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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Ring nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
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Stand der Technik
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Die
US 5,120,588 A zeigt einen Ring mit einem Kunststoffkörper, der Zähne aufweist. Die
DE 11 2006 003 640 T5 zeigt einen Kunststoffkörper, der mit Klebstoff an einen Tragkörper angebunden ist. Die
US 6,642,709 B2 lehrt, Zahnzwischenräume eines Tragkörpers mit einem nichtmetallischen Kunststoff auszufüllen. Die
DE 94 03 258 U1 lehrt, an einen Tragkörper einen Kunststoffkörper anzugießen. Die
US 4,835,505 A lehrt, ein magnetisierbares Material durch einen Tragkörper zu umschließen.
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Ringe der eingangs genannten Art, sogenannte Encoderringe, sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
EP 1 674 831 A1 , bereits bekannt.
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Üblicherweise wird ein Ring mit einem Elastomer ausgerüstet, in welchem magnetisierbare Partikel aufgenommen sind. Das Elastomer wird in Umfangsrichtung mit einander abfolgenden Nord- und Südpolen versehen, indem die Partikel im Elastomer magnetisiert werden.
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Im eingebauten Zustand wird das von dem Ring erzeugte Magnetfeld von einem Sensor erfasst. Angeschlossene Steuergeräte erzeugen aus dem Signalverlauf des Magnetfelds Informationen zur Drehgeschwindigkeit, Drehbeschleunigung, Drehrichtung und je nach Magnetisierung auch zur Drehwinkelstellung des Rings. Im eingebauten Zustand wird der Ring rotiert.
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Üblicherweise finden solche Ringe Verwendung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Ein Ring wird üblicherweise einer Welle zugeordnet und dient insbesondere der Erfassung einer Kurbelwellendrehzahl oder der Erfassung einer Nockenwellendrehzahl.
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Während der Rotation einer Welle können unter Erfassung des Magnetfelds, welches durch eine bestimmte Magnetisierung des Rings erzielt wird, die Drehzahl und ein Referenzpunkt der Welle erfasst werden. In Getrieben werden solche Ringe verwendet, um Wellendrehzahlen zu erfassen.
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Ein Elastomer, welches magnetisierbare Partikel aufweist, muss allerdings in aufwendiger Weise an den Ring anvulkanisiert werden. Die Anvulkanisierung des Elastomers ist aufwendig und mit einer Vielzahl von Kosten erzeugenden Arbeitsschritten verbunden.
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Zwar sind neben Elastomeren bereits andere Kunststoffkörper bekannt. Ein mit magnetisierbaren Partikeln gefüllter Kunststoffkörper wird üblicherweise auf einen Tragkörper aus Metall, insbesondere ein Stahlblechteil, aufgebracht, um ein Fügen mit einer Welle zu ermöglichen, deren Drehzahl ermittelt werden soll.
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Der metallische Tragkörper und der Kunststoffkörper weisen stark voneinander abweichende Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Bei Kraftfahrzeugen treten Temperaturschwankungen zwischen –40°C und +160°C auf.
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Auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungsauskoeffzienten kommt es zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Tragkörpers und eines nicht elastomeren Kunststoffkörpers. Hiermit gehen Spannungen einher.
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Diese Spannungen können zum Versagen der Bindung zwischen dem Kunststoffkörper und dem Tragkörper führen. Andererseits kann es zu einem Versagen des Kunststoffkörpers, insbesondere auf Grund einer Rissbildung, kommen.
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Ringe, die in Automatikgetrieben zum Einsatz kommen, sind in besonderer Weise ausgestaltet, um dem vorgenannten Versagen entgegen zu wirken.
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Der Tragkörper wird nicht aus Stahl, sondern aus Aluminium gefertigt. Aluminium zeigt einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl. Allerdings gehen mit der Verwendung von Aluminium höhere Materialkosten und ein aufwendiges Fügen des Tragkörpers auf einer Welle aus Stahl einher.
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Der nicht elastomere Kunststoffkörper wird als separates Bauteil hergestellt und dann auf einen Tragkörper aus Aluminium aufgeklebt Eine Klebeschicht dient dann als elastischer Ausgleich für das Zusammenspiel der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Mit dieser Fertigung geht ein aufwendiger Klebeprozess einher.
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Auch bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren treten hohe Prozesskosten auf.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ring anzugeben, der nach kostengünstiger Herstellung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt und unter Vermeidung von Vulkanisations- und Klebeschritten hergestellt ist, Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die bisher eingesetzten Elastomere aufwendige Vulkanisationsschritte erfordern. Darauf ist erkannt worden, dass ein direktes Anspritzen eines Kunststoffs auf einen Tragkörper aus Blech, eine kostengünstige Herstellung erlaubt. Dabei ist insbesondere erkannt worden, dass ein mit magnetisierrbaren Partikeln gefüllter Kunststoff der spritzgießtechnisch verarbeitbar ist, erhebliche Kostenvorteile gegenüber den bisher bekannten Elastomeren bietet. Weiter ist erkannt worden, dass sich spritzgießbare Kunststoffe im Vergleich zu Elastomeren in einem höheren Maße mit magnetisierbarem Material befüllen lassen. Hierdurch ist eine höhere magnetische Feldstärke erzielbar. Schließlich ist erkannt worden, dass ein Formschluss des Kunststoffkörpers mit dem Tragkörper einen Verzicht auf Bindemittel oder Klebstoffe zulässt. Der Kunststoffkörper ist ohne zusätzliche Klebstoffe dem Tragkörper verliersicher zugeordnet Auch bei hohen Temperaturschwankungen kann der Kunststoffkörper fest mit dem Tragkörper verbunden bleiben, da der Formschluss ein Ablösen des Kunststoffkörpers vom Tragkörper verhindert. An einer inneren Umfangsfläche des Tragkörpers liegen Nocken des Kunststoffkörpers an. Die Nocken umgreifen einen Rand des Tragkörpers fingerartig und liegen wie Finger an einer inneren Umfangsfläche des Tragkörpers an. Zwischen den Nacken sind vorzugsweise Bereiche ausgebildet, welche von Kunststoffmaterial frei sind. Die Nocken dienen einer Abstützung und Zentrierung des Tragkörpers in einem Werkzeug sowie der formschlüssigen Verbindung des Tragkörpers und des Kunststoffkörpers. Die Nocken münden vorzugsweise in einen umlaufenden Rund. Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Vor diesem Hintergrund könnte der Kunststoffkörper an den Tragkörper angespritzt und/oder angegossen sein. Durch das unmittelbare Anspritzen und/oder Angießen des Kunststoffkörpers an den Tragkörper wird auf Klebeschichten und Klebstoffe verzichtet.
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Der Kunststoffkörper könnte an den Tragkörper angespritzt und/oder angegossen sein, wobei der Kunststoffkörper nicht als Elastomer ausgestaltet ist. So können nach dem Erhärten relativ inelastische und harte Thermoplasten anstelle von thermoplastischen Elastomeren verwendet werden.
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Vor diesem Hintergrund könnten im Tragkörper Durchgänge, insbesondere Bohrungen, ausgebildet sein, durch die der Kunststoffkörper hindurchgreift. Beim Anspritzen bzw. Angießen des Kunststoffkörpers an den Tragkörper kann das noch weiche Kunststoffmaterial die Durchgänge bzw. Bohrungen durchfließen und daher eine Verkrallung des Kunststoffkörpers mit dem Tragköper herstellen. Das ausgehärtete Kunststoffmaterial bildet den Kunststoffkörper, der nun fest mit dem Tragkörper verbunden ist.
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Vor diesem Hintergrund ist konkret denkbar, dass die Durchgänge sich in axialer Richtung erstrecken. Das heißt, dass die Achsen der Durchgänge zur Rotationsachse des Rings parallel orientiert sind.
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Der Tragkörper konnte eine Rillierung aufweisen. Durch die Rillierung kann eine Verkrallung des Kunststoffkörpers mit dem Tragkörper hergestellt werden. Das flüssige Kunststoffmaterial kann in Täler hineinfließen, die zwischen den Rillen ausgebildet sind.
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Vor diesem Hintergrund könnte eine äußere Umfangsfläche des Tragkörpers mit axial verlaufenden Rillen versehen sein. Die äußere Umfangsfläche des Tragkörpers kann vollständig vom Kunststoffkörper umschlossen sein, wobei das Kunststoffmaterial des Kunststoffkörpers mit den Rillen verkrallt ist.
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Vor diesem Hintergrund könnte der Tragkörper einen gewellten oder gezackten Rand aufweisen. Durch den gewellten oder gezackten Rand wird eine weitere Verkrallung des Kunststoffkörpers mit dem Tragkörper erzielt. Der gewellte oder gezackte Rand ist am fertig gestellten Ring von Kunststoff bedeckt und bewirkt ebenfalls, wie die Rillierung und die Durchgänge, einen Formschluss zwischen dem Tragkörper und dem Kunststoffkörper.
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Der Kunststoffköper könnte eine Fase oder eine Abstufung aufweisen. Die Fase oder Abstufung verläuft vorzugsweise längs des Umfangs des Kunststoffköpers bzw. des Rings. Nach dem Angießen bzw. Anspritzen des Kunststoffkörpers an den Tragkörper muss an einer Anspritzstelle oder Angießstelle ein Kunststoffrest abgebrochen werden. Bei diesem Abbruchvorgang kann eine scharfe Kante des Kunststoffs entstehen. Durch die Fase oder Abstufung des Kunststoffkörpers wird die scharfe Kante stets radial nach innen versetzt, so dass sie nicht über eine gewünschte Umfangsfläche des Kunststoffkörpers hinaus ragt.
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Der Kunststoffkörper könnte Sollbruchstellen aufweisen. Hierdurch soll der Kunststoffkörper im Falle eines Versagens durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten gezielt an Positionen reißen, an denen ein geringstmöglicher negativer Einfluss auf die Signalqualität des Magnetfelds zu erwarten ist. Die Sollbruchstellen können als lokale Querschnittsreduzierungen des Kunststoffkörpers ausgebildet sein. Die Sollbruchstellen können als axial verlaufende Kerben am Außendurchmesser des Kunststoffkörpers ausgestaltet sein. Denkbar ist auch, am Tragkörper angebrachte axial verlaufende konvexe Erhöhungen auszuführen.
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Der Kunststoffkörper könnte segmentierte Bereiche aufweisen. Hierdurch soll der Kunststoffkörper im Falle eines Versagens durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten gezielt an Positionen reißen, an denen ein geringstmöglicher negativer Einfluss auf die Signalqualität des Magnetfelds zu erwarten ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 in der rechten Ansicht eine perspektivische Darstellung eines Tragkörpers mit gewelltem Rand, wobei ein rechteckiger Ausschnitt des gewellten Rands in der linken Ansicht der 1 vergrößert dargestellt ist,
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2 in der unteren Ansicht den Tragkörper gemäß 1, dessen äußere Umfangsfläche eine Rillierung aufweist, wobei ein rechteckförmiger Ausschnitt der Rillierung in der oben Ansicht vergrößert dargestellt ist,
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3 in der rechten Ansicht eine perspektivische Ansicht eines Tragkörpers, der mit einem angegossenen oder angespritzten Kunststoffkörper versehen ist, wobei ein rechteckförmiger Ausschnitt dreier Nocken in der linken Ansicht vergrößert dargestellt ist,
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4 in der unteren Ansicht eine Draufsicht auf den Tragkörper, an welchen ein Kunststoffkörper angespritzt oder angegossen ist, wobei in der obersten Ansicht ein Schnitt längs der Linie B-B zwischen zwei Nocken und in der mittleren Ansicht ein Schnitt längs der Linie A-A durch einen der Nocken dargestellt ist,
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5 in der unteren Ansicht eine Seitenansicht des Tragkörpers an welchen ein Kunststoffkörper angespritzt ist, in der mittleren Ansicht eine Draufsicht auf den Schnitt entlang der Linie C-C, wobei eine vergrößerte Darstellung des rechteckförmigen Ausschnitts der Nocken in der oberen Ansicht dargestellt ist, und
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6 in der rechten Ansicht eine Schnittansicht des Tragkörpers, an welchen ein Kunststoffkörper angespritzt ist, wobei in der linken oberen Ansicht eine perspektivische Darstellung des Rings dargestellt ist und wobei in einem kreisförmigen Ausschnitt, der in der linken unteren Ansicht vergrößert dargestellt ist, eine Fase oder Abstufung des Kunststoffkörpers gezeigt ist.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt in der rechten Ansicht einen Tragkörper 1 ohne einen angespritzten Kunststoffkörper, wobei der Tragkörper 1 einen Zentraldurchgang 2 umfängt. Der Zentraldurchgang 2 wird im montierten Zustand des Rings koaxial zu einer Welle ausgerichtet.
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Der Tragkörper 1 weist einen gewellten Rand 3 auf. Ein rechteckiger Ausschnitt des gewellten Rands 3 ist in der linken Ansicht der 1 vergrößert dargestellt.
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2 zeigt in der unteren Ansicht den Tragkärper 1 gemäß 1. Der Tragkörper 1 weist eine Rillierung 4 auf. Ein rechteckiger Ausschnitt der Rillierung 4 ist in der oberen Ansicht der 2 vergrößert dargestellt. Konkret ist gezeigt, dass eine äußere Umfangsfläche 5 mit axial verlaufenden Rillen 6 versehen ist
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3 zeigt in der rechten Ansicht einen Ring zur Anordnung auf ein um eine Achse rotierbaren Element, umfassend einen Tragkörper 1, welcher einen Zentraldurchgang 2 umfängt, wobei dem Tragkörper 1 ein Kunststoffkörper 7 zugeordnet ist, welcher magnetische Nord- und Südpole aufweist. Der Kunststoffkörper 7 ist formschlüssig mit dem Tragkörper 1 verbunden.
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Der Kunststoffkörper 7 ist spritzgießtechnisch hergestellt. Der Kunststoffkörper 7 ist an den Tragkörper 1 angespritzt und/oder angegossen.
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Der Kunststoffkörper 7 ist aus Plastik gefertigt. Der Kunststoffkörper 7 kann auch als thermoplastisches Elastomer ausgestaltet sein.
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Der Kunststoffkörper 7 verläuft längs eines Umfangs des Tragkörpers 1. Der Kunststoffkörper 7 ist mit magnetischen Partikeln befüllt, welche magnetisiert sind. Die magnetischen Partikel sind derart magnetisiert, dass eine Spur 8 entsteht, auf welcher einander abfolgend magnetische Nord- und Südpole ausgebildet sind.
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Zusätzlich kann die Magnetisierung eine Singularität in Form mindestens eines Nord- oder Südpols aufweisen. Diese Markierung innerhalb der Magnetisierung kann umfangsseitig zu einer mechanischen Referenz 17 am Tragkörper 1 positioniert sein.
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Encoder für Motoranwendungen weisen häufig eine Singulrität, insbesondere in Form eines größeren Poles oder Polpaares, auf, welche zu einer mechanischen Referenz, insbesondere an einem Blechträger, ausgerichtet wird. Über diese Singularität im Signal wird ein Bezug zur umfangsseitigen Kurbelwellenstellung ermittelt. Diese Information ist beispielsweise Basis für die Ermittlung eines Zündzeitpunkts oder eines Einspritzzeitpunkts.
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Ein rechteckiger Ausschnitt, welcher in der linken Ansicht der 3 vergrößert dargestellt ist, zeigt, dass an einer inneren Umfangsfläche 9 des Tragkörpers 1 Nocken 10 des Kunststoffkörpers 1 anliegen. Der gewellte Rand 3 des Tragkörpers 1 wird von den Nocken 10 fingerartig umgriffen, wobei die Nocken 10 in einen umlaufenden Bund 11 des Kunststoffkörpers 7 münden.
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4 zeigt in der unteren Ansicht eine Draufsicht auf den Ring gemäß 3. In der mittleren Ansicht der 4 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt. Dort ist gezeigt, dass im Tragkörper 1 Durchgänge 12 ausgebildet sind, durch die der Kunststoffkörper 7 hidurchgreift. Konkret ist das flüssige Kunststoffmaterial des Kunststoffkörpers 7 beim Spritzgießprozess durch die Durchgänge 12 hindurchgeflossen und dann erhärtet. Hierdurch wird ein Formschluss zwischen Tragkörper 1 und Kunststoffkörper 7 hergestellt.
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In der oberen Ansicht der 4 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B dargestellt.
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5 zeigt in der unteren Ansicht eine Seitenansicht des Rings gemäß 3 und 4. In der mittleren Ansicht der 5 ist eine Draufsicht auf den Schnitt entlang der Linie C-C dargestellt. Ein rechteckförmiger Ausschnitt eines Umfangsbereichs des Rings ist in der oberen Ansicht der 5 gezeigt. Dort sind zwei Nacken 10 dargestellt. An der inneren Umfangsfläche 9 des Tragkörpers 1 liegen die Nacken 10 an, an der äußeren Umfangsfläche 5 des Tragkörpers 1 liegt die Spur 8 des Kunststoffkörpers 7 an.
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6 zeigt in der rechten Ansicht eine geschnittene Darstellung eines Rings gemäß den 3 bis 5. Dort ist dargestellt, dass der Kunststoffkörper 7 an seinen radial äußeren Bereichen eine Fase oder Abstufung 13 aufweist.
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Konkret sind zwei axial einander gegenüberliegende umlaufende Abstufungen 13 ausgebildet. In der linken unteren Ansicht der 6 ist eine Abstufung 13 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der gewellte oder gezackte Rand 2 des Tragkörpers 1 wird am fertigen Ring vom Kunststoff des Kunststoffkörpers 7 bedeckt und bewirkt dann einen Formschluss zwischen dem Tragkörper 1 und dem Kunststoffkörper 7. Der Tragkörper 1 ist vorzugsweißse aus Blech gefertigt.
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Die axial verlaufenden Rillen 6 werden am fertigen Ring vom Kunststoffkörper 7 bedeckt und bewirken einen weiteren Formschluss zwischen dem Tragkörper 1 und dem Kunststoffkörper 7.
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Die axial angebrachten Durchgänge 12 im Tragkörper 1 erlauben ein Durchfließen des Tragkörpers 1 mit Kunststoffmaterial des Kunststoffkörpers 7. Diese Durchgänge 12 bewirken einen weiteren Formschluss zwischen Tragkörper 1 und Kunststoffkörper 7.
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Die axial orientierten Nocken 10 dienen einerseits dem Abstützen des Tragkörpers 1 in einem Formgebungswerkzeug. Außerdem bewirken die Nocken 10 eine Umschließung des Tragkörpers 1 durch den Kunststoffkörper 7.
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Die Fase oder Abstufung 13, die am äußerem Umfang des Rings umlaufend ausgestaltet ist, bildet einen Bereich, an welchem Kunststoffmaterial in ein Werkzeug eingespritzt wird.
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Eine Anspritznase wird nach dem Spritzgießprozess entfernt. Durch das Zurücksetzen relativ zum Außendurchmesser des Rings hat eine Bruchstelle, an welcher Kunststoffmaterial abgebrochen wird, keine negativen Einfluss auf eine anschließende Magnetisierung des Kunststoffkörpers 7, In 6 ist schematisch ein Anspritzpunkt 14 und ein Austrittspunkt 15, welcher dem Anspritzpunkt 14 gegenüberliegt, dargestellt. Aus dem Austrittspunkt 15 tritt ein Teil des Kunststoffmaterials wieder aus.
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Hierdurch kann die Verteilung der magnetisierbaren Partikel innerhalb des Kunststoffkörpers 7 im fertigen Ring verbessert werden. Der Austrittspunkt 15 befindet sich vorzugsweise im Bereich der Fase oder Abstufung 13.
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1 zeigt, dass im Tragkörper 1 eine Kröpfung 16 ausgebildet ist, um eine stirnseitige Auflage des Kunststoffkörpers 7 zu ermöglichen. 3 zeigt vor diesem Hintergrund, dass die Nocken 10 in einen umlaufenden Bund 11 münden.
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Der Bund 11 ist vorzugweise auf der Kurbelgehäuseseite des Rings angeordnet. Der Bund 11 erstreckt sich radial nach innen und überdeckt die Durchgänge 12 im Tragkörper 1. Der umlaufende Bund 11 erstreckt sich auch auf der der Kurbelgehäuseseite gegenüberliegenden Schwungradseite. Auch dort erstreckt er sich radial soweit nach innen, dass die Durchgänge 12 überdeckt sind.
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Der Tragkörper 1 ist vorzugsweise aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, gefertigt.
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Der Ring wird als Encoderring verwendet und einer Welle zugeordnet.
