DE4339277C2 - Verfahren zur Hertstellung eines elektromagnetischen Stellelements - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Stellelements nach der Gattung des Anspruchs 1.

Allgemein ist es bekannt, Permanentmagnete aus sprödem Material, insbesondere aus Ferriten, in Elektromotoren, Generatoren und Stellgliedern einzusetzen. Teile aus sprödem magnetischen oder magnetisierbarem Material sind für eine automatisierte Fertigung schlecht handhabbar und empfindlich gegen mechanische Beschädigungen durch Schläge oder Stöße, wie sie bei bewegten Objekten, zum Beispiel Fahrzeugen auftreten. Es gelingt nur unbefriedigend, solche Teile mit Kunststoffen zu verbinden, insbesondere wenn Kunststoffe in innenliegende Hohlräume spröder Teile durch Spritzgießen eingebracht werden und erhöhte Innendrucke auftreten. Eine hohe Ausbeute an fehlerfrei und unbeschädigt miteinander verbundenen Teilen ist dann nicht wirtschaftlich herzustellen.

Der CH-PS 325 201 ist ein Verfahren zum Oberflächenschutz eines Formstücks oder Fittings zu entnehmen, bei dem die innere Oberfläche eines Rohrstücks mit einem Kunststoffüberzug versehen wird. Dazu wird ein Kern in das Rohrstück eingeführt und der verbleibende Hohlraum zwischen Kern und innerer Rohroberfläche mit Kunststoff ausgegossen.

Aus der DE-AS 12 79 326 ist bekannt, einen ferromagnetischen Ring aus Oxidmaterial gleichzeitig in seinem Innenraum und auf seiner äußeren Oberfläche mit einer Kunststoffschicht zu versehen.

In der DE 37 09 091 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von kleinen und leichten Drehwinkelsensoren beschrieben, wobei ein Kunstharz sowohl auf die Außenseite als auch in das Innere eines magnetischen Rings eingebracht wird.

Ein weiteres Problem ist die Fertigung magnetisierbarer Teile, zum Beispiel aus Pulvern, mit engen Fertigungstoleranzen der Abmessungen und definierter Form. Schwierig ist es unter anderem, ein kreisrundes, zylinderförmiges Loch zum Aufbringen eines solchen zum Beispiel rohrförmigen Teils auf eine Welle, präzise und innen rund zu fertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Stellelement bereitzustellen, das mittels eines einfachen Verfahrens herstellbar ist.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Stellelements ist es möglich, ein sprödes, hohles oder rohrförmiges Teil im Spritzgußverfahren bereichsweise auch auf seinen Innenwänden mit Kunststoff zu versehen. Die Außenwände des fertigen Teils sind frei zugänglich.

Die Ausbeute des Verfahrens und die Handhabung des (magnetischen) Teils wird verbessert. Das Teil wird während der Fertigung, beispielsweise durch ein auf die Außenwand aufgespritztes Gitter aus Kunststoff geschützt, das gleichzeitig oder vor dem Kunststoff-Umspritzen der Innenwände aufgebracht wird.

Eine Wiederverwendung überschüssigen Kunststoffes von der Außenwand des Teils senkt den Materialverbrauch. Einschränkungen der Konstruktionsvielfalt oder Beschädigungen am hergestellten Teil im Fertigungsprozeß werden beseitigt, indem die Probleme durch Druckkontrolle beim Kunststoff-Umspritzen der Innenwände und weiteren Oberflächenbereiche des Teils gelöst werden. Spannungen und Rißbildung am Teil treten nicht mehr nennenswert auf.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im ersten Anspruch angegebenen Verfahrens erzielbar. Insbesondere ist es möglich, ein magnetisierbares Rohr mit mehr als 99 Prozent Ausbeute und akzep­ tablen Toleranzen herzustellen, zum Beispiel für den Betrieb in Leerlaufstellern.

Unterschiedliche Materialwahl der Kunststoffmasse tragen den An­ forderungen an die Einsatzbedingungen Rechnung. Durch den Zusatz von Fasern, Füll- und Farbstoffen zu der Kunststoffmasse können während des Spritzgießens besonders beanspruchte Teile hinsichtlich Bean­ spruchungsdauer und Krafteinwirkungsrichtungen durch Ausrichtung der Fasern mit bestimmter Faserlänge besser den Erfordernissen angepaßt und der Ausschuß verringert werden.

Die Fertigung eines kreisrunden Loches für ein Teil, speziell ein Rohr das auf eine zylindrisch geformte Welle gesetzt wird, wird er­ reicht durch kunststoffumspritzte Innenwände des Teils, die Un­ regelmäßigkeiten des spröden Rohres in Form und Abmessungen aus­ gleichen.

Ein gitterförmiges, nicht die gesamte Außenfläche des umspritzten Teils abdeckendes Teil ist leicht mit automatisierbaren Mitteln zu entfernen und aus den gleichen oder preiswerteren Materialien bei gleichen oder verschiedenen Drücken in Spritzgußanlagen herzustellen.

Infolge der höheren Qualität und des geringeren Ausschußrisikos des gefertigten spröden Teiles ist es möglich, die Test- und Endkon­ trollen auf weniger und spezifischere Fehler hin zu optimieren und die Rosten zu senken.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt perspektivisch einen Leerlaufsteller mit Stellelement, teilweise im Schnitt, Fig. 2 die Seitenansicht eines Stellelementes mit Schutzgitter über dem magnetisierbaren, spröden Rohr, Fig. 3 die Vorderansicht des Stellelementes in Richtung des Pfeils III in Fig. 2, Fig. 4 die Rückansicht des Stellelementes in Richtung des Pfeils IV in Fig. 2 und Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Stell­ element.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt einen Leerlaufsteller 10 für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem Stellelement aus einem Schieber 11, einem magnetisierbaren Rohr 12 und einem Verbindungsteil 13 mit Innenrohr 14a, Schutzkragen 14b und Platte 14c. Das Stellelement 11, 12, 13 sitzt auf einer Welle 16. Ein Joch 18 um das magnetisierbare Rohr 12 des Stellelementes 11, 12, 13, eine Spulenwicklung 19 und ein Spulenkern sind in einem Gehäuse 21 angeordnet. Das Stell­ element 11, 12, 13 ist für einen festen Winkelbereich frei um die Welle 16 drehbar.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht eines Stellelementes 11, 12, 13 mit gitterartigem Formteil 30. Das Formteil 30 bedeckt unvollständig die Außenfläche des magnetisierbaren Rohres 12. Der Schieber 11 aus Aluminium und das nicht sichtbare Kunststoff-Verbindungsteil 13 mit Kunststoff-Schutzkragen 14b sind getrennt hergestellt worden. Die Wanddicke des Formteils 30 entspricht einem Mehrfachen der Wand­ stärke des Kunststoff-Innenrohrs 14a. Das Formteil 30 ist mit keinem Teil des Stellelementes 11, 12, 13 stofflich sondern nur durch Formschluß über dem magnetisierbaren Rohr 12, verbunden.

Fig. 3 zeigt die Vorderansicht eines Stellelementes 11, 12, 13. Eine Magnetisierungsrichtung mit Neigung um den Magnetisierungs­ winkel β ist eingezeichnet in Richtung der Nordpol-Südpol-Achse in der Papierebene. Es sind auch mehr als 2 Magnetpole möglich. Die Nuten 31 des verwindungssteif konstruierten Aluminium-Schiebers 11 werden mit Kunststoff des Verbindungsteils 13 ausgekleidet um ein Lösen der Teile beim Drehen um die Rohrachse zu unterbinden.

Fig. 4 zeigt die Rückansicht des Stellelements 11, 12, 13 mit Form­ teil 30 und Justierbohrungen 26 für die Magnetisierung beziehungs­ weise Prüfung. Eine Justage des magnetisierbaren, spröden Rohres 12 für das Magnetisierverfahren ist an den Außenflächen der Freizone 29 einfach. Die Schwindung des spritzgegossenen Kunststoffs beim Ab­ kühlen führt nicht zu einer unlösbaren Versteifung der Umhüllung des Formteils 30 über der gesamten Mantelfläche des magnetisierbaren Rohres 12. Durch geeignete Wahl der Fläche der Freizone 29 wird ein automatisches Entfernen des gitterförmigen Formteils 30 nach dem Spritzgußvorgang erleichtert.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das Stellelement 11, 12, 13. Das Innenrohr 14a gibt eine kreisrunde Öffnung mit ihrer Achse in der Papierebene frei. Um Fertigungstoleranzen des Innendurchmessers des magnetisierbaren Rohres 12 auszugleichen, wird das Innenrohr 14b exakt kreiszylindrisch hergestellt, so daß das Stellelement ohne weiteres Bearbeiten auf eine Welle 16 gesetzt werden kann. Ein Schutz des spröden Rohres 12 vor mechanischen Stößen wird erreicht, wenn das Innenrohr 14a, der Schutzkragen 14b, die Platte 14c und das Formteil 30 aus schwingungsdämpfendem Kunststoff eine Umhüllung an den Oberflächenbereichen des spröden Rohres 12 bilden.

Es ist möglich, das magnetisierbare Rohr 12 mit anderen als Kreis­ ringquerschnitten, zum Beispiel als sechskantige, magnetisierbare Röhre auszuführen. Problemlos ist es den Schieber 11 und das Ver­ bindungsteil 13 aus einem einzigen zusammengesetzten Spritzgußteil aus Kunststoff zu fertigen und bei der Herstellung mit dem magneti­ sierbaren Rohr 12 starr zu verbinden.

Die Herstellung eines spröden, rohrförmigen Magnetes 12 eines Stellelementes 11, 12, 13 wird beispielhaft anhand Fig. 2 und 3 beschrieben. Nach der Fertigung des Rohres 12 aus Oxydur 380 (Strontiumhexaferrit) und des Stellers 11 aus Aluminium werden die Teile in einem Fertigungsautomaten einer Spritzgußanlage paßgenau zusammengefügt und in das Werkzeug eingelegt. Das Längenspiel wird ausgeglichen und das Werkzeug geschlossen. Bei 300 bis 350 Grad Celsius und 500 bis 1000 bar Druck an der Düse wird die Kunststoff­ schmelze aus Polyphenylendisulfid, die noch mineralische Füllstoffe bis zu 30 Gewichtsprozent und Glasfasern bis zu 40 Gewichtsprozent enthalten kann, in die Hohlräume verspritzt. Gleichzeitig wird, um eine Zerstörung des magnetisierbaren Rohres 12 zu verhindern, auf dessen Außenfläche als Formteil 30 ein Gitter aus dem gleichen oder einem anderen Kunststoff aufgebaut. Um den Aufbau des Formteils 30 vor dem Aufbau des Innenrohres 14b und des Verbindungsteiles 13 zu gewähr­ leisten, wird der Querschnitt des Kunststoffschmelzezuflußrohrs des Fertigungsautomaten für den Zufluß zum außenliegenden Gitterhohlraum größer als der zum innenliegenden Verbindungsteilhohlraum für ein System mit kommunizierenden oder getrennten Zuflußrohren ausgelegt. Die Temperatur des Werkzeugs wird bei 130 bis 150 Grad Celsius konstantgehalten. Nach dem Verspritzen wird das Stellelement 11, 12, 13 mit Formteil 30 aus dem geöffneten Werkzeug unter Lösen der Arretierung ausgeworfen. Eine Temperung zur künstlichen Alterung des Stellelements 11, 12, 13 bei 185 Grad Celsius in 4 Stunden dient der Vorwegnahme von Nachschwindungen und der Beseitigung von Frühaus­ fällen des Stellelements 11, 12, 13. Nach weiteren Bearbeitungs­ schritten wird schließlich unmittelbar vor dem Einsetzen des Stell­ elementes 11, 12, 13 in das Gehäuse 21 das Formteil 30 mechanisch entfernt. Das gasdicht eingesetzte Stellelement 11, 12, 13 wird im zusammengesetzten Leerlaufsteller magnetisiert. Die Ausbeute an fehlerfrei umspritzten magnetischen Rohren liegt bei mehr als 95 von 100 Teilen.

Bei einer Variante des Verfahrens verwendet man unterschiedlich hitze- und kraftstoffbeständige Kunststoffe für Formteile 30 und Stellelementteile 11, 12 und 13. Insbesondere ist es nützlich, einen höheren Druck und einen preiswerteren Kunststoff beim Spritzgießen des Formteil-Gitters 30 einzusetzen als für das Spritzgießen des Verbindungsteils 13 mit oder ohne Schieber 11.

Eine Variante des Verfahrens wird durch ein zusammenhängendes Form­ teil 30 das großflächig den Mantel des magnetisierbaren Rohres 12 abdeckt und gegebenenfalls eine darüberliegende gitterartige Rippen­ struktur möglich. Ein automatischer Greifer kann das Formteil 30 dann leicht für verschiedene Fertigungsschritte an den Rippen stück­ weise abbrechen oder an den erhöhten Stellen günstig greifen.

Eine Ausführung verwendet anstelle eines Gitter-Formteils 30 mehrere gitterförmig gestaltete aufgeschnittene Ringe oder massive Ringe oder Bänder, die ganz oder teilweise den Mantelumfang umfassen, als Formteil 30 zur Einsparung von Kunststoff oder Freilegung bestimmter Außenflächenbezirke. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung magnetisierbarer, rohrförmiger Teile beschränkt, sondern es läßt sich vorteilhaft überall dort einsetzen, wo spröde Teile beim Spritzgießen einem Druck ausgesetzt sind, der durch die Formgebung nicht aufgefangen werden kann. Weiterhin ist das er­ findungsgemäße Verfahren nicht auf das Spritzgießen mit Kunststoffen beschränkt, sondern läßt sich allgemein beim Spritz- oder Druckguß anwenden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Stellelements, insbesondere eines Leerlaufstellers für eine Brennkraftmaschine, mit einem eine Durchgangsbohrung aufweisen­ den magnetisierbaren Teil (12) aus sprödem Material, für das zu­ mindest im Bereich der Innenwand eine Kunststoff-Auskleidung (13) vorgesehen ist, die als Lagerung für eine Welle (16) dient, wobei an der Außenwand des magnetisierbaren Teils (12) zur Er­ zeugung eines Gegendrucks während des Spritzgießens der Kunst­ stoff-Auskleidung (13) wenigstens bereichsweise eine Umhüllung (30) aufgebracht wird, die nach dem Abklingen des Innendrucks der Kunststoff-Auskleidung (13) von der Außenwand wieder ent­ fernt wird, wobei ein Schieber (11) getrennt von der Kunststoff- Auskleidung (13) hergestellt wird, der einen Flansch mit einer inneren Ringfläche aufweist, und wobei die Kunststoff-Ausklei­ dung (13) zumindest bis in die Ringfläche des Flansches des Schiebers (11) ausgeführt wird, derart, daß beim Spritzgießen der Kunststoff-Auskleidung (13) eine feste Verbindung zwischen Kunststoff-Auskleidung (13) und Schieber (11) entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umspritzen des magnetisierbaren Teils (12) mit Kunststoff über ein Röhrensystem mit für den Bereich der Außenwand größerem Querschnitt der Zuleitungen für die Kunststoffschmelze erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umspritzen des magnetisierbaren Teils (12) im Bereich seiner Außenwand bei gleichem oder höherem Druck der Kunststoffschmelze erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das magnetisierbare Teil (12) aus einem Ferrit, vorzugsweise aus Strontiumhexaferrit besteht, daß das Umspritzen des Teils (12) im Bereich seiner Innenwand mit Polyphenylendi­ sulfid und im Bereich seiner Außenwand mit Polyphenylendisulfid oder einem wiederaufbereiteten Kunststoff erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschmelze Fasern enthält, die entlang der Hauptbeanspruchung ausgerichtet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Umspritzen des magnetisierbaren Teils (12) Fertigungsmaßtoleranzen und Formabweichungen ausge­ glichen werden.