-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbundbauteil, insbesondere Magnetverbundbauteil, aus mindestens einem Träger mit einer Kontaktfläche und mindestens einem auf dieser aufgespritzten Spritzgusselement, insbesondere Magnetelement. Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils.
-
Ein Verbundbauteil dieser Art ist in der
DE 10 2011 089 903 A1 gezeigt. Bei diesem bekannten Verbundbauteil ist ein Magnetelement am stirnseitigen Endbereich eines Getrieberades oder an einem mit diesem zusammenwirkenden Abtriebsrad angeordnet, wobei das Getrieberad bzw. Abtriebsrad im Verbindungsbereich mit dem Magnetelement aus Kunststoff besteht. Das Magnetelement seinerseits besteht aus magnetisch wirksamen Teilchen, die in einer Kunststoffmasse gebunden und verteilt angeordnet sind, und ist an der Stirnseite des Getrieberades bzw. Antriebsrades mit diesem im Spritzgussverfahren verbunden.
-
In der
DE 10 2014 018 783 A1 ist eine Geberanordnung für einen Drehmoment- und/oder Winkelsensor angegeben, die einen rohrabschnittförmigen Magnetring aufweist, der über ein Zwischenelement an einer Trägerhülse befestigt ist. Der Magnetring ist als kunststoffgebundener Magnet aus einem mit magnetischen Teilchen gefüllten Kunststoffmaterial ausgebildet und das Zwischenelement ist zumindest im Bereich der Fügefläche aus einem Kunststoff ausgebildet. Das Kunststoffmaterial des Magnetrings ist mit dem Kunststoff des Zwischenelements im Bereich der Fügefläche stoffschlüssig verbunden.
-
Weitere Magnetverbundbauteile und dabei angewandte Fügetechniken sind in „Permanentmagnete Werkstoffe, Magnettechnik, Anwendungen“: Verlag Moderne Industrie, 2016, S. 47 - 50, unter anderem im Zusammenhang mit der Spritzgießtechnik dargestellt. Demnach kommen für die Verbindung zwischen einem solchen spritztechnisch hergestellten kunststoffgebundenen Magnet und einem zugeordneten Träger des Magnetverbundbauteils bzw. der Baugruppe weitere Verbindungstechniken in Frage, wie eine insbesondere vollflächige Klebetechnik, ein Umspritzen, mechanische und thermische Verbindungsverfahren, wie Auf- bzw. Einpressen, Aufschrumpfen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Verstemmen oder ein Verbinden durch Formschluss an speziell ausgebildeten Hinterschneidungen oder Durchbrüchen des Trägers.
-
Bisher bekannte Verbindungstechniken erfordern im Fertigungsprozess des Verbundbauteils bzw. der Baugruppe zum Herstellen der Verbindung erheblichen Zusatzaufwand, wie besondere Oberflächenbehandlung zum Entfernen lose sitzender Oberflächenschichten bzw. -partikel, Verbesserung der Benetzbarkeit, Verbesserung der Adhäsion, Geometrieanpassungen im Verbindungsbereich, speziell angepasste Gestaltung der Spritzgusswerkzeuge, Nachbehandlung im Verbindungsbereich, z. B. zum Entfernen einer Gradbildung. Solche zusätzlichen Maßnahmen zum Herstellen der Verbindung führen zu erhöhten Taktzeiten und ggf. zusätzlichen Materialkosten, wie Klebstoff, und stehen der Prozessökonomie und -effizienz entgegen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil, insbesondere Magnetverbundbauteil, der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereit zu stellen, das einen möglichst geringen Herstellungsaufwand und gute Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Anforderungen ergibt.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Anwendungsgebiete sind im Anspruch 15 angegeben.
-
Bei dem Verbundbauteil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kontaktfläche mit einer Aufraustruktur versehen ist, an der das aufgespritzte Spritzgusselement, insbesondere Magnetelement, durch Formschluss gehalten ist.
-
Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch ausgebildet, dass die Kontaktfläche vor dem Aufspritzen des Magnetelements mittels einer Laserstrahlbearbeitung aufgeraut wird und dass das Magnetelement direkt (d. h. ohne die Verbindung vermittelnde Zwischenschicht) auf die aufgeraute Kontaktfläche aufgespritzt wird.
-
Mit diesen Maßnahmen wird, wie die Erfinder in aufwendigen Untersuchungen festgestellt haben, eine stabile, quasi vollflächige Verbindung zwischen dem Spritzgusselement, insbesondere Magnetelement, und dem Träger im Bereich der aufgerauten Kontaktfläche erhalten. In Folge der aufgerauten Kontaktfläche ist das Spritzgusselement über den gesamten Flächenbereich an dem Träger gehalten, sodass sich (ähnlich einer Klebefläche) auch bei Rissen bzw. Brüchen des Spritzgusselements praktisch keine Bruchstücke desselben von dem Träger ablösen können, beispielsweise im Unterschied zu einer Verbindung mit Hinterschneidungen oder einzelnen Befestigungsstellen in für die Befestigung eingebrachten Durchbrüchen. Quasi vollflächig bedeutet dabei, dass zwischen Aufraustrukturen über die Kontaktfläche durchaus im Vergleich zu der gesamten Kontaktfläche kleine nicht aufgeraute Flächenbereiche innerhalb der Kontaktfläche vorliegen können, sodass verschiedene Muster der Aufraustruktur vorteilhaft und in Abstimmung auf einen jeweiligen Anwendungsfall im Bereich der Kontaktfläche eingearbeitet werden können. Die Herstellung der Aufraustruktur lässt sich mit relativ geringem Aufwand in den Fertigungsprozess des Verbundbauteils integrieren.
-
Zu einer geringen Taktzeit des Fertigungsprozesses und zur Fertigungsökonomie trägt wesentlich bei, dass das Spritzgusselement, insbesondere Magnetelement, allein durch Formschluss, ohne weitere Haltemittel, mittels der Aufraustruktur auf der Kontaktfläche gehalten ist. Außer der Aufrauung sind zum Befestigen des Spritzgusselements auf dem Träger beim Aufspritzen keine weiteren Maßnahmen erforderlich.
-
Wie sich in Untersuchungen der Erfinder gezeigt hat, ergibt sich eine für die formschlüssige Verbindung besonders vorteilhafte Aufraustruktur dadurch, dass die Aufraustruktur mittels Laserstrahlbehandlung hergestellt ist. Die Aufraustruktur und ihr Muster über die Kontaktfläche lässt sich durch die Laserstrahlbehandlung durch gesteuerte örtliche Führung des Laserstrahls und der Bestrahlungsstärke (Intensität) sowie zeitliche Ansteuerung der Strahlabgabe besonders vorteilhaft in Abstimmung auf das herzustellende Verbundbauteil bzw. seinen Einsatzzweck vorgeben und z. B. auch noch während des Fertigungsprozess beeinflussen, um die Qualität der Verbindung auch im Zusammenhang mit weiteren Prozessparametern zu optimieren. Dabei kann die Einstellung zum Herstellen der Aufraustruktur und des Aufraumusters (Verteilung über die Kontaktfläche) auch vorteilhaft auf das Material des verwendeten Trägers (Metall, bspw. Stahl, Keramik, Kunststoff) abgestimmt werden.
-
Eine stabile Verbindung zwischen dem Spritzgusselement, insbesondere Magnetelement und dem Träger wird dadurch erhalten, dass die Aufraustruktur eine Grobstruktur mit einer mittleren Rautiefe größer als 10 µm, insbesondere größer als 20 µm, und kleiner als 1 mm, insbesondere kleiner als 500 µm und eine Feinstruktur, insbesondere örtlich innerhalb der Grobstruktur im Bereich von 1 µm oder weniger, insbesondere zwischen 100 nm und 1 µm, aufweist.
-
Verschiedene Muster der Aufraustruktur für eine gute Verbindung über die Kontaktfläche bestehen darin, dass die Aufraustruktur in einem Linienmuster, insbesondere Kreuzmuster, z. B. in einem Abstand zwischen z. B. 0,5 mm und 10 mm (auch abhängig von Bauteilgröße und Material) und/oder in einem Punktmuster mit über die Kontaktfläche in engem Abstand von unter 3 mm verteilten Aufraupunkten ausgebildet ist. Eine besonders stabile Verbindung wird dabei durch das Kreuzmuster erreicht, wobei die sich kreuzenden Linien schräg (z. B. in einem Winkelbereich zwischen 10° und 80°) bzgl. einer (gedachten) radialen Geraden an betreffender Stelle verlaufen. Auch andere Muster, wie ringförmige Muster und/oder gebogene Linien kommen in Betracht. Neben Vertiefungen werden vorteilhaft auch Aufwerfungen gebildet, die ebenfalls zur Haftung bzw. Haltekraft beitragen.
-
Ein für entsprechende Anwendungsfälle ausgebildetes Verbundbauteil wird dadurch erhalten, dass die Kontakt-fläche eben oder gekrümmt ist. Die Kontaktfläche wird dabei bspw. von oder innerhalb einer in axialer Draufsicht auf den Träger ausgedehnten Oberfläche des Trägers gebildet, sodass bspw. das Magnetelement allein durch die Aufraustruktur ohne innere oder äußere Einfassung (wie bspw. bei Aufbringen auf die Innenwand oder Außenwand eines zylindrischen Trägers) gehalten wird. Ein Verbundbauteil mit einer derartigen flächigen Anordnung eines Magnetelements kann für vielfältige Anwendungsfälle, wie z. B. auf der Stirnseite einer Welle oder der Ober- oder Unterseite einer Scheibe, Vorteile bieten.
-
Verschiedene vorteilhafte weitere Ausbildungsmöglichkeiten des Verbundbauteils bestehen darin, dass die Kontaktfläche flächenhaft zusammenhängend ausgedehnt oder aus voneinander beabstandeten Flächenteilen gebildet ist, oder zumindest teilweise umlaufende Ringform besitzt. Somit können bspw. auf einem Träger zumindest teilweise ringförmige Bereiche oder voneinander beabstandete Flächenbereiche, je nach Anwendungsfall bzw. zu lösender Aufgabe, bei effizienter Fertigung mit Magnetelementen versehen werden.
-
Verbundbauteile für verschiedene Anforderungen können des Weiteren vorteilhaft dadurch bereitgestellt werden, dass der Träger zumindest im Bereich der Kontaktfläche aus Metall, Keramikmaterial oder Kunststoff besteht.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten des Verbundbauteils bestehen darin, dass das Spritzgusselement aus einem der Kunststoffe Polyamid, Polyphenylensulfid oder thermoplastischem Elastomer besteht oder, insbesondere in Ausbildung als Magnetelement, ein solches Kunststoffmaterial als Matrix aufweist. Auch diese Varianten bieten vorteilhafte Anpassungsmöglichkeiten für verschiedene Einsatzbedingungen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten des Verbundbauteils mit stabiler Verbindung des Magnetelements ergeben sich dadurch, dass das Spritzgusselement in Ausbildung als Magnetelement Magnetpulver mit einem Füllgrad zwischen 60 Massen-% und 95 Massen-%, vorzugsweise zwischen 75 Massen-% und 90 Massen-% an der Gesamtmasse des Magnetelements enthält.
-
Verschiedene weitere Ausgestaltungsvarianten des Verbundbauteils bestehen darin, dass das Magnetelement als Magnetpulver Hartferritmagnetpulver oder Seltenerdmagnetpulver in isotroper oder, vorzugsweise, in anisotroper Ausbildung enthält.
-
Verschiedene Ausbildungen des Verbundbauteils bestehen des Weiteren darin, dass die Pulverteilchen des Magnetpulvers im Mittel einen maximalen Durchmesser zwischen 1 µm und 5 µm oder zwischen 100 µm und 500 µm aufweisen. Der kleinere Durchmesserbereich der Pulverteilchen entspricht dabei dem Hartferritmagnetpulver und der größere Durchmesserbereich Seltenerdmagnetpulver, insbesondere des Neodym-Eisen-Bor-Typs oder des Samarium-Cobalt-Typs.
-
Für verschiedene Anwendungsfälle vorteilhafte Verbundbauteile bestehen darin, dass die Dicke des Spritzgusselements bzw. Magnetelements höchstens 2,0 mm oder auch bis 5 mm (oder in besonderen Anwendungsfällen auch darüber) beträgt, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 1,5 mm liegt. Beispielsweise können bei heute üblicher empfindlicher Signalerfassungstechnik für Sensoren sehr geringe Dicken des Magnetelements ausreichen, wodurch Vorteile für Baugröße und Materialersparnis erzielt werden.
-
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen ringförmigen Träger in perspektivischer Ansicht von schräg oben mit einer oberseitigen Kontaktfläche und einer darin eingebrachten Aufraustruktur in einem Kreuzmuster,
- 2 den Träger nach 1 mit auf der Kontaktfläche aufgespritztem ringförmigen Magnetelement in perspektivischer Ansicht von schräg oben,
- 3 vergrößerte Darstellungen einer Aufraustruktur in punktförmigem Muster (linke Abbildung) und einer Aufraustruktur in einem Kreuzmuster (rechte Darstellung) und
- 4 eine vergrößerte Darstellung einer Aufraustruktur in einem ausschnittsweisen Querschnitt eines Trägers mit einem darauf aufgespritzten Magnetelement.
-
1 zeigt einen Träger 10 eines ringförmigen Magnetverbundbauteils 1 (vgl. 2) in perspektivischer Ansicht von schräg oben mit einer (bzgl. der Fig.) oben liegenden Kontaktfläche 100 und einer in der Kontaktfläche 100 eingearbeiteten Aufraustruktur 11. Der z. B. kreisringförmige Träger 100 weist vorliegend eine in axialer Draufsicht ebene Oberfläche (rechtwinklig zur Mittelachse) auf und die Aufraustruktur 11 ist in die Oberfläche im Bereich der kreisringförmig umlaufenden Kontaktfläche 100 in einem Kreuzmuster ausgebildet. Die linienförmigen Abschnitte des Kreuzmusters 110 verlaufen dabei bzgl. einer radialen Geraden vom Mittelpunkt des Trägers durch die Kreuzungspunkte schräg in einem Neigungswinkel zwischen ca. 30° und 60°, bspw. etwa 45°, wobei jeweils ein Abschnitt der sich kreuzenden Abschnitte des Kreuzmusters 110 im Uhrzeigersinn vor und ein Abschnitt im Uhrzeigersinn hinter der radialen Gerade verläuft. Damit ergeben sich bei dem gezeigten Kreuzmuster 110 X-förmige Musterelemente.
-
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Aufraustruktur 11 mittels Laserbearbeitung unter entsprechend dem aufgebrachten Muster, bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel also in Form des Kreuzmusters 110, mittels einer Ansteuereinrichtung automatisch geführten Laserstrahls eingearbeitet. Auch andere Muster der Aufraustruktur 11 können einfach durch entsprechende Programmierung der Ansteuervorrichtung mittels des Lasergeräts vorgegeben und über den Laserstrahl eingearbeitet werden. Die Einarbeitung einer solchen Aufraustruktur 11 kann innerhalb einiger Sekunden erfolgen, so dass sie in Bezug auf die Gesamttaktzeit bei der Fertigung des Verbundbauteils, vorliegend Magnetverbundbauteils 1, einen relativ kurzen Teilschritt bildet.
-
Der Träger 10 besteht aus einem für den vorgesehenen Anwendungsfall geeigneten Material, bspw. einem Metall, wie Stahl, einem Keramikmaterial, einem Glas bzw. glasartigen Material oder einem Kunststoff.
-
Nach Herstellen der Aufraustruktur 11 wird das Verbundbauteil, vorliegend Magnetverbundbauteil 1, wie in 2 gezeigt, mit einem Spritzgusselement aus Kunststoff, vorliegend einem kunststoffgebundenen Magnetelement 20, versehen, welches ohne weitere Bindemittel unmittelbar auf die Kontaktfläche 100 mit der Aufraustruktur 11 in Spritzgusstechnik aufgespritzt wird. Das aufgespritzte Magnetelement 20 enthält dabei in der Kunststoffmasse verteilte Magnetpulverteilchen, insbesondere Hartferritmagnetpulverteilchen oder Seltenerdmagnetpulverteilchen, wie Magnetpulverteilchen des Neodym-Eisen-Bor-Typs oder Cobalt-Samarium-Typs. Das so aufgespritzte Spritzgusselement bzw. Magnetelement 20 verbindet sich, wie umfangreiche Untersuchungen der Erfinder gezeigt haben, stabil unter Formschluss in der Aufraustruktur 11 mit dem Träger 10. Die Stärke (Dicke) des Spritzgusselements bzw. Magnetelements 20 kann dabei z. B. 0,3 mm oder bis zu 10 mm betragen; somit lassen sich auch sehr dünne Magnetelemente 20 und auch dickere auf dem Träger 10 unter stabiler Verbindung aufbringen. Dabei können Kunststoffe unterschiedlicher Art verwendet werden, die bei einem kunststoffgebundenen Magnetelement 20 die betreffende Matrix zum Einbetten der Magnetpulverteilchen bilden. Dabei kommen als Kunststoffe insbesondere Thermoplaste, Duroplaste, Spritzguss-Elastomere oder spritzgussthermoplastische Elastomere zum Einsatz, wie PA-Verbindungen, PPS-Verbindungen oder TPE-Verbindungen, bspw. ein TPC-Elastomermaterial. Unmittelbares bzw. direktes Aufspritzen bedeutet vorliegend, dass das Kunststoffmaterial gegebenenfalls mit den Magnetteilchen ohne zusätzliche Zwischenschicht bzw. Verbindungsstoffe in direkten Kontakt mit der Kontaktfläche 100 und der Oberfläche der darin ausgebildeten Aufraustruktur 11 gebracht wird. Das Aufspritzen des Spritzgusselements bzw. Magnetelements 20 kann dabei ohne zeitlichen Zwischenschritt auf den Bearbeitungsschritt der Ausbildung der Aufraustruktur 11 erfolgen, um die Gesamttaktzeit bei der Fertigung des Verbundbauteils bzw. Magnetverbundbauteils 1 so gering wie möglich zu halten. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das Spritzgusselement bzw. Magnetelement 20 zeitlich abgesetzt bzw. in einer getrennten Fertigungslinie aufzuspritzen.
-
In den Untersuchungen der Erfinder hat sich, wie angesprochen, eine Aufraustruktur 11, die mittels Laserbearbeitung eingebracht ist, als besonders vorteilhaft zur stabilen Verbindung der aufgespritzen Spritzgusselemente bzw. Magnetelemente 20 erwiesen, wobei ein Kreuzmuster 110, wie in 1 gezeigt, eine besonders stabile Verbindung über die gesamte Kontaktfläche 100, quasi vollflächig, ergibt. Jedoch kommen auch andere Muster der Aufraustruktur 11 in Frage, wie z. B. ein (in 3 gezeigtes) Punktmuster 111 mit eng beieinanderliegenden Aufraupunkten, welches ebenfalls vorteilhaft durch Bearbeitung mittels Laserstrahls hergestellt werden kann.
-
3 zeigt stark vergrößert auf der linken Seite einen Bereich mit einem „Aufraupunkt“ eines Punktmusters 111 und auf der rechten Seite eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Kreuzmusters 110 im Bereich des Kreuzungspunkts der linienartigen Musterabschnitte (hierbei sind die Bezeichnungen „Punkt“ und „Linie“ nicht im mathematisch strengen Sinne zu verstehen, sondern im praktisch relevanten Sinne als ausgedehnter Punkt bzw. verbreiterte Linie, wie auch aus der Darstellung nach 3 ersichtlich).
-
In der Abbildung nach 3 entspricht 1 cm etwa 100 µm der tatsächlichen realen Aufraustruktur. Demnach erstreckt sich ein Aufraupunkt des Punktmusters 111 in seinem Durchmesser etwa über 500 µm und die Linienbreite der Aufraustruktur 11 bei dem Kreuzmuster 110 etwa über 150 bis 200 µm. Die Aufrautiefe beträgt bei der Linie bspw. 20 µm bis 200 µm und bei dem Punktmuster z. B. zwischen 200 µm und 600 µm. Innerhalb dieser groben (makroskopischen) Aufraustruktur befinden sich, was insbesondere auch durch die Laserbehandlung erreicht wird, feinere (mikroskopische) Aufraustellen mit geringeren Rautiefen etwa im Bereich einiger µm oder auch unter 1 µm. Die Größe und Form dieser makroskopischen und mikroskopischen Aufraustrukturen können durch Beeinflussung des Laserstrahls (Bestrahlungsstärke, Form, zeitliche Einwirkdauer) auch in Abhängigkeit des Trägermaterials geeignet variiert werden, um eine optimale Verbindung zwischen Träger 10 und Spritzgusselement bzw. Magnetelement 20 zu erhalten.
-
Für die vollflächige Verbindung ist auch die Dichte der Aufraupunkte bzw. Aufraulinien der Aufraustruktur 11 variierbar, wobei die Dichte und Tiefe und Form der Aufraustruktur abgestimmt auf den jeweiligen Anwendungsfall und die Materialpartner Träger/Spritzgusselement bzw. Magnetelement eingestellt werden können. Bspw. liegt die Liniendichte der Aufraustruktur 11 bei mindestens 2 oder 4 Linien pro cm und die Punktdichte bei mindestens 10 Punkten pro cm2. Wie insbesondere auch 3 zeigt, ergibt die Laserbearbeitung bei der Aufrauung zusätzlich Aufraueffekte durch seitliche Aufwerfungen neben den Eingrabungen der Aufraustruktur 11 in der Kontaktfläche 100, die ebenfalls zur Stabilität der Verbindung beitragen. Neben der Breite und Tiefe der Aufraustruktur 11 trägt auch die Form bzw. der Randwinkel der Aufraugruben zur Haltekraft bei.
-
4 zeigt einen stark vergrößerten Querschnittsbereich eines Trägers 10 (hier bspw. Stahlträger) mit einem auf dessen Aufraustruktur 11 aufgespritzten Spritzgusselement bzw. Magnetelement 20. Dabei beträgt die Rautiefe im Bereich der mittels Laserbearbeitung hergestellten makroskopischen Eintiefungen bzw. Eingrabungen (zwischen den beiden schwach erkennbaren höhenbeabstandeten Linien vom Grund der Eintiefung bis zur Trägeroberseite) gemäß eingetragener Maßangabe 72,88 µm. Die Eingrabungen besitzen im Querschnitt makroskopisch rundliche Form und sind zur oberseitigen Öffnung hin in ihrer lichten Weite eingeengt, so dass sich Hinterschnitte ergeben, an denen das Spritzgusselement bzw. Magnetelement 20 mit dem eingedrungenen Kunststoffmaterial stabil gehalten ist. Zudem bilden mikroskopische Einformungen auch innerhalb der makroskopischen Eingrabungen zusätzliche Haltestrukturen mit teils mikroskopischen Hinterschneidungen.
-
Mittels der Verbindungstechnik zwischen Träger 10 und Spritzgusselement bzw. Magnetelement 20 durch Herstellen einer Aufraustruktur 11 auf einer Kontaktfläche 100 des Trägers 10 und Aufspritzen des Spritzgusselements bzw. Magnetelements 20 lassen sich auch vielfältige andere Verbundbauteile bzw. Magnetverbundbauteile 20 unterschiedlicher Geometrie, Größe und Anordnung von Spritzgusselementen bzw. Magnetelementen 20 auf einem Träger 10 herstellen, wie z. B. Magnetverbundbauteile zylindrischer Form mit auf einer Zylinderinnenfläche und/oder -außenfläche angebrachten Magnetelementen 20, die auch örtlich unterschiedlich verteilt sein können. Auch kommen verschiedenartige Anwendungsbereiche in Frage, wie z. B. in der Sensortechnik oder bei elektrischen Maschinen.
-
Bei magnetischen Sensoren reichen bereits geringe Magnetfelder zur Detektion aus, welche durch dünne Schichten von Magnetelementen 20 erzeugt werden können. Bei der Herstellung können dadurch die Prozesszeiten zusätzlich verkürzt und Material eingespart werden. Bei elektrischen Maschinen, bspw. kleinen Antrieben oder Generatoren mit Rotoren auf Basis von kunststoffgebundenen Magnetwerkstoffen, werden oft Achsen bzw. Wellen mit kunststoffgebundenem Magnetmaterial umspritzt. Mittels der hier vorgestellten Verbindungstechnik lassen sich derartige Verbundbauteile günstig und mit hoher Prozesssicherheit herstellen.
-
Bei Magnetverbundbauteilen 1 mit kunststoffgebundenen Magnetelementen 20 können verschiedene Füllgrade gewählt werden, wobei der Anteil der Magnetpulverteilchen z. B. im Bereich zwischen 60 und 95, insbesondere 75 und 90 liegt, vorzugsweise zwischen 80 und 90 Gew.-% (bzw. Masse-%) von Magnetpulver am Gesamtgewicht bzw. der Gesamtmasse des Magnetelements beträgt.
-
In Untersuchungen der Erfinder hat sich gezeigt, dass sich eine stabile Verbindung zwischen Magnetelementen und Träger bei Magnetverbundbauteilen des genannten Aufbaus ergibt. Hierzu wurden verschiedene Verbundbauteile hergestellt. Als Träger 10 wurde ein ringförmiger Stahlträger mit einem Außendurchmesser von 81,3 mm und einem Innendurchmesser von 69,5 mm und einer Höhe (Dicke in axialer Richtung) von 4,8 mm gewählt. Die Oberseite des Stahlträgers wurde mittels Laserbearbeitung mit einer Aufraustruktur 11 versehen. Auf die Aufraustruktur wurde ein kunststoffgebundenes ringförmiges Magnetelement 20 mit einem Außendurchmesser von 80,3 mm, einem Innendurchmesser von 72,3 mm und einer Höhe von 1 mm unmittelbar aufgespritzt. Anschließend wurde das Verbundbauteil bzw. Magnetverbundbauteil 1 (Baugruppe) hinsichtlich der Stabilität der Verbindung zwischen dem Träger und dem Magnetelement 20 und als weitere Eigenschaft auch eine Rissbildung untersucht.
-
Bei den Verbundbauteilen wurden unterschiedliche Aufraustrukturen 11 und Muster der Aufraustruktur 11 sowie unterschiedliche Kunststoffmaterialien verwendet:
- 1. Bei einem PA-Kunststoffmaterial und einem Füllgrad von 89,3 Masse-% (Ma-%) ergaben sich bei einem Kreuzmuster mit einer Rautiefe der Aufraustruktur zum einen eine gute Entformbarkeit aus dem Spritzgießwerkzeug und zum anderen eine stabile Verbindung des Magnetelements auf dem Stahlträger.
- 2. Auch bei einem Magnetelement mit einem PPS-Kunststoffmaterial bei einem Füllgrad von 84 Ma-% ergab sich eine gute Entformbarkeit aus dem Spritzgusswerkzeug und eine stabile Verbindung bei Verwendung des Kreuzmusters, wobei die Aufrautiefe etwa 30 µm betrug.
- 3. Ebenso ergab sich bei einem Magnetelement aus einem PPS-Kunststoffmaterial bei einem Füllgrad von 82,8 Ma-% eine gute Entformbarkeit und eine stabile Verbindung bei dem Kreuzmuster und der Rautiefe von 30 µm.
- 4. Bei einem Magnetelement aus TPE-Kunststoffmaterial mit einem Füllgrad von 82,5 Ma-% ergab sich ebenfalls bei dem Kreuzmuster eine gute Entformbarkeit und eine stabile Verbindung, wobei die Aufrautiefe 30 µm betrug.
-
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 102011089903 A1 [0002]
- DE 102014018783 A1 [0003]
