DE102006059741A1

DE102006059741A1 - Modularer Sensorträgeraufbau

Info

Publication number: DE102006059741A1
Application number: DE102006059741A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Bethke; Gary Collier; Karl Smirra; Marc Ziegenbalg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-07-03

Abstract

Aufgrund des modularen Aufbaus wird erstmals die Herstellung von Sensorelementen aus vergusskompatiblem Material ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die Vergießbarkeit und Kompatibilität mit dem Material des Grundgehäuses sichergestellt, dass ein ausreichender Schutz vor Umwelteinflüssen und insbesondere vor Kurzschlüssen der Kupfer-Leitungsbahnen gegeben ist. Zudem kann eine vereinfachte Fertigung aufgrund der weniger aufwendigen Halte- und Positionierungseinrichtungen im Werkzeug vorgesehen werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Sensorträgeraufbau gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen modularen Sensorträgers, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie.
Stand der Technik
Integrierte Mechatroniken, das heißt insbesondere Steuerelektroniken, die direkt vor Ort beispielsweise in einem Getriebe oder in einem Motor eingesetzt werden, unterliegen einer Vielzahl von umgebungsabhängigen Anforderungen. Neben der Langzeitstabilität und Ausfallsicherheit der Steuerung stehen die erhöhten Betriebstemperaturen sowie die chemisch aggressive Umgebung des Motor- oder Getriebeöls im Vordergrund. Daher ist es unerlässlich, dass die empfindlichen Elektroniken und Sensoren soweit wie möglich vor diesen Einflüssen geschützt werden. Gerade die Konzeption der Steuerelektronik einerseits und der angebundenen peripheren Komponenten wie Sensoren oder Ventile andererseits stellen eine große Herausforderung dar.
Es sind Konzepte bekannt, die Sensorelektronik in einem Sensorträger öldicht einzubetten.
Die DE 10 2004 034 002 A1 beschreibt ein solches Konzept für einen Drehzahlsensor, das auf einem modularen Aufbau beruht. Der Drehzahlsensor kann in eine Fassung in beliebiger Höhe eingesetzt werden, wobei die Fassung den Drehzahlsensor im Presssitz umschließt. Die Kontaktierung zum Gegenkontakt der Fassung kann durch eine seitliche Öffnung vorgenommen werden, die anschließend verschlossen wird. Auf diese Weise kann ein Drehzahlsensor bereitgestellt werden, der durch eine einfache Anpassung der Fassungen in verschiedenen Getrieben einsetzbar ist.
Weitergehende Aussagen zur Ausgestaltung der Sensorelektronik, an die der Drehzahlsensor angeschlossen wird, sind der DE 10 2004 034 002 A1 nicht zu entnehmen.
Darüber hinaus ist aus der DE 102 60 241 A1 eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung von Steuerelektronik zu peripheren Komponenten wie beispielsweise Sensoren, Ventile oder Stecker mittels Ankontaktierung an flexible Leiterplatten bekannt. Es wird eine Möglichkeit zur Herstellung eines Kontaktierungsbauteils beschrieben, welches eine Leitereinrichtung mit mehreren separaten Leiterbahnen umfasst. Diese flexible Leiterplatte wird im Herstellungsprozess von Halteeinrichtungen in Position gehalten, während die Kunststoffbauteile an die derart gehaltenen Leiterplatten angespritzt werden. Nach Beendigung des Spritzvorgangs wird die Haltevorrichtung entfernt.
Die so oder ähnlich hergestellten Sensorträger unterliegen aus funktionalen Gründen weit reichenden Einschränkungen. Aufgrund der Anforderungen an Maßhaltigkeit, Verwölbungsfreiheit und Festigkeit sowie Langzeitbeständigkeit gegenüber Chemikalien und höheren Temperaturen ist die Materialauswahl für den Sensorträger stark eingeschränkt. Dadurch leidet die Kompatibilität mit möglichen Verguss- und Klebemitteln. Wenn die Sensorikbauteile öldicht im Träger untergebracht werden sollen, sind daher entweder sehr aufwendige Vergussverfahren notwendig oder es muss auf ein mechanisches Dichtungskonzept zurückgegriffen werden. So kann das Sensorikbauteil an den Träger geschweißt oder mittels Einlegedichtungen oder Stopfbuchsen mechanisch befestigt werden.
Alle bisher bekannten Ausgestaltungen von Sensorträgern haben jedoch jeweils den Nachteil, dass sie einen erheblichen Aufwand mit sich bringen, nicht immer die gewünschte Langzeitstabilität zeigen und im Falle der Vergussverfahren zudem den Nachteil aufweisen, dass bisher das Grundgehäuse nur zusammen mit der Sensorik vergossen werden kann. Damit wird der Einsatz von Halte- und Positioniereinrichtungen für die Elektronikelemente unerlässlich, was die entsprechenden Werkzeuge komplex und mithin unflexibel und teuer werden lässt.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes Konzept zum Aufbau eines Sensorträgers bereit zu stellen, das eine weniger aufwendige Herstellung und den Einsatz von vergusskompatiblen Materialien erlaubt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 9 erreicht.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen modularen Sensorträgeraufbau zur Verfügung zu stellen, in dem ein separates Sensorträgermodul aus vergusskompatiblem Material, in dem die Sensierungskomponenten vergossen werden können, mechanisch auf einem Grundgehäuse befestigbar ist. Auf diese Weise werden neben der erforderlichen Maßhaltigkeit des Sensorträgers die Dichtigkeit und die vereinfachte Herstellung der einzelnen Komponenten erzielt.
Gerade im Hinblick auf solche Sensoren, die aggressiven Medien ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in Getrieben und in Motoren vorherrschen, wird ein Schutz der empfindlichen Sensorik gewährleistet.
Das Sensorträgermodul kann hergestellt werden, in dem die Sensierungselektronik auf dem Sensorträger fixiert werden, wobei der Sensorträgerwerkstoff ein vergusskompatibles Material darstellt. Beispielsweise kann als Sensorträgermaterial PBT (Polybutylenterephthalat) eingesetzt werden. Die Sensierungskomponenten können mit dem Sensorträger dicht vergossen werden. Auf diese Weise entsteht ein Sensorträgermodul, das auf verschiedenen Grundgehäusen befestigbar ist. Zudem ist die Herstellung dieses Einzelmoduls unabhängig vom Grundgehäuse wesentlich weniger aufwendig, da die Halte- und Positionierungseinrichtungen der Werkzeuge weniger aufwendig ausgestaltet sein müssen.
Das Grundgehäuse des Sensorträgers kann vorzugsweise aus einem Material gefertigt sein, das unter allen Betriebs- und Umgebungsbedingungen maßhaltig bleibt und die entsprechenden Festigkeiten und Langzeitstabilitäten aufweist. Mit anderen Worten ist das Grundgehäuse bevorzugt aus verwölbungsfreiem Material gefertigt. Beispielsweise kann das Grundgehäuse aus PPS (Polyphenylensulfid) gefertigt sein. Dieser Werkstoff besitzt eine besonders hohe Verwölbungsfreiheit auch bei erhöhten Temperaturen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Grundgehäuse eine Führung für einen genau zu führenden Magnetschieber aufweisen. Dabei muss die Führung so präzise sein, dass keine Klemmung durch eine eventuelle Verwölbung in den Führungen des Grundgehäuses auftreten kann. Die entsprechenden Sensierungskomponenten und Leitungsführungen zur Positionserfassung des Magnetschiebers sind dabei in dem separat gefertigten Sensorträgermodul vergossen und werden positionsgenau mechanisch auf dem Grundgehäuse fixiert.
Die mechanische Fixierung des Sensorträgermoduls auf dem Grundgehäuse kann mit allen dem Fachmann bekannten Mitteln erfolgen. Bevorzugt werden Schnappverbindungen vorgesehen oder ein Heißverstemmen der Einzelkomponenten wird durchgeführt. Werden in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Rastnasen zur Herstellung einer Schnappverbindung bereitgestellt, so ist eine solche Anordnung insbesondere bevorzugt, die eine passgenaue Positionierung sowohl parallel als auch senkrecht zum Grundgehäuse erlaubt. Im befestigten Zustand sollte keine Relativ-Bewegung des Sensorträgermoduls zum Grundgehäuse mehr möglich sein.
Als zusätzlicher Schutz kann ein Deckel auf das Sensorträgermodul aufgebracht werden. Auch dieser Deckel kann mit den vorstehend beschriebenen mechanischen Mitteln befestigt werden. Besonders bevorzugt wird eine Befestigung des Deckels mit den gleichen Rastnasen vorgesehen, die bereits zur Befestigung des Sensorträgermoduls eingesetzt wurden. Auf diese Weise sitzt der Deckel ebenso passgenau auf dem zu schützenden Sensorträgermodul wie auch auf dem Grundgehäuse und trägt zur Fixierung des Sensorträgermoduls bei. Die Fehleranfälligkeit kann dadurch weiter vermindert werden.
Ein erfindungsgemäßer Aufbau eines Sensorträgers kann besonders bevorzugt als Bestandteil einer integrierten Mechatronik, insbesondere in Getrieben und/oder in Motoren in der Automobilindustrie verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von einer Ausführungsvariante in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.
In dieser zeigt:
1 eine teilexplodierte perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen modularen Sensorträgeraufbau, und
2 eine perspektivische Draufsicht auf den zusammengesetzten modularen Sensorträgeraufbau aus 1.
1 zeigt in einer teilexplodierten perspektivischen Darstellung einen erfindungsgemäßen modularen Sensorträgeraufbau 1 mit drei in ihrer Geometrie aufeinander abgestimmten Komponenten. Das Grundgehäuse 2 besteht bevorzugt aus einem verwölbungsfreien Material, insbesondere aus PPS, und zeigt dementsprechend in der vorliegenden Abbildung eine gegen Verwölbungen verstärkte Geometrie. Das Grundgehäuse 2 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung Rastnasen 3 zur mechanischen Befestigung des Sensorträgermoduls 4 auf. Zudem sind seitliche Aussparungen 5 zur Aufnahme von entsprechenden einrastbaren Positionierhilfen 14 des Sensorträgermoduls 4 vorgesehen. Auch im Bereich der Kontaktierungen 10 für eine spätere Anbindung können weitere Führungseinrichtungen 13 zur sicheren Positionierung und Fixierung des Sensorträgermoduls 4 auf dem Grundgehäuse 2 vorgesehen werden. Die Kontaktierungen 10 des Grundgehäuses und des Sensorträgermoduls 4 sind so aufeinander abgestimmt, dass sie zusammen eine einzige gewünschte Kontaktierungsstelle für eine weitere Anbindung darstellen. Rückseitig können an dem Grundgehäuse 2 Führungen für einen Magnetschieber 6 angebracht sein. Dabei ist auch hinsichtlich des verwendeten Materials für das Grundgehäuse 2 darauf zu achten, dass eine passgenaue und klemmfreie Führung des Magnetschiebers ermöglicht wird. Daneben sieht das Grundgehäuse 2 Aussparungen 7 vor, die im zusammengesetzten Zustand des erfindungsgemäßen Aufbaus für die Sensorelemente 11 eine Positionsbestimmung des Magnetschiebers erlauben. Das Sensorträgermodul 4 weist mehrere Sensorelemente 11 auf. Zudem ist die Sensorelektronik 12 in dem gezeigten Sensorträgermodul 4 bereits vergossen, so dass eine hermetische Abdichtung der empfindlichen Komponenten erzielt wird. Das Sensorträgermodul kann zudem weitere Positionierungshilfen 14 aufweisen. Auf diese Weise kann eine sichere Fixierung auf dem Grundgehäuse 2 ermöglicht werden. Es ist in der vorliegenden Abbildung weiterhin ein Deckel 8 gezeigt, der Befestigungsstellen 9 aufweist, die genau auf die im Grundgehäuse 2 und im Sensorträgermodul 4 vorgesehenen Befestigungsvorrichtungen abge stimmt sind. So kann der Deckel 8 passgenau auf dem Sensorträgermodul 4 mit den Rastnasen 3 des Grundgehäuses 2 mechanisch in einer Schnappverbindung befestigt werden. Auf diese Weise trägt der Deckel 8 nicht nur zum Schutz des Sensorträgermoduls 4 und seinen Komponenten 11 bei, sondern auch zu seiner langzeitstabilen Fixierung auf dem Grundgehäuse 2.
2 zeigt den Sensorträgeraufbau aus 1 mit mechanisch befestigtem und eingerastetem Sensorträgermodul 4 und mit darüber aufgebrachtem, ebenfalls mechanisch befestigtem Deckel 8. Die Kontaktierungen 10 des Grundgehäuses 2 und des Sensorträgermoduls 4 sind so ausgestaltet, dass sie zusammen die gewünschte Kontaktierung bilden.
Zusammenfassend wird aufgrund des modularen Aufbaus erstmals die Herstellung von Sensorelementen aus vergusskompatiblem Material ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die Vergießbarkeit und Kompatibilität mit dem Material des Grundgehäuses sichergestellt, dass ein ausreichender Schutz vor Umwelteinflüssen und insbesondere vor Kurzschlüssen der Kupfer-Leitungsbahnen gegeben ist. Zudem kann eine vereinfachte Fertigung aufgrund der weniger aufwendigen Halte- und Positionierungseinrichtungen im Werkzeug vorgesehen werden.
Durch einen standardisierten Aufbau kann weiterhin eine erleichterte Qualitätskontrolle und damit eine erhebliche Fehlerreduktion solcher Bauteile aufgrund von schadhaften Schnittstellen erzielt werden. Erfindungsgemäße Elektronikgeräte können vorteilhafter Weise in einem Temperaturbereich von –40°C bis +180°C verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004034002 A1 [0004, 0005]
- DE 10260241 A1 [0006]

Claims

Modularer Sensorträgeraufbau mit mindestens einem Grundgehäuse (2) und mindestens einem davon getrennt hergestellten Sensorträgermodul (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorträgermodul (4) aus vergusskompatiblem Material gefertigt ist und mechanisch auf dem Grundgehäuse (2) befestigbar ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorträgermodul (4) aus PBT gefertigt ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Grundgehäuse (2) neben dem Sensorträgermodul (4) zusätzlich ein Deckel (8) befestigbar ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (8) mechanisch befestigbar ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorträgermodul (4) auf dem Grundgehäuse (2) mittels Rastnasen (3) in einer Schnappverbindung befestigt ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (8) auf dem Sensorträgermodul (4) und gleichzeitig auf dem Grundgehäuse (2) mittels Rastnasen (3) in einer Schnappverbindung befestigt ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgehäuse (2) aus verwölbungsfreiem Material gefertigt ist.
Modularer Sensorträgeraufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgehäuse (2) aus PPS gefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines modularen Sensorträgeraufbaus (1), gekennzeichnet durch die Schritte: – Herstellung eines Grundgehäuses (2) aus einem verwölbungsfreiem Material, – Herstellung eines Sensorträgermoduls (4) aus einem vergusskompatiblem Material, und – Mechanisches Befestigen des Sensorträgermoduls (4) auf dem Grundgehäuse (2).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Sensorträgermoduls (4) mittels Rastnasen (3) in einer Schnappverbindung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Deckel (8) auf das Sensorträgermodul (4) und auf dem Grundgehäuse (2) mechanisch befestigt wird.
Verwendung eines modularen Sensorträgeraufbaus (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Bestandteil einer integrierten Mechatronik, insbesondere in Getrieben und/oder in Motoren in der Automobilindustrie.