Spritzgiessen von Signalgebern für Hallsensorarrays

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238855620

Im Rahmen dieses Vorhabens sollen die Zusammenhänge werkstofflicher, geometrischer (Bauteil, Anguss) und prozesstechnischer Größen auf die Polteilungsgenauigkeit (Position, Feldverlauf im Poldurchgang) bei der Herstellung multipolarer Dauermagnete im Spritzgießverfahren erforscht werden. Die Polteilungsgenauigkeit ist wesentlich für die Genauigkeit der magnetischen Sensierung (Winkel, Position) eines Messobjektes mittels sog. Hallsensorarrays. Hallsensorarrays können heute Positionsauflösungen erreichen, die bisher teuren optischen Encoder vorbehalten waren. Voraussetzung hierfür ist eine präzise Position der Polübergänge in multipolaren Magneten sowie möglichst steile Poldurchläufe. Position und Lage der Polteilungen werden durch Magnetrichtfelder im formgebenden Werkzeug und hierdurch induzierte Füllstoffausrichtungen und -aufmagnetisierungen erzeugt. Diese werden von strömungsbedingten Einflüssen (f(T,p)) der Kunststoffschmelze und Strömungsinhomogenitäten (z.B. Bindenähte) beeinflusst.Für die sog. Hallsensorarrays werden daher bislang vorwiegend magnetisch isotrope, elastische Magnetbänder verwendet, die in einem aufwendigen Verfahren durch spezielle Magnetisierungsvorrichtungen innerhalb von einem zusätzlichen Fertigungsschritt multipolar magnetisiert werden.Es besteht aber nach Ansicht des Antragstellers auch die Möglichkeit anisotrope, polorientierte Magnetringe dafür einzusetzen, die direkt im Spritzgießwerkzeug durch eine einfache Vorrichtung multipolar ausgerichtet und magnetisiert werden können. So könnten sehr wirtschaftlich werkzeugfallende Signalgeber für die präzisen Winkelsensoren hergestellt werden. Das Spritzgießverfahren bietet außerdem die Möglichkeit, diese Magnetringe mit anderen Funktionselementen, wie z. B. Buchsen, Wellen, Zahnrädern oder Magnetfeldsensoren zu kombinieren.Die magnetische Füllstoffausrichtung im Spritzgießverfahren erfolgt während der Einspritz- und Nachdruckphase. In diesen Phasen befinden sich die Füllstoffpartikel in Bewegung und die Viskosität der Kunststoffmatrix ändert sich sehr dynamisch. Das kann zu Ungenauigkeiten bei der Bildung der multipolaren Struktur im Magnetinneren führen. Eine technische Voraussetzung für den Einsatz der im Spritzguss magnetisierten Magnete, ist die Herausarbeitung der Einflussgrößen auf die Genauigkeit der Polbreite, mit dem Ziel, eine möglichst genaue Polteilung zu erreichen. Da die Höhe der Peakflussdichte für die Genauigkeit der Winkelbestimmung nicht relevant ist, werden dieEinflussgrößen auf die Peakflussdichten im Rahmen dieses Projekts nicht vertieft herausgearbeitet.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die systematische Untersuchung der Einflüsse aus Werkstoff, Prozess (Anspritzung, Prozessparameter) und Geometrie auf die Polteilung sowie die Modellierung und Simulation des Prozessverhaltens und Ableitung von Auslegungsregeln für die Herstellung von präzisen Signalgebern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Multipolares Magnet-Spritzgießwerkzeug
• Gerätegruppe: 2210 Kunststoffpressen und -spritzgußgeräte