DE10147700A1

DE10147700A1 - Werkzeug zur Herstellung eines axialen Getriebeelementes mit Encoder und Verfahren zum Betrieb des Werkzeuges

Info

Publication number: DE10147700A1
Application number: DE2001147700
Authority: DE
Inventors: Josef Pallanits; Robert Ranftl; Erich Schiebendrein
Original assignee: HTP HIGH TECH PLASTICS AG NEUD
Current assignee: HTP HIGH TECH PLASTICS AG NEUD
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-10

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Werkzeug zur Herstellung eines axialen Getriebeelementes mit Encoderscheibe mittels thermoplastischem Spritzguß und ein Verfahren zum Betrieb dieses Werkzeuges. Das Werkzeug besteht aus mindestens zwei längs einer Formentrennebene trennbaren Werkzeughälften. Um einen hochgenauen und lastübertragenden Sitz der Encoderscheibe auf dem Getriebeelement zu gewährleisten ist vorgesehen, dass die Encoderscheibe als Einlegeteil in einem Einlege-Kunststoffspritzgussverfahren umspritzt wird und damit unlösbar mit dem Kunststoffmaterial des Getriebeelementes verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Herstellen eines axialen Getriebeelementes mit Encoder und Verfahren zum Betrieb des Werkzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Erfindung beschreibt insbesondere eine Axial-Getriebe-Komponente und deren Herstellverfahren mittels thermoplastischem Spritzguß und deren Anwendung bei CD- und DVD- und derartigen Geräten beziehungsweise Laufwerkskomponenten.
Derartige axiale Getriebeelemente mit Encoder werden für die Positionsbestimmung der Drehlage von verschiedenen Stellantrieben benötigt. Die Stellantriebe werden z. B. in CD-Laufwerken und dergleichen verwendet. Ebenso können sie in Kraftfahrzeugstellantrieben, beispielsweise für die Einstellung von Scheinwerfern verwendet werden. Um die Drehlage eines derartigen Getriebeelementes feststellen zu können, ist es bekannt, dieses drehfest mit einem Encoder (Encoderscheibe) zu verbinden. Bisher ist es jedoch lediglich bekannt, die Encoderscheibe durch mechanische Verpressung mit dem Kunststoffgetriebeelement zu verbinden. Damit besteht aber der Nachteil, dass beim Verpressen die Encoderscheibe zerstört werden kann, oder die mechanische Verbindung ungenügend ist, so dass sie während des Betriebes sich löst oder verkanntet. Gleichfalls besteht beim mechanischen Verpressen die Gefahr, dass die Encoderscheibe schräg oder versetzt aufgepresst wird, was zum Versagen der Positionsbestimmung führt.
Es ist demzufolge bisher nicht bekannt, ein Werkzeug zu schaffen, mit dem es gelingt, eine Encoderscheibe in betriebssicherer und lastübertragender Weise mit dem Getriebeelement zu verbinden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Getriebeelement und ein Werkzeug zu Herstellung dieses Getriebeelementes, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieses Werkzeuges vorzuschlagen, mit dem es gelingt, eine derartige Encoderscheibe in einwandfreier Weise mit dem Getriebeelement zu verbinden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß der technische Anspruch 1 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Encoderscheibe als Einlegeteil in einem Einlege-Kunststoffspritzgussverfahren umspritzt wird und damit unlösbar mit dem Kunststoffmaterial des Getriebeelementes verbunden ist.
Mit der gegebenen technischen Lehre werden insgesamt zwei Hauptausführungsformen beansprucht, nämlich einmal die Ausführungsform, dass die Encoderscheibe aus unterschiedlichem Material im Vergleich zu dem aus Kunststoff bestehenden Getriebeelement besteht. Ein derartiges Material der Encoderscheibe kann z. B. aus einem Metallmaterial bestehen. Hierbei wird es bevorzugt, dass das Material ein Nickel-Galvano-Formteil ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze der Encoderscheibe durch ein Galvanoprozess in die Encoderscheibe eingebracht. Ebenso ist es möglich, Encoderscheiben zu verwenden, bei denen die Schlitze durch Ätzung, durch Laserschneiden und durch Stanztechniken erreicht werden. Es werden also sämtliche Encoderscheiben mit Schlitzen gleichviel aus welchem Material beansprucht.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist hingegen vorgesehen, dass auch die Encoderscheibe aus einem Kunststoffmaterial besteht und zwar - in einer bevorzugten Ausführungsform - aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie das Getriebeelement und dass die beiden Teile (Encoderscheibe und Getriebeelement) in ein und dem gleichen Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt werden.
Im zweiten Ausführungsfall bestehen hohe Anforderungen an die Ausbildung der Schlitze im Spritzgußverfahren. Sie sollen möglichst gratfrei, präzise und schattenfrei arbeitend ausgebildet werden, was erfindungsgemäß mit einer neuartigen Mikropräzisionsspritzgusstechnologie und entsprechender Werkzeuge möglich ist.
Besondere Schwierigkeiten bei der Verbindung einer Encoderscheibe (unabhängig ob sie aus dem gleichen Material oder einen unterschiedlichen Material wie das Getriebeelement ist) bestehen darin, dass man beim Ein- und Ausfahren der Formhälften des Kunststoffspritzgusswerkzeuges Gefahr läuft, durch entsprechende Schieber, die etwa senkrecht zur Längsachse des Getriebeelementes bewegbar sind, die Encoderscheibe zu beschädigen. Diese Beschädigungsgefahr besteht selbstverständlich nur dann, wenn die Encoderscheibe als gesondertes Teil in die Spritzgussform eingelegt wird.
Wird hingegen die Encoderscheibe zusammen mit dem Kunststoffmaterial des Getriebeelementes in einem Schuss gespritzt, dann besteht die Gefahr, die mikrofeinen Fensterkerne zur Ausbildung der Schlitze der Encoderscheibe beim Zusammenfahren der Werkzeugformen und beim Verfahren der Schieber zu deformieren.
Hier sieht die Erfindung eine besondere Verfahrensweise zum Betrieb des Werkzeuges in der Weise vor, dass es vorgesehen ist, dass die beiden Formhälften im Bereich ihrer Trennebene mindestens im Bereich der Encoderscheibe in Trennrichtung gefedert ausgebildet sind.
Damit wird erfindungsgemäß ein sogenanntes Lüften der Schieberdichtfläche auf die Encoderscheibe oder die fensterformgebenden Kerne der Encoderscheibe bewerkstelligt.
Durch dieses Lüften wird vermieden, dass die in senkrechte Richtung und parallel zur Formtrennebene bewegbaren Schieber auf die Encoderscheibe bzw. auf deren formgebenden Kerne auflaufen und diese beschädigen.
Wichtig hierbei ist, dass während des gesamten Spritzgussvorganges die Encoderscheibe bzw. die die Encoderscheibe ausbildende Formkavität so abgedichtet wird, dass ein Hineinfließen des Kunststoffmaterials in die schlitzgebenden Ausnehmungen vermieden wird. Die Abdichtung auf die Encoderscheibe oder auf die formgebenden Fensterkerne findet statt durch ein planes Aufsetzen der Schieber an den Seitenflächen der Encoderscheibe.
Aufgrund der federnden Ausbildung der Schieber in der Trennebene erfolgt ein planes Aufsetzen der Schieber an der Seitenwand der Encoderscheibe und damit eine vollständige großflächige Abdichtung gegen Eindringen von Kunststoffmaterial während des Schusses.
Durch diese Federwirkung werden auch in vorteilhafter Weise Dickentoleranzen ausgeglichen, die beispielsweise bei Encoderscheiben aus einem Fremdmaterial und ungenauer Dimensionierung entstehen könnten.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 perspektivischer Stirnansicht eines Getriebeelementes nach der Erfindung.
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 gedrehte Ansicht.
Fig. 3 Schnitt durch das Getriebeelement nach Fig. 1 und 2.
Fig. 4 Schnitt durch ein geschlossenes Spritzgusswerkzeug.
Fig. 5 Schnitt durch die rechte Hälfte des Spritzgusswerkzeuges nach Fig. 4 im offenen Zustand.
Das Getriebeelement 1 nach den Fig. 1 bis 3 besteht im Wesentlichen aus einem Kunststoffkörper, an dem eine Verzahnung 2 angeformt ist.
Die Verzahnung 2 kann hierbei als Evolventenverzahnung, als Stirnradverzahnung, als Schrägverzahnung oder als Spiralverzahnung ausgebildet sein.
An die Fußseite der Verzahnung 2 schließt sich ein Zentrierdorn 3 an, der die Anspritzpunkte (insbesondere den Anspritzpunkt 12) ausbildet und die Zentrierung des Kernstiftes 23 bewerkstelligt.
An die Verzahnung 2 schließt sich in Richtung zur Kopfseite hin ein Anlaufring 4 an, der aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Verzahnung selbst ausgebildet ist, wobei jenseits des Anlaufringes 4 sich ein Schaft 5 verringerten Durchmessers anschließt.
In diesen durch den Schaft 5 verringerten Durchmesser geschaffenen Raum greift eine Lichtschranke mit ihrem Gabelelement ein, um die Encoderscheibe zu durchleuchten.
An den Schaft 5 schließt sich eine Encoderscheibe 7 an, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Fremdmaterial besteht, d. h. ein Material, welchen von dem Material des übrigen Getriebeelementes 1 unterschiedlich ausgebildet ist.
Die Encoderscheibe 7 weist am Umfang verteilt gleichmäßig ausgebildete, radial gerichtete Schlitze 11 auf und ist gemäß der Fig. 3 fest in das Kunststoffmaterial des Getriebeelementes 1 eingebettet.
Der Schaft 5 geht im Übrigen in einen Anspritzkonus 6 vergrößerten Durchmessers über, der die Basis oder Tragfläche für die Encoderscheibe 7 bildet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein gleicher Anspritzkonus 6 im Kunststoffmaterials des Getriebeelementes 1 ausgebildet.
Die Stirnseite der Encoderscheibe 7 wird wiederum von dem Kunststoffmaterial des Anspritzkonus 6 gebildet und weist an der Oberfläche z. B. Auswerferpunkte 10 auf, auf welche die später zu beschreibenden Auswerferstifte 24 aufsitzen. Das gesamte Getriebeelement 1 weist ein zentrale Mittenbohrung 8 mit einer Drehachse 9 auf.
Im Bereich des Zentrierdornes 3 sind radial nach außen gerichtete, relativ kleine Fenster 13 ausgebildet, welche das Kunststoffmaterial durchbrechen und welche in die Mittenbohrung 8 hineinreichen. Zweck dieser Fenster 13 ist, dass durch die Fenster 13 Abstützelemente hindurchgreifen, die sich auf dem Kernstift 23 zentrisch anlegen und diesen damit zentrieren.
Zusätzlich dienen diese Fenster 13 zum Belüften der Mittenbohrung, wenn das Getriebeelement 1 auf eine entsprechende Achse aufgepresst wird.
Im Bereich des Anspritzkonus 6 ist noch ein mittiger Anschlagring 14 ausgebildet, der als Anschlag auf der Motorachse fungiert.
Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung, dass gemäß Fig. 3 die gesamte Encoderscheibe 7 in das Kunststoffmaterial des Getriebeelementes eingebettet ist. Zu diesem Zweck trägt die Encoderscheibe 7 am Umfang verteilt Bohrungsdurchführungen 15, die im eingebetteten Zustand nach Fig. 3 von dem Kunststoffmaterial des Getriebeelementes 1 durchdrungen und durchsetzt sind. Auf diese Weise wird eine einheitliche durchgehende Verzahnung des Kunststoffmaterials vor und nach der Encoderscheibe 7 erreicht und diese wird durch das Kunststoffmaterial durchgriffen.
Auf diese Weise erfolgt eine absolut genaue und winkelgerechte, sowie verkantungsfreie Einbettung der Encoderscheibe 7 in das Material des Getriebeelementes 1.
Durch das Kunststoffmaterial, welches die Bohrungsdurchführungen 15 durchsetzt, wird eine absolute Verdrehsicherheit und eine gute Kraftübertragung erreicht. Es wird eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Verkantungskräfte erreicht.
Anhand der Fig. 4 und 5 wird die Funktion und die Betriebsweise des hierfür verwendeten Formenwerkzeuges näher dargestellt. Hierbei zeigt die Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der rechten Formenhälfte nach Fig. 4 im gelösten Zustand.
Nach Fig. 4 besteht das Formwerkzeug aus einem linken Formwerkzeug 16, welches die Düsenseite ausbildet und dem rechten Formwerkzeug 17, welches die Auswerferseite bildet.
Wichtig ist, dass die beiden Formwerkzeuge längs einer Trennlinie 18 von einander trennbar sind, wobei die Trennlinie nicht gerade verläuft, sondern gemäß Fig. 5 von der Trennlinie 18 ausgehend sich in die Trennebene 38 fortsetzt, die über einen Winkelbereich oder eine Abkröpfung sich in die Trennlinie 19 mit der Trennebene 37 fortsetzt.
Auf der düsenseitigen Seite des Werkzeuges (Formwerkzeug 16) ist eine Anspritzdüse 22 angeordnet, durch welche das Kunststoffmaterial in den Anspritzpunkt 12 eingelassen wird, und dort in die Formkavität eindringt.
Der Kernstift 23 wird damit umspült und die entsprechenden Teile in dem Formwerkzeug bilden die in den Figuren vom 1 bis 3 dargestellten Teile des Getriebeelementes 1 aus.
Wichtig hier ist, dass das Formwerkzeug 17 (auswerferseitig) zwei gegeneinander bewegbare Schieber 20 aufweist, die in den Pfeilrichtungen 21 verschiebbar angetrieben sind. Jeder Schieber hintergreift mit seiner Trennlinie 19 die Encoderscheibe 7 von der einen Seite, während die gegenüberliegende Seite durch die entsprechenden Anlageflächen eines Formeinsatzes 28 des Formwerkzeuges 17 gebildet werden.
Die Schrägführungssäulen 25 dienen zur Bewegungsführung der Schieber 20.
Auf der Düsenseite des Formwerkzeuges 16 sind Druckkeile 26 vorhanden, welche die Schieber 20 nach oben begrenzen.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 und 5 das erfindungsgemäße Lüften des Formwerkzeuges 17 mittels der Federelemente 30 dargestellt.
Die Federelemente 30 sind in dem Federboden 29 gelagert und pressen in Richtung der Formlängsachse auf die Zwischenplatte 27. Diese gibt die Federkraft in Pfeilrichtung 31 auf die Schieber 20 weiter, die sich somit federbelastet über die Anlagefläche 39 an der gegenüberliegenden Formplatte 32 des Formwerkzeuges 16 abstützen.
Hierbei wird die Encoderscheibe 7 mittels Haltemagneten 36 in ihre Position in der Formkavität gehalten. Statt der Verwendung von Haltemagneten ist auch die Anwendung von Vakuumluft möglich, um die Encoderscheibe an ihrem Sitz zu halten.
Das Lüften zwecks Entformen der Encoderscheibe erfolgt nun gemäß Fig. 5 dergestalt, dass die Schieber 20 in Pfeilrichtung 21 jeweils auseinandergefahren werden und hierbei gleichzeitig aufgrund der Federbelastung in Pfeilrichtung 31 die inneren Seiten der Schieber mit den sich dort ausbildenden Halbschalen 41 von der Encoderscheibe abgehoben werden. Es bildet sich also durch das federbelastete Lüften ein Lüftungsspiel 40, weil die Innenseiten 43 der Schieber 20 von der zugeordneten Fläche der Encoderscheibe um das Lüftungsspiel 40 abgehoben werden. Damit wird auf jeden Falle eine Beschädigung der Decoderscheibe beim Entformen vermieden.
Gleiches gilt umgekehrt natürlich auch beim Einfahren der Schieber, wenn die Encoderscheibe in die Formkavität eingelegt ist. Zeichnungslegende 1 Getriebeelement
2 Verzahnung
3 Zentrierdorn
4 Anlaufring
5 Schaft
6 Anspritzkonus
7 Encoderscheibe
8 Mittenbohrung
9 Drehachse
10 Auswerferpunkt
11 Schlitz
12 Anspritzpunkt
13 Fenster
14 Anschlagring
15 Bohrungsdurchführung
16 Formwerkzeug (Düsenseite)
17 Formwerkzeug (Auswerferseite)
18 Trennlinie
19 Trennlinie
20 Schieber
21 Pfeilrichtung
22 Anspritzdüse
23 Kernstift
24 Auswerferstift
25 Schrägführungssäule
26 Druckkeil
27 Zwischenplatte
28 Formeinsatz
29 Federboden
30 Federelement
31 Pfeilrichtung
36 Haltemagnet
37 Trennebene
38 Trennebene
39 Anlagefläche
40 Lüftungsspiel
41 Halbschale (Schieber 20)
42 Formplatte
43 Innenseite

Claims

1. Werkzeug zur Herstellung eines axialen Getriebeelementes mit Encoderscheibe (7) mittels thermoplastischem Spritzguß bestehend aus mindestens zwei längs einer Formentrennebene (18) trennbaren Werkzeughälften, bestehend aus einem düsenseitigen (16) und einem auswerferseitigen Formwerkzeug (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Encoderscheibe (7) als Einlegeteil in einem Einlege- Kunststoffspritzgussverfahren umspritzt wird und damit unlösbar mit dem Kunststoffmaterial des Getriebeelementes (1) verbunden ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Encoderscheibe (7) aus einem vom Kunststoff des Getriebeelementes (1) unterschiedlichen Material besteht.

3. Werkzeug zur Herstellung eines axialen Getriebeelementes mit Encoderscheibe (7) mittels thermoplastischem Spritzguß bestehend aus mindestens zwei längs einer Formentrennebene (18) trennbaren Werkzeughälften, bestehend aus einem düsenseitigen (16) und einem auswerferseitigen Formwerkzeug (17), dadurch gekennzeichnet, dass auch die Encoderscheibe (7) aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie das Getriebeelement (1) und dass die beiden Teile (Encoderscheibe und Getriebeelement) in ein und dem gleichen Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt werden.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze der Encoderscheibe (7) durch formgebende Fensterkerne in der Werkzeugform gebildet sind.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Formhälften (16, 17) im Bereich ihrer Trennebene (18) mindestens im Bereich der Encoderscheibe (7) in Trennrichtung gefedert ausgebildet sind.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (17) zwei gegeneinander bewegbare Schieber (20) aufweist, die verschiebbar angetrieben sind und dass jeder Schieber (20) mit seiner Trennlinie (19) die Encoderscheibe (7) von der einen Seite hintergreift, während die gegenüberliegende Seite durch die entsprechenden Anlageflächen eines Formeinsatzes (28) des Formwerkzeuges (17) gebildet werden.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Formwerkzeug (17) Federelemente 30 angeordnet sind, die in einem Federboden (29) gelagert sind und in Richtung der Formlängsachse auf eine Zwischenplatte 27 pressen, welche die Federkraft (in Pfeilrichtung 31) auf die Schieber 20 weiterleitet, die sich federbelastet über die Anlagefläche (39) an der gegenüberliegenden Formplatte (32) des Formwerkzeuges 16 abstützen.

8. Verfahren zum Betrieb eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der Encoderscheibe zugeordneten Schieberdichtflächen mindestens des einen Formwerkzeuges (16, 17) in einem bestimmten Verfahrensschritt federbelastet von der Encoderscheibe abgehoben (gelüftet) werden.

9. Verfahren zum Betrieb eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Encoderscheibe zugeordneten Schieberdichtflächen mindestens des einen Formwerkzeuges (16, 17) in einem bestimmten Verfahrensschritt federbelastet von den formgebenden Fensterkernen abgehoben (gelüftet) werden.

10. Getriebeelement aus Kunststoff mit darauf befestigter Encoderscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (1) eine Verzahnung (2) trägt, an deren einen Fußseite ein Zentrierdorn (3) angeformt ist, der den Anspritzpunkt (12) für den Kunststoff ausbildet und die Zentrierung des Kernstiftes (23) bewerkstelligt.

11. Getriebeelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Zentrierdornes (3) radial nach außen gerichtete Fenster (13) ausgebildet sind, welche das Kunststoffmaterial durchbrechen und die in die Mittenbohrung (8) hineinreichen.

12. Getriebeelement nach Anspruch 10 oder 11 und hergestellt mit einem Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Verzahnung (2) in Richtung zur Kopfseite hin ein Anlaufring (4) anschließt, der aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Verzahnung selbst ausgebildet ist, wobei jenseits den Anlaufringes (4) sich ein Schaft (5) verringerten Durchmessers für den Eingriff einer Gabellichtschranke anschließt.

13. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) in einen Anspritzkonus (6) vergrößerten Durchmessers übergeht, der jeweils auf einer Seite die Auflage für die Decoderscheibe (7) bildet.

14. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Encoderscheibe (7) in das Kunststoffmaterial des Getriebeelementes (1) eingebettet ist.

15. Getriebeelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Encoderscheibe (7) am Umfang verteilt Bohrungsdurchführungen (15) trägt, die von dem Kunststoffmaterial des Getriebeelementes (1) durchdrungen und durchsetzt sind.