kann dadurch auch der Anschlussstecker beziehungsweise die -Buchse
mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt
werden und die mechanisch herzustellende, elektrische Steckverbindung
wird zuverlässig
erreicht und bleibt störunanfällig.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Bremsnachstellmechanik für ein Kraftfahrzeug
sowie das zugehörige
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Messung der Verschleiß bedingten
Verstellung eines Bremsbelags mit einem Kunststoffgehäuse in einer der
zuvor beschriebenen Ausgestaltungen zur wenigstens teilweisen Abdeckung
der Bremsbelagnachstellmechanik. Beispielsweise handelt es sich
bei der Bremsnachstellmechanik um eine mechanische oder elektromechanische
Nachstellvorrichtung des Bremsbelags. Diese Nachstellvorrichtungen
sind nahezu bei sämtlichen
Fahrzeugen vorhanden, wobei eine besonders mit dem erfindungsgemäßen Kunststoffgehäuse vorteilhaft
kombinierbare Nachstellvorrichtung bei den von der Knorr-Bremse
AG für
Nutzfahrzeuge hergestellten Bremsen Verwendung findet. Beispielsweise
umfasst die Nachstellmechanik ein elektromotorisch und/oder ein
hydraulisches Luft betätigten
Zylinder angetriebenes Kettengetriebe aus Ritzel und Kette.
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In
den beigefügten
Figuren ist eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kunststoffgehäuses als
haubenförmige
Abdeckung einer Bremsbelagnachstellmechanik dargestellt, wie sie
von der Knorr-Bremse AG für
Nutzfahrzeuge hergestellt wird, wobei
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1A eine
Aufsicht des ersten Kunststoffgehäuseteils (Vorspritzlings) auf
die Funktionsgeometrie zur Lagerung der bewegbaren Komponenten (Zahnräder) des
Bremsbelagverschleißsensors (nicht
dargestellt) ist;
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1B die
zugehörige
Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 1A ist;
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1C eine
Seitenansicht entsprechend der durch Pfeil B in 1A angedeuteten
Betrachtungsrichtung ist;
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2A eine
Aufsicht des einstückigen Kunststoffgehäuses ist,
das durch Umformen (Umspritzen) des ersten Kunststoffgehäuseteils (Vorspritzlings)
mit dem zweiten Kunststoffgehäuseteil
erhalten wird, auf die Funktionsgeometrie zur Lagerung der bewegbaren
Komponenten (Zahnräder)
des Bremsbelagverschleißsensors
(nicht dargestellt) ist;
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2B die
zugehörige
Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 2A ist;
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2C eine
Seitenansicht entsprechend der durch Pfeil B in 2A angedeuteten
Betrachtungsrichtung ist.
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In
den 1A bis 1C ist
das erste Kunststoffgehäuseteil 1 dargestellt,
das als Vorspritzling durch Spritzgießen hergestellt ist. Es weist
im Wesentlichen eine scheibenförmige
Gestalt mit einem seitlich radial wegweisenden Fortsatz auf, der einen
elektrischen Steckanschluss 4 beinhaltet. Zu diesem Zweck
wurden elektrische Leiter von dem Kunststoffmaterial des ersten
Kunststoffgehäuseteils 1 umspritzt.
In der scheibenförmigen
Außenfläche des
ersten Kunststoffgehäuseteils 1 sind
mehrere Lagerungen 3 für
Zahnräder
ausgebildet. Diese Lagerzapfen 3 dienen der drehbeweglichen
Lagerung von Zahnrädern
(nicht dargestellt) die wiederum Teil eines dem Bremsbelagverschleißsensors
zugehörigen
Planetengetriebes sind. Dieses Getriebe dient der Übersetzung
der Verschleiß bedingten
Verstellung in eine Drehbewegung, die durch den Sensor detektiert
wird. Das Kunststoffgehäuseteil 1 bildet ein
Teil eines Sensorgehäuses
und ist zur Verbindung mit einem weiteren Teil des Gehäuses (nicht dargestellt)
mittels Rastnasen zu verbinden. Der so hergestellte Vorspritzling 1 wird
in eine Spritzgießform
eingesetzt und umspritzt. Dabei wird das zweite Kunststoffgehäuseteil 2 gebildet
und dieses ist einstückig
mit dem ersten Kunststoffgehäuseteil 1,
dem Vorspritzling, verbunden. Beide Teile bilden das zuvor erwähnte haubenförmige Gehäuse 1, 2 für die Bremsbelagnachstellmechanik
dargestellt, wie sie von der Knorr-Bremse AG für Nutzfahrzeuge hergestellt
wird. Durch das Umspritzen des ersten Kunststoffgehäuseteils 1 wird
eine aus Montagegründen vorteilhafte
einstückige
Abdeckung erhalten, wobei eine präzise Ausrichtung der durch
das Kunststoffgehäuseteil
gelagerten und bewegbaren Komponenten (Zahnräder) des Sensors erreicht wird.
Da es zudem bei dem Umspritzen nicht zu einer Beeinträchtigung der
Maßhaltigkeit
der Funktionsgeometrie 3, das heißt der Lagerzapfen, kommt,
ist die Funktion des Sensors nicht beeinträchtigt.