DE3709091C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Zündverteiler-Drehwinkelsensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem nach der japanischen Veröffentlichungsschrift 57-1 33 311 bekannten Drehwinkelsensor dieser Art sind die Ringbereiche Scheiben, die in axialem Abstand auf einer Welle sitzen. Die Scheiben sind für sich verhältnismäßig schwer und umfassen die Welle mit drehfestem Sitz unmittel­ bar. Das hat nicht nur zur Folge, daß der Drehwinkelsensor insgesamt schwer wird, sondern daß auch die Welle einen ver­ hältnismäßig großen Durchmesser haben muß, um hinreichend stabil zu sein, was wiederum den Durchmesser der Lage der Welle vergrößert. Insgesamt benötigt daher der bekannte Dreh­ winkelsensor auch einen erheblichen Bauraum.

Nach der DE-OS 29 08 599 ist ein magnetischer Umlaufcodierer mit einem an einer drehbaren Welle befestigbaren umlaufenden Teil als Träger eines magnetischen Mediums zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes mit einem dem umlaufenden Teil benachbarten Magnetfelddetektor mit mindestens einem magnetischen Widerstandselement und mit einem den Rota­ tionszustand erfassenden Rotationsdetektor bekannt, bei dem das magnetische Medium in eine Vielzahl von Abschnit­ ten unterteilt ist und auf dem umlaufenden Teil mehr als zwei Spuren bildet, die im wesentlichen parallel zur Um­ fangsrichtung des umlaufenden Teils verlaufen und die während des Umlaufs des umlaufenden Teils in ihrer Größe und/oder Richtung sich unterschiedlich ändernde Magnet­ felder erzeugen, bei dem eine Vielzahl von fotomagneti­ schen Widerstandselementen nahe der Umlaufbahn der Spuren vorrichtungsfest angeordnet sind, die auf die Magnetfel­ der reagieren und Analogsignale erzeugen, die die Ände­ rungen von deren elektrischem Widerstand anzeigen und bei dem der vom Magnetfelddetektor Analogsignale empfan­ gende Rotationsdetektor Digitalsignale und/oder Analog­ signale erzeugt, die die Drehwinkelschritte des umlau­ fenden Teils als Absolutwerte angeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit geringem Ausschuß durchzuführendes Verfahren nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 anzugeben, mittels dem ein Rotor für einen Zünd­ verteiler-Drehwinkelsensor, der ein verhältnismäßig ge­ ringes Gewicht hat, eine verhältnismäßig geringe Baugröße hat und eine hohe Lebensdauer aufweist, mit verhältnis­ mäßig geringem Aufwand hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.

Da die beiden im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Räume mit flüssigem, härtbarem Kunstharz gefüllt werden, gleichen sich die Drucke auf den rohrförmigen Körper aus magnetisierbarem Ferrit, die von außen und von innen auf diesen Körper ausgeübt werden, annähernd aus und vermin­ dern die Gefahr des Brechens des rohrförmigen Körpers in der Form. Das Abdrehen des auf der Außenseite des rohr­ förmigen Körpers befindlichen Kunstharzes nach dessen Aus­ härtung bereitet keine Schwierigkeiten. Wegen des Kunst­ stoffes gewinnt der Rotor ein verhältnismäßig geringes Gewicht. Wegen des rohrförmigen Körpers ist die Baugröße des Rotors verhältnismäßig gering. Wegen der Beständig­ keit der durch das Verfahren erzielten Verbindung zwischen rohrförmigem Körper und Welle hat der Rotor eine hohe Le­ bensdauer.

Die Unteransprüche haben zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Inhalt.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Zündverteiler- Drehwinkelsensor, dessen Rotor nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Fig. 2 zeigt den Rotor nach Fig. 1 perspektivisch.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, die mit dem Rotor zusammen­ arbeitet.

Die Fig. 4a bis 4j zeigen Schritte einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Rotors.

Die Fig. 5a bis 5d zeigen Schritte einer abgeänderten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Ro­ tors.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Zündverteiler-Drehwinkel­ sensor 10 mit einem Gehäuse 12 und einer Verteilerkappe 14, die auf das Gehäuse 12 paßt, und einem Rotor 16, der in dem Gehäuse 12 frei drehbar gelagert ist. Der Rotor 16 sitzt auf einer Welle 20, die über ein Ver­ bindungsteil 18 mit einer nicht dargestellten, sich synchron mit der halben Drehzahl einer nicht dargestell­ ten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine drehenden Nocken­ welle verbunden ist. Der Rotor 16 weist einen rohrförmi­ gen Körper 24 auf, der koaxial zur Welle 20 mittels eines hitzehärtbaren oder thermostatoplastischen Kunst­ harzes 22, beispielsweise mittels eines Phenolharzes, an der Welle 20 befestigt ist. Die Welle 20 ist im Ge­ häuse 12 in einer Trennwand 32 in einem Lager 26 gela­ gert. Am oberen Ende der Welle 20 ist eine Zündverteiler­ scheibe 28 mittels einer Schraube 30 befestigt.

Der Rotor 16 befindet sich in einer Kammer 34 des Ge­ häuses 12, die durch die Trennwand 32 begrenzt ist. Eine Sensorplatte 36 ist in der Kammer 34 in Abstand von der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers 24 an dem Gehäuse 12 mittels eines von ihr abstehenden Arms 38 durch Schrauben 40 befestigt. Die Sensorplatte 36 trägt drei Hall-Elemente 42 als magneto-elektrische Wandler gegenüber magnetisierten Ringbereichen 50, 52, 54 des rohrförmigen Körpers 24. Statt der Hall-Elemente 42 kön­ nen auch Magnetwiderstände vorgesehen sein. Im Boden des Gehäuses 12 ist die Welle 20 hinter einer Ölabdichtung 44 in einer von einem O-Ring 46 umschlossenen Lagerme­ tallbuchse 48 gelagert.

Die Ringbereiche 50, 52, 54 enthalten N-Pole und S-Pole. Für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine enthält der erste Ringbereich 50 ein Polpaar, der zweite Ringbereich 52 vier Polpaare und der dritte Ringbereich 54 vier­ undzwanzig Polpaare. Da der erste Ringbereich 50 nur ein Polpaar enthält, ist er in einem restlichen Sektor 56 nicht magnetisiert. Zwischen den magnetisierten Ring­ bereichen 50, 52 und 54 liegen nicht magnetisierte Ringbereiche 58, 58, die eine gegenseitige magnetische Störung der magnetisierten Ringbereiche 50, 52 und 54 verhindern. Die Breite jeder der magnetisierten Ringbe­ reiche 50, 52 und 54 in Richtung der Drehachse des Ro­ tors 16 ist größer als die entsprechende Breite der magne­ to-empfindlichen Fläche der Hall-Elemente 42, wodurch deren Positionierung vereinfacht wird. Der rohrförmige Körper 24 ist innen mit Einschnitten 60 versehen, in die das Kunstharz 22 fließt, wodurch die Festigkeit der Ver­ bindung zwischen dem rohrförmigen Körper 24 und dem Kunst­ harz 22 vergrößert wird. In die Welle (20) ist ein Keil (62) (Fig. 1) eingesetzt, der von der Welle 20 aus nach außen vorsteht, um eine feste Verbindung zwischen dem Kunstharz 22 und der Welle 20 zu bewirken.

Die Funktion des Drehwinkelsensors wird nun unter Hinweis auf Fig. 3 erläutert. Von den drei Hall-Elementen 42 wer­ den impulsförmige Ausgangssignale jeweils dann abgegeben, wenn sie den magnetischen Feldern der magnetisierten Ring­ bereiche 50, 52 und 54 ausgesetzt werden. Jedes Ausgangs­ signal wird durch einen Verstärkungskreis 74 mit einem Differenzverstärker 72, einen Filterkreis 78 für eine in ihm enthaltene Gleichstromkomponente mit einem Koppel­ kondensator 76 und einen Vergleicherkreis 82 mit einem Vergleicher 80 an einen Ausgangsanschluß 84 gegeben und von dort zu einem nicht dargestellten Nachverarbeitungs­ kreis übertragen. Von dem ersten magnetisierten Ringbereich 50 wird pro Kurbeldrehung um 720° ein Impuls erzeugt, der als Zylinder-Unterscheidungssignal verwendet wird. Von dem zweiten magnetisierten Ringbereich 52 wird pro Kurbeldrehung um 180° ein Impuls erzeugt, der als Posi­ tionssignal für den oberen Totpunkt des Kolbens verwendet wird. Von dem dritten magnetisierten Ringbereich 54 wird pro Kurbeldrehung um 30° ein Impuls erzeugt, der als Ein­ heitswinkelsignal verwendet wird. Mittels dieser Signale kann die Brennkraftmaschine mit großer Genauigkeit ge­ steuert werden.

Unter Hinweis auf die Fig. 4a bis 4j wird nun ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Rotors 16 des Drehwinkel­ sensors 10 erläutert.

Ein rohrförmiger Körper 24 wird aus magnetisierbarem Ferrit in der aus Fig. 4a entnehmbaren Weise in einer Form 96 mittels eines Preßkolbens 90 geformt. Durch Vor­ sprünge 92 an dem Preßkolben 90 werden in einer Stirn­ seite des rohrförmigen Körpers 24 zwei Einschnitte 60 (Fig. 4b) gebildet. Die andere Stirnseite des rohrförmi­ gen Körpers 24 bleibt flach, um die Entfernung des rohr­ förmigen Körpers 24 (Fig. 4b) aus der Form 94 zu erleich­ tern.

Die Verbindung des rohrförmigen Körpers 24 mit der Welle 20 erfolgt in einer Form 96, 98, die ein deckelförmiges oberes Formteil 96 und ein einen Hohlraum 100 umschließen­ des unteres Formteil 98 aufweist (Fig. 4c und 4d). Der untere Bereich des Hohlraums 100 weist entlang seiner Innenwand eine Stufe 102 auf. In ein Loch 104 in der Bodenfläche des Hohlraums 100 wird die Welle 20 einge­ setzt. Der Außendurchmesser der oberen Formhälfte 96 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Hohl­ raums 100, so daß ein kreisringförmiger Einlaß 106 (Fig. 4e) zwischen den beiden Formteilen 96, 98 verbleibt, wenn das obere Formteil 96 in das untere Formteil 98 ein­ gesetzt ist. Im mittleren Bereich des oberen Formteils 96 ist ein Loch 108 zur Aufnahme der Welle 20 vorgesehen.

Der rohrförmige Körper 24 (Fig. 4b) wird mit seinem unte­ ren Bereich 24 b koaxial zur Welle 20 in die Stufe 102 des zweiten Formteils 98 eingesteckt. Den oberen Be­ reich 24 a des rohrförmigen Körpers 24 umschließt oberhalb der Stufe 102 ein kreisringförmiger erster Raum 112, der eine senkrechte Fortsetzung des Einlasses 106 bil­ det. Das obere Formteil 96 wird dann in dem Hohlraum 100 mittels einer nicht dargestellten Trägervorrichtung in vorbestimmtem Abstand über dem ringförmigen Körper 24 positioniert, so daß ein Durchgang 114 gebildet wird, der sich horizontal von dem Einlaß 106 zu einem von dem rohrförmigen Körper 24 umschlossenen zweiten Raum 110 erstreckt.

Dann wird geschmolzenes Kunstharz 22, das auf eine Temperatur von 200°C oder mehr erhitzt wurde, in den Einlaß 106 eingegossen, wie dies in Fig. 4f durch Pfeile dargestellt ist. Weil der Einlaß 106 senkrecht und gerad­ linig in den ersten Raum 112 übergeht, dringt das Kunst­ harz 22 zuerst in den ersten Raum 112 ein und füllt ihn. Wenn der Pegel des Kunstharzes 22 in dem ersten Raum 112 die Höhe des Durchgangs 114 erreicht, dringt es in den Durchgang 114 und von dort in den zweiten Raum 110. Dem nach innen gerichteten Druck, den das Kunstharz, das den ersten Raum 112 ausfüllt, auf den rohrförmigen Körper 24 ausübt, wird durch den nach außen gerichteten Druck, den das Kunstharz, das in den zweiten Raum 110 eindringt, ausübt, entgegengewirkt. Dadurch mindert sich die Gefahr, daß der rohrförmige Körper 24 zerbrochen oder aufgerissen wird. Wird ein Kunstharz 22 verwendet, das den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat wie der rohr­ förmige Körper 24 und überdies einen guten Wärme- und Stoßwiderstand aufweist, so sind Volumenänderungen durch thermische Ausdehnung unschädlich. Als Kunstharze 22 eignen sich besonders durch Glasfasern verstärkte unge­ sättigte Polyesterharze, Phenolharze, Melaminharze, Poly­ ester-Alkydharze, Allylharze, Silikonharze, Epoxyharze und Polyamidharze.

Die Stabilität der Verbindung zwischen dem rohrförmigen Körper 24 und der Welle 20 kann durch Verwendung eines Kunstharzes 22, dessen Haftvermögen und Nachgiebigkeit nach dem Härten bzw. Abbinden beständig bleibt, noch vergrößert werden. Dies gilt für Epoxyharze, Phenolnovolak- Epoxyharze, Harze auf der Basis von zyklischen Fettsäuren und Epoxyden, Orthokresolnovolak-Epoxyharze, Polyester- Alkylharze und Polyamidharze. Die Verwendung eines sol­ chen Kunstharzes 22 erbringt außerdem den Vorteil, daß es dann, wenn der rohrförmige Körper 24 zerbricht, dessen einzelne Stücke festhält. Infolge der Vibrationswider­ standsfähigkeit dieser Kunstharze 22 können überdies Vibrationsfehler vermindert werden.

Nach vollständigem Füllen der Form 96, 98 mit dem Kunst­ harz 22 wird die Form 96, 98 über eine vorbestimmte Zeit­ dauer abgekühlt, wodurch das Kunstharz 22 aushärtet und den rohrförmigen Körper 24 mit der Welle 20 (Fig. 4g) verbindet.

Nach dem Entfernen des so entstandenen Rotorrohlings aus den Formteilen 96 und 98 wird das aus dem ersten Raum 112 und dem Durchgang 114 anhaftende Kunstharz 22 von dem rohrförmigen Körper 24 abgedreht. Dann werden die Ring­ bereiche 50, 52 und 54 magnetisiert.

Da das Kunstharz 22 in die Einschnitte 60 eindringt und die Welle 20 samt den aus ihr vorstehenden Keil 62 um­ schließt, ergibt sich eine feste, schlupffreie Verbin­ dung zwischen der Welle 20 und dem rohrförmigen Körper 24.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem der erste Raum 112 der ersten Ausführungsform an drei Stellen nach unten zu zweiten Durchgängen 116 verlängert ist, die unterhalb des unteren Bereichs des rohrförmigen Körpers 24 in Winkelabständen von 120° verlaufen. Das Kunstharz 22 haftet dann an dem rohrförmigen Körper 24 nach Entfernung aus den Formteilen 96 und 98 in der aus Fig. 5c und 5d ersichtlichen Weise: An der Unterseite des rohrförmigen Körpers 24 befinden sich streifenförmige Bereiche 118 in Winkelabständen von 120°. Beim Umgießen des rohrförmigen Körpers 24 mit dem Kunstharz 22 wird der Ausgleich zwischen den nach innen gerichteten und den nach außen gerichteten Drucken vergrößert, weil ein solcher Ausgleich auch im unteren Bereich des rohrförmigen Kör­ pers 24 erfolgt. Dadurch wird eine weitere Sicherheit ge­ gen ein Brechen oder Reißen des rohrförmigen Körpers 24 geschaffen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (16) für einen Zündverteiler-Drehwinkelsensor, der mehrere koaxial auf einer drehbaren Welle (20) in axialem Abstand voneinander angeordnete Ringbereiche (50, 52, 54) aus permanent magnetisierbarem Material aufweist, deren äußere Umfangsflächen in unterschied­ lichen Sektoren (N, S, 56) unterschiedlich oder nicht magnetisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Form (96, 98) , innerhalb der ein rohrförmiger Körper (24) aus magnetisierbarem Ferrit und innerhalb des rohr­ förmigen Körpers (24) eine Welle (20) angeordnet ist, erst ein erster Raum (112) zwischen der äußeren Um­ fangsfläche des rohrförmigen Körpers (24) und der Form (96, 98) unter Druck mit flüssigem, härtbarem Kunstharz (22) gefüllt wird, dann ein zweiter Raum (110) zwischen der inneren Umfangsfläche des rohr­ förmigen Körpers (24) und der Welle (20) unter Druck mit flüssigem, härtbarem Kunstharz (22) gefüllt wird und das auf der äußeren Umfangsfläche befindliche Kunstharz (22), nachdem es hart geworden ist und der Körper (24) mit dem an ihm haftenden Kunstharz (22) aus der Form (96, 98) herausgenommen ist, abgedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raum (112) wenigstens den einen axialen Endbereich des rohrförmigen Körpers (24) umschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens ein Sektor des ersten Raums (112) bis zu dem anderen axialen Endbereich des rohrförmigen Körpers (24) erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des wenigstens einen Sektors mit dem zweiten Raum (110) durch einen Durchtrittskanal (116) für den Kunststoff (22) verbunden ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz (22) den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das magnetisierbare Ferrit des rohrförmigen Körpers (24) aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz (22) ein haftfähiges, im harten Zustand elastisches Harz ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz (22) ein mit Glasfasern verstärktes, ungesättigtes Polyesterharz, Phenolharz, Melaminharz, Polyester-Alkydharz, Allylharz, Silikonharz, Epoxyharz oder Polyamidharz oder eine glasfaserverstärkte Mischung aus diesen Harzen ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kunstharz (22) ein Epoxyharz, ein Phenol- Novolak-Epoxyharz, ein Harz auf der Basis zyklischer Fett­ säuren und Epoxyden, ein Orthokresolnovolak-Epoxyharz, ein Polyester-Alkylharz oder ein Polyamidharz oder eine Mischung dieser Harze ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Welle (20) und/oder dem rohr­ förmigen Körper (24) von dem Kunststoff (22) formschlüssig anzugreifende Drehsicherungsansätze oder -vertiefungen (60, 62) befinden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erhärten des Kunstharzes (22) und Entnahme des mit der Welle (20) durch das Kunstharz (22) verbundenen, rohrförmigen Körpers (24) aus der Form (96, 98) das Kunstharz (22) von der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers (24) entfernt wird und daß dann die äußere Umfangsfläche des rohrförmigen Körpers (24) in den Ringbereichen (50, 52, 54) in den unterschiedlichen Sek­ toren (N, S, 56) unterschiedlich oder nicht magnetisiert wird.