DE102016221199A1 - Geberrad für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers sowie Ver-fahren zur Herstellung eines solchen Geberrades - Google Patents

Geberrad für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers sowie Ver-fahren zur Herstellung eines solchen Geberrades Download PDF

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Renato de Oliveira Ghiraldi
Mauricio Augusto Verduro Silva
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Geberrad (1) für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers umfassend einen Grundkörper (2) aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff sowie mindestens eine in dem Grundkörper (2) aufgenommene metallische Struktur (3), welche mit einem ortsfesten Sensor zur Gewinnung einer Drehbewegungsinformation in Wirkverbindung steht, wobei die metallische Struktur (3) als ein metallisches Band (4) ausgebildet ist, welches konzentrisch zu einer Drehachse (5) des Geberrades (1) angeordnet ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Geberrades (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft Geberrad für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Geberrades gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
  • Um die Effizienz eines Verbrennungsmotors zu steigern ist es bekannt, die Öffnungszeiten der Ventile des Verbrennungsmotors mit einem Nockenwellenversteller anzupassen. Dabei wird eine Drehwinkelposition einer Einlassnockenwelle oder Auslassnockenwelle verstellt, um sie dem jeweiligen Lastverhältnis des Verbrennungsmotors anzupassen. Um die jeweilige Drehposition der Nockenwelle bestimmen zu können, weist eine verstellbare Nockenwelle üblicherweise ein Geberrad auf, welches Signale an einen mit dem Geberrad kommunizierenden, drehfesten Sensor übermittelt. Üblicherweise sind derartige Geberräder als tiefgezogene Blechteile hergestellt, welche eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung des Geberrades ermöglichen. Andererseits sind solche tiefgezogenen Geberräder jedoch empfindlich gegenüber Beschädigungen. Alternativ sind Geberräder als Drehteile aus einem Vollmaterial bekannt, welche jedoch vergleichsweise schwer sind und somit den Bemühungen, Gewicht am Verbrennungsmotor einzusparen, entgegenstehen.
  • Aus der DE 10 2006 024 795 A1 ist ein Geberrad für einen Nockenwellenversteller bekannt, bei dem das Geberrad in einen metallischen Bereich zur magnetischen Signalübertragung und einen aus Kunststoff ausgebildeten Verstärkungsbereich aufweist. Durch den metallischen Signalbereich ist weiterhin eine zuverlässige Erfassung der Drehwinkelposition der Nockenwelle möglich, während der aus Kunststoff ausgebildete Verstärkungsbereich die Steifigkeit gegenüber einem tiefgezogenen Blechteil erhöht, wobei durch den Kunststoff ein deutlich geringeres Gewicht als bei einem Geberrad aus einem Vollmaterial erreicht wird.
  • Aus der EP 1 475 612 A2 ist ein weiteres Geberrad für einen Wirbelstromsensor bekannt, welches eine Konturspur aus einem elektrisch leitfähigen Material umfasst, die an einer rotierenden Komponente angeordnet ist und von einem zu dieser rotierenden Komponente ortsfesten Wirbelstromsensor zur Erfassung einer Drehbewegungsinformation abgetastet wird. Dabei ist an dem Geberrad eine Tragestruktur aus einem Metall-kunststoff-Verbundelement mit einem Metallring und einem diesem zumindest umgebenden Kunststoffmantel ausgebildet, wobei die Konturspur auf dem Kunststoffmantel angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung können die Tragestruktur und die Konturspur im Wesentlichen voneinander unabhängig an jeweils bestehende Erfordernisse optimal angepasst und eine insgesamt gewichtsoptimierte Anordnung erzielt werden.
  • Nachteilig an den bekannten Lösungen ist jedoch, dass diese vergleichsweise komplex sind und hohe Herstellungskosten aufweisen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Geberrad vorzustellen, welches sich zu geringeren Kosten herstellen lässt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Geberrad für ein Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers gelöst, welches einen Grundkörper aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff sowie mindestens eine, vorzugsweise genau eine, in dem Grundkörper aufgenommene metallische Struktur, welche mit einem ortsfesten Sensor zur Gewinnung einer Drehbewegungsinformation in Wirkverbindung steht, umfasst, wobei die metallische Struktur als ein metallisches Band ausgebildet ist, welches konzentrisch zu einer Drehachse des Geberrades angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders einfache Fertigung eines Geberrades für einen Drehwinkelsensor möglich, welches sich in einem Spritzgussverfahren und gegebenenfalls in einem anschließenden Schneid- oder Stanzverfahren herstellen lässt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Geberrades möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das metallische Band als ein Teilsegment oder mehrere Teilsegmente eines metallischen Rings ausgebildet ist. Ein geschlossener, metallischer Ring lässt sich besonders einfach in einem Spritzgusswerkzeug positionieren, wobei die Gefahr eines Verschiebens oder Verrutschens während eines Spritzgussprozesses durch den Druck des flüssigen Spritzgussmaterials reduziert werden kann. Somit kann auf einfache und sichere Art eine konzentrische Positionierung des metallischen Bandes bzw. des metallischen Rings zur Mittelachse des Geberrades, d.h. zur Drehachse des Geberrades, erreicht werden. Dabei werden anschließend an den Spritzgussprozess Teilsegmente aus dem Geberrad herausgeschnitten, um die Geberradfunktion zu ermöglichen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das metallische Band stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist. Durch eine stoffschlüssige Verbindung ist eine besonders einfache und kostengünstige Verbindung von dem Grundkörper aus Kunststoff und dem metallischen Band möglich, dabei kann das metallische Band in einem Spritzgussprozess mit dem Grundkörper verbunden werden, wobei bevorzugt die Stirnseiten des Geberrades derart gestaltet sind, dass das metallische Band auf einer, dem Sensor abgewandten Stirnseite durch den Kunststoff des Grundkörpers ummantelt ist und auf der dem Sensor zugewandten Stirnseite aus dem Kunststoff hervorsteht. Dadurch ist eine funktionssichere Einbettung des metallischen Bands in den Grundkörper möglich. Alternativ kann das metallische Band auch an der dem Sensor zugewandten Stirnseite über den Kunststoff-Grundkörper hervorstehen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Geberrades für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:
    • - Einlegen eines metallischen Bandes in eine Spritzgussform eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeuges,
    • - Positionierung des metallischen Bandes konzentrisch zu einer Drehachse des im Spritzgussverfahren herzustellenden Geberrades,
    • - Stoffschlüssige Verbindung des metallischen Bandes mit einem aus Kunststoff bestehenden Grundkörper des Geberrades.
  • Durch ein solches Verfahren wird auf einfache und kostengünstige Art eine Möglichkeit geschaffen, um ein erfindungsgemäßes Geberrad für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers herzustellen und die Fertigungskosten zu reduzieren.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Geberrades für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Geberrad 1 für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers. Das Geberrad 1 umfasst einen Grundkörper 2 aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoffmaterial und eine metallische Struktur 3 in Form eines metallischen Bandes 4. Das metallische Band 4 kann zur Fertigung des Geberrades 1 als metallischer Ring 5 ausgebildet sein, welche in einem späteren Fertigungsschritt in Teilsegmente zerschnitten wird. Das Geberrad 1 weist eine Mittelachse 5 auf, um welche sich das Geberrad 1 drehen kann und welche deshalb auch als Drehachse 5 des Geberrades bezeichnet wird. An dem Geberrad 1 ist eine zentrische Öffnung 10 ausgebildet, um das Geberrad auf einer drehbaren Welle, insbesondere an einer der Nockenwellen oder dem Nockenwellenversteller, zu befestigen. Das Geberrad weist eine Mantelfläche 12 aus dem nichtleitenden Kunststoffmaterial auf, welche sich in radialer Richtung nach außen an das metallische Band anschließt und somit in axialer Richtung eine Isolierung des metallischen Bandes darstellt. Somit weist das Geberrad 1 an seinem Außendurchmesser 11 den nichtleitenden Kunststoff des Grundkörpers 2 auf. An dem Geberrad 1 sind drei Ausnehmungen 7, 8 und 9 ausgebildet, wobei die durch die Ausnehmungen 7, 8 und 9 getrennten Teilsegmente des metallischen Bandes 4 vorzugsweise unterschiedlich lang sind. Die Ausnehmungen 7, 8 und 9 können gleich groß sein, jedoch auch unterschiedlich große Bogenabschnitte des Geberrades 1 aussparen. Das metallische Band 4 ist dabei vorzugsweise flach und eben, sodass ein einfaches Bandmaterial, insbesondere ein elektrisch leitendes und/oder magnetisierbares Metall, verwendet werden kann.
  • Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Geberrades 1 sind zwei unterschiedliche Verfahren denkbar. In einem ersten Verfahren wird ein geschlossener, metallischer Ring 6 in eine Spritzgussform eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeuges gelegt und in einem Spritzgussprozess stoffschlüssig mit dem Grundkörper 2 des Geberrades 1 verbunden. In einem anschließenden Prozessschritt werden dann die Ausnehmungen 7, 8 und 9 in einem Stanz- oder Schneidprozess aus dem Geberrad 1 ausgeschnitten bzw. ausgestanzt, um das Geberrad 1 in der dargestellten Form zu erzeugen.
  • In einem alternativen Herstellungsverfahren wird das metallische Band 4 in mehrere Teilsegmente, vorzugsweise in drei Teilsegmente, zerteilt, und die Teilsegmente einzeln in das Spritzgusswerkzeug eingesetzt. Dazu sind entsprechende Ausnehmungen in dem Spritzgusswerkzeug vorgesehen, um die jeweiligen metallischen Bandabschnitte in dem Werkzeug und eine ggf. in dem metallischen Band 4 vorhandene Vorspannung aufzunehmen. Dadurch wird ein Verrutschen oder Verschieben des metallischen Bandes 4 im Spritzgusswerkzeug beim Einspritzen der flüssigen Kunststoffmasse in das Werkzeug unterbunden. Ferner sind in dem Spritzgusswerkzeug Ausformungen vorgesehen, mit denen die Ausnehmungen 7, 8 und 9 im Geberrad 1 ausgebildet werden. Dadurch kann ein montagefertiges Geberrad 1 in einem Spritzgussprozess hergestellt werden, ohne dass eine zusätzliche Nachbearbeitung des Bauteils notwendig ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Geberrad
    2
    Grundkörper
    3
    Metallische Struktur
    4
    Metallisches Band
    5
    Drehachse / Mittelachse
    6
    Metallischer Ring
    7
    Erste Ausnehmung
    8
    Zweite Ausnehmung
    9
    Dritte Ausnehmung
    10
    Öffnung
    11
    Außendurchmesser
    12
    Mantelfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006024795 A1 [0003]
    • EP 1475612 A2 [0004]

Claims (4)

  1. Geberrad (1) für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers umfassend einen Grundkörper (2) aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff sowie mindestens eine in dem Grundkörper (2) aufgenommene metallische Struktur (3), welche mit einem ortsfesten Sensor zur Gewinnung einer Drehbewegungsinformation in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Struktur (3) als ein metallisches Band (4) ausgebildet ist, welches konzentrisch zu einer Drehachse (5) des Geberrades (1) angeordnet ist.
  2. Geberrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Band (4) als ein Teilsegment oder mehrere Teilsegmente eines metallischen Rings (6) ausgebildet ist/sind.
  3. Geberrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Band (4) stoffschlüssig mit dem Grundkörper (2) verbunden ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Geberrades (1) für einen Drehwinkelsensor eines Nockenwellenverstellers, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Band (4) in eine Spritzgussform eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeuges eingelegt wird, wobei das metallische Band (4) derart positioniert wird, dass es konzentrisch zu einer Drehachse (5) des Geberrades ausgerichtet wird und durch ein Kunststoff-Spritzguss-Verfahren stoffschlüssig mit einem Grundkörper (2) aus Kunststoff verbunden wird.
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WO2022238238A1 (de) * 2021-05-11 2022-11-17 Eto Magnetic Gmbh Induktive positionsbestimmungsvorrichtung zur bestimmung einer position eines beweglich gelagerten antriebsbauteils eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen fahrzeugs und herstellungsverfahren

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