DE19836451C2

DE19836451C2 - Hochgefülltes Kunststoffteil

Info

Publication number: DE19836451C2
Application number: DE19836451A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schwarz
Original assignee: Baermann Max GmbH; Max Baermann GmbH
Current assignee: Baermann Max GmbH; Max Baermann GmbH
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2018-08-13
Also published as: DE59905982D1; US6259343B1; EP0980081B1; EP0980081A3; ATE243360T1; DE19836451A1; EP0980081A2

Description

Die Erfindung betrifft ein hochgefülltes Kunststoffteil, z. B. einen Dauermagneten, das an einem Grundkörper befestigt ist, wobei der Grundkörper zur Befestigung des Kunststoffteils mindestens ein laschenförmiges Teil aufweist.

Bei hochgefüllten Kunststoffteilen handelt es sich um Teile, bei denen ein Material in einer Kunststoffmatrix eingebettet ist. Als Einbettungsmaterial kommen zum Beispiel dauermagneti sche Partikel zur Herstellung eines kunststoffgebundenen Dau ermagneten, weich magnetische Partikel, deren magnetische Eigenschaften sich durch die umgebenden elektromagnetischen Felder bestimmen, keramische Pulver, z. B. zur Herstellung von Dichtscheiben, sowie andere pulver- oder partikelförmige Materialien in Betracht. Derartige hochgefüllte Kunststoff teile werden meist durch Spritzgießverfahren hergestellt. Dabei kann das Kunststoffteil an den Grundkörper angespritzt oder nach seiner Herstellung kraftschlüssig oder durch eine Klebeverbindung am Grundkörper befestigt werden. In vielen Fällen sind an die Befestigung besondere Sicherheitsanfor derungen zu stellen, denen rein kraftschlüssige Verbindungen oder Klebeverbindungen nicht genügen.

Bei formschlüssigen Verbindungen, insbesondere beim Anspritzen des Kunststoffteils an den Grundkörper treten nach dem Erkal ten des hochgefüllten Kunststoffs Schrumpfspannungen auf, die im Verbindungsbereich zum Abreißen des Kunststoffteils vom Grundkörper führen können.

Dieses Problem tritt zum Beispiel bei kunststoffgebundenen Dauermagneten auf, die als Motor- oder Sensormagnete auf einer Welle zu befestigen sind. Hierzu wird der Grundkörper, auf den der kunststoffgebundene Dauermagnet befestigt ist, mit Preß sitz auf der betreffenden Welle angeordnet. Die als Motor- oder Sensormagnete eingesetzten Dauermagnete sind meist als Ring- oder Scheibenmagnete ausgebildet, die auf einem eben falls ring- oder buchsenförmigen Grundkörper befestigt sind.

Derartige kunststoffgebunde Dauermagnete werden in vielen Gebieten der Technik zunehmend eingesetzt. So geht man zum Beispiel in der Automobiltechnik dazu über, hydraulische Un terstützungsfunktionen, wie zum Beispiel bei der Servolenkung, aus Energiespargründen durch elektromotorische zu ersetzen. An die Befestigung des Sensormagneten an der betreffenden Welle, zum Beispiel der Lenkradsäule, werden besondere Sicherheits anforderungen gestellt. So verlangen die technischen Über wachungsvereine eine kraft- oder formschlüssige Verbindung, da Klebeverbindungen keine dauerhaft sichere Befestigung gewähr leisten.

Aus der DE-PS 704 000 ist ein Dauermagnet bekannt, der an einem Grundkörper mittels umgebogener Laschen befestigt ist, wobei evtl. Toleranzen in den Abmessungen des Dauermagneten gegenüber dem Grundkörper kompensiert werden.

Ist ein solcher Dauermagnet als hochgefülltes Kunststoffteil ausgebildet, so treten die vorstehend beschriebenen Probleme auf. So kommt es beim Erkalten eines thermoplastisch gebunde nen Magnetmaterials zu einer Schrumpfung, die z. B. 0,5% des Volumens betragen kann. Aufgrund dabei auftretender Schrumpf spannungen kann der Magnet vom Grundkörper abreißen.

Die US 5 530 344 offenbart eine Codiereinrichtung für ein Kugellager, die mit einem Sensor zur Ermittlung der Rotations geschwindigkeit des Lagers zusammenwirkt. Dazu dient ein axial magnetisierter dipolarer Ring, der mit gleichmäßig über seinen Umfang verteilten, radial verlaufenden Vorsprüngen versehen ist. Der Dauermagnet wird von einem ringscheibenförmigen Grundkörper mit fensterartigen Ausnehmungen gehalten, die die Vorsprünge aufnehmen. Durch eine Dichtungsvorrichtung wird der Dauermagnet zusätzlich am Grundkörper befestigt.

Aus der DE-PS 966 719 ist ein Dauermagnet, insbesondere für Fahrradlichtmaschinen bekannt, der in einem gesonderten Ar beitsgang mit einer Welle verbunden wird. Dazu wird ein zwi schen dem Dauermagneten und der Welle bestehender Zwischenraum mit Metall ausgegossen. Die zentrale Bohrung des Dauermagneten weist an einem oder an beiden Enden Vertiefungen auf, die durch beim Ausgießen mit Metall sich bildenden Endflanschen ausgefüllt werden und eine Verschiebesicherung in Längsrich tung der Welle bilden.

In der DE-AS 10 43 540 wird ein Dauermagnet beschrieben, der aus porösem Werkstoff besteht und in seiner Bohrung eine mit tels Kunstharzkittes befestigte Buchse aus nichtgesintertem keramischen Werkstoff aufweist. Die Buchse ist auf einer Welle mit Äthoxylinharzkitt befestigt. Auch hier werden Dauerma gnet, Buchse und Welle in gesonderten Arbeitsgängen mitein ander verbunden.

Aus der DE-OS 16 14 183 geht ein kunststoffgebundener hohl zylinderförmiger Dauermagnet hervor, der zur federnden Be festigung aus bzw. in einem hohlzylinderförmigen Grundkörper einen Längsschlitz aufweist. Auch hier erfolgt die Verbindung von Dauermagnet und Grundkörper in einem gesonderten Arbeits gang. Der Dauermagnet ist auf dem Grundkörper nicht fixiert, so daß er sich vom Grundkörper lösen kann.

Die DE 92 16 750 U1 offenbart einen Rotormagneten aus kunst stoffgebundenem Magnetmaterial mit einem eingespritzten, buch senförmigen Grundkörper. Um beim Aufpressen des Rotormagneten auf eine Welle Spannungen im Magneten zu reduzieren, weist der Grundkörper im mittleren Bereich seines Außenumfangs eine Einschnürung auf.

Bei den vorstehend beschriebenen Konstruktionen kommt es bei Dauermagneten mit kunststoffgebundenem Magnetmaterial aufgrund der beim Erkalten auftretenden Schrumpfspannungen zum Problem des Abreißens vom Grundkörper.

Wie vorstehend erwähnt, betrifft dieses Problem allgemein die formschlüssige Verbindung zwischen einem hochgefüllten Kunst stoffteil und einem Grundkörper.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine abreißsi chere formschlüssige Verbindung zwischen dem Dauermagneten und dem Grundkörper zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das la schenförmige Teil mit dem hochgefüllten Kunststoff bei Her stellung des Kunststoffteils umgeben und im hochgefüllten Kunststoff so angeordnet ist, daß es Schrumpfspannungen des hochgefüllten Kunststoffs nach Herstellung des Kunststoffteils durch Verbiegen zumindest teilweise aufnimmt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme werden Schrumpfspan nungen im hochgefüllten Kunststoff um die laschenförmigen Teile herum bei Erkalten des Kunststoffs vollständig oder zumindest so weitgehend vermieden, daß ein Abreißen des Kunst stoffteils vom Grundkörper vermieden wird.

Insbesondere dann, wenn es sich bei dem hochgefüllten Kunst stoffteil um einen Motormagneten oder Sensormagneten handelt. Das Kunststoffteil ist vorzugsweise als Ring- oder Scheiben magnet ausgebildet, wobei der Grundkörper ein buchsenförmiges Teil zur Befestigung an einer Welle und ein sich nach außen erstreckendes Flanschteil aufweist. An dem Flanschteil sind das oder die laschenförmigen Teile so angeordnet, daß sie zur Längsrichtung des Grundkörpers hin geneigt sind. Aufgrund dieser Anordnung des oder der laschenförmigen Teile werden Schrumpfspannungen des kunststoffgebundenen Magnetmaterials durch Verbiegung dieser Teile aufgenommen.

Zweckmäßigerweise sind mehrere bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Flanschteils verteilte laschenförmige Teile vor gesehen.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das Flanschteil aus einem sich an das buchsenförmige Teil an schließenden in etwa radial verlaufenden ringförmigen Bereich, der über den Umfang verteilte Durchbrüche aufweist, an deren radial innen- oder außenliegenden Rändern die laschenförmigen Teile angeordnet sind. Die Durchbrüche sind zweckmäßigerweise durch den hochgefüllten Kunststoff ausgefüllt, was die form schlüssige Anbindung des Kunststoffteils an den Grundkörper verbessert. Im Bereich der Durchbrüche treten Schrumpfspannun gen gegenüber dem außerhalb liegenden Volumen des hochgefüll ten Kunststoffs bei dessen Erkalten auf, die jedoch durch die biegsamen Laschen aufgenommen werden und sich dadurch kompen sieren.

In einer anderen Ausführung weist das Flanschteil einen sich an das buchsenförmige Teil anschließenden im wesentlichen radial verlaufenden ringförmigen Bereich auf, an dem die la schenförmigen Teile über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die laschenförmigen Teile erstrecken sich ausgehend vom ring förmigen Bereich in Längsrichtung des Grundkörpers geneigt strahlenförmig mit dazwischenliegenden Ausnehmungen.

Die Durchbrüche bzw. Ausnehmungen gewährleisten die Verdrehsi cherheit des Kunststoffteils auf dem Grundkörper. Die vom ringförmigen Bereich umgebenen Durchbrüche sichern die Be festigung des Kunststoffteils darüber hinaus besser gegen radiale Kräfte. Die axiale Befestigungssicherheit ist durch den radial verlaufenden ringförmigen Bereich und die daran anschließenden sich in einer Komponente ebenfalls radial er streckenden laschenförmigen Teile gewährleistet.

Die laschenförmigen Teile können sich bei der vorstehend ge nannten Ausführung auch direkt an das buchsenförmige Teil des Grundkörpers, d. h. ohne Zwischenanordnung des ringförmigen Teils, anschließen.

Bei einem buchsenförmigen Grundkörper mit ringförmigem Bereich des Flanschteils ist der Dauermagnet vorzugsweise an der Stirnseite des ringförmigen Bereichs angeordnet, an dem die laschenförmigen Teile zur Längsrichtung des Grundkörpers hin geneigt vorstehen.

Obwohl die Erfindung insbesondere zur Befestigung von ring- oder scheibenförmigen Kunststoffteilen, wie z. B. kunststoff gebundenen Dauermagneten, an einem entsprechend buchsenförmig ausgebildeten Grundkörper geeignet ist, kann sie jedoch für beliebige hochgefüllte Kunststoffteile der eingangs genannten Art, die an einem Grundkörper befestigt sind, eingesetzt wer den.

Bei kunststoffgebundene Dauermagneten kann es sich dabei um isotrope oder anisotrope Magnete handeln. Diese können als Binder für die eingebetteten DauermagnetPartikel thermoplasti sche oder auch duroplastische Kunststoffe aufweisen.

Der Grundkörper kann einstückig ausgebildet sein. Er besteht vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff, wobei die Material zusammensetzung und Materialstärke zumindest im Bereich der laschenförmigen Teile die Aufnahme der beim Erkalten des Ma gnetmaterials entstehenden Schrumpfspannungen durch Verbiegen erlaubt.

Der Grundkörper kann als Stanz-Biegeteil, Drehteil oder in Fügetechnik hergestellt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol genden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt jeweils in der oberen und unteren Hälfte eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiele in Richtung des Pfeils II,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbei spiel, bei dem nur die obere Symmetriehälfte gezeigt ist, und

Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels in Richtung des Pfeils IV.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist ein kunststoffgebundener Dauermagnet 1, 2 bzw. 3 mit einem Grundkörper 4, 5 bzw. 6 verbunden, mit dem der Dauermagnet an einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) beweglichen Basisteil befestigbar ist. Der Grundkörper 4, 5 bzw. 6 weist mehrere laschenförmige Teile 7, 8 bzw. 9 auf, die mit dem kunststoffgebundenen Magnetmate rial umspritzt sind und den Dauermagneten bei der Bewegung des Basisteils sicher halten.

Wie im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele noch näher erläutert wird, sind die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 des Grundkörpers 4, 5 bzw. 6 im kunststoffgebundenen Magnetmateri al so angeordnet, daß sie die Schrumpfspannung des kunststoff gebundenen Magnetmaterials bei dessen Erkalten nach dem Spritzgießvorgang durch Verbiegen zumindest teilweise auf nehmen.

Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Dauermagnete 1, 2 bzw. 3 sind als Ringmagnete ausgebildet, wobei der Grundkörper 4, 5 bzw. 6 zur Befestigung an einer Welle ein buchsenförmiges Teil 10 aufweist. Der Ringmagnet ist an einer Stirnseite des buchsenförmigen Teils 10 angeordnet. Der Innendurchmesser des buchsenförmigen Teils 10 ist kleiner als der Innendurchmesser des Ringmagneten, so daß bei Befestigung des buchsenförmigen Teils 10 auf einer Welle, zum Beispiel mit Preßsitz, keine Spannungen auf den Ringmagneten übertragen werden können.

An das buchsenförmige Teil 10 des Grundkörpers 4, 5 bzw. 6 schließt sich an der dem Ringmagneten zugewandten Stirnseite ein sich nach außen erstreckendes Flanschteil 11, 12 bzw. 13 an, das die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 aufweist. Die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 sind so angeordnet, daß sie zur Längsrichtung des Grundkörpers 4, 5 bzw. 6 hin geneigt sich in den Ringmagneten hineinerstrecken. Aufgrund dieser Anordnung werden beim Erkalten des kunststoffgebundenen Ma gnetmaterials auftretende Schrumpfspannungen, die im wesentli chen radial nach innen gerichtet sind, von den laschenförmigen Teilen 7, 8 bzw. 9 durch Verbiegen in Richtung der Schrumpf spannungen aufgenommen, so daß ein Abreißen des Magneten im Bereich der laschenförmigen Teile vermieden wird.

Bei den beiden in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungs beispielen besteht das Flanschteil 11 bzw. 12 aus einem sich an das buchsenförmige Teil 10 anschließenden radial verlaufen den ringförmigen Bereich 14, der gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchbrüche 15 aufweist. Die Durchbrüche sind durch Ausstanzen der laschenförmigen Teile 7 bzw. 8, die jedoch an einem Rand mit dem ringförmigen Bereich 14 verbunden sind, und Verbiegen der laschenförmigen Teile um diesen Rand in der vom buchsenförmigen Teil 10 wegweisenden Richtung hergestellt.

Die Durchbrüche 15 bzw. die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 sind im wesentlichen rechteckig und in den betreffenden Win kellagen orientiert.

Bei dem in der oberen Hälfte der Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die laschenförmigen Teile 7 an den radial innenliegenden Rändern der Durchbrüche 15 mit dem ring förmigen Bereich 14 verbunden und an diesen Rändern umgebogen. Die beim Erkalten des kunststoffgebundnen Magnetmaterials auftretenden Schrumpfspannungen führen zu einem weiteren Ver biegen der laschenförmigen Teile 7 in deren ursprünglicher Biegerichtung.

Bei dem in der unteren Hälfte der Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die laschenförmigen Teile 8 an den radial außenliegenden Rändern der Durchbrüche 15 mit dem ring förmigen Bereich 14 verbunden. Aufgrund der beim Erkalten des kunststoffgebundenen Magnetmaterials auftretenden Schrumpf spannungen werden die laschenförmigen Teile 8 entgegen der ursprünglichen Biegerichtung bewegt.

In den beiden betrachteten Fällen können je nach Material und Stärke des Grundkörpers 4 bzw. 5 unterschiedliche Biegewider stände der laschenförmigen Teile 7 bzw. 8 vorliegen, die der erforderlichen Aufnahme der Schrumpfspannungen des kunststoff gebundenen Magnetmaterials geeignet angepaßt werden können.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Durchbrüche 15 vom kunst stoffgebundenen Magnetmaterial ausgefüllt. Ohne die daran angrenzenden in Längsrichtung des Grundkörpers 4 bzw. 5 ge neigten laschenförmigen Teile 7 bzw. 8 könnten die beim Erkal ten des kunststoffgebundenen Magnetmaterials auftretenden Schrumpfspannungen zu einem Abreißen des Magnetkörpers an den Durchbrüchen führen. Die laschenförmigen Teile 7 bzw. 8 sowie die Durchbrüche 15 gewährleisten einen optimalen Halt gegen axiales und radiales Verschieben sowie gegen Verdrehen des Dauermagneten 1 bzw. 2 auf dem Grundkörper 4 bzw. 5, wobei eine ebenfalls optimale Sicherheit gegen Abreißen des Magnet körpers im Bereich dieser Befestigungen gegeben ist.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Flanschteil 13 einen sich an das buchsenförmige Teil 10 anschließenden radial verlaufenden ringförmigen Bereich 14 auf, an dem die laschenförmigen Teile 9 über den Umfang ver teilt angeordnet sind. Die laschenförmigen Teile 9 erstrecken sich in zur Längsrichtung des Grundkörpers 6 geneigter Rich tung vom buchsenförmigen Teil 10 weg in den Magnetkörper. Die laschenförmigen Teile 9 sind ebenfalls im wesentlichen recht eckig ausgebildet und in den betreffenden Winkellagen orien tiert. Zwischen den laschenförmigen Teilen 9 weist das Flanschteil 13 größere sich über den Umfang erstreckende Aus nehmungen 16 auf, die mit dem kunststoffgebundnen Magnetmate rial ausgefüllt sind.

Bei den betrachteten Ausführungsbeispielen sind die Grundkör per 4, 5 bzw. 6 einstückig als Stanz-Biegeteile aus einem geeigneten Metallwerkstoff hergestellt.

Bezugszeichenliste

1

Dauermagnet

2

Dauermagnet

3

Dauermagnet

4

Grundkörper

5

Grundkörper

6

Grundkörper

7

laschenförmiges Teil

8

laschenförmiges Teil

9

laschenförmiges Teil

10

buchsenförmiges Teil

11

Flanschteil

12

Flanschteil

13

Flanschteil

14

ringförmiger Bereich

15

Durchbruch

16

Ausnehmung

Claims

1. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3), das an einem Grundkörper (4; 5; 6) befestigt ist, wobei der Grundkörper (4; 5; 6) zur Befestigung des Kunststoffteils mindestens ein laschenförmiges Teil (7; 8; 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das la schenförmige Teil (7; 8; 9) mit dem hochgefüllten Kunst stoff bei Herstellung des Kunststoffteils umgeben und im hochgefüllten Kunststoff so angeordnet ist, daß es Schrumpfspannungen des hochgefüllten Kunststoffs nach Herstellung des Kunststoffteils durch Verbiegen zumindest teilweise aufnimmt.

2. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil ring- oder scheibenförmig ausge bildet ist und der Grundkörper (4; 5; 6) ein buchsenförmi ges Teil (10) zur Befestigung an einer Welle und ein sich nach außen erstreckendes Flanschteil (11; 12; 13) auf weist, an dem das laschenförmige Teil (7; 8; 9) so an geordnet ist, daß es zur Längsrichtung des Grundkörpers (4; 5; 6) hin geneigt ist.

3. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Flanschteil (11; 12; 13) mehrere über dessen Umfang verteilte laschenförmige Teile (7; 8; 9) angeordnet sind.

4. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2) nach An spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (11; 12) aus einem sich an das buchsenför mige Teil (10) anschließenden im wesentlichen radial ver laufenden ringförmigen Bereich (14) besteht, der über den Umfang verteilte Durchbrüche (15) aufweist, an deren radi al innen- oder außenliegenden Rändern die laschenförmigen Teile (7; 8) angeordnet sind, und der hochgefüllte Kunst stoff (15) ausfüllt.

5. Hochgefülltes Kunststoffteil (3) nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (13) einen sich an das buchsenförmige Teil (10) anschließenden im wesentlichen radial verlaufenden ringförmigen Bereich (14) aufweist, an dem die laschenför migen Teile (9) über den Umfang verteilt angeordnet sind.

6. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß es an der Stirnseite des ringförmigen Bereichs (14) des Flanschteils (11; 12; 13) angeordnet ist, an dem die laschenförmigen Teile (7; 8; 9) zur Längsrichtung des Grundkörpers (4; 5; 6) hin geneigt vorstehen.

7. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Grundkörper (4; 5; 6) aus Metall besteht.

8. Hochgefülltes Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Kunststoff besteht.

9. Hochgefülltes Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er als kunststoffgefüllter Dauermagnet ausgebildet ist.

10. Hochgefülltes Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er als kunststoffgebundener Magnet ausgebildet ist.