DE4134431C2 - Verbundbauteil aus zwei Kunststoffteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil aus zwei koaxialen ringförmigen Kunststoffteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verbundbauteil ist aus der DD 113 866 prinzipiell bekannt, allerdings nicht für den hier betrachteten Spezialfall zweier koaxialer ringförmiger Kunststoffteile. Bevor dieser bekannte Stand der Technik näher erläutert wird, sei zum besseren Verständnis der Erfindung folgendes ausgeführt.

Einfache Kunststoffbauteile, beispielsweise Zahn­ räder, werden im allgemeinen durch Spritzgießen, seltener durch Preßspritzen hergestellt. Es gibt Anwendungs­ bereiche, die den Einsatz von Verbundbauteilen aus zwei Kunststoffen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften notwendig machen. Ein typisches Anwendungsbeispiel liegt auf dem Gebiet der Sensortechnik. Dort sind magnetfeldemp­ findliche Sensoren im Einsatz, die von einem sogenannten Magnetrad Gebrauch machen. Dieses Magnetrad besteht aus einem magnetisierbaren Kunststoffring und einem mit dem Kunststoffring verbundenen Kunststoffteil, das bei­ spielsweise als Zahnrad ausgebildet ist. In dem Kunst­ stoffring sind in Umfangsrichtung abwechselnd aufein­ anderfolgend permanente magnetische Nord- und Südpole ausgebildet. Das Zahnrad hat die Gestalt einer Scheibe mit einem mittigen Durchgangsloch für eine Welle.

Oberhalb des Kunststoffringes des drehbar gelagert­ ten Magnetrads sind in einer entsprechenden ringförmigen Anordnung Sensoren vorgesehen, die an einer fest­ stehenden Leiterplatte befestigt sind. Bei einer sol­ chen Anordnung ist es zum Gewinnen möglichst hoher und genauer Meßsignale erforderlich, daß der Abstand zwi­ schen der Oberseite des Kunststoffringes und den Sensoren möglichst klein ist und trotz der relativen Drehbewegung zwischen dem Kunststoffring und den Sensoren möglichst konstant bleibt. Bei einem typischen Anwendungsbeispiel soll der Abstand zwischen der Ober­ seite des Kunststoffringes und den Sensoren etwa 0,2 mm betragen.

Die oben erläuterten meßtechnischen Anforderungen bedingen, daß das Magnetrad präzise und beständige Abmes­ sungen haben soll. Insbesondere soll die Oberseite des Kunststoffringes plan sein und in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Drehachse verläuft. Entsprechendes gilt auch für das als Zahnrad ausgebildete Kunststoffteil.

Die gewünschte Genauigkeit des Magnetrades läßt sich erreichen, wenn man die Zahnradscheibe und den Magnetring, beispielsweise durch Spritzgießen, separat herstellt und dann die beiden Teile miteinander verklebt. Dieser Herstellungsvorgang ist jedoch mühsam und zeit­ raubend.

Man hat bereits versucht, die beiden Kunststoff­ teile, Zahnrad und Magnetring, direkt miteinander zu verbinden. Hierbei treten jedoch aufgrund der Schwindung von spritzgegossenen oder preßgespritzten Kunststoff­ teilen erhebliche Schwierigkeiten auf, die beispielsweise darin bestehen, daß nach der Fertigstellung des Verbund­ bauteils das eine oder beide Kunststoffteile in uner­ wünschter Weise verformt sind oder gar brechen. Diese Schwierigkeiten werden noch dadurch erhöht, daß die beiden Kunststoffe unterschiedliche Materialeigenschaf­ ten haben. So ist ein magnetisierbarer Kunststoff relativ spröde. Er enthält typischerweise etwa 30 bis 70% eines magnetisierbaren Füllstoffes und als jeweiligen Rest Kunststoff. Das als Zahnrad ausgebildete Kunststoffteil wird mechanisch beansprucht und muß daher Materialeigen­ schaften haben, die dieser Beanspruchung gewachsen sind.

Es wäre durchaus denkbar, ein solches Teil komplett aus einem magnetisierbaren Kunststoff herzustellen. Es ergeben sich aber gravierende Nachteile bezüglich der Lebensdauer und der mechanisch beanspruchten Verzahnung.

Der Grund liegt im Temperaturverhalten des magneti­ sierbaren Kunststoffes, der bei niedrigen Temperaturen sehr spröde wird. Dies würde beim Einsatz bei niedrigen Temperaturen Bruchgefahr bedeuten. Bei hohen Temperatu­ ren könnte es zu erhöhtem Abrieb kommen.

Durch den Einsatz eines Verbundbauteils kann man diese Nachteile verringern, wenn nicht sogar ganz aus­ schließen, und zwar durch Verwendung eines Kunststoffes, der sowohl bei niedrigen als auch hohen Temperaturen fast gleiche Materialeigenschaften (Ausdehnung, Härte, usw.) aufweist.

Aus der eingangs erwähnten DD 113 866 ist es bereits bekannt, an der Verbundseite des einen Baukörpers eines Verbundbauteils erhaben angeformte Verbindungselemente vorzusehen, die an der Verbundfläche in den anderen Baukörper des Verbundbauteils eingreifen. Dieser Eingriff ist hierbei so ausgebildet, daß die erhaben angeformten Verbundelemente des einen Baukörpers von dem Werkstoff des anderen Baukörpers vollständig umschlossen sind. Diese bekannte Verbundtechnik soll die Herstellung von Verbundsystemen mit verbesserter Schälfestigkeit und Tragfähigkeit ermöglichen und vor allem Anwendung im Bauwesen, im Fahrzeugbau, in der Schall- und Kältedämmtechnik, im Anlagen- und Behälterbau sowie in der Luft- und Raumfahrt finden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundbauteil der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß das fertiggestellte Verbundbauteil nicht nur eine hohe Haltbarkeit, sondern auch eine hohe Maßgenauigkeit hat.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Konstruktion des Verbundbauteils gelöst. Die vorgeschlagene Verbindungstechnik zwischen den beiden Kunststoffteilen gestattet es, daß an das ringförmige erste Kunststoffteil das zweite Kunststoffteil beispiels­ weise durch Spritzgießen unmittelbar angeformt werden kann, ohne daß dabei das erste Kunststoffteil zu Schaden kommt oder sich in unerwünschter Weise verformt. Gleicher­ maßen treten in dem angegossenen zweiten Kunststoffteil keine unerwünscht hohen mechanischen Spannungen auf. Es können sogar für beide Kunststoffteile relativ spröde Kunststoffe eingesetzt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das ring­ förmige erste Kunststoffteil aus einem magnetisierbaren Kunststoff hergestellt und das daran angegossene zweite Kunststoffteil ist als Zahnrad ausgebildet. Bei dieser Weiterbildung ist es von großer Bedeutung, daß die in Radialebenen des Verbundbauteils liegenden Flä­ chen eben und planparallel zueinander sind und senkrecht zur Drehachse verlaufen.

Das geschaffene Verbundbauteil kann in einem magnetischen Impulsgeber verwendet werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht von oben auf ein nach der Erfindung ausgebildetes Verbundbauteil,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Verbundbauteils nach Fig. 1,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Seitenan­ sicht, wobei jedoch nur ein Kunststoffteil von zwei miteinander verankerten Kunststoffteilen des Verbund­ bauteils dargestellt ist,

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht des Verbundbauteils nach Fig. 1, wobei jedoch die beiden Kunststoffteile der besseren Übersicht halber jeweils für sich dargestellt sind,

Fig. 5 eine Teilansicht des einen Kunststoff­ teils des Verbundbauteils, und

Fig. 6 eine Teilansicht des anderen Kunststoff­ teils des Verbundbauteils.

Ein nach der Erfindung ausgebildetes Verbundbauteil 10 besteht, wie es insbesondere aus den Fig. 1 bis 4 hervor­ geht, aus einem ringförmigen ersten Kunststoffteil 20 und einem zweiten Kunststoffteil 30. Die beiden Kunststoff­ teile 20 und 30 sind fest miteinander verankert, wie es noch im einzelnen erläutert wird.

Das Kunststoffteil 20 ist aus einem magnetisierbaren Kunststoff hergestellt. Das Kunststoffteil 30 ist als Zahnrad mit einem Zahnkranz 31 ausgebildet und besteht aus einem dafür geeigneten Kunststoff.

Wie es insbesondere aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, hat das Kunststoffteil 30 einen ringförmigen Abschnitt 33, der unmittelbar an das ringförmige Kunststoffteil 20 an­ geformt ist. Die untere Oberfläche 22 des ringförmigen Kunststoffteils 20 und die obere Oberfläche 34 des ring­ förmigen Abschnitts 33 des Kunststoffteils 30 stehen daher miteinander in inniger Berührung.

Die beiden Kunststoffteile 20 und 30 sind über mehrere ineinandergreifende Verbindungen fest miteinander verankert. Diese Verbindungen bestehen jeweils aus einem Verbindungs­ glied 35 am Kunststoffteil 30 und einer Ausnehmung 25 im Kunststoffteil 20. Es sind zahlreiche einzelne Verbindungen vorgesehen, die in Umfangsrichtung des ringförmigen Kunst­ stoffteils 20 bzw. des ringförmigen Abschnitts 33 des Kunststoffteils 30 gleichförmig voneinander beabstandet sind.

Jede der Verbindungen besteht, wie bereits erwähnt, aus einer in dem ringförmigen Kunststoffteil 20 ausge­ bildeten Ausnehmung 25 und einem in die Ausnehmung 25 eingreifenden Verbindungsglied 35, das einstückig mit dem Kunststoffteil 30 ausgebildet ist. Wie man Fig. 5 entnehmen kann, besteht die Ausnehmung 25 im ringförmigen Kunststoffteil 20 aus einer Axialnut 26 und einer sich daran anschließenden Quernut 27. Die Axialnut 26 er­ streckt sich in Axialrichtung (senkrecht zur Radialebene) über die gesamte innere Umfangswand 28 des Kunststoff­ teils 20. Die Quernut 27 ist in der oberen Oberfläche 24 des Kunststoffteils 20 ausgebildet und steht an ihrer Innenseite mit dem oberen Ende der Axialnut 26 in Ver­ bindung, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Das am Kunststoffteil 30 ausgebildete Verbindungs­ glied 35 ist in Fig. 6 im einzelnen gezeigt. Entsprechend der Gestalt der Ausnehmung 25 besteht es aus einem Axial­ stück 36 und einem Querstück 37. Das Axialstück 36 ragt in Axialrichtung von der oberen Oberfläche 34 nach oben und ist bündig mit der inneren Umfangswand 38 des ring­ förmigen Abschnitts 33. Das obere Ende des Axialstücks 36 geht an seinem oberen Ende in das sich in Umfangsrichtung erstreckende Querstück 37 über.

Das Verbundbauteil 10 wird dadurch hergestellt, daß zunächst in einem Spritzgießvorgang das ringförmige Kunst­ stoffteil 20 mit der Ausnehmung 25 hergestellt wird. Das auf diese Weise vorgefertigte Kunststoffteil 20 wird dann in das Werkzeug einer Spritzgießmaschine gelegt, und es wird dann in einem weiteren Spritzgießvorgang das Kunststoffteil 30 an dem Kunststoffteil 20 angegossen. Hierbei tritt der zum Angießen des Kunststoffteils 30 plastisch gemachte Kunststoff in die Ausnehmung 25 des vorgefertigten Kunststoffteils 20 ein, wobei das mit dem Kunststoffteil 30 einstückige Verbindungsglied 35 ausge­ bildet wird. Nach dem Erstarren und Erkalten des ange­ formten Kunststoffteils 30 sind die beiden Kunststoff­ teile 20 und 30 fest miteinander verankert.

Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Verbund­ bauteil 10 handelt es sich um ein Magnetrad, das bei­ spielsweise die folgenden Abmessungen haben kann. Das aus einem magnetisierbaren Kunststoff hergestellte ringför­ mige Kunststoffteil 20 hat einen Außendurchmesser von etwa 36 mm, einen Innendurchmesser von etwa 26 mm und eine Dicke von etwa 2 mm. Die Axialnut 26 ist etwa 2,5 mm breit und 1 mm tief. Die Quernut 27 ist etwa 5 mm lang, 1 mm breit und 1 mm tief. Das Kunststoffteil 30 hat ohne die Verbindungsglieder 35 eine Gesamthöhe von etwa 7 mm, wobei der Zahnkranz 31 etwa 4 mm ausmacht. In dem scheibenförmigen Kunststoffteil 30 befindet sich ein Mittenloch zur Aufnahme einer Welle. Es sind insgesamt acht Verbindungen aus jeweils einer Ausnehmung 25 und einem Verbindungsglied 35 am Innenumfang des Kunststoff­ teils 20 vorgesehen, die um 45° gegeneinander versetzt sind.

Die Lehre der Erfindung gestattet es, in fort­ schrittlicher Weise ein Verbundbauteil aus zwei spritz­ gießbaren oder preßspritzbaren Kunststoffen herzustellen. Es wird darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene Ausführungsbeispiel nicht als Begrenzung des Erfindungs­ gedankens anzusehen ist, daß vielmehr Veränderungen und Abwandlungen vom Fachmann leicht durchgeführt werden können, ohne den Grundgedanken und den Rahmen der Erfin­ dung zu verlassen. Wesentlich ist, daß die stellenweise vorgesehene Verbindung eine einwandfreie und haltbare Verankerung zwischen den beiden Kunststoffteilen bewirkt, eine Verformung des vorgefertigten Kunststoffteils ver­ meidet und die Gefahr eines Bruches irgendeines Teils oder Abschnitts des fertigen Verbundbauteils herabsetzt.

Claims (6)

1. Verbundbauteil aus zwei koaxialen ringförmigen Kunststoffteilen, die quer zu ihrer gemeinsamen Achse seitlich aneinander angeformt sind, wobei an der Seite des einen der beiden Kunststoffteile mehrere Verbindungsglieder angeformt sind, die in das andere Kunststoffteil eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer mit der gemeinsamen Achse konzentrischen Umfangswand (28) des anderen Kunststoffteils (20) an in der Umfangsrichtung der Umfangswand (28) voneinander beabstandeten Stellen Ausnehmungen (25) ausgebildet sind, die die an der Seite (33, 34) des einen Kunststoffteils (30) angeformten Verbindungsglieder (35) aufnehmen, und daß die von den Ausnehmungen (25) aufgenommenen Verbindungsglieder (35) das andere Kunststoffteil (20) hintergreifen.

2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (25) zur Aufnahme der Verbindungs­ glieder (35) an der inneren Umfangswand (28) des anderen Kunststoffteils (20) ausgebildet sind.

3. Verbundbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (35) ein in Axialrichtung wegragendes Axialstück (36) und ein am freien Ende des Axialstücks (36) ausgebildetes, sich in Umfangsrichtung erstreckendes Querstück (37) aufweisen.

4. Verbundbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialstück (36) in eine Axialnut (26) an der inneren Umfangswand (28) des anderen Kunststoffteils (20) und das Querstück (37) in eine mit der Axialnut verbundene Quernut (27) an der oberen Oberfläche (24) des anderen Kunststoffteils (20) eingebettet ist.

5. Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Kunststoffteil (20) aus einem magnetisierbaren Kunststoff besteht.

6. Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kunststoffteil (30) als Zahnrad mit einem Zahnkranz (31) ausgebildet ist.