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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder, wobei das Gehäuse ein Mehrkomponenten-Gehäuse ist, das wenigstens einen ersten Gehäuseteil mit wenigstens einer Funktionsoberfläche aufweist, wobei der erste Gehäuseteil einen Gehäusekern aus einer ersten Kunststoffkomponente und eine den Gehäusekern zumindest teilweise umgebende Schicht aus einer zweiten Komponente aufweist, welche die Funktionsoberfläche bildet, wobei die die Funktionsoberfläche bildende Schicht durch eine Folie gebildet ist und der Gehäusekern im Spritzgießverfahren hergestellt ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Wickelfederanordnung mit einem solchen Gehäuse und einer zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordneten Wickelfeder, wie auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wickelfederanordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wickelfederanordnung.
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Wickelfedern sind spiralförmig aufgewickelte Kabel, insbesondere Flachbandkabel, mit mehreren elektrischen Leitern, die elektrisch voneinander isoliert sind. Durch die spiralförmige Aufwicklung, die eine federnde, flexible und damit ausgleichende Kabelverbindung ermöglicht, eignen sich Wickelfedern insbesondere zur Übertragung von Signalen, wie beispielsweise elektrischer Spannung oder dergleichen, zwischen relativ zu einander bewegbaren Komponenten. Wickelfedern werden vor allem in Kraftfahrzeugen eingesetzt, insbesondere zur Signalübertragung zwischen im drehbeweglichen Lenkrad integrierten Komponenten, wie beispielsweise einem Airbag oder einer Lenkradheizung, und zugehörigen, ortsfest im Fahrzeug angeordneten Komponenten, wie beispielsweise einem zugehörigen Airbag-Steuergerät.
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Dabei sind die Wickelfedern in der Regel im Lenkrad oder im Lenkstockhebelgehäuse angeordnet, wobei die Wickelfedern dazu direkt im Lenkrad oder dem Lenkstockhebelgehäuse oder in einem separaten Gehäuse aufgenommen sein können, das in das Lenkrad oder den Lenkstockhebel eingesetzt werden kann.
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Die Wickelfeder ist dabei in der Regel derart im Gehäuse angeordnet, dass sie sich bei einer Bewegung der einen, mit der Wickelfeder verbundenen und bewegbar angeordneten Komponente, relativ zur anderen, ebenfalls mit der Wickelfeder verbundenen, aber ortsfest angeordneten Komponente innerhalb des Gehäuses zum Ausgleich der Relativbewegung der Komponenten, je nach Bedarf, auf- oder abwickeln kann.
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Dabei bewegt sich die Wickelfeder in der Regel an wenigstens einer Wand des Gehäuses, insbesondere über wenigstens einen Teil einer Oberfläche des Gehäuses hinweg bzw. gleitet auf dieser entlang. Für einen möglichst geringen Verschleiß der Komponenten, insbesondere der Wickelfeder und des Gehäuses, sowie um störende Laufgeräusche zu vermeiden, sind die betreffenden Oberflächen des Gehäuses möglichst glatt ausgeführt.
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Gehäuse zur Aufnahme von Wickelfedern bzw. entsprechend ausgebildete Lenkräder bzw. Lenkstockhebelgehäuse sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2005 053 181 A1 , die ein separates Gehäuse zeigt, oder aus der
DE 195 11 693 A1 , in der ein Lenkstockhaltergehäuse offenbart ist, das zur Aufnahme einer Wickelfeder ausgebildet ist. Aus dem Stand der Technik ist allgemein bekannt, derartige Gehäuse aus Kunststoff herzustellen, insbesondere im Spritzgießverfahren, auch als Mehrkomponenten-Gehäuse. Ein im Spritzgießverfahren hergestelltes Mehrkomponenten-Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder ist beispielsweise aus der zum Zeitpunkt der Anmeldung noch nicht veröffentlichten
DE 10 2013 022 077 derselben Anmelderin bekannt.
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Allgemein sind aus dem Stand der Technik eine Reihe verschiedener Spritzgießverfahren zur Herstellung solcher Gehäuse bekannt. Beim Spritzgießen wird grundsätzlich zunächst der zu verarbeitende Werkstoff plastifiziert und unter Druck in das Spritzgießwerkzeug, welches die Form für das herzustellende Werkstück bildet, eingespritzt. Durch Abkühlung oder eine Vernetzungsreaktion geht der Werkstoff wieder in den festen Zustand über. Ist das Werkstück entsprechend fest, kann die Form bzw. das Werkzeug geöffnet werden und das Werkstück entnommen werden.
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Werden jedoch besonders hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität des Wickelfedergehäuses gestellt oder sollen Bauteile mit einem besonders großen Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis hergestellt werden, wobei sich für Letzteres insbesondere das thermoplastische Schaumspritzgießen eignet, ist häufig eine kostenerhöhende Oberflächennachbehandlung erforderlich, um die gewünschten Oberflächengüten zu erreichen.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder sowie eine entsprechende Wickelfederanordnung mit einem solchen Gehäuse, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wickelfederanordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wickelfederanordnung bereitzustellen, insbesondere ein Gehäuse, das möglichst kostengünstig, vorzugsweise fertigfallend, mit hoher Oberflächengüte herstellbar ist und/oder gegenüber vergleichbaren, üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Gehäusen leichter ausgebildet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder, durch eine Wickelfederanordnung, durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses, durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wickelfederanordnung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wickelfederanordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert.
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Ein erfindungsgemäßes Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder ist ein Mehrkomponenten-Gehäuse und weist wenigstens einen ersten Gehäuseteil mit wenigstens einer Funktionsoberfläche auf, wobei der erste Gehäuseteil einen Gehäusekern aus einer ersten Kunststoffkomponente und eine den Gehäusekern zumindest teilweise umgebende Schicht aus einer zweiten Komponente aufweist, welche die Funktionsoberfläche bildet. Die die Funktionsoberfläche bildende Schicht ist dabei durch eine Folie gebildet und der Gehäusekern ist im Spritzgießverfahren hergestellt.
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Erfindungsgemäß ist der Gehäusekern im Kompakt-Spritzgießverfahren, insbesondere im Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren, oder im thermoplastischen Schaumspritzgießverfahren hergestellt, insbesondere im MuCell@-Verfahren, wobei die die Funktionsoberfläche bildende Folie bei der Herstellung des Gehäusekerns mit der ersten Kunststoffkomponente hinter- und/oder umspritzt worden ist.
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Als Funktionsoberfläche wird in diesem Zusammenhang eine Oberfläche des Gehäuses, insbesondere des ersten Gehäuseteils bezeichnet, an die Anforderungen hinsichtlich ihrer Oberflächenqualität gestellt sind, wie beispielsweise Rauigkeit oder dergleichen.
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Unter einem Kompakt-Spritzgießverfahren im Sinne der Erfindung wird ein Spritzgießverfahren verstanden, bei dem das zu verarbeitende Material in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt wird und in die gewünschte Form gebracht wird und ausgehärtet wird, ohne dass eine weitere Bearbeitung stattfindet. Das heißt mit anderen Worten, unter einem Kompakt-Spritzgießverfahren im Sinne der Erfindung wird ein Spritzgießverfahren verstanden, mit dem fertigfallende Bauteile hergestellt werden können.
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Mit dem Begriff Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren werden im Sinne der Erfindung die Spritzgießsonderverfahren zusammengefasst, die es ermöglichen, den Werkzeuginnendruck in der Kavität gegenüber dem konventionellen Kompakt-Spritzgießverfahren von Thermoplasten zu reduzieren. Zu diesem Verfahren zählen die Spritzprägetechnik, die Kaskadenspritzgießtechnik oder auch die Gasinnendrucktechnik. Im Zusammenhang mit dem einstufigen Dekorierverfahren ermöglichen diese Spritzgießsonderverfahren eine Verringerung der Dekorschädigung durch geringeren Werkzeuginnendruck. Ein weiteres Verfahren, das in diesem Zusammenhang insbesondere für sehr großflächige Teile angewendet wird, ist das Strangablegeverfahren ein Hybridprozess, der die Vorteile des Spritzgießverfahrens und des Pressverfahrens, ähnlich dem Spritzprägeprozess, ineinander vereint.
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Das Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren hat den Vorteil, dass durch das Einspritzen in ein teilgeöffnetes Werkzeug der Formteilinnendruck während des Formfüllgangs reduziert werden kann. Insbesondere können durch den spezifischen Verfahrensablauf Molekülorientierungen, innere Spannung und damit auch Schwindung und Verzug des Bauteils reduziert werden. Ein weiterer Vorteil des Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahrens ist, das hohe Fließwege erreichbar sind und damit große Wanddickenverhältnisse.
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Thermoplastisches Schaumspritzgießen, das manchmal auch als „Thermoplast-Schaumgießen“ (TSG) bezeichnet wird ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein physikalisches Schäumverfahren, mit dem sich Schaumstrukturen in thermoplastischen Spritzgießteilen herstellen lassen. Zur Herstellung der Schaumstruktur wird der zu verarbeitende Polymerschmelze ein Treibmittel, beispielsweise ein Gas, zugesetzt, welches nach dem Einspritzvorgang in der Kavität zum Aufschäumen der Formmasse führt. Das Treibmittel kann dabei je nach Art und Konsistenz bereits dem Granulat zugemischt werden oder der Schmelze im Zylinder in flüssigem Zustand unter hohem Druck hinzugepumpt werden. Grundsätzlich lassen sich Kunststoffe mit chemischen oder physikalischen Treibmitteln aufschäumen.
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Das sogenannte, von der Firma Trexel Inc. entwickelte MuCell
®-Verfahren, ist ein spezielles thermoplastisches Schaumspritzgießverfahren, das beispielsweise aus der
DE 698 25 498 T2 , der Veröffentlichung in der Zeitschrift „Kunststoffe 12/2005, Seite 66 bis 70: Serienfeste Vielseitigkeit beim MuCell
®-Spritzgießen“ oder der Veröffentlichung „Kunststoffe 10/2012, Seite 151 bis 156: Physikalisches Schäumen ganz leicht gemacht“ bekannt ist. Beim MuCell
®-Verfahren wird der thermoplastischen Kunststoffschmelze ein inertes Gas, insbesondere entweder Stickstoff oder Kohlendioxid, zugeführt und im Schmelzzylinder zu einer Einphasenlösung gemischt. Beim Einspritzen dieser Einphasenlösung in die Kavität des Spritzgießwerkzeug erfährt das Gemisch einen Druckabfall, was dazu führt, dass das Gas über das Bauteil verteilt nukleiert und Millionen von kleinsten Zellen wachsen. Das Zellwachstum bewirkt die letzte Ausformung der Kavität, wobei die Höhe der Gewichtsreduzierung über den Dosierweg der Schnecke gesteuert wird. Will man also 10 % des Teilegewichts einsparen, so werden über die Schnecke nur 90 % Kunststoffmasse dosiert. Die Bildung der Einphasenlösung und erheblich höhere Einspritzgeschwindigkeiten als beim Kompakt-Spritzgießen sind Voraussetzung für eine homogene, gleichmäßig verteilte Zellstruktur im Bauteil. Mit diesem Verfahren lassen sich Bauteile aus einem mikro-zellulär geschäumten Polymerwerkstoff, insbesondere aus mikro-zellulär geschäumten Thermoplasten herstellen. Die Zellen ersetzen dabei ein definiertes Volumen, was zu einer hinsichtlich des Bauteilgewichts vorteilhaften Dichtereduzierung im Bauteil führt.
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Durch die Verwendung einer Folie, welche die Funktionsoberfläche bildet, können auf einfache und kostengünstige Weise fertigfallende Gehäuse mit hoher Oberflächengüte und/oder besonders leichte Gehäuse hergestellt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Folie kann insbesondere die Oberflächenrauheit des Gehäusekerns bzw. des ersten Gehäuseteils reduziert werden, wodurch die Geräuschentwicklung beim Bewegen einer im Gehäuse angeordneten und sich am Gehäuse abstützenden Wickelfeder erheblich reduziert werden kann. Ferner kann der Verschleiß der Komponenten reduziert werden, insbesondere der Verschleiß der Wickelfeder und des Gehäuses.
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Durch Herstellen des Gehäusekerns im Kompakt-Spritzgießverfahren, insbesondere im Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren, lassen sich besonders hohe Oberflächengüten der Funktionsoberfläche erreichen, da mit dem Kompakt-Spritzgießverfahren, insbesondere mit dem Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren, eine Beschädigung der Folie und damit der Funktionsoberfläche weitestgehend vermieden werden kann. Mit dem thermoplastischen Schaumspritzgießen hingegen, insbesondere mit dem MuCell®-Verfahren, können besonders leichte Gehäuse für Wickelfedern hergestellt werden.
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D.h., dass sich das Kompakt-Spritzgießverfahren, vor allen Dingen das Niederdruck-Kompaktspritzgießverfahren, insbesondere zur Herstellung von Gehäusen zur Aufnahme von Wickelfedern mit besonders hohen Anforderungen an die Funktionsoberfläche eignet, beispielsweise für Gehäuse mit Sichtoberflächen oder Hochglanzoberflächen oder besonders glatten Gleitflächen zur Geräuschreduzierung bzw. Geräuschvermeidung, während sich das thermoplastische Schaumspritzgießverfahren, insbesondere das MuCell®-Verfahren, insbesondere für Gehäuse zur Aufnahme von Wickelfedern bzw. für Gehäuseteile solcher Gehäuse eignet, bei denen eine hohes Steifigkeits-Gewicht-Verhältnis erreicht werden soll.
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Durch die erfindungsgemäß auf dem Gehäusekern vorgesehene Folie, welche die Funktionsoberfläche bildet, kann der eigentliche Nachteil des thermoplastischen Schaumspritzgießens, insbesondere des MuCell®-Verfahrens, dass bedingt durch die Schaumstruktur keine Bauteile mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität hergestellt werden können, überwunden werden, so dass die Vorteile eines im thermoplastischen Schaumspritzgießverfahren, insbesondere eines im MuCell®-Verfahren, hergestellten Gehäuses, insbesondere die dadurch erreichte Gewichtsreduzierung des Gehäuses, auch für Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder genutzt werden können. Ein weiterer Vorteil des thermoplastischen Schaumspritzgießens ist, dass auch große Wanddickenunterschiede herstellbar sind, ohne dass Einfallstellen entstehen, so dass auch Gehäuse mit einer komplizierten Gehäusegeometrie kostengünstig hergestellt werden können.
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Durch die Herstellung des Gehäusekerns im MuCell®-Verfahren kann bei einem Wickelfedergehäuse gegenüber einem Wickelfedergehäuse mit einem, im herkömmlichen Spritzgießverfahren hergestellten Gehäusekern eine Gewichtsreduzierung von etwa 10 % erreicht werden, bei gleichzeitiger Verkürzung der Zykluszeit und erheblicher Verringerung der benötigten Schließkräfte. Qualitativ zeichnet sich ein derartig hergestellter Gehäusekern ferner durch eine höhere Dimensionsstabilität aus als ein konventionell gefertigter Gehäusekern bzw. erster Gehäuseteil, bei gleichzeitiger Eliminierung eventueller Einfallstellen, die zu inneren Spannungen führen können. Infolgedessen kann auch der Verzug des Gehäuseteils minimiert werden.
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Bestehende Spritzgießmaschinen können mit relativ wenig Aufwand für das MuCell®-Verfahren umgerüstet werden. Hierfür wird üblicherweise das Spritzaggregat ausgetauscht, da eine spezielle Schneckengeometrie nötig ist für die Bildung der Einphasenlösung. Alle im Kompakt-Spritzgießen einsetzbaren Thermoplaste, außer LCP (Liquid Crystal Polymer), d.h. Flüssigkristall-Polymere, lassen sich in der Regel auch im MuCell®-Verfahren verarbeiten.
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Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Gehäuse zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, insbesondere zur Anordnung in einem zweispurigen Kraftfahrzeug in einem oberen Bereich der Lenksäule. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse kann dabei derart ausgebildet sein, dass es in ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann oder in ein Lenkstockhebelgehäuse oder dazwischen angeordnet werden kann. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Gehäuse wie ein in der
DE 10 2005 053 181 A1 beschriebenes Wickelfedergehäuse ausgebildet sein. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse kann aber auch, teilweise oder vollständig, durch das Lenkrad oder das Lenkstockhebelgehäuse selbst gebildet sein, d.h. das Lenkrad oder das Lenkstockhebelgehäuse können auch ein erfindungsgemäßes Gehäuse bilden, beispielsweise nach Art eines in der
DE 195 11 693 A1 ausgebildeten Gehäuses.
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Der erste Gehäuseteil ist dabei ein Teil oder ein Bereich des Gehäuses, der eine Funktionsfläche aufweist. D.h. der erste Gehäuseteil muss nicht zwingend ein separater Gehäuseteil sein und/oder ein separates Bauteil. Entsprechend muss ein erfindungsgemäßes Gehäuse nicht unbedingt mehrteilig ausgebildet sein. Selbstverständlich jedoch kann ein erfindungsgemäßes Gehäuse mehrteilig ausgebildet sein und der erste Gehäuseteil kann ein separater Gehäuseteil sein, d.h. ein separates Bauteil bilden, was bevorzugt auch der Fall ist.
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Ist ein erfindungsgemäßes Gehäuse mehrteilig ausgebildet, weist es neben dem ersten Gehäuseteil mit der Funktionsoberfläche vorzugsweise einen oder mehrere weitere Gehäuseteile auf, besonders bevorzugt wenigstens einen Gehäusedeckel oder dergleichen, insbesondere, wenn das Lenkrad oder das Lenkstockhebelgehäuse das erfindungsgemäße Gehäuse bilden.
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Die erste Kunststoffkomponente, aus welcher der Gehäusekern hergestellt ist, ist bevorzugt ein Thermoplast, besonders bevorzugt ein Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen, oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyvinylchlorid (PVC).
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Die zweite Komponente, aus welcher die die Funktionsfläche bildende Folie hergestellt ist, ist bevorzugt ebenfalls ein Thermoplast, besonders bevorzugt ebenfalls einer der vorgenannten Thermoplaste. Die zweite Komponente kann aber auch aus jedem beliebigen anderen Werkstoff sein, der sich als Folie herstellen lässt und entsprechend weiterverarbeiten lässt. D.h. die Folie kann auch eine Metallfolie sein. Die erste Kunststoffkomponente und die zweite Komponente können auch aus dem gleichen Werkstoff sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Funktionsoberfläche zumindest teilweise eine Kontaktfläche, d.h. eine zum Kontakt mit einer im Gehäuse angeordneten Wickelfeder vorgesehene Fläche, insbesondere eine zur Abstützung einer im Gehäuse anordbaren Wickelfeder. Besonders bevorzugt ist die Kontaktfläche dabei derart ausgebildet, dass sie ein Bewegen einer im Gehäuse angeordneten und sich an der Kontaktfläche abstützenden Wickelfeder mit reduzierter Reibung ermöglicht im Vergleich zu einer Abstützung unmittelbar am Gehäusekern, so dass vorzugsweise eine Beschädigung der Wickelfeder über die Laufzeit vermieden wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Funktionsoberfläche zumindest teilweise eine Gleitfläche, bevorzugt eine zumindest teilweise als Gleitfläche ausgebildete Innenfläche des Gehäuses, besonders bevorzugt eine als Gleitfläche ausgebildete Kontaktfläche. Die Gleitfläche ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass sie ein Gleiten einer im Gehäuse angeordneten Wickelfeder auf der Funktionsoberfläche ermöglicht.
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D.h. vorzugsweise ist die Funktionsoberfläche derart ausgebildet, dass sie eine Bewegung einer im Gehäuse angeordneten und sich an der Kontaktfläche abstützenden Wickelfeder auf dem ersten Gehäuseteil bzw. über das erste Gehäuseteil hinweg mit reduzierter Reibung, insbesondere mit Gleitreibung, bewirkt bzw. ermöglicht gegenüber einer Abstützung der Wickelfeder unmittelbar am Gehäusekern, d.h. gegenüber einer Abstützung der Wickelfeder in einem Bereich am Gehäusekern ohne eine vergleichbare Funktionsoberfläche. Dadurch kann die Geräuschentwicklung, insbesondere das Laufgeräusch einer im Gehäuse angeordneten und sich an der Funktionsoberfläche abstützenden Wickelfeder, erheblich reduziert werden. Ferner kann der Verschleiß der Wickelfeder sowie des Gehäuses reduziert werden.
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Die Funktionsoberfläche kann aber auch eine Dichtfläche oder eine Strömungsfläche sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Funktionsoberfläche eine Hochglanzoberfläche.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse eine Gehäuseoberfläche mit einer Innenfläche und einer Außenfläche auf, wobei die Funktionsoberfläche einen Teil der Innenfläche des Gehäuses bildet, insbesondere den Teil der Innenfläche, der zur Abstützung einer im Gehäuse angeordneten Wickelfeder vorgesehen ist.
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In einer alternativen oder zusätzlichen, vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Funktionsoberfläche einen Teil einer Außenfläche des Gehäuses, wobei die Funktionsoberfläche vorzugsweise eine Sichtoberfläche ist, insbesondere eine Class-A-Sichtoberfläche. Als Class-A-Sichtoberfläche werden insbesondere in der Automobilentwicklung sichtbare (Freiform)-Flächen im Exterieur- und Interieur-Bereich bezeichnet. Besonders bevorzugt weist die Funktionsoberfläche Krümmungsstetigkeit auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Folie, welche die Funktionsoberfläche bildet und welche bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit der ersten Kunststoffkomponente im Kompakt-Spritzgießverfahren oder im thermoplastischen Schaumspritzgießverfahren, insbesondere im MuCell®-Verfahren hinter- und/oder umspritzt worden ist, ein im Tiefzieh-Verfahren aus einer Folie hergestelltes, geometrisches Bauteil. D.h. die Folie kann bereits zu einem Bauteil geformt sein, bevor sie mit der ersten Kunststoffkomponente zur Herstellung des Gehäusekerns hinter- und/oder umspritzt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die die Funktionsoberfläche bildende Schicht, d.h. die Folie, eine Schichtdicke von maximal 1 mm auf, vorzugsweise von maximal 0,5 mm, insbesondere von maximal 0,3 mm. D.h. die Schicht bzw. die Folie ist bevorzugt eine dünne Schicht bzw. eine dünne Folie, insbesondere eine Art Kunststoffhaut.
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Eine erfindungsgemäße Wickelfederanordnung weist ein Gehäuse und eine zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnete Wickelfeder auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse ein vorbeschriebenes, erfindungsgemäßes Gehäuse ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung ist die Funktionsoberfläche des Gehäuses zumindest teilweise eine Kontaktfläche zur Abstützung der im Gehäuse angeordneten Wickelfeder und die Wickelfeder ist derart im Gehäuse angeordnet, dass sie sich zumindest teilweise an der Kontaktfläche abstützt. Die Kontaktfläche ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie ein Bewegen der im Gehäuse angeordneten und sich an der Kontaktfläche abstützenden Wickelfeder mit reduzierter Reibung ermöglicht gegenüber einer Abstützung der Wickelfeder unmittelbar am Gehäusekern, vorzugsweise ohne eine Beschädigung der Wickelfeder über die Laufzeit.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses zur Aufnahme einer Wickelfeder, insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses, wobei das Gehäuse ein Mehrkomponenten-Gehäuse ist, das wenigstens einen ersten Gehäuseteil mit wenigstens einer Funktionsoberfläche aufweist, wobei der erste Gehäuseteil einen Gehäusekern aus einer ersten Kunststoffkomponente und eine den Gehäusekern zumindest teilweise umgebende Schicht aus einer zweiten Komponente aufweist, welche die Funktionsoberfläche bildet, die die Funktionsoberfläche bildende Schicht durch eine Folie gebildet ist und der Gehäusekern im Spritzgießverfahren hergestellt ist, ist gekennzeichnet durch die Schritte: Einbringen der Folie, welche die Funktionsoberfläche bildet, in ein Spritzgießwerkzeug zur Formgebung des ersten Gehäuseteils, Einbringen der ersten Kunststoffkomponente in das Spritzgießwerkzeug und Herstellen des Gehäusekerns des ersten Gehäuseteils im Kompakt-Spritzgießverfahren, insbesondere im Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren, oder im thermoplastischen Schaumspritzgießverfahren, insbesondere im MuCell@-Verfahren, wobei die erste Kunststoffkomponente zur Herstellung des Gehäusekerns derart in das Spritzgießwerkzeug eingebracht wird, dass die die Funktionsoberfläche bildende Folie mit der ersten Kunststoffkomponente hinter- und/oder umspritzt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Wickelfederanordnung mit einem Gehäuse und einer zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordneten Wickelfeder, insbesondere zur Herstellung einer vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung, ist gekennzeichnet durch die Schritte: Herstellen eines Mehrkomponenten-Gehäuses, das wenigstens einen ersten Gehäuseteil mit wenigstens einer Funktionsoberfläche aufweist, wobei der erste Gehäuseteil einen Gehäusekern aus einer ersten Kunststoffkomponente und eine den Gehäusekern zumindest teilweise umgebende Schicht aus einer zweiten Komponente aufweist, welche die Funktionsoberfläche bildet, wobei die die Funktionsoberfläche (60) bildende Schicht durch eine Folie gebildet ist und der Gehäusekern im Kompakt-Spritzgießverfahren, insbesondere im Niederdruck-Kompakt-Spritzgießverfahren, oder im thermoplastischen Schaumspritzgießverfahren hergestellt ist, insbesondere im MuCell@-Verfahren, wobei zur Herstellung des Gehäusekerns die die Funktionsoberfläche bildende Folie mit der ersten Kunststoffkomponente hinter- und/oder umspritzt worden ist, Anordnen der Wickelfeder zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses und Verschließen des Gehäuses, ggf. mittels weiterer Gehäuseteile.
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Bei einer vorteilhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wickelfederanordnung wird die Wickelfeder dabei derart im Gehäuse angeordnet, dass sie sich in einem verschlossenen Zustand des Gehäuses zumindest teilweise an der Funktionsoberfläche abstützt.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine vorbeschriebene, erfindungsgemäße Wickelfederanordnung auf.
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Die mit Bezug auf das Gehäuse vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Wickelfederanordnung, für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses sowie für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Wickelfederanordnung und für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Manche der gerannten Merkmale bzw. Eigenschaften betreffen sowohl ein erfindungsgemäßes Gehäuse als auch eine erfindungsgemäße Wickelfederanordnung, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. Einige dieser Merkmale und Eigenschaften werden teilweise nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig voneinander im Rahmen technisch möglicher Ausgestaltungen sowohl für ein erfindungsgemäßes Gehäuse als auch eine erfindungsgemäße Wickelfederanordnung, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. Dies gilt insbesondere für die vorgestellten Vorteile.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a in perspektivischer Darstellung einen ersten Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen Gehäuses für eine erfindungsgemäße Wickelfederanordnung mit einem Gehäusekern und einer eine Funktionsoberfläche bildenden Folie,
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1b in Einzelteildarstellung die die Funktionsoberfläche bildende Folie des ersten Gehäuseteils aus 1a,
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2a schematisch in Schnittdarstellung einen Ausschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung,
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2b einen Ausschnitt aus 2a in vergrößerter Darstellung und
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3 schematisch einen Schnitt durch ein Werkzeug in Prinzipdarstellung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses während eines Verfahrensschrittes eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses.
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1a zeigt in perspektivischer Darstellung ein erstes Gehäuseteil 10 mit einem Gehäusekern 40 und einer eine Funktionsoberfläche 60 bildenden Folie 50 eines erfindungsgemäßen Gehäuses für eine erfindungsgemäße Wickelfederanordnung. Die Folie 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eines ersten Gehäuseteils 10 dabei eine 0,3 mm dicke Kunststofffolie welche im MuCell®-Verfahren mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt worden ist, wobei das Material, mit welchem die Folie 50 hinterspritzt worden ist, den Gehäusekern 40 bildet. Die Folie 50 ist dabei derart ausgebildet, dass sie eine Funktionsoberfläche 60, insbesondere eine als Gleit- und Kontaktfläche ausgebildete Funktionsoberfläche 60 aufweist.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Folie 50 ein im Tiefzieh-Verfahren aus Folie hergestelltes Bauteil, was in 1b, welche zum besseren Verständnis die Folie 50 aus 1a in Einzelteildarstellung zeigt, gut zu erkennen ist. In diesem Fall bildet die Folie 50 ein Petri-Schalen-förmiges Bauteil mit einer kreisrunden Ausnehmung im Boden bzw. einem Ringboden.
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Die Folie 50 weist dabei im Bereich des Ringbodens einen besonders geringen Reibungskoeffizienten auf und ist sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß ausgebildet, so dass eine in einem funktionsgemäßen Zusammenbau des Wickelfedergehäuses angeordnete Wickelfeder gut über den Ringboden gleiten kann, insbesondere ohne dass störende Geräusche entstehen oder über die Laufzeit ein störender Verschleiß. D.h. die Folie 50 ist im Bereich des Ringbodens als Gleitfläche 60 ausgebildet.
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Die innere Zylindermantelfläche hingegen bildet lediglich eine Kontaktfläche 60 an der sich die Wickelfeder abstützt, vgl. 2a und 2b, jedoch keine Gleitfläche, wobei die Folie 50 in diesem Bereich 60 auch wenigstens so glatt ausgebildet ist, dass die Wickelfeder nicht beschädigt wird.
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2a zeigt schematisch in Schnittdarstellung einen Ausschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung 30 mit einem hier nicht näher bezeichneten, erfindungsgemäßen Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil 10, und einer darin angeordneten Wickelfeder 20.
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Das Gehäuse ist bei diesem Ausführungsbeispiel, wie das in der
DE 10 2005 053 181 A1 beschriebene Gehäuse, zur Anordnung im Lenkungsstrang ausgebildet, insbesondere für eine Anordnung zwischen einem hier nicht dargestellten, drehbeweglich in einem Kraftfahrzeug angeordneten Lenkrad und einem hier ebenfalls nicht dargestellten, ortsfest im Kraftfahrzeug angeordneten Lenkstockhebelgehäuse. Bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses wird das Gehäuse durch zwei Gehäuseschalen gebildet, insbesondere durch zwei Gehäusehälften, von denen jedoch nur eine dargestellt ist, und zwar diejenige, welche durch den ersten Gehäuseteil
10 gebildet wird.
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Dabei ist der erste Gehäuseteil 10 bzw. die Gehäusehälfte 10 bei diesem Ausführungsbeispiel als Rotor eines erfindungsgemäßen Wickelfedergehäuses ausgebildet, welcher in einem funktionsgemäßen, in einem Kraftfahrzeug verbauten Zustand, mit dem Lenkrad mitdreht. D.h. der Gehäuseteil 10 ist dazu vorgesehen, drehfest einer mit dem Lenkrad drehfest verbundenen Komponente, beispielsweise einer Lenkwelle, verbunden zu werden. Selbstverständlich kann der erste Gehäuseteil bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform auch den ortsfest angeordneten Teil des Gehäuses bilden, d.h. einen Stator.
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Die zumindest teilweise innerhalb des ersten Gehäuseteils 10 und damit zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnete Wickelfeder 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Flachbandkabel mit mehreren elektrisch voneinander isolierten, parallel zueinander verlaufenden elektrischen Leitungen. Die Wickelfeder 20 dient zur Signalübertragung von Signalen zwischen im Lenkrad angeordneten und damit bewegbar im Kraftfahrzeug angeordneten Komponenten, wie beispielsweise einem Airbag, und ortsfest angeordneten Komponenten im Bereich des Lenkstockhebels oder der Lenksäule, wie beispielsweise dem sogenannten „Top Column Modul (TCM)“. Die Wickelfeder 20 ist spiralförmig um eine Achse 70 innerhalb des Gehäuseteils 10 aufgewickelt, wobei wenigstens ein hier nicht dargestelltes freies Ende der Wickelfeder 20 aus dem Gehäuse bzw. dem Gehäuseteil 10 zur Verbindung mit der entsprechenden Komponente herausgeführt ist.
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Der erste Gehäuseteil 10 weist erfindungsgemäß einen Gehäusekern 40 aus mikrozellulärem thermoplastischem Kunststoff auf, der durch thermoplastisches Schaumspritzgießen im sogenannten MuCell®-Verfahren hergestellt ist. Mit einem im MuCell®-Verfahren hergestellten Gehäusekern 40 kann erfindungsgemäß ein Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder 20 bereitgestellt werden, das gegenüber einem vergleichbaren, herkömmlichen, im gewöhnlichen Spritzgießverfahren hergestellten Gehäuse ein geringeres Gewicht aufweist. Dies wirkt sich umso vorteilhafter aus, je größer das Gehäuse ist.
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Die Oberfläche des Gehäusekerns 40 auf einer Innenseite des Gehäuseteils 10 wird durch eine dünne Folie 50 mit einer Schichtdicke von ca. 0,5 mm aus einer zweiten Kunststoffkomponente gebildet, wobei die Folie 50 dabei die Funktionsoberfläche 60 bildet.
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Die innerhalb des ersten Gehäuseteils 10 angeordnete Wickelfeder 20 stützt sich an ihrer Unterseite sowie seitlich an der Funktionsoberfläche 60 ab, vgl. 1b, d.h. am Ringboden und an der Zylindermantelinnenfläche.
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Wie vorstehend bereits erläutert, ist die Folie 50 im Bereich des Ringbodens als Gleitfläche 60 ausgebildet, wobei der Ringboden bei diesem Ausführungsbeispiel eine Hochglanzoberfläche ist, die Gleiteigenschaften aufweist. D.h. die Funktionsoberfläche 60 bildet in diesem Fall in vorteilhafter Weise eine Gleitfläche, auf der die Wickelfeder 20 beim Auf- bzw. Abwickeln in Folge einer Relativbewegung der in einem funktionsgemäßen Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug mit der Wickelfeder elektrisch kontaktierten Komponenten zueinander, leicht abgleiten kann. D.h. die Funktionsoberfläche 60 ist im Bereich des Ringbodens insbesondere derart ausgebildet, dass die Wickelfeder 20 bei einer Bewegung mit reduzierter Reibung über die Funktionsoberfläche 60 gleiten kann, so dass ein Verschleiß der Wickelfeder 20 und/oder des Gehäuses, insbesondere des ersten Gehäuseteils 10, minimiert werden kann.
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Durch die sehr glatte Funktionsoberfläche 60, d.h. durch die Hochglanzfunktionsoberfläche 60, kann außerdem die Gefahr der Entstehung von Laufgeräuschen deutlich reduziert werden. Insbesondere gegenüber einer Wickelfederanordnung, bei der sich die Wickelfeder 20 unmittelbar auf einem im MuCell®-Verfahren hergestellten Bereich abstützt. Denn verfahrensbedingt weisen durch thermoplastisches Schaumspritzgießen bzw. insbesondere im MuCell®-Verfahren hergestellte Bauteile infolge der Schaumstruktur üblicherweise keine glatte Oberfläche auf.
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Durch glatte Folie 50, welche die Funktionsoberfläche 60 bildet, können somit auf einfache und besonders vorteilhafte Weise die Vorteile eines mittels des MuCell®-Verfahrens hergestellten Gehäusekerns genutzt werden, ohne dass der Verschleiß der Wickelfeder 20 oder des Gehäuses zunimmt, oder dass beim Bewegen der Wickelfeder 20 über den ersten Gehäuseteil 10 Geräusche entstehen. Insbesondere können störende Laufgeräusche der Wickelfeder 20 im Gehäuse vermieden werden, die beispielsweise bei einer Lenkbewegung entstehen können, wenn die Wickelfeder 20 bei einer Lenkbewegung innerhalb des Gehäuses bewegt wird.
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Bei dem in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel einer Wickelfederanordnung 30 ist die Funktionsoberfläche 60 bzw. die Folie 50, welche die Funktionsoberfläche bildet, auf einer Innenseite des Gehäuseteils 10 angeordnet. Selbstverständlich kann die Folie 50 alternativ oder zusätzlich, d.h. in Form einer weiteren Funktionsoberfläche, insbesondere in Form einer weiteren Folie, auch auf einer Außenseite des Gehäuseteils 10 aufgebracht werden, beispielsweise auf einer sichtbaren Außenfläche.
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Dies kann in einigen Fällen besonders vorteilhaft sein, da dadurch eine optisch und auch haptisch ansprechende Oberfläche geschaffen werden kann. Insbesondere lassen sich dadurch auf einfache Weise sogenannte Class A-Oberflächen ausbilden, die bei Gehäusen mit einem im MuCell®-Verfahren hergestellten Gehäusekern ansonsten nur mit einer aufwendigen, nachträglichen Oberflächennachbehandlung geschaffen werden können.
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Insbesondere wenn ein erfindungsgemäßes Gehäuse zur Aufnahme einer Wickelfeder als Lenkstockhebelgehäuse ausgebildet ist, beispielsweise nach Art eines in der
DE 195 11 693 A1 beschriebenen Gehäuses, kann es vorteilhaft sein, wenn das Lenkstockhebelgehäuse einen Gehäusekern aus mikro-zellulärem Polymerschaum aufweist, der einer Folie aufweist, welche die Funktionsoberfläche bildet. Dadurch kann auf einfache Weise ein Gehäuse mit einem geringeren Gewicht gegenüber einem herkömmlichen Gehäuse bereitgestellt werden, das aber dennoch die Anforderungen an die Oberflächenqualität erfüllt und recht einfach bzw. kostengünstig in der Herstellung ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Wickelfederanordnung 30 mit einem Gehäuse und einer zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordneten Wickelfeder 20, insbesondere zur Herstellung einer vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Wickelfederanordnung 30, ist gekennzeichnet durch die Schritte: Herstellen eines Mehrkomponenten-Kunststoffgehäuses, das wenigstens einen ersten Gehäuseteil 10 mit wenigstens einer Funktionsoberfläche 60 aufweist, wobei der erste Gehäuseteil 10 einen Gehäusekern 40 und eine den Gehäusekern 40 zumindest teilweise umgebende Schicht 50 aufweist, welche die Funktionsoberfläche 60 bildet, wobei die die Funktionsoberfläche bildende Schicht 60 eine Folie 50 ist und der Gehäusekern im MuCell@-Verfahren hergestellt ist, Anordnen der Wickelfeder 20 zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses und Verschließen des Gehäuses, ggf. mittels weiterer Gehäuseteile. Die Wickelfeder 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel dabei derart im Gehäuse angeordnet, dass sie sich in einem verschlossenen Zustand des Gehäuses zumindest teilweise an der Funktionsoberfläche 60 abstützt.
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3 zeigt in Prinzipdarstellung einen Schnitt durch ein trennbares Spritzgießwerkzeug mit zwei Formhälften 100a und 100b, symbolisiert durch eine Trennfuge 101, zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses. 3 zeigt das Spritzgießwerkzeug dabei während eines Verfahrensschrittes bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses, in dem erfindungsgemäß eine Folie 50 im MuCell®-Verfahren mit einer thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoffkomponente 190 hinterspritzt wird.
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Während dieses, in 3 nur prinzipiell dargestellten Verfahrensschrittes, ist die Folie 50, welche die Funktionsoberfläche des ersten Gehäuseteils bildet, bereits in das Werkzeug eingebracht und das Formwerkzeug ist geschlossen. Die Folie 50 weist dabei eine für eine Funktionsoberfläche eines erfindungsgemäßen Gehäuses geeignete Schichtdicke und Oberflächenstruktur auf. Zur Herstellung des Gehäusekerns weist das Werkzeug eine noch nicht gefüllte, entsprechende Werkzeugkavität 180 auf, in welche das für den Gehäusekern vorgesehene thermoplastische Kunststoffmaterial 190 eingespritzt werden kann.
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Nach dem Einspritzen des thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoffmaterials 190 in die Kavität 180 zur Herstellung des Gehäusekerns wird der Gehäusekern ausgehärtet, bis das Gehäuseteil fertigfallend aus dem Werkzeug entnommen werden kann.
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Selbstverständlich ist eine Vielzahl konstruktiver Abwandlungen zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005053181 A1 [0006, 0025, 0059]
- DE 19511693 A1 [0006, 0025, 0070]
- DE 102013022077 [0006]
- DE 69825498 T2 [0018]
