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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der Winkellage eines Getrieberades einer Getriebe-Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung zur Erfassung der Winkellage eines Getrieberades einer Getriebe-Antriebseinrichtung.
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Eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
EP 1 412 603 B1 der Anmelderin bekannt. Sie umfasst ein über eine Antriebsschnecke von einem Elektromotor angetriebenes Getrieberad, das in Wirkverbindung mit einem Abtriebsrad angeordnet ist. An dem Abtriebsrad ist an einem stirnseitigen Ende der Achse des Abtriebsrades ein Magnetelement angeordnet, das gegenüberliegend zu einem Sensorelement, in der Praxis üblicherweise einem Hallsensor, angeordnet ist. Bei einer Drehung des Abtriebsrades in seiner Achse dreht sich das Magnetelement mit diesem mit, wobei aus der Veränderung des Magnetfeldes, die vom Hallsensor erfasst wird, auf die Winkellage des Abtriebsrades und somit auch des Getrieberades geschlossen werden kann. Bei der vorbekannten Einrichtung ist das Magnetelement in einer Ausnehmung des im Verbindungsbereich zum Magnetelement aus Kunststoff bestehenden Abtriebsrades angeordnet. Wesentlich für die exakte Erfassung der Winkelposition ist es, dass das Magnetelement in Bezug auf das Sensorelement möglichst genau bzw. präzise angeordnet ist. Insbesondere soll die dem Sensorelement zugewandte Stirnfläche des Magnetelements parallel zur Oberfläche des Sensorelements verlaufen. Eine derartige, präzise Anordnung des Magnetelements in dem Abtriebsrad bzw. alternativ direkt in einem Getrieberad erfordert einen relativ hohen vorrichtungstechnischen bzw. konstruktiven Aufwand. So ist es aus der Praxis beispielsweise auch bekannt, das Magnetelement mit Vorsprüngen o.ä. auszubilden, gegen die ein radial angeordneter, flanschartig umlaufender Rand eines Getrieberades durch Ultraschallschweißen verschweißt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erfassung der Winkellage eines Getrieberades einer Getriebe-Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass diese zur Gewährleistung einer hohen Positionsgenauigkeit an einem Getrieberad bzw. alternativ an einem Abtriebsrad fertigungstechnisch besonders einfach, sicher und mit hoher Positionsgenauigkeit befestigbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung zur Erfassung der Winkellage eines Getrieberades mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Magnetelement aus magnetisch wirksamen Teilchen besteht, die in einer Kunststoffmasse gebunden und verteilt angeordnet sind, und dass das Magnetelement vorzugsweise an einer Stirnseite des Getrieberades bzw. des Abtriebsrades mit dem Getrieberad bzw. dem Abtriebsrad im Spritzgussverfahren verbunden ist. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, vorzugsweise durch Anspritzen des Getrieberades bzw. des Antriebsrades an das Magnetelement, vorzugsweise im Bereich der Stirnseite des Getrieberades bzw. des Antriebsrades, eine hochgenaue Positionierung des Magnetelements in Bezug zu dem Getrieberad bzw. zum Abtriebsrad zu erzielen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die magnetisch wirksamen Teilchen in einer Kunststoffmasse gebunden und in dem Spritzgußwerkzeug hochgenau angeordnet sind, so dass das Getrieberad bzw. das Abtriebsrad mit hoher Genauigkeit gegen das Magnetelement angespritzt werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In ganz bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung ist der Verbindungsbereich zwischen dem Getrieberad bzw. dem Abtriebrad und dem Magnetelement als Formschlussverbindung ausgebildet. Dadurch wird eine drehfeste Befestigung des Magnetelements an dem Getrieberad bzw. dem Abtriebsrad ermöglicht, die darüber hinaus eine axiale Sicherung des Magnetelements an dem Getrieberad bzw. Abtriebsrad ermöglicht.
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Zur Erzeugung eines möglichst eindeutigen sowie großen Magnetfeldes für das Sensorelement ist es vorgesehen, dass das Magnetelement eine axiale Begrenzung in Richtung zum Sensorelement ausbildet und eine ebene Stirnfläche aufweist, die senkrecht zur Drehachse des Getrieberades bzw. des Abtriebsrades angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, das Magnetelement in einem relativ geringen Abstand zum Sensorelement anzuordnen, wobei bei einer Drehung des Getrieberades bzw. des Abtriebsrades das Magnetelement stets denselben Abstand zur Oberfläche des Sensorelements aufweist.
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Dadurch, dass das Magnetelement sehr präzise zu dem Getrieberad bzw. dem Abtriebsrad angeordnet werden kann, ist es – im Gegensatz zum Stand der Technik – möglich, einen relativ geringen Abstand zum Sensorelement vorzusehen. Dies ermöglicht neben der Verwendung von (relativ teuren) seltenen Erden für die magnetisch wirksamen Teilchen auch die Verwendung von Magnetteilchen, deren Magnetfeld gegenüber dem Magnetfeld von Magneten, die aus seltenen Erden bestehen, geringer ist. Dadurch lassen sich bei der zuletzt genannten Variante die Herstellkosten des Magnetelements verringern.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung zur Erfassung der Winkellage eines Getrieberades einer Getriebeantriebseinrichtung, wobei ein Magnetelement an einem stirnseitigen Endbereich eines Getrieberades oder eines Abtriebsrades angeordnet ist. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Magnetelement als Verbundteil ausgebildet wird, das in einer Kunststoff-Grundmasse angeordnete magnetisch wirksame Teilchen und dass die Kunststoff-Grundmasse in einem Spritzgußwerkzeug mit dem stirnseitigen Endbereich des Getrieberades oder des Abtriebsrades durch ein Spritzgussverfahren verbunden wird.
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In einer ersten Variante des Herstellverfahrens kann es vorgesehen sein, dass als magnetisch wirksame Teilchen vormagnetisierte Teilchen verwendet werden. Unter magnetischen Teilchen werden dabei vormagnetisierte Teilchen verstanden, so dass nach dem Anspritzen des Magnetelements keine weiteren Herstellungsschritte bezüglich der Erzeugung eines Magnetfeldes für das Magnetelement erforderlich sind.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar, dass die magnetisch wirksamen Teilchen im Bereich des Spritzgusswerkzeuges magnetisiert werden.
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Wiederum in alternativer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Magnetisieren der magnetisch wirksamen Teilchen erst nach der Entnahme aus dem Spritzgusswerkzeug in einer separaten Einrichtung erfolgt. Dadurch wird der Aufbau des Spritzgusswerkzeugs besonders einfach gehalten. Darüber hinaus wird ein Entmagnetisieren von magnetisch wirksamen Teilchen vermieden, das ansonsten auftreten kann, wenn bei dem Erhitzen der Kunststoff-Grundmasse oder beim Anspritzen des Getrieberades bzw. des Abtriebsrades die magnetisch wirksamen Teilchen zu stark erwärmt werden (Curie-Temperatur).
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Bei einer Magnetisierung der magnetisch wirksamen Teilchen entweder innerhalb des Spritzgusswerkzeuges, oder im Bereich einer separaten Einrichtung kann die Magnetisierung der metallischen Teilchen durch eine Magnetisierspule oder durch einen Permanentmagneten erfolgen.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Magnetisierung der magnetisch wirksamen Teilchen noch im flüssigen Zustand der Kunststoff-Grundmasse erfolgt. Dies hatte den besonderen Vorteil, dass sich dadurch die metallischen Teilchen innerhalb des (flüssigen) Kunststoffs orientieren können, so dass ein besonders starkes Magnetfeld erzeugt werden kann.
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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:
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1 eine vereinfachte Darstellung einer Einrichtung zur Erfassung der Winkellage eines Getrieberades,
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2 die Einrichtung gemäß 1 im Bereich eines stirnseitigen Endes des Getrieberades in Seitenansicht,
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3 eine Ansicht auf das Magnetelement, wie es bei der 2 eingesetzt wird, in Richtung III-III der 2 und
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4 ein Flußablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Herstellungsschritte bei der Anordnung eines Magnetelements an einem Getrieberad.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Getriebe-Antriebseinrichtung 10 dargestellt, wie sie vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend, als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Fensterheberantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder ähnlichem, dient. Die Getriebe-Antriebseinrichtung 10 umfasst einen als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor 11, dessen Antriebswelle 12 eine Antriebsschnecke 13 antreibt. Die Verzahnung der Antriebsschnecke 13 kämmt mit einer Gegenverzahnung eines Getrieberades 15, das in einer Achse 16 drehbar gelagert ist. Über ein mit der Achse 16 verbundenes Zwischenrad 17 sowie gegebenenfalls weiteren, in der 1 nicht dargestellte Getrieberäder wird so das Drehmoment bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors 11 in gewünschter Art und Weise beeinflusst, so dass ein ebenfalls nicht dargestelltes Abtriebselement der Getriebe-Antriebseinrichtung 10, z.B. eine Fensterscheibe oder Fahrzeugsitz bewegt wird.
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Zur Steuerung des Komfortantriebs ist es erforderlich, die Winkelstellung des Getrieberades 15 zu kennen, das mittels des Antriebsmotors 11 in Richtung des Doppelpfeils 18 bewegbar ist. Hierzu dient eine in der 2 vereinfacht dargestellte Einrichtung 20. Die Einrichtung 20 umfasst ein beispielsweise auf einer Leiterplatte 21 angeordnetes Sensorelement 22. Das Sensorelement 22 ist vorzugsweise als Hallsensor ausgebildet, es sind jedoch auch andere Art von Sensorelementen 22 denkbar. Wesentlich ist lediglich, dass das Sensorelement 22 auf Änderungen eines Magnetfeldes reagiert. Das Magnetfeld wird mittels eines Magnetelements 25 erzeugt, das an dem dem Sensorelement 22 zugewandten stirnseitigen Endbereich des Getrieberades 15 angeordnet ist. Das als Spritzgußteil ausgebildete Getrieberad 15 besteht im Verbindungsbereich 26 zum Magnetelement 25 aus Kunststoff, beispielsweise POM (Polyoxymethylen) und kann eine in den Figuren nicht gezeigte metallische Welle umfassen. Vorzugsweise ist der Verbindungsbereich 26 zwischen dem Getrieberad 15 und dem Magnetelement 25 in Form einer Formschlussverbindung ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Magnetelement 25 als Verbundbauteil, bestehend aus einer Kunststoff-Grundmasse und in der Kunststoff-Grundmasse angeordneten, magnetisch wirksamen Teilchen bzw. Partikeln besteht. Wie man insbesondere aus einer Zusammenschau der 2 und 3 erkennt, weist das stirnseitige Ende des Getrieberades 15 in Längsrichtung des Getrieberades 15 bzw. der Drehachse 27 ausgebildete Vorsprünge bzw. Zacken 28 auf, die sich in Richtung zum Sensorelement 22 verbreitern. Beispielhaft sind vier Zacken 28 vorgesehen, die in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Die Zacken 28 werden durch eine entsprechende Gestaltung des Spritzgusswerkzeuges ausgebildet, das zum Herstellen des Getrieberades 15 dient. Die magnetisch wirksamen Teilchen bzw. Partikel in der Kunststoff-Grundmasse können aus magnetischen Teilchen, beispielsweise aus seltenen Erden oder ferromagnetischen Partikeln bestehen. Das bedeutet, dass die Partikel bzw. Teilchen, die in Form eines Pulvers oder mit einer bestimmten Teilchengröße in der Kunststoff-Grundmasse angeordnet sind, bereits magnetische Eigenschaften aufweisen. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Teilchen bzw. Partikel aus ferritischem Material bestehen, die erst nachträglich bzw. während des Fertigungsprozesses, wie noch näher erläutert wird, magnetisiert werden.
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Erfindungswesentlich ist, dass die Verbindung zwischen dem Magnetelement 25 und dem Getrieberad 15 im Spritzgussverfahren erfolgt. Vorzugsweise erfolgt ein Anspritzen des Getrieberads 15 gegen das Magnetelement 25 gegen die der Stirnfläche 29 (2) abgewandte Seite des Magnetelements 25. Insgesamt wird dadurch ein stirnseitig zylindrisch ausgebildetes Ende des Getrieberades 15 erzeugt. Dieses Anspritzen erfolgt in einem entsprechend ausgebildeten Spritzgußwerkzeug, bei dem zunächst die erhitzte bzw. verflüssigte, die magnetisch wirksamen Teilchen bzw. Partikeln enthaltende Kunststoff-Grundmasse zu dem Magnetelement 25 im Spritzgussverfahren geformt wird. Anschließend wird gegen das fertig ausgebildete Magnetelement 25 in einem zweiten Spritzgussschritt das Getrieberad 15 (ggf. unter Umspritzung einer metallischen Achse) angespritzt. Die flüssige Masse des Getrieberads 15 bildet dabei die Zacken 28 aus und sorgt somit für die gewünschte Formschlussverbindung zwischen dem Magnetelement 25 und dem Getrieberad 15. Nach dem Erstarren des Getrieberads 15 kann das Getrieberad 15 mitsamt dem Magnetelement 25 aus dem Spritzgußwerkzeug entnommen werden. Durch das Anspritzen des Getrieberads 15 an das Magnetelement 25 wird eine hochgenaue und ebene Ausbildung des Magnetelements 25 auf der dem Sensorelement 22 zugewandten Seite ermöglicht, so dass das Magnetelement 25 eine ebene Stirnfläche 29 als axiale Begrenzung des Getrieberades 15 zum Sensorelement 22 ausbildet, wobei die Stirnfläche 29 rechtwinklig zur Drehachse 27 angeordnet ist.
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In der 4 ist Fertigungsschritte eines mit einem Magnetelement 25 versehenen Getrieberades 15 näher dargestellt: Hierbei wird in einem ersten Schritt 50 eine (spritzgussfähige) Kunststoff-Grundmasse hergestellt, die die angesprochenen Partikel bzw. Teilchen enthält. Neben der Verwendung von bereits magnetisierten Teilchen ist es denkbar, dass die Kunststoff-Grundmasse magnetisch wirksame Teilchen bzw. Partikel enthält, die erst später ihre magnetischen Eigenschaften durch Magnetisierung erhalten. Der erste Schritt 50 umfasst ferner das Ausbilden des Magnetelements 25 in einem Spritzgußwerkzeug. In einem zweiten Schritt 51 wird das Material für das Getrieberad 15 erhitzt und in das Spritzgußwerkzeug eingeführt, in dem sich bereits das Magnetelement 25 befindet. Es erfolgt ein Anspritzen des Getrieberads 15 gegen das Magnetelement 25. Für den Fall, dass die magnetisch wirksamen Teilchen nachträglich magnetisiert werden sollen, wird in einem Schritt 52 eine Magnetisierung der Teilchen bzw. Partikeln vorgenommen. Dies erfolgt mittels einer Magnetisierspule oder mittels eines Permanentmagneten. Wesentlich dabei ist, dass der Schritt 52 alternativ bereits auch zeitlich innerhalb des Schritts 51 erfolgen kann, d.h., dass die angesprochene Magnetisierspule bzw. der Permanentmagnet im Bereich des (nicht dargestellten) Spritzgusswerkzeuges angeordnet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sich die magnetisch wirksamen Partikel bzw. Teilchen im flüssigen Zustand der Kunststoff-Grundmasse während des Magnetisierens am Magnetfeld der Magnetisierspule bzw. des Permanentmagneten ausrichten bzw. orientieren können, so dass eine besonders gute bzw. starke Magnetisierung der ferrritischen Partikel bzw. Teilchen erzielt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Magnetisieren der Teilchen erst außerhalb des Spritzgusswerkzeuges, d.h. nach dem Erstarren der Kunststoff-Grundmasse erfolgt. In diesem Fall ist die Magnetisierspule bzw. der Permanentmagnet Bestandteil einer separaten, von dem Spritzgusswerkzeug getrennt angeordneten Einrichtung.
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Die soweit beschriebene Getriebe-Antriebseinrichtung
10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, das Magnetelement
25 als Kunststoffverbundteil auszubilden, welches im Spritzgussverfahren mit dem Getrieberad
15 verbunden wird. So ist es insbesondere denkbar, dass in alternativer Herstellung zunächst das Getrieberad
15 im Spritzgussverfahren hergestellt wird, und dass anschließend, in einem zweiten Schritt, die verflüssigte Masse des Magnetelements
25 gegen die Stirnseite des Getrieberads
15 angespritzt wird. Auch sind Anordnungen des Magnetelements
25 bzw. des Sensorelements
22 denkbar, bei denen das Sensorelement
22 am Umfang des stirnseitigen Endbereichs des Getrieberads
15 angeordnet ist bzw. das Magnetelement
25 radial abgetastet wird. In diesem Fall kommt es somit auf ein möglichst präzise radiale Ausbildung des Magnetelements
25 am stirnseitigen Endbereich des Getrieberads
15 an, was durch das erfindungsgemäß vorgesehene Ausbilden des Magnetelements
25 aus der Kunststoff-Grundmasse in einem Spritzgußwerkzeug gewährleistet ist. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Magnetelement
25 nicht an dem Getrieberad
15, sondern an einem separaten, in Wirkverbindung mit dem Getrieberad
15 angeordneten Abtriebsrad in analoger Art und Weise angeordnet ist. Bezüglich einer derartigen, grundsätzlichen Anordnung eines Abtriebsrades wird auf die
EP 1 412 603 B1 der Anmelderin verwiesen, die insofern Bestandteil der Erfindung sein soll. Auch ist der Einsatz der Getriebe-Antriebseinheit
10 nicht auf Anwendungen für Komfortantriebe von Kraftfahrzeugen beschränkt.
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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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- EP 1412603 B1 [0002, 0026]
