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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Stand der Technik ist es hinlänglich bekannt, Sensorelemente und diesen zugeordnete Peripherie, wie z.B. Stanzgitter bzw. Leitungen, Magnete, Kondensatoren, Widerstände, etc. zur Bildung einer Sensorbaugruppe der vorliegenden Art, insbesondere mit einem Magnetfeldsensorelement, zu vergießen bzw. zu umspritzen, i.e. mit einem Umspritzmaterial. Im Zuge des Umspritzens wird zunächst eine Vorbaugruppe bzw. ein Vorumspritzling gebildet, wobei ein Thermoplast eingesetzt wird, z.B. Polyamid. Dieser Werkstoff erlaubt die Ausbildung filigraner Strukturen an einem Montagebereich des Vorumspritzlings, welcher die Sensorik aufnimmt. Derartige Strukturen umfassen Aufnahmen, Sollbruchstellen, Rastelemente, Quetschrippen, etc. Die Druckschrift
DE 10 2008 018 199 A1 veranschaulicht ein solches Vorgehen.
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Um derart gebildete Sensorbaugruppen ausfallsicher in einem Getriebe einsetzen zu können, müssen diese absolut dicht insbesondere gegenüber Öl sein. Um eine derartige Dichtigkeit zu erzielen, werden in der Regel Duroplaste zur Umhüllung der am Vorumspritzling aufgenommenen Sensorikbauelemente verwendet, i.e. des bestückten Montagebereichs, so dass lediglich die Anschlusskontakte aus diesem herausragen. Thermoplaste können zur Umhüllung des Vorumspritzlings hierbei nicht genutzt werden, da sich der Kunststoff einer nachfolgenden Umspritzung mit dem des Vorumspritzlings nicht verbindet. Entlang der Kontaktflächen der beiden Materialien könnte andernfalls Öl in die Sensorbaugruppe eindringen und die am Montagebereich montierte Sensorik schädigen oder unbrauchbar machen.
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Die aus den Dichtigkeitsanforderungen resultierende Umspritzung des Vorumspritzlings mit Duroplast ist jedoch unerwünscht, wenn es gilt, einen Träger- bzw. Anbindungsbereich der Sensorbaugruppe zu bilden, welcher filigrane Strukturen erfordert. Z.B. muss die Sensorbaugruppe mittels des Anbindungsbereichs die Kontaktierung durch einen Gegenstecker ermöglichen, eine Montage an einem Sensorcluster erlauben oder die Befestigung an einer mechatronischen Einheit. Vorgesehen sind hierbei z.B. Befestigungsverfahren in Form von Schrauben, Kleben, Schweißen, etc., z.B. mittels Fahnen bzw. Formteilen, die an die Sensorbaugruppe in Abhängigkeit der jeweiligen Applikation anzuspritzen sind. Zur Ausbildung derartiger filigraner Strukturen ist der Einsatz von Thermoplast wünschenswert.
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Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass zur Herstellung einer applikationsspezifsch gebildeten, öldichten Sensorbaugruppe mit insbesondere wenigen Verfahrensschritten zum einen die Verbindung zweier Thermoplaste aufgrund mangelnder Dichtheit ungeeignet ist, zum anderen die Umhüllung eines Thermoplasts mit einem Duroplast die gewünschten applikationsspezifischen Eigenschaften mit insbesondere feinen Strukturen nicht zu liefern vermag.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe vorzuschlagen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet, und die einfache Herstellung einer öldichten und applikationsspezifisch ausgebildeten Sensorbaugruppe mit insbesondere filigranen Strukturen im Anbindungsbereich ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer insbesondere mediendichten Sensorbaugruppe, wobei die Sensorbaugruppe einen Montagebereich aufweist, welcher die Sensorik der Sensorbaugruppe aufnimmt, insbesondere ein Magnetfeldsensorelement und/oder einen damit zusammenwirkenden Magneten, und einen Anbindungsbereich, welcher zur applikationsspezifischen Anbindung der Sensorbaugruppe vorgesehen ist, aufweisend die Schritte 1) Bereitstellen eines Leiterstranges, insbesondere eines Stanzgitters; 2) Umspritzen des Leiterstranges mit einem ersten Umspritzmaterial, wobei ein Montagebereich und ein davon räumlich beabstandeter Anbindungsbereich an dem Leiterstrang gebildet wird; 3) Montage der Sensorik am Montagebereich; 4) Umspritzen des mit der Sensorik versehenen Montagebereichs mit einem zweiten Umspritzmaterial.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in dem zweiten Schritt das erste Umspritzmaterial zur Bildung des Montagebereichs und des Anbindungsbereichs ausschließlich in einer ersten Richtung an den Leiterstrang zugeführt, wobei der Montagebereich und der Anbindungsbereich nacheinander ausgebildet werden.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren werden in dem zweiten Schritt Verbindungsstege mittels des ersten Umspritzmaterials gebildet, welche den Montagebereich und den Anbindungsbereich verbinden.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verbindungsstege vor dem vierten Schritt, insbesondere vor dem dritten Schritt, entfernt.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren, wobei in dem zweiten Schritt das erste Umspritzmaterial in der ersten und einer zweiten Richtung zur Bildung des Montagebereichs und des Anbindungsbereichs an den Leiterstrang zugeführt wird, wobei die Bereiche insbesondere zeitlich überlappend gebildet werden.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren, wobei mittels des zweiten Umspritzmaterials im vierten Schritt ein Zwischenraum zwischen dem Montagebereich und dem Anbindungsbereich verfüllt wird.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, wobei das zweite Umspritzmaterial am Montagebereich im Zuge des Umspritzens im vierten Schritt mit dem Anbindungsbereich verbunden wird, insbesondere stoffschlüssig.
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Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem vierten Schritt der Montagebereich, insbesondere samt der daran aufgenommenen Sensorik, gekapselt, insbesondere mediendicht.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erste Umspritzmaterial ein Thermoplast, insbesondere ein Polyamid-Werkstoff.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren, wobei das zweite Umspritzmaterial ein Duroplast ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 exemplarisch einen Vorumspritzling einer Sensorbaugruppe, welcher durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erhältlich ist; und
- 2 exemplarisch eine Sensorbaugruppe, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erhältlich ist.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Vorumspritzling 1 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sensorbaugruppe 2 gemäß 2. Die erfindungsgemäße Sensorbaugruppe 2 ist insbesondere zu einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, insbesondere in einer rauen Einsatzumgebung wie z.B. einem Getriebeölsumpf. Die Sensorbaugruppe 2 ist insofern vorzugsweise öl- bzw. mediendicht gebildet. Die Sensorbaugruppe 2 weist eine Sensorik 3 auf, d.h. ein Sensorelement 4 mit der zu dessen Betrieb vorgesehenen Beschaltungsanordnung.
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Die Sensorbaugruppe 2 ist z.B. zur Drehzahlerfassung auf an sich bekannte Weise vorgesehen, wozu dieselbe eine Sensorik 3 mit einem Magnetfeldsensorelement 4 und einem dazu benachbart angeordneten Magneten 5 aufweist, 2, dessen Magnetfeld von einem Geberrad beeinflusst werden kann. Die Magnetfeldänderung ist durch das Magnetfeldsensorelement 4 detektierbar, woraufhin ein Signal über einen Leiterstrang 6, welcher an das Magnetfeldsensorelement 4 elektrisch leitfähig ankontaktiert ist, ausgebbar ist. Die Sensorik 3 befindet sich an einer zur Erfassung vorgesehenen Seite der Sensorbaugruppe 2.
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Der Leiterstrang 6 ist erfindungsgemäß ein Stanzgitter, alternativ z.B. ein Kabelstrang. Ein Ende 6a des Leiterstrangs 6 ist hierbei zur Ankontaktierung der Sensorbaugruppe 2 bzw. zu deren Anbindung vorgesehen und ragt endseitig aus das Sensorbaugruppe 2 heraus, i.e. in Form von Anschlusskontakten bzw. Pins. Der Leiterstrang 6 besteht erfindungsgemäß aus einzelnen Leiterelementen, z.B. Flachleitern, welche sich innerhalb der Sensorbaugruppe 2 im Wesentlichen zueinander benachbart erstrecken.
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Zur erfindungsgemäß einfachen und kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Sensorbaugruppe 2, welche sowohl mediendicht als auch applikationsspezifisch hochgradig angepasst herstellbar ist, insbesondere mit filigranen Anbindungsstrukturen an eine jeweilige Applikationsumgebung, ist vorgesehen, in einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens einen wie vorstehend beschriebenen Leiterstrang 6 bereit zu stellen, insbesondere in Form eines Stanzgitters.
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Der Leiterstrang 6 dient hierbei insbesondere z.B. auch als Tragstruktur für nachfolgende Verfahrensschritte, ist vorzugsweise also z.B. steif ausgebildet. Zur elektrischen Ankontaktierung der an der Sensorbaugruppe 2 aufzunehmenden Sensorik 3 weist der Leiterstrang 6 eine geeignete Formgebung auf bzw. ist dazu geeignet ausgebildet. Der Leiterstrang 6 weist in dem ersten Verfahrensschritt z.B. Stegelemente auf (nicht dargestellt), welche einzelne Leiterelemente desselben zum Zwecke einer Versteifung des Leiterstrangs 6 verbinden, und welche dazu vorgesehen sind, im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens durchbrochen zu werden.
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Nach Bereitstellung des Leiterstrangs 6 wird an demselben in einem zweiten Schritt durch Umspritzen erfindungsgemäß ein Montagebereich 7 und ein davon räumlich beabstandeter Anbindungsbereich 8 gebildet, i.e. der Vorumspritzling 1, 1. Die derart gebildeten Bereiche 7 und 8 sind untereinander erfindungsgemäß insbesondere nicht verbunden. Der Montagebereich 7 korrespondiert hierbei mit einem, insbesondere genau einem, mittels des Umspritzmaterials an dem Leiterstrang 6 gebildeten ersten Materialbereich, der Anbindungsbereich 8 mit einem, insbesondere genau einem, mittels des Umspritzmaterials an dem Leiterstrang 6 gebildeten zweiten Materialbereich.
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Der Montagebereich 7 ist erfindungsgemäß zur Aufnahme der Sensorik 3 der zu bildenden Sensorbaugruppe 2 vorgesehen, welche am Montagebereich 7 montiert wird und dabei insbesondere an den Leiterstrang 6 elektrisch leitfähig ankontaktiert wird. Im Falle des beschriebenen Drehzahlsensors nimmt der Montagebereich 7 z.B. das Sensorelement 4, z.B. ein Hall-Sensorelement, als auch den damit zusammenwirkenden Magneten 5 auf. Der im zweiten Schritt gebildete Montagebereich 7 wird hierbei mit Strukturen ausgebildet, welche die Ausgestaltung der Sensorik 3 auf die beabsichtigte Art und Weise ermöglichen, z.B. mit Aufnahmen für deren Bauelemente, Soll-Eingriffsstellen zur Durchbrechung der Stege des Leiterstranges 6, etc., i.e. insbesondere filigrane Strukturen.
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Der im Zuge der Bildung des Vorumspritzlings 1 im zweiten Schritt weiterhin gebildete Anbindungsbereich 8 dient dazu, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Sensorbaugruppe 2 mechanisch und insbesondere auch elektrisch anzubinden, wobei der Anbindungsbereich 8 auf die jeweilige Sensorbaugruppen-Applikation, i.e. die Einbau- bzw. Anwendungsumgebung der Sensorbaugruppe 2, abgestimmt ist. Der Anbindungsbereich 8 ist insofern ein Schnittstellenbereich zur elektrischen und mechanischen Ankontaktierung der Sensorbaugruppe 2. Zur insbesondere mechanischen Anbindung ist hierbei die Bildung filigraner Strukturen im Zuge der Bildung des Anbindungsbereichs 8 vorgesehen, welche mit denen der Anwendungsumgebung applikationsspezifisch korrespondieren. Derartige Strukturen sind z.B. Steckverbindungsgehäuse, Quetschrippen, Rastelemente, Verbindungsfahnen, Versteifungselemente, etc.
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Zur Bildung des Vorumspritzlings 1 bzw. des Montagebereichs 7 und des räumlich davon beabstandeten Anbindungsbereichs 8 ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Leiterstrang 6 je zu bildendem Bereich 7 und 8 mit einem ersten Umspritzmaterial 9 in Form eines Thermoplasts, insbesondere einem Polyamid-Werkstoff, zu umspritzen. Dieses erste Umspritzmaterial 9 ermöglicht vorteilhaft die angestrebte Bildung sowohl des Montagebereichs 7 als auch des Anbindungsbereichs 8 mit jeweils feinen Strukturen.
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Durch Bildung des Montagebereichs 7 und des Anbindungsbereichs 8 räumlich voneinander beabstandet sowie durch die Verwendung von Thermoplast zur Bildung beider Bereiche 7 und 8 ist es erfindungsgemäß möglich, sowohl beide Bereiche in einem einzigen Schritt mit filigranen Strukturen zu bilden, als auch die Sensorik 3 nachfolgend mediendicht zu kapseln, i.e. eine öldichte Sensoranordnung 2 zu bilden, wie untenstehend noch näher erläutert wird.
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Nach der Bildung des erfindungsgemäßen Vorumspritzlings 1, i.e. des Montagebereichs 7 und des Anbindungsbereichs 8, ist erfindungsgemäß vorgesehen, in einem dritten Schritt den Montagebereich 7 mit der diesem zugedachten Sensorik 3 zu versehen, i.e. durch entsprechende Montage der Sensorik 3 bzw. deren Bauelemente. Vorgesehen ist hierbei z.B. die Anordnung des Sensorelements 4 am Montagebereich 7 als auch z.B. des Magneten 5 benachbart dazu. Im Zuge der Montage der Sensorik 3 im dritten Schritt ist auch vorgesehen, die Sensorik 3, z.B. das Sensorelement 4, an den Leiterstrang 6 elektrisch anzukontaktieren. Z.B. werden im dritten Schritt Anschlusspins der Sensorik 3 bzw. des Sensorelements 4 an den Leiterstrang 6 geschweißt, insbesondere lasergeschweißt. Auch können in dem dritten Schritt z.B. Sollbruchstellen der Stege zwischen den Leiterelementen des Leiterstrangs 6 bzw. Versteifungselemente geöffnet werden.
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Nach dem dritten Schritt ist erfindungsgemäß ein vierter Schritt vorgesehen, in welchem der nunmehr mit der Sensorik 3 versehene Montagebereich 7 mit einem zweiten Umspritzmaterial 10 umspritzt wird, 2. Das Umspritzen des Montagebereichs 7 ist hierbei derart vorgesehen, dass die Sensorik 3 von dem zweiten Umspritzmaterial 10 umgeben wird, z.B. vollständig, insbesondere mediendicht gekapselt wird. Derart kann die Sensorik 3 dauerhaft gegen aggressive Medien, insbesondere Öl, geschützt werden. Denkbar ist z.B. auch, einzelne Elemente der Sensorik 3 nicht vollständig zu umspritzen, z.B. das Sensorelement 4 zumindest teilweise von einer Umspritzung auszusparen.
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Das zweite Umspritzmaterial 10 ist erfindungsgemäß insbesondere ein Kunststoff, z. B. Duroplast, welches eine mediendichte Kapselung des Montagebereichs 7 und der Sensorik 3 ermöglicht. Duroplast weist im Gegensatz zu Thermoplast z.B. eine deutlich bessere Adhäsionsfähigkeit an Metalloberflächen auf, so dass auch an Grenzflächen zu dem Leiterstrang 6 eine Mediendichtheit erzielbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, auch einen Zwischenraum 11, 1, zwischen dem Montagebereich 7 und dem davon räumlich beabstandeten Anbindungsbereich 8, in welchem sich der Leiterstrang 6, insbesondere ausschließlich der Leiterstrang 6, erstreckt, 2, im vierten Schritt mittels des zweiten Umspritzmaterials 10 zu verfüllen. Das zweite Umspritzmaterial 10 wird hierbei im Zuge des Umspritzens im vierten Schritt insbesondere mit dem Anbindungsbereich 8 bzw. dessen erstem Umspritzmaterial 9 verbunden, insbesondere stoffschlüssig und weiterhin insbesondere dauerhaft. Derart ist neben dem Montagebereich 7 vorzugsweise auch der Leiterstrang 6, welcher sich zwischen dem Montagebereich 7 und dem Anbindungsbereich 8 erstreckt, umspritzt und somit mediendicht und vorzugsweise elektrisch isoliert kapselbar.
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Durch die Verfüllung des Zwischenraums 11 mit dem zweiten Umspritzmaterial 10 kann ferner ein durchgängiges Gehäuse 12 für die Sensoranordnung 2 geschaffen werden, im Rahmen dessen dem Anbindungsbereich 8 die Möglichkeit zugestanden ist, applikationsspezifisch geforderte Strukturen bzw. Schnittstellen auszubilden und zur Verfügung zu stellen, i.e. hier erfolgt z.B. keine Umspritzung mit einem zweiten Umspritzmaterial 10.
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Insbesondere ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, den Vorumspritzling 1 bzw. den Montagebereich 7 als auch den Anbindungsbereich 8 im Zuge eines einzigen Umspritzvorgangs, auch als insert molding bekannt, zu bilden. Z.B. ist vorgesehen, das erste Umspritzmaterial 9 aus lediglich einer Richtung, i.e. einer ersten Richtung an den Leiterstrang 6 zuzuführen bzw. in eine Spritzgießform einzubringen, Pfeil A in 1. Hierbei sind die Hohlformen zur Bildung je des Montage- 7 und des Anbindungsbereichs 8 strömungsmäßig miteinander verbunden, z.B. durch Kanäle, derart, dass das Umspritzmaterial 7 nach Durchströmen der ersten Hohlform via der Kanäle in die zweite Hohlform eindringt. Nach Aushärten des ersten Umspritzmaterials 7 können Stege 13, welche aufgrund der in den Kanälen ausgehärteten Vergussmasse 7, gebildet werden, weggebrochen werden, z.B. vor dem vierten Schritt, insbesondere vor dem dritten Schritt.
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Angemerkt sei, dass bei der vorstehend geschilderten Art der Umspritzung der Montagebereich 7 und der Anbindungsbereich 8 nacheinander gebildet werden.
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Erfindungsgemäß ist z.B. auch vorgesehen, erstes Umspritzmaterial 9 aus der ersten, Pfeil A, und einer zweiten, Pfeil B, Richtung an den Leiterstrang 6 zuzuführen bzw. in eine Spritzgießform einzubringen, insbesondere derart, dass eine erste Hohlform z.B. zur Bildung des Montagebereichs 7 aus der ersten Richtung mit Umspritzmaterial 7 befüllt wird, und die zweite Hohlform z.B. zur Bildung des Anbindungsbereichs 8 aus der zweiten Richtung, welche insbesondere entgegen gesetzt zur ersten Richtung ist, befüllt wird. Stege 13 werden hierbei z.B. nicht gebildet. Angemerkt sei hierbei, dass bei letzterer geschilderter Art der Umspritzung der Montagebereich 7 und der Anbindungsbereich 8 zeitlich überlappend, insbesondere gleichzeitig, gebildet werden können, so dass eine Straffung der Verfahrensdauer möglich ist.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind lediglich zwei Umspritzvorgänge zur Herstellung einer mediendichten Sensoranordnung 2 mit feinen Strukturen im Anbindungsbereich 8 erforderlich. Eine derart geschaffene Sensoranordnung 2 ist zuverlässig und hochflexibel applizierbar und dabei sehr kostengünstig.
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Bezugszeichen
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- 1
- Vorumspritzling
- 2
- Sensorbaugruppe
- 3
- Sensorik
- 4
- Sensorelement
- 5
- Magnet
- 6
- Leiterstrang
- 6a
- Ende Leiterstrang
- 7
- Montagebereich
- 8
- Anbindungsbereich
- 9
- erstes Umspritzmaterial
- 10
- zweites Umspritzmaterial
- 11
- Zwischenraum
- 12
- Gehäuse
- 13
- Steg
- A, B
- Richtung
