DE102012213245A1 - Geberelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Geberelements (1) mit einem Basiskörper (2) und einem magnetischen Kunststoffelement (3), umfassend die Schritte: Bereitstellen des Basiskörpers (2), Vermischen eines Kunststoffgrundmaterials mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Füllstoff zu einem Spritzmaterial, Aufspritzen des Spritzmaterials auf den Basiskörper (2), so dass eine stoffschlüssige, direkte Verbindung zwischen dem Basiskörper (2) und dem aufgespritzten Kunststoffelement (3) entsteht, und Magnetisieren des aufgespritzten Kunststoffelements (3).

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Geberelements sowie ein derartiges Geberelement mit magnetischen Eigenschaften.
  • Magnetische Geberräder werden beispielsweise im Bereich der Fahrzeugindustrie vielfältig im Rahmen von ABS-Systemen, an Nockenwellen, an Kurbelwellen und Lenkeinrichtungen verwendet. Zur Herstellung derartiger Geberräder wird üblicherweise ein mit magnetischem Füllmaterial versetztes Gummimaterial auf ein Metallrad aufvulkanisiert. Derartige Geberräder haben sich insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik bewährt, wobei starke Wechselbeanspruchungen durch wechselnde Temperaturen und beispielsweise im Winter ein Kontakt mit salzhaltigem Wasser und dgl. möglich ist. Nachteile des aufvulkanisierten Gummimagnetelements ist jedoch, dass dieses relativ hohe Kosten verursacht und ferner auch aufgrund des Aufvulkanisierungsprozesses nur mit einer gewissen Mindestdicke aufgebracht werden kann. Weiterhin ist aus der DE 10 2005 022 451 A1 ein Geberrad bekannt, bei dem zwischen einem Stützbauteil und einem Encoderelement eine Klebeschicht aus einem Acrylkleber vorgesehen ist. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch ebenfalls sehr aufwendig und muss mit höchster Fertigungsgenauigkeit ausgeführt werden, was in der Praxis zu hohen Ausschussraten bei der Produktion führt. Es wäre somit wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines Geberelements zu haben, welches möglichst kostengünstig ausführbar ist und insbesondere bei Anwendungen in der Fahrzeugtechnik, die geforderten Anforderungen erfüllen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Geberelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren sehr schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann. Ferner wird dabei eine Verbindung zwischen einem Basiskörper und einem magnetischen Kunststoffelement erhalten, welche absolut dicht ist. Somit besteht nicht die Gefahr, dass Wasser oder andere Flüssigkeiten in den Bereich zwischen dem Basiskörper und dem Kunststoffelement gelangen können. Ferner kann erfindungsgemäß auf die Verwendung von Gummi oder Kautschuk oder dgl. verzichtet werden. Auch ist nach dem Schritt des Aufbringens des Kunststoffelements auf den Basiskörper keine weitere Nacharbeitung notwendig, und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache und prozesssichere Automatisierung bei höchster Präzision des hergestellten Bauteils. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Basiskörper und ein aufspritzbares Spritzmaterial bereitgestellt werden, wobei das Spritzmaterial eine Mischung aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Kunststoffgranulat, mit einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Füllstoff ist. Dieses so hergestellte Spritzmaterial wird in einem anschließenden Spritzgussschritt auf den Basiskörper aufgespritzt. Hierdurch entsteht eine dichte, stoffschlüssige direkte Verbindung zwischen dem Basiskörper und dem magnetischen Kunststoffelement. In einem letzten Schritt wird anschließend das aufgespritzte Kunststoffelement magnetisiert, um eine übliche Multipol-Anordnung des Geberelements bereitzustellen.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Um eine Haftfähigkeit des aufgespritzten Spritzgranulats zu verbessern, werden vor dem Schritt des Aufspritzens an Bereichen des Basiskörpers, an welchen das Kunststoffelement aufgespritzt werden soll, Nanostrukturen an der Oberfläche erzeugt. Die Nanostrukturen sind vorzugsweise unregelmäßige Strukturen, insbesondere blumenkohlartige Strukturen. Alternativ sind die Nanostrukturen regelmäßige Strukturen, insbesondere Linien.
  • Besonders bevorzugt werden die Nanostrukturen mittels eines Ultrakurzpulslasers hergestellt. Alternativ werden die Nanostrukturen mittels eines Ätzverfahrens hergestellt.
  • Weiter bevorzugt weist das Kunststoffelement eine Dicke von kleiner als 1mm auf, und insbesondere eine Dicke von kleiner als 0,8mm. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Geberelement auch in begrenzten Bauräumen eingesetzt werden.
  • Besonders bevorzugt ist der Basiskörper ein Metall und insbesondere ein Blech. Weiter bevorzugt ist der Basiskörper im Wesentlichen kreisförmig. Bevorzugt umfasst das Kunststoffelement ein thermoplastisches Material.
  • Weiter bevorzugt ist das Kunststoffelement an einem Umfangsbereich des kreisförmigen Basiskörpers angeordnet. Besonders bevorzugt überdeckt das Kunststoffelement dabei den Umfangsbereich des kreisförmigen Basiskörpers vollständig. Da das Kunststoffelement in einem Schritt mittels Spritzgießens auf den Umfangsbereich des Basiskörpers aufgespritzt werden kann, ist hierbei keinerlei Nachbearbeitung, wie z.B. Entfernung von Rändern oder dgl. notwendig.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Geberelement, insbesondere ein Geberrad, welches einen Basiskörper, insbesondere eine kreisförmigen Metallkörper, und ein magnetisches Kunststoffelement umfasst. Dabei ist zwischen dem Basiskörper und dem Kunststoffelement eine direkte, stoffschlüssige Verbindung ausgebildet.
  • Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Geberelement Nanostrukturen am Basiskörper auf, in einem Bereich, in welchem das Kunststoffelement aufgespritzt wird. Die Nanostrukturen können regelmäßige oder unregelmäßige Formen aufweisen.
  • Die erfindungsgemäßen Geberelemente können insbesondere in der Fahrzeugtechnik, z.B. an Wellen oder Lagern, in Verbindung mit dreh- und Positionssensoren usw., verwendet werden. Ebenfalls ist eine Anwendung bei Maschinen und Werkzeugen, insbesondere elektrischen Handwerkzeugen, denkbar.
  • Zeichnung
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung sind:
  • 1 bis 4 schematische Ansichten, welche die Schritte zur Herstellung eines Geberelements verdeutlichen.
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Geberelements sowie ein erfindungsgemäßes Geberelement 1 im Detail beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Geberelement 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Geberrad, welches einen kreisförmigen Basiskörper 2 und ein Kunststoffelement 3 umfasst. Das Kunststoffelement 3 ist dabei an einer Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 mittels einer direkten, stoffschlüssigen Verbindung angeordnet. Das Kunststoffelement 3 wird mittels eines Spritzvorgangs auf die Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 aufgespritzt. Das Kunststoffelement 3 umfasst einen thermoplastischen Kunststoff sowie einen magnetischen oder magnetisierbaren Füllstoff. Entlang des Umfangs weist das Kunststoffelement abwechselnd vorgesehene Polarisierungen auf, um ein Multipolgeberrad bereitzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird aus den 1 bis 4 deutlich. In einem ersten Schritt wird in 1 ein kreisförmiger Basiskörper 2 aus einem metallischen Blechmaterial bereitgestellt. Der Basiskörper 2 weist eine Außenumfangsfläche 20 mit einer vorbestimmten Breite auf. In einem in 2 gezeigten nächsten Schritt wird die Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 mittels eines Ultrakurzpulslasers 10 derart bearbeitet, dass auf der Außenumfangsfläche 20 Nanostrukturen entstehen. Dabei ist ein Laserstrahl 11 des Ultrakurzpulslasers 10 ausschließlich auf die Außenumfangsfläche 20 gerichtet, wobei die Nanostrukturen entlang des gesamten Umfangs der Außenumfangsfläche 20 vorgesehen werden. Hierzu wird vorzugsweise der Basiskörper 20 entsprechend gedreht. In einem nächsten Schritt wird ein Spritzgranulat aus einem Kunststoffgranulat bereitgestellt, welchem ein magnetischer oder magnetisierbarer Füllstoff zugemischt wird. Dieses Spritzgranulat wird dann auf die gesamte Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 aufgespritzt, so dass ein magnetisches Kunststoffelement 3 an der Außenumfangsfläche 20 vorgesehen ist. Hierbei ist zwischen dem Kunststoffelement 3 und dem Basiskörper 2 eine direkte, stoffschlüssige Verbindung ausgebildet, welche insbesondere flüssigkeitsdicht ist. Somit kann keine Flüssigkeit in einen Bereich zwischen dem Basiskörper 2 und dem Kunststoffelement 3 gelangen. Anschließend wird in einem letzten Schritt, wie in 4 angedeutet, eine Vielzahl von magnetischen Polen mittels einer Magnetisierungseinrichtung 12 am Kunststoffelement 3 erzeugt. Hierdurch erhält das Geberelement 1 eine Vielzahl von sich abwechselnden, magnetischen Nord- und Süd-Polen.
  • Durch die erfindungsgemäße Idee kann somit statt Gummi als Grundmaterial für das Multipol-Geberelement ein thermoplastisches Grundmaterial mit magnetischem oder magnetisierbarem Füllstoff verwendet werden, was erheblich kostengünstiger als Gummi ist. Ebenfalls kann verfahrenstechnisch der magnetische oder magnetisierbare Füllstoff kostengünstiger mit einem Kunststoffgrundmaterial vermischt werden. Auch ist eine homogenere Verteilung der magnetischen oder magnetisierbaren Füllstoffe im Kunststoffgrundmaterial einfacher realisierbar als in einem Gummimaterial.
  • Ferner ist der Umspritzvorgang mit dem Spritzmaterial prozesssicher und kostengünstig und kann sehr einfach automatisiert werden. Hierbei ist insbesondere auch keine Nacharbeit notwendig und das Kunststoffelement kann mit höchster Präzision auf den Basiskörper 2 aufgebracht werden. Im Vergleich mit den bisherigen Herstellungsverfahren können erfindungsgemäß somit mehrere Fertigungsschritte eingespart werden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren sehr kostengünstig realisierbar ist.
  • Da das Kunststoffelement direkt auf dem Basiskörper haftet, sind dünnere Schichtdicken des Kunststoffelements als im Vergleich mit dem Stand der Technik möglich. Ferner ermöglicht die Verwendung des Kunststoffgrundmaterials eine große Auswahl an beispielsweise polymerischen Basismaterialien (Thermoplasten), welche für den jeweiligen Einsatzzweck entsprechend ausgewählt werden können. Ein weiterer Vorteil des Aufspritzens des Kunststoffelements an den Basiskörper sind verbesserte Rundlaufeigenschaften und reduzierte Unwuchten. Weiterhin kann je nach Einsatzzweck auch das Material für den Basiskörper ausgewählt werden, beispielsweise VA-Stahl, Aluminium, Kaltband oder Blech.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005022451 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Geberelements (1) mit einem Basiskörper (2) und einem magnetischen Kunststoffelement (3), umfassend die Schritte: – Bereitstellen des Basiskörpers (2), – Vermischen eines Kunststoffgrundmaterials mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Füllstoff zu einem Spritzmaterial, – Aufspritzen des Spritzmaterials auf den Basiskörper (2), so dass eine stoffschlüssige, direkte Verbindung zwischen dem Basiskörper (2) und dem aufgespritzten Kunststoffelement (3) entsteht, und – Magnetisieren des aufgespritzten Kunststoffelements (3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Aufspritzens des Spritzmaterials Bereiche des Basiskörpers (2), auf welche das Spritzmaterial aufgespritzt werden soll, mit einer Nanostruktur versehen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur mittels einer Ultrakurzpulslasers (10) erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostrukturen mittels eines Ätzverfahrens erzeugt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (3) eine Dicke von kleiner als 1mm und insbesondere eine Dicke von kleiner als 0,8 mm aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (2) ein im Wesentlichen kreisförmiger Basiskörper ist und das Spritzmaterial auf eine Außenumfangsfläche (20) des Basiskörpers (2) aufgespritzt wird.
  7. Geberelement, umfassend: – einen Basiskörper (2), und – ein magnetisches Kunststoffelement (3), – wobei zwischen dem Basiskörper (2) und dem magnetischen Kunststoffelement (3) eine direkte stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
  8. Geberelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (2) im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung zum Kunststoffelement (3) Nanostrukturen aufweist.
  9. Geberelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostrukturen an der gesamten Fläche vorgesehen sind, an welcher die stoffschlüssige Verbindung zum Kunststoffelement (3) vorhanden ist.
  10. Geberelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (3) eine Dicke von kleiner als 1mm, insbesondere kleiner als 0,8mm, aufweist.
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