DE102004054059A1

DE102004054059A1 - Sensoranordnung und Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102004054059A1
Application number: DE200410054059
Authority: DE
Inventors: Harry Skarpil; Marc Begout
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: DE102004054059B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung 12 mit einer ein Flanschbauteil 9 zur externen Befestigung der Sensoranordnung 12 aufweisenden und eine ein elektrisches Anschlußelement 5 für die Sensoranordnung 12 besitzende elektrische Baueinheit 1 aufnehmenden Hülse 8. Für einen sicheren und dauerhaften Halt der elektrischen Baueinheit 1 in der Hülse 8 wird vorgeschlagen, daß die elektrische Baueinheit 1 und die Hülse 8 mittels einer Verschweißung 15 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Herstellen einer vorgenannten Sensoranordnung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung mit einer ein Flanschbauteil zur externen Befestigung der Sensoranord- nung aufweisenden und eine ein elektrisches Anschlußelement für die Sensoranordnung besitzende elektrische Baueinheit aufnehmenden Hülse. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Herstellen einer solchen Sensoranordnung.

Es ist eine Sensoranordnung in Form einer Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles als aktiver Raddrehzahlsensor bekannt, die eine elektrische Bauteile aufweisende elektrische Baueinheit mit einer elektrisch arbeitenden Abtasteinrichtung zum berührungslosen Abtasten des umlaufenden Bauteiles und einer Einrichtung zur Signalaufbereitung von Signalen, die von der Abtasteinrichtung abgegeben werden, in ein drehzahlproportionales Ausgangssignal aufweist. Die einzelnen elektrischen Bauteile sind in Kunststoffhalbschalen angeordnet, welche eine Kunststoffumspritzung aufweisen, die ein einstückiges, geschlossenes Spritzgußgehäuse bildet. Beim Herstellen des Spritzgußgehäuses in einem Spritzgußvorgang wird an dem Gehäuse ein Flansch zur externen Befestigung des Raddrehzahlsensors angebracht und mit Kunststoff umspritzt. Um Steckerkontakte der elektrischen Baueinheit herum ist einstückig mit dem Spritzgußgehäuse ein Steckergehäuse gebildet, wobei Steckerkontakte und Steckergehäuse als elektrisches Anschlußelement für die Sensoranordnung im allgemeinen und die elektrische Baueinheit im besonderen dienen.

Ferner ist eine Sensoranordnung in Form eines induktiven Drehzahlgebers mit einem elektrische Bauteile aufnehmenden Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil, das von einem zweiten, in einem Spritzvorgang aus Kunststoff erzeugten Gehäuseteil teilweise umhüllt ist, wobei in der Kontaktzone beider Gehäuseteile eine dichte Verbindung erzielt ist, bekannt. In das erste Gehäuseteil, das topfförmig ausgebildet ist, ist ein Spulenträger mit einer Spule mit Kontaktstiften und Leitern eingesetzt. Die Leiter treten durch das zweite Gehäuseteil aus dem Drehzahlgeber aus. Im Austrittsbereich aus dem Drehzahlgeber sind die Leiter Bestandteil einer zweiadrigen Mantelleitung. Ein Flanschbauteil zur externen Befestigung des Drehzahlgebers ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen sicheren und dauerhaften Halt der elektrischen Baueinheit in der Hülse gewährleistet. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und prozeßsicheres Verfahren zum Herstellen einer solchen Sensoranordnung anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Baueinheit und die Hülse mittels einer Verschweißung stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Durch die stoffschlüssige, von einer Verschweißung gebildete Verbindung ist die elektrische Baueinheit unlösbar (das heißt nicht zerstörungsfrei lösbar) dauerhaft mit der Hülse verbunden. Insbesondere auch gegenüber schwingender mechanischer Beanspruchung ist die Verbindung sehr haltbar; auf die Stabilität der Sensoranordnung wirkt es sich weiterhin sehr günstig aus, daß Hülse und Flanschbauteil fest miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist daher vor allem auch zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, die während des Betriebs einer ständigen Schwingungsbeanspruchung unterliegen, besonders gut geeignet. Die Verschweißung von Hülse und elektrischer Baueinheit, wobei im einzelnen vorzugsweise ein Trägerbauteil der elektrischen Baueinheit mit der Hülse verschweißt ist, kann sowohl eine auf einer Anwendung von Wärme beruhende Schmelzverschweißung als auch eine auf einer Anwendung von Druck und Wärme beruhende Preßverschweißung sein. Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, daß eine variable Zuordnung von elektrischer Baueinheit und Hülse, das heißt damit insbesondere auch eine variable Zuordnung von Flanschbauteil und elektrischem Anschlußelement, auf einfache Weise ermöglicht ist. Im Gegensatz zum Beispiel zu einer Verschraubung von elektrischer Baueinheit und Hülse kann bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ohne Erhöhung des Konstruktions- und/oder Herstellungsaufwandes eine zumindest in sehr weiten Grenzen beliebige, an den jeweils gegebenen Einbaufall und/oder Verwendungszweck der Sensoranordnung angepaßte geometrische Zuordnung von elektrischem Anschlußelement, das insbesondere einen Stecker oder eine Steckeraufnahme aufweist, und Flanschbauteil erfolgen; das Flanschbauteil dient im übrigen der Befestigung der Sensoranordnung je nach Einsatzzweck zum Beispiel an einem Kraftfahrzeugfahrgestell oder einem Maschinengestell. Vorteilhaft wird mit der Erfindung somit die Herstellung von Gruppen von Sensoranordnungen unterschiedlicher geometrischer Abmessungen aber gleicher elektrischer Eigenschaften erheblich vereinfacht. Das ist durch die damit verbundene Kostenreduzierung insbesondere in einer Großserienfertigung von hoher Bedeutung. So können Gruppen von erfindungsgemäßen, als Induktivgeber für Kraftfahrzeuge ausgebildeten Sensoranordnungen, die eine einheitliche Geberlänge, welche im wesentlichen von einer Länge der Hülse gebildet wird, und jeweils gleiche elektrische Baueinheiten, aber sich unterscheidende geometrische Zuordnungen von Flanschbauteil und elektrischem Anschlußelement aufweisen mit nur einem Werkzeug hergestellt werden.

Die Herstellung der Sensoranordnung wird weiter vereinfacht und ihre Stabilität zusätzlich verbessert, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Hülse und das Flanschbauteil ein einziges Bauteil bildend miteinander verbunden sind. Hülse und Flanschbauteil sind somit einstückig ausgebildet. Vorzugsweise können Hülse und Flanschbauteil ein Kunststoffspritzgußbauteil sein.

Zur weiteren Senkung der Herstellkosten der Sensoranordnung und zur zusätzlichen Verminderung einer möglichen Korrosionsgefahr bestehen die Hülse und die elektrische Baueinheit gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung jeweils zumindest im Bereich der Verschweißung aus einem Kunststoff.

Die Herstellung der Sensoranordnung wird zusätzlich vereinfacht und die Prozeßsicherheit des Herstellvorganges erhöht, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Verschweißung eine Reibschweißung oder eine Laserschweißung ist. Eine Ausrichtung der elektrischen Baueinheit mit dem elektrischen Anschlußelement in der Hülse kann beispielsweise im Falle einer Reibschweißverbindung vorzugsweise während eines Schweißvorganges und im Falle einer Laserschweißverbindung vorzugsweise vor einem Schweißvorgang erfolgen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Hülse eine von der elektrischen Baueinheit durch griffene Einsetzöffnung auf. Dadurch ist zum einen die Herstellung der Sensoranordnung vereinfacht automatisierbar, und zum anderen ergibt sich ein guter Schutz der elektrischen Baueinheit in der Hülse.

Grundsätzlich kann die Einsetzöffnung beliebig angeordnet sein; für eine leichte und kostengünstige Herstellbarkeit der Sensoranordnung ist es aber besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Hülse rohrförmig ausgebildet ist und endseitig die Einsetzöffnung aufweist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Hülse und die elektrische Baueinheit zylindrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, wodurch die Sensoranordnung eine kompakte Bauform erhält und insbesondere eine freizügig wählbare geometrische Zuordnenbarkeit von Flanschbauteil und elektrischem Anschlußelement gegeben ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Hülse als Topf ausgebildet. Durch einen somit erreichten einseitigen Verschluß der Hülse wird die in die Hülse aufzunehmende, regelmäßig elektrische Sensorbauteile aufweisende elektrische Baueinheit besonders gut gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit und Verschmutzung, geschützt.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung beliebiger, insbesondere physikalischer, Größen ausgebildet sein. Hingegen ist aber gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die elektrische Baueinheit eine Induktivgeber-Baugruppe oder eine Temperatursensor-Baugruppe oder eine Hallgeber-Baugruppe. Derartige Sensoranordnungen, die typischerweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, er fordern regelmäßig sowohl eine sichere Funktion unter rauhen Umwelteinflüssen als auch eine kostengünstige Herstellbarkeit. Diese Anforderungen werden mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung besonders gut erfüllt.

Die oben zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei die elektrische Baueinheit in eine Einsetzöffnung der Hülse eingeführt wird, die elektrische Baueinheit und die Hülse in eine Relativrotation zueinander versetzt und in Richtung der Rotationsachse zu einem Reibverschweißen von Hülse und elektrischer Baueinheit aneinander gedrückt werden und die Relativrotation zur Beendigung des Reibschweißvorganges so angehalten wird, daß die elektrische Baueinheit und die Hülse eine vorgegebene Winkelstellung um die Rotationsachse zueinander einnehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in sehr einfacher Weise durch eine angepaßte Steuerung des Reibschweißvorganges eine gewünschte Winkelstellung von elektrischem Anschlußelement und Flanschbauteil in der Sensoranordnung erreicht werden, ohne daß beispielsweise konstruktive Vorkehrungen an einer Fertigungsvorrichtung zu treffen wären. Das Verfahren ist sehr leicht automatisierbar und erlaubt kurze Taktzeiten und somit einen hohen Ausstoß an erfindungsgemäßen Sensoranordnungen. Beim Reibschweißvorgang werden die Werkstoffe von Hülse und insbesondere einem Trägerbauteil der elektrischen Baueinheit durch Reibung angeschmolzen und dadurch die Hülse und insbesondere das Trägerbauteil miteinander verschmolzen; bei den vorgenannten Werkstoffen handelt es sich vorzugsweise jeweils um einen Kunststoff.

Die Steuerung des Herstellprozesses der Sensoranordnung wird bei gleichzeitig hoher Prozeßsicherheit weiter vereinfacht, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Anhalten der Relativrotation zeitgesteuert wird.

Die oben zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei die elektrische Baueinheit in eine Einsetzöffnung der Hülse eingeführt wird, die elektrische Baueinheit um eine Schwenkachse gegenüber der Hülse in einer vorgegebenen Winkelstellung ausgerichtet wird und die elektrische Baueinheit mit der Hülse verschweißt wird.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren bietet die vorteilhafte Möglichkeit, das Verfahren zur Verschweißung von Hülse und elektrischer Baueinheit frei zu wählen. Insbesondere kann die Wahl des Schweißverfahrens in Abhängigkeit von den jeweils für Hülse und elektrischer Baueinheit gewählten Werkstoffen individuell vorgenommen werden. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren ist vorzugsweise für ein Laserverschweißen von Hülse und elektrischer Baueinheit geeignet.

Das Fügen von elektrischer Baueinheit und Hülse wird vereinfacht und ermöglicht kurze Taktzeiten in der Fertigung, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die elektrische Baueinheit koaxial in die Hülse eingeführt wird.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Einführvorgang der elektrischen Baueinheit in die Hülse durch ein Anschlagen der elektrischen Baueinheit an einen Topfboden der Hülse beendet. Auf diese Weise ist nicht nur der Einführvorgang einfach zu steuern, sondern es wird auch eine kompakte Bauform der Sensoranordnung mit bestmöglicher Raumausnutzung sichergestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine elektrische Baueinheit eines Induktivgebers in einer perspektivischen Darstellung,
2 eine Hülse des Induktivgebers in einer perspektivischen Darstellung,
3 den Induktivgeber mit der elektrischen Baueinheit und der Hülse nach 1, 2 in einer perspektivischen Ansicht,
4 den Induktivgeber nach 3 in einer Schnittansicht und
5 einen weiteren Induktivgeber mit einer elektrischen Baueinheit und einer Hülse nach 1, 2 in einer perspektivischen Ansicht.
Sich jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine als Induktivgeber-Baugruppe ausgebildete elektrische Baueinheit 1 eines Induktivgebers für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Baueinheit 1 weist ein elektrische Sensorbauteile, die unter anderem eine Spule 2 umfassen, halterndes Trägerbauteil 3 aus einem Kunststoff auf.
Ferner ist ein eine Steckeraufnahme 4 aufweisendes elektrisches Anschlußelement 5 zur Verbindung der elektrischen Baueinheit 1 mit einer Kraftfahrzeugelektronik vorgesehen. Das Trägerbauteil 3 ist mit einem umlaufenden Radialvorsprung 6 mit einer axialen Anschlagfläche 7 versehen.
In 2 ist eine Hülse 8 mit einem Flanschbauteil 9 zur Befestigung des Induktivgebers in dem Kraftfahrzeug dargestellt. Hülse 8 und Flanschbauteil 9 sind ein einstückiges Kunststoffspritzgußbauteil. Die Hülse 8 ist rohrförmig und als Topf 10 ausgebildet. Sie weist endseitig eine Einsetzöffnung 11 zum Einführen der in 1 dargestellten elektrischen Baueinheit 1 auf.
3 zeigt den allgemein eine Sensoranordnung 12 bildenden Induktivgeber 13 mit einer elektrischen Baueinheit 1 nach 1 und einer Hülse 8 nach 2 in zusammengebautem Zustand. Der Induktivgeber 13 besteht somit aus zwei Baugruppen, nämlich der elektrischen Baueinheit 1 und der Hülse 8.
In einer Schnittansicht der Sensoranordnung 12 ist der Induktivgeber 13 nach 3 in 4 gezeigt. Die Hülse 8 mit dem Flanschbauteil 9 und die elektrische Baueinheit 1 sind mittels einer von einer Reibschweißung 14 gebildeten Verschweißung 15 stoffschlüssig miteinander verbunden. Ein präzises zeitgesteuertes Anhalten eines Reibschweißvorganges bei der Herstellung der Reibschweißung 14 legt die Stellung der elektrischen Baueinheit 1 in der Hülse 8 fest.
Hülse 8 und elektrische Baueinheit 1 sind zylindrisch ausgebildet und koaxial in bezug auf eine gemeinsame, eine Rotationsachse 16 bildende Mittelachse zueinander angeordnet. Zum Herstellen der Reibschweißung 14 werden die elektrische Bau einheit 1 und die Hülse 8 nach einem Einführen der elektrischen Baueinheit 1 in die Hülse 8 durch die Einsetzöffnung 11 relativ zueinander in eine Rotation um die Rotationsachse 16 versetzt und axial gegeneinander gedrückt. In ihrer Endstellung kommt die elektrische Baueinheit 1 an einem Topfboden 19 der Hülse 8 zur Anlage. Elektrische Baueinheit 1 und Hülse 8 können nach Beendigung des Reibschweißvorganges in beliebiger, durch die Steuerung des Reibschweißvorganges einstellbarer Winkelstellung um die Rotationsachse 16 zueinander verharren.
Es kommt zu der Verschweißung 15 zwischen der elektrischen Baueinheit 1 im Bereich deren Radialvorsprunges 6 und der Hülse 8 in einem Bereich eines mit dem Radialvorsprung 6 korrespondierenden Axialvorsprunges 17 der Hülse 8. Reibschweißflächen werden von der axialen Anschlagfläche 7 des Radialvorsprunges 6 der elektrischen Baueinheit 1 und von einer korrespondierenden axialen Anschlagfläche 18 (siehe 2) an dem Axialvorsprung 17 der Hülse 8 gebildet.
Eine alternative, als Induktivgeber 13 ausgebildete Sensoranordnung 12 ist in 5 dargestellt. Der Induktivgeber 13 ist mit derselben Baueinheit 1 nach 1 und derselben Hülse 8 nach 2 ausgestattet wie der Induktivgeber 13 nach 3. Die beiden vorgenannten Induktivgeber unterscheiden sich lediglich in der jeweiligen Winkelstellung von elektrischem Anschlußelement 5 der elektrischen Baueinheit 1 und Flanschbauteil 9 der Hülse 8 zueinander um die jeweils eine Rotationsachse 16 bildende jeweilige gemeinsame Mittelachse von Hülse 8 und elektrischer Baueinheit 1.

1: Baueinheit
2: Spule
3: Trägerbauteil
4: Steckeraufnahme
5: Anschlußelement
6: Radialvorsprung
7: Anschlagfläche
8: Hülse
9: Flanschbauteil
10: Topf
11: Einsetzöffnung
12: Sensoranordnung
13: Induktivgeber
14: Reibschweißung
15: Verschweißung
16: Rotationsachse
17: Axialvorsprung
18: Anschlagfläche
19: Topfboden

Claims

Sensoranordnung mit einer ein Flanschbauteil zur externen Befestigung der Sensoranordnung aufweisenden und eine ein elektrisches Anschlußelement für die Sensoranordnung besitzende elektrische Baueinheit aufnehmenden Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Baueinheit (1) und die Hülse (8) mittels einer Verschweißung (15) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) und das Flanschbauteil (9) ein einziges Bauteil bildend miteinander verbunden sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) und die elektrische Baueinheit (1) jeweils zumindest im Bereich der Verschweißung aus einem Kunststoff bestehen.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung (15) eine Reibschweißung (14) oder eine Laserschweißung ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) eine von der elektrischen Baueinheit (1) durchgriffene Einsetzöffnung (11) aufweist.
Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) rohrförmig ausgebildet ist und endseitig die Einsetzöffnung (11) aufweist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) und die elektrische Baueinheit (1) zylindrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) als Topf (10) ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Baueinheit (1) eine Induktivgeber-Baugruppe oder eine Temperatursensor-Baugruppe oder eine Hallgeber-Baugruppe ist.
Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die elektrische Baueinheit (1) in eine Einsetzöffnung (11) der Hülse (8) eingeführt wird, – die elektrische Baueinheit (1) und die Hülse (8) in eine Relativrotation zueinander versetzt und in Richtung der Rotationsachse (16) zu einem Reibverschweißen von Hülse (8) und elektrischer Baueinheit (1) aneinander gedrückt werden, – die Relativrotation zur Beendigung des Reibschweißvorganges so angehalten wird, daß die elektrische Baueinheit (1) und die Hülse (8) eine vorgegebene Winkelstellung um die Rotationsachse (16) zueinander einnehmen.
Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anhalten der Relativrotation zeitgesteuert wird.
Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei – die elektrische Baueinheit (1) in eine Einsetzöffnung (11) der Hülse (8) eingeführt wird, – die elektrische Baueinheit (1) um eine Schwenkachse gegenüber der Hülse (8) in einer vorgegebenen Winkelstellung ausgerichtet wird, – die elektrische Baueinheit (1) mit der Hülse (8) verschweißt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Baueinheit (1) koaxial in die Hülse (8) eingeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Einführvorgang der elektrischen Baueinheit (1) in die Hülse (8) durch ein Anschlagen der elektrischen Baueinheit (1) an einen Topfboden (19) der Hülse (8) beendet wird.