DE10116019A1 - Sensor sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Sensor sowie Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor (1), welcher ein Halteteil (2), eine Elektronik (6) und ein becherartiges Element (4) aufweist. Die Elektronik (6) des Sensors ist im becherartigen Element (4) aufgenommen, wobei die Elektronik (6) im becherartigen Element (4) durch einen Verguss (5) abgedichtet ist. Das becherartige Element (4) ist dabei am Halteteil (2) befestigt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors bereitgestellt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor bzw. eine
Messvorichtung, insbesondere zur berührungslosen Erfassung einer
Drehzahl bzw. eines Drehwinkels, sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines derartigen Sensors.
Sensoren sind in vielgestaltigen Ausführungsformen bekannt.
Üblicherweise sind Sensoren derart aufgebaut, dass die
Sensorelektronik von einer aus Kunststoff bestehenden
Spritzgussmasse ummantelt sind. Derartige Sensoren sind einfach
aufgebaut und können kostengünstig hergestellt werden.
Insbesondere bei der Verwendung derartiger Sensoren in
Kraftfahrzeugen ist jedoch nachteilig, dass die jeweiligen
Kraftfahrzeughersteller insbesondere spezifische Steckanschlüsse
oder Einbaugeometrien vorschreiben, so dass für jeden
Kraftfahrzeughersteller eine eigene Spritzgussform für den
Sensor notwendig ist. Dies verteuert die Herstellung der
jeweiligen Sensoren, da für jeden Kunden ein anders
ausgestalteter Sensor notwendig ist.
Weiterhin werden derartige Sensoren in Kraftfahrzeugen zum Teil
unter extremen Umgebungsbedingungen, z. B. bei hohen Temperaturen
oder in Kontakt mit externen Medien (z. B. Öl, Kraftstoff)
eingesetzt. Insbesondere ist beispielsweise ein Getriebesensor
ständig vom Getriebeöl umgeben. Daher müssen derartige
Spritzgussummantelungen aus einem medienbeständigen Material
hergestellt werden, welches die Herstellungskosten verteuert, da
die Verwendung eines kostengünstigen Kunststoffes ein
Durchdiffundieren des Mediums durch die Ummantelung zur
Elektronik nicht verhindern könnte und der Sensor somit zerstört
würde.
Um Temperatureinflüsse zu minimieren, wird beispielsweise in der
EP 0 632 897 B1 ein Sensor vorgeschlagen, bei dem Teile der
Elektronik von einem Körper aus temperaturbeständigem Material
umgeben sind. Ein derartiger Sensor ist jedoch in seiner
Herstellung sehr teuer.
Der erfindungsgemäße Sensor hat demgegenüber den Vorteil, dass
er auch unter extremen Bedingungen wie z. B. im Getriebe,
eingesetzt werden kann, wobei er trotzdem kostengünstig
herstellbar ist. Dies wird insbesondere durch einen modularen
Aufbau des Sensors erreicht, welcher aus einem Halteteil, einem
becherartigen Element, der Sensorelektronik und einem separaten
Verguss aufgebaut ist. Aufgrund des modularen Aufbaus können das
becherartige Element und die Sensorelektronik immer gleich
aufgebaut werden, und das Halteteil kann jeweils an die
kundenspezifischen Anforderungen, z. B. für einen
Steckeranschluss o. ä., ausgebildet sein. Die Elektronik des
Sensors wird dabei im becherartigen Element aufgenommen und
anschließend durch einen Verguss mittels eines Gießharzes sicher
im becherartigen Element eingebettet. Es sei angemerkt, dass
erfindungsgemäß unter einem becherartigen Element ein Element
mit einem Boden und im Wesentlichen senkrecht dazu angeordneten
Wandteilen verstanden wird. Die Elektronik des Sensors kann
dabei vollständig oder auch nur teilweise in dem becherartigen
Element aufgenommen sein.
Um einen Einsatz des Sensors insbesondere bei extremen
Umgebungsbedingungen, wie z. B. in einem Getriebe, zu
ermöglichen, ist das becherartige Element vorzugsweise aus einem
medienbeständigen Kunststoff und insbesondere aus einem
ölbeständigen Kunststoff ausgebildet, welcher ein Diffundieren
des Mediums durch den Kunststoff zum elektronischen Bauteil
verhindert.
Vorzugsweise umfasst die Elektronik des Sensors ein Hall-
Element.
Besonders bevorzugt ist das Hall-Element unmittelbar am Boden
des becherartigen Elements angeordnet. Dadurch ist der Abstand
zwischen dem Hall-Element und beispielsweise einem
Getriebezahnrad relativ gering, da zwischen ihnen nur der
Becherboden sowie der Abstand zwischen dem Becherboden und dem
Zahnrad liegt. Somit können sehr genaue Signale aufgenommen
werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist eine Einfüllöffnung zum Einfüllen des Gussmaterials für den
Verguss seitlich am Halteteil oder am oberen Rand des
becherartigen Elements angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass
der Verguss im becherartigen Element eine große Höhe erreicht,
so dass die Elektronik des Sensors sicher im Verguss eingebettet
ist. Da erfindungsgemäß auch für Sensoren unterschiedlicher
Kunden innerhalb von Sensorfamilien immer das gleiche
becherartige Element sowie die gleiche Elektronik verwendet
werden kann, ist für alle kundenspezifisch hergestellten
Sensoren die Vergussmenge immer gleich. Dadurch ergeben sich
große herstellungsbedingte Vorteile.
Vorzugsweise sind das Halteteil und das becherartige Element
durch den ausgehärteten Verguss miteinander befestigt. Es sei
angemerkt, dass das Halteteil und das becherartige Element auch
z. B. mechanisch mittels Rastnasen oder durch Anordnung eines
Dichtrings und anschließendem Verklemmen zwischen dem Halteteil
und dem becherartigen Element befestigt werden kann. Zusätzlich
zu den oben beschriebenene mechanischen Verbindungsarten
zwischen dem Halteteil und dem becherartigen Element kann
schließlich noch der ausgehärtete Verguss die Verbindung weiter
festigen.
Besonders bevorzugt weist der erfindungsgemäße Sensor eine Länge
von ≧ 30 mm auf. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die
gesamte Elektronik des Sensors im becherartigen Element
aufgenommen ist und im Halteteil nur noch Verbindungsleitungen
zum Steckeranschluss geführt werden müssen.
Besonders bevorzugt wird das Halteteil mittels Spritzgießen
hergestellt. Dadurch ist es sehr kostengünstig herstellbar.
Besonders bevorzugt wird dabei als Kunststoff PA66 verwendet.
Besonders bevorzugt wird der erfindungsgemäße Sensor als
Getriebesensor ausgebildet, welcher ständig im Kontakt mit dem
Getriebeöl ist. Bei der Verwendung als Getriebesensor lassen
sich im Vergleich mit dem Stand der Technik sehr große
Kosteneinsparungen realisieren.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines
Sensors bzw. einer Messvorrichtung wird zuerst das Halteteil
z. B. mittels Kunststoffspritzen hergestellt. Besonders bevorzugt
werden dabei gleich die Verbindungsleitungen zur Elektronik und
die Steckkontakte mit eingespritzt. Anschließend wird die
Elektronik am Halteteil befestigt und das separat hergestellte
becherartige Element über die Elektronik geschoben. Dabei wird
das becherartige Element am Halteteil z. B. mittels Klemmen oder
mittels Rastnasten befestigt. Somit wird mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren ein vormontiertes Bauteil erhalten,
welches aus dem Halteteil, der Elektronik und dem becherartigen
Element besteht. Das derart vormontierte Bauteil wird in einem
nächsten Verfahrensschritt schräggestellt und anschließend wird
die Elektronik im becherartigen Element mittels eines
Vergussmaterials, wie z. B. Kunststoff oder Harz, vergossen.
Dadurch ist die Elektronik sicher im becherartigen Element
eingebettet und von der Vergussmasse umschlossen. Durch das
Schrägstellen des vormontierten Bauteils wird sichergestellt,
dass die Vergussmasse kontinuierlich am Rand des becherartigen
Elements bzw. der Elektronik entlangfließen kann.
Erfindungsgemäß erfolgt das Vergießen somit bei montiertem
becherartigem Element am Halteteil. Dabei kann auch zwischen dem
becherartigen Element und dem Halteteil vorzugsweise noch eine
zusätzliche Fixierung der beiden Teile zueinander von außen
vorgesehen werden.
Besonders bevorzugt ist an einem seitlichen, mittleren Bereich
des vormontierten Bauteils eine Einfüllöffnung zum Einfüllen der
Vergussmasse vorgesehen. Dadurch kann eine besonders kurze
Einfüllzeit der Vergussmasse verwirklicht werden. Weiterhin wird
durch die Kombination des Schrägstellens des vormontierten
Bauteils und der an einem seitlichen mittleren Bereich
angeordneten Einfüllöffnung die Elektronik sicher im
becherartigen Element eingebettet werden. Dadurch wird auch
sichergestellt, dass nur eine relativ geringe Menge an
Vergussmaterial verwendet werden muss, so dass auch die
Aushärtzeit für das Vergussmaterial sehr kurz ist.
Besonders bevorzugt ist die Einfüllöffnung zwischen dem
becherartigen Element und dem Halteteil ausgebildet. Dabei kann
am Halteteil vorzugsweise eine Aussparung o. ä. vorgesehen
werden, welche dann im montierten Zustand des becherartigen
Elements am Halteteil als Einfüllöffnung dient.
Vorzugsweise ist das vormontierte Bauteil zum Eingießen des
Vergussmaterials in einem Winkeln von ca. 15° schräggestellt.
Dadurch lassen sich besonders gute Fließeigenschaften des
Vergussmaterials erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
erfolgt das Vergießen der Elektronik im becherartigen Element
unter Vakuum.
Besonders bevorzugt erfolgt beim Vergießen auch ein Auffüllen
eines Innenbereichs des Halteteils mit der Vergussmasse. Dadurch
kann insbesondere eine zusätzliche Verbindung zwischen dem
Halteteil und dem becherartigen Element realisiert werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein modular aufgebauter Sensor
bereitgestellt, welcher insbesondere auch zur Verwendung bei
aggressiven Umweltbedingungen geeignet ist. Der Sensor ist
relativ einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar.
Weiterhin können auf einfache Weise kundenspezifische
Anschlussgeometrien des Sensors verwirklicht werden. Darüber
hinaus ermöglicht das becherartige Element eine hohe mechanische
Stabilität des Sensors, da die Sensorelektronik vollständig im
becherartigen Element aufgenommen sein kann und durch dieses
geschützt ist. Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße
Verfahren der Sensor besonders kostengünstig hergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist das becherartige Element als
rotationssymmetrischer Becher, d. h. mit einer Zylindermantelform
und einem Boden ausgebildet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene
Ansicht eines Sensors gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine zur Fig. 1 gedrehte perspektivische
Ansicht des erfindungsgemäßen Sensors und
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektronik
des erfindungsgemäßen Sensors.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein Sensor gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der Sensor 1 ein Halteteil 2
sowie einen zylindrischen Becher 4. An einem Ende des Halteteils
2 ist ein Steckeranschluss 3 mit Kontakten vorgesehen. Weiterhin
ist am Halteteil 2 eine Einfüllöffnung 8 vorgesehen, durch
welche ein Kunststoff zum Herstellen eines Vergusses eingeführt
werden kann, was später beschrieben wird.
In Fig. 3 ist die Elektronik 6 des Sensors 1 genauer
dargestellt. Die Elektronik 6 umfasst ein Hall-Element 7,
welches sich an einem Ende der Elektronik befindet. Die
Elektronik 6 wird in den Becher 4 derart eingeschoben, dass sich
das Hall-Element 7 am Becherboden befindet. Dadurch ist der
Abstand zwischen z. B. einem Zahnrad und dem Hall-Element 7 sehr
gering, da dazwischen nur noch der Becherboden sowie der Abstand
zwischen dem Becherboden und dem Zahnrad liegt. Somit können
sehr genaue Signale aufgenommen werden. Die Elektronik 6 kann
dabei mit am Halteteil 2 angeordneten Kontakten z. B. mittels
Löten oder Laserschweißen verbunden werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Becher 4 derart
gebildet, dass die Elektronik 6 vollständig im Becher 4
aufgenommen werden kann. Somit sind im Halteteil 2 nur noch
Verbindungsleitungen zum Steckeranschluss 3 eingespritzt. Es sei
angemerkt, dass besonders bevorzugt die Elektronik samt
Steckeranschluss 3 hergestellt wird und das Halteteil 2
anschließend derart umspritzt wird, dass der vordere Bereich der
Elektronik 6 freiliegt. Dann kann auf einfache Weise der Becher
4 über die Elektronik 6 geschoben werden und beispielsweise an
vorgesehenen Rastnasten am Halteteil oder mittels Klemmen
befestigt werden.
Anschließend erfolgt ein Vergießen der Elektronik 6 im Becher 4
durch Einführen einer Vergussmasse durch die Einfüllöffnung 8.
Hierzu wird das aus dem Becher 4, der Elektronik 6 und dem
Halteteil 3 bestehende vormontierte Bauteil um ca. 15°
schräggestellt, so dass die Einfüllöffnung 8 nach oben gerichtet
ist. Anschließend wird die Vergussmasse durch die Einfüllöffnung
8 in den Becher 4 eingegossen, so dass die Elektronik 6
vollständig von der Vergussmasse umgeben ist. Dabei fließt die
Vergussmasse aufgrund der Schwerkraft nach unten in den Becher.
Nach dem Aushärten der Vergussmasse ist die Elektronik 6 sicher
eingebettet. Der Becher 4 stellt dabei eine hohe mechanische
Stabilität bereit.
Durch die Kombination des Schrägstellens des vormontierten
Bauteils sowie des Vorsehens der Einfüllöffnung 8 in einem
mittleren Bereich des Sensors zwischen dem Halteteil 2 und dem
Becher 4 können insbesondere lange Sensoren mit einer Länge von
≧ 30 mm sehr gut vergossen werden. Das Schrägstellen des
vormontierten Bauteils erleichtert dabei die Verteilung der
Vergussmasse im becherartigen Element, so dass die Elektronik
vollständig und sicher von der Vergussmasse eingebettet ist.
In Fig. 1 ist in der teilweise geschnittenen Ansicht der
ausgehärtete Verguss 5 dargestellt, welcher die Elektronik 6
umgibt.
Erfindungsgemäß kann dabei das Halteteil 2 mittels
Kunststoffspritzen kostengünstig hergestellt werden. Dabei ist
es auch möglich, den Steckeranschluss bzw. das Halteteil 2 an
kundenspezifische Anforderungen anzupassen und je nach Kunden
ein eigenes Halteteil 2 zu spritzen. Die restlichen Bauteile des
erfindungsgemäßen Sensors sind dann kundenunabhängig.
Um einen Einsatz beispielsweise als Getriebesensor zu
ermöglichen, ist der Becher 4 aus einem medienresistenten
Material hergestellt. Dadurch kann verhindert werden, dass das
Getriebeöl durch den Becher 4 hindurch diffundiert und die
Elektronik des Sensors 1 schädigt.
Somit wird erfindungsgemäß ein kostengünstiger Sensor zur
berührungslosen Aufnahme von Signalen bereitgestellt, welcher
insbesondere auch für Sensoren mit einer relativ großen Baulänge
größer als ca. 30 mm verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen Sensors bei derartigen Baulängen ist, dass
Temperaturschockerprobungen am Sensor auch bei unterschiedlichen
Baulängen und Sensoren für unterschiedliche Kunden durchgeführt
werden können, da der untere Teil des Sensors mit dem Becher 4
jeweils für unterschiedliche Sensoren gleich ausgebildet ist und
das Halteteil 2 variabel ausgestaltet ist. Dies ermöglicht einen
standardisierten Versuchsablauf mit einer Standardapparatur für
alle Sensoren.
Weiterhin muss bei einem Einsatz bei extremen Umgebungs
bedingungen nur der Becher 4 aus einem derartigen (teueren)
Material hergestellt werden, welches den vorhandenen
Umgebungsbedingungen widersteht, ohne dass die Elektronik des
Sensors geschädigt wird.
Demnach wird erfindungsgemäß ein Sensor 1 bereitgestellt,
welcher ein Halteteil 2, eine Elektronik 6 und ein
becherartiges Element 4 aufweist. Die Elektronik 6 des
Sensors ist im becherartigen Element 4 aufgenommen, wobei
die Elektronik 6 im becherartigen Element 4 in einem
Verguss 5 eingebettet und abgedichtet ist. Das becherartige
Element 4 ist dabei am Halteteil 2 befestigt. Weiterhin
wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Sensors bereitgestellt.
Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen
Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der
Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene
Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der
Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
Claims (14)
1. Sensor, insbesondere zur berührungslosen Erfassung von
Messgrößen, mit einem Halteteil (2), einer Elektronik
(6) und einem becherartigen Element (4), in welchem die
Elektronik (6) aufgenommen ist, wobei die Elektronik
(6) im becherartigen Element (4) durch einen Verguss
(5) eingebettet ist und das becherartige Element (4) am
Halteteil (2) befestigt ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das becherartige Element (4) aus einem
medienbeständigen Kunststoff, insbesondere einem
ölbeständigen Kunststoff hergestellt ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektronik (6) des Sensors ein Hall-Element
(7) umfasst.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hall-Element (7) unmittelbar am Boden des
becherartigen Elements (4) angeordnet ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Einfüllöffnung (8) zum
Einfüllen eines Materials für den Verguss (5) seitlich
am Halteteil (2) oder am oberen Bereich des
becherartigen Elements (4) angeordnet ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Halteteil (2) und becherartige
Element (4) durch den Verguss (5) miteinander befestigt
sind.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor eine Länge von ≧ 30 mm
aufweist.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Halteteil (2) mittels
Spritzgießen hergestellt ist.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor als Getriebesensor
ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Sensors, umfassend die
Schritte des Herstellens eines Halteteils (2)
insbesondere mittels Kunststoffspritzen und das
Herstellen eines becherartigen Elements (4), des
Anordnens einer Elektronik (6) am Halteteil (2), des
Einführens der Elektronik (6) in das becherartige
Element (4), um ein vormontiertes Bauteil zu erhalten,
des Schrägstellens des vormontierten Bauteils und des
Vergießens der Elektronik (6) im becherartigen Element
(4) im schräggestellten Zustand mittels eines
Vergussmaterials, so dass die Elektronik (6) im
becherartigen Element (4) eingebettet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, dass an einem seitlichen,
mittleren Bereich des vormontierten Bauteils eine
Einfüllöffnung (8) zum Einfüllen des Vergussmaterials
in das becherartige Element (4) ausgebildet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach Anspruch
11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (8)
zwischen dem becherartigen Element (4) und dem
Halteteil (2) ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der
Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
vormontierte Bauteil um einen Winkel von ca. 15°
schräggestellt ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der
Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
Vergießen des Vergussmaterials unter Vakuum erfolgt.
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