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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Geberelements sowie ein derartiges Geberelement mit magnetischen Eigenschaften.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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 einer Magnetschicht erhalten, welche absolut dicht ist. Somit besteht nicht die Gefahr, dass Wasser oder andere Flüssigkeiten in den Bereich zwischen dem Basiskörper und der Magnetschicht gelangen können. Ferner kann erfindungsgemäß auf die Verwendung von Gummi oder Kautschuk oder dgl. verzichtet werden. Auch ist nach dem Schritt des Aufbringens der Magnetschicht 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 magnetisches oder magnetisierbares, pulverförmiges Material bereitgestellt wird. Das magnetische oder magnetisierbare, pulverförmige Material wird dann durch ein direktes Aufspritzen auf den äußeren Umfang und/oder auf einer Stirnfläche des Basiskörpers auf dem Basiskörper aufgebracht. Hierdurch wird am Basiskörper eine Magnetschicht erzeugt derart, dass eine stoffschlüssige, direkte Verbindung zwischen dem Basiskörper und der Magnetschicht entsteht. Erfindungsgemäß kann somit die Anzahl der Herstellungsschritte für derartige Geberräder signifikant reduziert werden. Hierdurch entstehen große Kostenvorteile und Zeitvorteile. Ferner kann eine besonders dichte Verbindung zwischen der Magnetschicht und dem Basiskörper erreicht werden, so dass insbesondere Salzwasser oder dergleichen nicht zwischen die Magnetschicht und dem Basiskörper eindringen kann. Weiterhin wird erfindungsgemäß erreicht, dass keine Nachbearbeitungsschritte notwendig sind, sondern ein derart hergestelltes Geberrad sofort verwendet werden kann. Auch sind im Vergleich mit den aus Gummi aufvulkanisierten Magnetschichten die Rundlaufeigenschaften und Unwuchten beim erfindungsgemäßen Geberrad deutlich kleiner. Ferner kann erfindungsgemäß eine minimale Schichtbreite und minimale Dicke der Magnetschicht erzeugt werden. In einem letzten Schritt wird anschließend die aufgebachte Magnetschicht magnetisiert, um eine übliche Multipol-Anordnung des Geberelements bereitzustellen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen des pulverförmigen Materials auf den Basiskörper werkzeuglos mittels eines Strahls. Hierdurch kann insbesondere auf formgebende Werkzeuge, wie z.B. Spritzwerkzeuge oder dergleichen, verzichtet werden. Durch Steuerung des Strahls zum Aufbringen des pulverförmigen Materials kann dabei die Schichtbreite und Schichtdicke exakt bestimmt werden. Formgebende Werkzeuge sind somit nicht mehr notwendig. Hierdurch können insbesondere auch die Werkzeugkosten, beispielsweise bei Umstellung der Produktion auf ein anderes Geberrad, beispielsweise für einen anderen Kunden, drastisch reduziert werden. Auch kann dadurch die Flexibilität der Fertigung deutlich verbessert werden.
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Um eine Haftfähigkeit des aufgespritzten Spritzgranulats zu verbessern, werden vor dem Schritt des Aufbringens des pulverförmigen Materials an Bereichen des Basiskörpers, an welchen das pulverförmige Material aufgebracht werden soll, Nanostrukturen an der Oberfläche erzeugt. Die Nanostrukturen sind vorzugsweise unregelmäßige Strukturen, insbesondere blumenkohlartige Strukturen. Alternativ sind die Nanostrukturen regelmäßige Strukturen, insbesondere Linien.
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Besonders bevorzugt werden die Nanostrukturen mittels eines Ultrakurzpulslasers hergestellt. Alternativ werden die Nanostrukturen mittels eines Ätzverfahrens hergestellt.
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Weiter bevorzugt weist die Magnetschicht 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.
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Besonders bevorzugt weist das pulverförmige Material eine Partikelgröße von kleiner oder gleich 40 µm auf. Die Partikelgröße ist erfindungsgemäß dabei derart definiert, dass eine maximale Länge einer durch einen Partikel legbaren Gerade immer kleiner oder gleich 40 µm ist.
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Weiter bevorzugt erfolgt das Aufbringen des pulverförmigen Materials mittels eines Strahls durch ein Kaltgas-Spritzverfahren. Hierdurch kann eine besonders gute homogene Verteilung der Magnetpartikel erreicht werden. Vorzugsweise erfolgt das Kaltgasspritzverfahren unter Zuhilfenahme eines Stickstoffgases oder Heliumgases oder Gemische dieser beiden Gase.
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Alternativ erfolgt das Aufbringen des pulverförmigen Materials mittels eines Strahls durch einen kaltaktiven Plasmastrahl. Der Plasmastrahl wird vorzugsweise bei Umgebungsdruck bereitgestellt und zusammen mit dem zugegebenen pulverförmigen Material auf die Oberfläche des Basiskörpers aufgestrahlt, wodurch sich der Basiskörper nicht mehr als 100°C erwärmt. Insbesondere durch die relativ niedrigen Temperaturen kann ein Verziehen oder eine anderweitige, temperaturbedingte Formänderung des Basiskörpers vermieden werden. Auch dieses Verfahren kann spritzwerkzeuglos erfolgen.
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Weiter bevorzugt wird als pulverförmiges Material reines Magnetpulver verwendet oder alternativ ein Magnetpulver, bei dem die einzelnen Magnetpartikel mit einem Kunststoff ummantelt sind. Bei Verwendung der mit Kunststoff ummantelten Magnetpartikel ergibt sich der Vorteil, dass gleichzeitig auch mit dem Strahlvorgang eine Korrosionsschicht durch den Kunststoff, welcher sich an der äußeren Oberfläche der Magnetschicht ansammelt, erhalten wird.
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Weiter bevorzugt erfolgt nach dem Aufbringen der Magnetschicht noch ein Schritt des Aufbringens einer zusätzlichen Korrosionsschicht. Hierdurch wird insbesondere die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Geberelements verbessert.
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Besonders bevorzugt ist der Basiskörper ein Metall und insbesondere ein Blech. Weiter bevorzugt ist der Basiskörper im Wesentlichen kreisförmig. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Geberelement, insbesondere ein Geberrad, welches einen Basiskörper, insbesondere einen kreisförmigen Metallkörper, und eine aufgestrahlte Magnetschicht umfasst. Dabei ist zwischen dem Basiskörper und dem Kunststoffelement eine direkte, stoffschlüssige Verbindung ausgebildet.
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Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Geberelement Nanostrukturen am Basiskörper auf, in einem Bereich, in welchem die Magnetschicht aufgebracht wird. Die Nanostrukturen können regelmäßige oder unregelmäßige Formen aufweisen.
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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.
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Zeichnung
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung sind:
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1 bis 4 schematische Ansichten, welche die Schritte zur Herstellung eines Geberelements verdeutlichen.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Geberelements sowie ein erfindungsgemäßes Geberelement 1 im Detail beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Geberelement 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Geberrad, welches einen kreisförmigen Basiskörper 2 und eine Magnetschicht 3 umfasst. Die Magnetschicht 3 ist dabei an einer Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 mittels einer direkten, stoffschlüssigen Verbindung angeordnet. Die Magnetschicht 3 wird mittels eines Strahlvorgangs, insbesondere Kaltgasspritzen oder kaltem Plasmastrahlen, auf die Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 aufgebracht. Die Magnetschicht 3 kann aus reinem Magnetpulver hergestellt werden, oder einem Magnetpulver, bei dem die einzelnen Magnetpartikel in einer Kunststoffumhüllung angeordnet sind. Entlang des Umfangs weist die Magnetschicht 3 abwechselnd vorgesehene Polarisierungen auf, um ein Multipolgeberrad bereitzustellen.
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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.
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In einem nächsten Schritt wird ein magnetisches oder magnetisierbares Pulver bereitgestellt. Dieses pulverförmige Material wird dann auf die gesamte Außenumfangsfläche 20 des Basiskörpers 2 vorzugsweise aufgestrahlt, so dass eine Magnetschicht 3 an der Außenumfangsfläche 20 gebildet wird. Hierbei ist zwischen der Magnetschicht 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 der Magnetschicht 3 gelangen.
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Anschließend wird in einem letzten Schritt, wie in 4 angedeutet, eine Vielzahl von magnetischen Polen mittels einer Magnetisierungseinrichtung 12 an der Magnetschicht 3 erzeugt. Hierdurch erhält das Geberelement 1 eine Vielzahl von sich abwechselnden, magnetischen Nord- und Süd-Polen, und/oder Lücken zur Positionserkennung.
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Durch die erfindungsgemäße Idee kann somit statt Gummi als Grundmaterial für das Multipol-Geberelement eine Magnetschicht 3 aus magnetischem oder magnetisierbarem pulverförmigen Material verwendet werden, was erheblich kostengünstiger als Gummi ist. Ebenfalls kann verfahrenstechnisch das magnetische oder magnetisierbare pulverförmige Material kostengünstiger ohne Spritzwerkzeug aufgestrahlt werden. Das erfindungsgemäße werkzeuglose Aufbringen des pulverförmigen Materials kann sehr prozesssicher und einfach automatisierbar erfolgen, wodurch die Herstellungskosten signifikant reduziert werden können. Auch können schnelle Umstellungen der Produktion, beispielsweise auf Geberräder für einen anderen Kunden, realisiert werden. Weiter kann insbesondere durch die Verwendung des Kaltgasspritzens oder des kalten Plasmastrahlens eine Magnetschicht 3 aufgebracht werden, welche eine minimale Schichtbreite und Schichtdicke aufweist. Weiterhin kann durch Verwendung dieser beiden Verfahren eine hohe Präzision bei der Herstellung erreicht werden, so dass keine Nachbearbeitungsschritte an der Magnetschicht notwendig sind und thermisch bedingte Probleme bei der Herstellung vermieden werden können. Erfindungsgemäß können somit einige Prozessschritte im Vergleich mit dem Stand der Technik eingespart werden, so dass sich große Kostenvorteile ergeben.
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Weiterhin sei angemerkt, dass bei Verwendung eines magnetischen oder magnetisierbaren Magnetpulvers, bei dem die einzelnen Magnetpartikel mit einem Kunststoff ummantelt sind, eine große Auswahl an Kunststoffen möglich ist. Besonders bevorzugt werden dabei Thermoplaste verwendet, welche für den jeweiligen Einsatzzweck entsprechend ausgewählt werden können. Die Verwendung von Thermoplasten stellt insbesondere sicher, dass die Thermoplaste nach dem Aufbringen der Magnetschicht an deren äußeren Oberfläche konzentriert sind, so dass der Thermoplast eine zusätzliche, äußere Korrosionsschutzschicht bildet.
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Weiterhin kann je nach Einsatzzweck auch das Material für den Basiskörper 2 ausgewählt werden, beispielsweise VA-Stahl, Aluminium, Kaltband oder Blech, beim Plasma-Verfahren wären selbst Kunststoff-Basiskörper realisierbar. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ die Magnetschicht 3 auch auf einer Stirnseite des Basiskörpers 2 aufgebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005022451 A1 [0002]
