DE102009046439A1

DE102009046439A1 - Sensoreinheit mit Kunststoffummantelung und Verfahren zur Herstellung der Kunststoffummantelung

Info

Publication number: DE102009046439A1
Application number: DE200910046439
Authority: DE
Inventors: Michael Spiessberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit (10) mit einem ein Sensorelement (12) und ein Halteelement (14) zur Halterung des Sensorelements (12) aufweisenden Sensorkern (22) und einer den Sensorkern (22) umgebenden Kunststoffummantelung (24), wobei das Sensorelement (12) über ein Anschlusskabel (16) mit mindestens einer Anschlussader (18, 20) elektrisch kontaktierbar ist, und wobei die Kunststoffummantelung (24) ein Polyamid (PA) und Glasfasern (GF) enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kunststoffummantelung (24). Erfindungsgemäß ist dem Kunststoff der Kunststoffummantelung (24) zusätzlich ein vorbestimmter Anteil an einem Polyphtalamid (PPA) beigemischt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Sensoreinheit mit einer Kunststoffummantelung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und einem korrespondierenden Verfahren zur Herstellung der Kunststoffummantelung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 9.
Derzeit werden bei Zwei- und Vierradfahrzeugen im Bereich von Rädern angeordnete Sensoreinheiten, die beispielsweise zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung verwendet werden, mit einem Kunststoff ummantelt bzw. verkapselt und über metallische als Befestigungsbuchsen ausgeführte Einlegeteile am Fahrzeug montiert. Das Verkapseln der Sensoreinheiten als Schutz gegen Umwelteinflüsse erfolgt üblicherweise durch Umspritzen eines Sensorkerns, der zumindest ein Sensorelement und ein Halteelement zur Halterung des Sensorelements aufweist, wobei das Sensorelement über ein Anschlusskabel mit mindestens einer Anschlussader elektrisch kontaktiert bzw. mit einem Steuergerät verbunden werden kann. Als Schutz gegen Umwelteinflüsse dient in der Regel ein Kunststoff, der in ausgehärtetem Zustand, auf die Temperatureinflüsse und Medieneinflüsse beständiger und dadurch über die vorgeschriebene Lebensdauer der Sensorelemente hinaus wirkt. Diese Art der Verkapselung von speziellen Sensorelementen findet ihren Einsatz bei statisch, dynamisch und/oder stoßartig belasteten Verbindungen, wie beispielsweise bei Drehzahlsensoreinheiten im Kraftfahrzeug. Diese Sensoreinheiten mit Kunststoffverkapselungen sind in der Regel hohen Umwelteinflüssen durch ihren Einbauort an der Achse bzw. im Radlager des Kraftfahrzeugs ausgesetzt.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 005 315 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Sensoreinheit beschrieben. Die beschriebene Sensoreinheit ist als Magnetfeldsensor, insbesondere als Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor zur Erfassung der Raddrehung und/oder zur Erfassung von Drehbewegungen im Triebstrang eines Kraftfahrzeugs ausgeführt. Die Sensoreinheit umfasst einen Sensorkern, der ein Sensorelement und ein Halteelement zur Halterung des Sensorelements aufweist, wobei das Sensorelement überein Anschlusskabel mit mindestens einer Anschlussader elektrisch kontaktiert werden kann. Der Sensorkern und das Ende des Anschlusskabels werden durch Spritzgießen mit Kunststoff umhüllt bzw. verkapselt, wobei die Kunststoffummantelung häufig aus einem Polyamid und Glasfasern besteht. An die Kunststoffummantelung wird eine Befestigungslasche zur Befestigung der Sensoreinheit am Kraftfahrzeug angespritzt. In diesem zweiten Spritzvorgang wird vorzugsweise eine metallische Befestigungsbuchse in die Befestigungslasche eingespritzt. Über diese Befestigungsbuchse wird die Sensoreinheit am Kraftfahrzeug befestigt.
Weiterhin wird in der Offenlegungsschrift 10 2006 050 177 A1 ein als Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad ausgebildeter Magnetfeldsensor beschrieben, bei dem ein magnetfeldempfindliches Sensorelement zusammen mit seinem Halteelement mit Kunststoff umspritzt sind. Die Kunststoffummantelung umschließt dabei auch das Ende eines Anschlusskabels und ist so gestaltet, dass der Spritzverguss eine Befestigungslasche mit einer Befestigungsbuchse für die Montage des Sensors ausbildet.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit mit einem Sensorkern und einer den Sensorkern umgebenden Kunststoffummantelung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass dem Kunststoff der Kunststoffummantelung zusätzlich ein vorbestimmter Anteil an einem Polyphtalamid beigemischt ist.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffummantelung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 werden die Anteile des Kunststoffs der Kunststoffummantelung in einer vorgegebenen prozentualen Zusammensetzung gemischt, der Kunststoff angeschmolzen und die Kunststoffummantelung aus dem Kunststoff in einem Urformprozess durch Spritzgießen hergestellt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinheit liegt in der hohen Temperaturbeständigkeit der Kunststoffummantelung. Eine besondere Eigenschaft dieser Kunststoffummantelung besteht in der hohen Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit, welche sich dadurch ergibt, dass die Kunststoffummantelung bei höheren bzw. hohen Temperaturen weniger weich wird. Die von der erfindungsgemäßen Kunststoffummantelung geschützten Sensoreinheiten sind somit sowohl temperaturbeständiger als auch alterungsbeständiger. Insbesondere bewirkt die erfindungsgemäße Kunststoffummantelung eine Streusalzbeständigkeit der Sensoreinheiten, so dass diese den Witterungsverhältnissen im Winter besser widerstehen können.
Die Verkapselung der Sensoreinheiten erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren durch einen Umspritzvorgang des Sensorkerns, in welchem dieser zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffummantelung mit dem Kunststoffgemisch umspritzt wird. Das Halteelement weist speziell für diese Umspritzung konstruierte Dichtgeometrien auf, welche zu einer formschlüssigen Verbindung der Bauteile des Sensorkerns der Sensoreinheit führen. Diese formschlüssige Verbindung wird über ein Anschmelzen des erfindungsgemäßen Kunststoffs realisiert, welcher eine höhere Temperaturbeständigkeit der Dichtgeometrien der Sensoreinheit bewirkt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoreinheit möglich.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit weist die Kunststoffummantelung einen Polyamidanteil in einem Bereich von 40 bis 60 Gewichtsprozent, einen Glasfaseranteil von ungefähr 30 Gewichtsprozent und einen Polyphtalamidanteil in einem Bereich von 10 bis 30 Gewichtsprozent auf, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine höhere Temperaturbeständigkeit und dadurch eine verbesserte Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit der Kunststoffummantelung ergeben. Besonders vorteilhafte Eigenschaften der Kunststoffummantelung im Bezug auf Temperaturbeständigkeit und/oder Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit ergeben sich bei einem Polyamidanteil von ungefähr 50 Gewichtsprozent, einen Glasfaseranteil von ungefähr 30 Gewichtsprozent und einem Polyphtalamidanteil von ungefähr 20 Gewichtsprozent.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit wird als Grundkunststoff ein Polyamid 612 verwendet, welches ausreichende Grundeigenschaften im Bezug auf Temperaturbeständigkeit und/oder Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit aufweist, welche durch die erfindungsgemäße Beimischung von Polyphtalamid in vorteilhafter Weise verbessert werden können. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der Lebensdauer der verkapselten Sensoreinheiten, da die Kunststoffummantelung besonders widerstandsfähig gegen Temperatur- und Umwelteinflüsse ist. Ferner können kostengünstigere Ausgangswerkstoffe zur Kunststoffherstellung verwendet werden, so dass sich Wettbewerbsvorteile bezüglich der Gesamtkosten für verkapselte Sensoreinheiten zur Drehzahlerfassung ergeben. Dies bedeutet, dass durch die Verwendung von kostengünstigeren Grundwerkstoffen die Wirtschaftlichkeit der Sensoreinheiten gesichert ist.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit bildet die Kunststoffummantelung eine Befestigungslasche zur Befestigung der Sensoreinheit an einem Bauteil aus. In vorteilhafter Weise sind hierdurch entsprechend der jeweiligen Einbauverhältnisse des Sensors sowohl die Längsposition als auch die Winkelposition der Befestigungslasche und somit der Sensoreinheit zu einem Geberelement veränderbar, so dass die Sensoreinheiten für unterschiedliche Einbausituationen ohne Wechsel von Werkzeugeinsätzen oder gar des gesamten Spritzgießwerkzeugs hergestellt werden können.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist in die Befestigungslasche eine metallische Befestigungsbuchse eingefügt. In vorteilhafter Weise ermöglicht die metallische Buchse eine sichere Befestigung der Sensoreinheit am Bauteil bzw. am Kraftfahrzeug, indem beispielsweise bei einer Schraubverbindung ein großes Drehmoment auf die Befestigungsbuchse aufgebracht werden kann. Dies bedeutet, dass über den Kunststoff und die metallische Befestigungsbuchse die Vorspannkraft des Befestigungselementes, wie beispielsweise der Schraube, aufnehmbar ist.
Die Sensoreinheit kann beispielsweise zumindest einen Magnetfeldsensor umfassen. Die Sensoreinheit kann beispielsweise zur Erfassung von Drehzahl und/oder Drehrichtung für eine Raddrehbewegung und/oder für einen Triebstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
1 eine perspektivische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit mit einem Sensorkern, und
2 eine perspektivische Darstellung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Sensoreinheit mit dem Sensorkern und einer schematisch dargestellten, den Sensorkern umgebenden Kunststoffummantelung.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Sensoreinheit 10 mit einem Sensorkern 22 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 10 als Magnetfeldsensor, insbesondere zur Erfassung von Drehzahl und/oder Drehrichtung einer Raddrehbewegung oder für einen Triebstrang eines Kraftfahrzeugs ausgeführt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Sensorkern 22 ein Sensorelement 12 und ein Halteelement 14 zur Halterung des Sensorelements 12. Das Sensorelement 12 kann über ein Anschlusskabel 16 mit mindestens einer Anschlussader 18, 20 elektrisch kontaktiert bzw. mit einem Steuergerät oder einer Steuerschaltung elektrisch verbunden werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Anschlusskabel 16 zwei Anschlussadern 18, 20 auf. Das Sensorelement 12 ist in dem Halteelement 14 gelagert und mit den Anschlussadern 18, 20 des Anschlusskabels 16 verbunden.
2 zeigt die Sensoreinheit 10 nach einem Umspritzvorgang, in welchem der Sensorkern 22 mit einer, hier schematisch dargestellten Kunststoffummantelung 24 umspritzt wurde, wobei die Kunststoffummantelung 24 ein Polyamid (PA) und Glasfasern (GF) enthält. Beim Umspritzvorgang wurde das Sensorelement 12, das Halteelement 14 zur Halterung des Sensorelements 12 und ein Ende des Anschlusskabels 16 mit den Anschlussadern 18, 20 mit dem die Kunststoffummantelung 24 bildenden Kunststoff umspritzt.
Um die Temperaturbeständigkeit der Kunststoffummantelung 24 der Sensoreinheit 10 zu erhöhen, ist dem Kunststoff der Kunststoffummantelung 24 erfindungsgemäß zusätzlich ein vorbestimmter Anteil an einem Polyphtalamid (PPA) beigemischt.
Vorzugsweise weist die Kunststoffummantelung 24 einen Polyamidanteil (PA) in einem Bereich von 40 bis 60 Gewichtsprozent, einen Glasfaseranteil (GF) von ungefähr 30 Gewichtsprozent und einen Polyphtalamidanteil (PPA) in einem Bereich von 10 bis 30 Gewichtsprozent auf. Besonders bevorzugt weist die Kunststoffummantelung 24 einen Polyamidanteil (PA) von ungefähr 50 Gewichtsprozent, einen Glasfaseranteil (GF) von ungefähr 30 Gewichtsprozent und einen Polyphtalamidanteil (PPA) von ungefähr 20 Gewichtsprozent auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Grundkunststoff Polyamid 612 (PA 612) verwendet. Die Kunststoffmischung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffummantelung 24 kann als PA 612 Blend bzw. PA-I GF30 bezeichnet werden.
In Ausgestaltung der Erfindung bildet die Kunststoffummantelung 24 eine Befestigungslasche 26 zur Befestigung der Sensoreinheit 10 am Fahrzeug aus. In die Befestigungslasche 26 ist eine metallische Befestigungsbuchse 28 eingespritzt, um die Stabilität der Befestigung der Sensoreinheit 10 am Fahrzeug zu erhöhen.
Um die den Sensorkern 22 der Sensoreinheit 10 umgebende Kunststoffummantelung 24 herzustellen, werden die Anteile des Kunststoffs der Kunststoffummantelung 24 in der vorgegebenen prozentualen Zusammensetzung gemischt. Der Kunststoff wird angeschmolzen und die Kunststoffummantelung 24 wird aus dem Kunststoff in einem Urformprozess durch Umspritzen des Sensorkerns 22 der Sensoreinheit 10 beim Spritzgießen hergestellt.
Das Halteelement 14 zur Halterung des Sensorelements 12 weist speziell für die Umspritzung konstruierte Dichtgeometrien auf, welche zu einer formschlüssigen Verbindung der Bauteile 12, 14, 16, 18, 20 des Sensorkerns 22 der Sensoreinheit 10 führen. Diese formschlüssige Verbindung wird über das Anschmelzen des erfindungsgemäßen Kunststoffs realisiert, welcher eine höhere Temperaturbeständigkeit der Dichtgeometrien der Sensoreinheit 10 bewirkt.
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 102008005315 A1 [0003]

Claims

Sensoreinheit mit einem ein Sensorelement (12) und ein Halteelement (14) zur Halterung des Sensorelements (12) aufweisenden Sensorkern (22) und einer den Sensorkern (22) umgebenden Kunststoffummantelung (24), wobei das Sensorelement (12) über ein Anschlusskabel (16) mit mindestens einer Anschlussader (18, 20) elektrisch kontaktierbar ist, und wobei die Kunststoffummantelung (24) ein Polyamid (PA) und Glasfasern (GF) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff der Kunststoffummantelung (24) zusätzlich ein vorbestimmter Anteil an einem Polyphtalamid (PPA) beigemischt ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (24) einen Polyamidanteil (PA) in einem Bereich von 40 bis 60 Gewichtsprozent, einen Glasfaseranteil (GF) von ungefähr 30 Gewichtsprozent und einen Polyphtalamidanteil (PPA) in einem Bereich von 10 bis 30 Gewichtsprozent aufweist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (24) einen Polyamidanteil (PA) von ungefähr 50 Gewichtsprozent, einen Glasfaseranteil (GF) von ungefähr 30 Gewichtsprozent und einen Polyphtalamidanteil (PPA) von ungefähr 20 Gewichtsprozent aufweist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundkunststoff ein Polyamid 612 (PA 612) verwendbar ist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (24) eine Befestigungslasche (26) zur Befestigung der Sensoreinheit (10) an einem Bauteil ausbildet.
Sensoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Befestigungslasche (26) eine metallische Befestigungsbuchse (28) eingefügt ist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zumindest einen Magnetfeldsensor umfasst.
Sensoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zur Erfassung von Drehzahl und/oder Drehrichtung für eine Raddrehbewegung und/oder für den Triebstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffummantelung, welche einen Sensorkern (22) einer Sensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile des Kunststoffs der Kunststoffummantelung (24) in einer vorgegebenen prozentualen Zusammensetzung gemischt werden, der Kunststoff angeschmolzen und die Kunststoffummantelung (24) aus dem Kunststoff in einem Urformprozess durch Spritzgießen hergestellt wird.