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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile mit
- a) einem Gehäuse, das mit einem der beiden Teile verbindbar ist;
- b) einem Bedienelement, das seinerseits umfasst:
- ba) einen Hebelarm, der mit dem anderen der beiden Teile verbindbar ist;
- bb) eine Drehwelle, die mit dem Hebelarm drehschlüssig verbunden, in einen Hohlraum des Gehäuses eingeführt, dort verrastet ist und an ihrer Stirnfläche ein signalgebendes Element trägt;
- c) einem signalerfassenden Element, das dem signalgebenden Element in geringem Abstand benachbart, von diesem aber durch eine Materialwand getrennt ist.
- Vorrichtungen dieser Art werden in großen Stückzahlen in der Kraftfahrzeug-Industrie eingesetzt. Dort dienen sie beispielsweise dazu, die Relativbewegung zwischen zwei zueinander beweglichen Teilen eines Fahrwerkes zu erfassen, und werden in dieser Funktion landläufig als „Fahrwerksensoren“ bezeichnet. Sie sind üblicherweise weitgehend ungeschützt im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs montiert.
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Dort wirken extreme Umwelteinflüsse, insbesondere große Luftdruckunterschiede und große Temperaturunterschiede, auf sie ein. Darüber hinaus sind die Fahrwerksensoren Feuchtigkeit, Schmutz, Steinen, Splitz, Streusalz und Reinigungsmitteln ausgesetzt.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist in der
DE 10 2007 034 099 A1 beschrieben. In dieser Druckschrift geht es im Wesentlichen darum, das signalerfassende Element gegenüber Umwelteinflüssen zu schützen. Hierzu wird dieses in dem Gehäuse allseits eingegossen und steht nur noch berührungslos mit dem signalgebenden Element in Wechselwirkung. Das signalerfassende Element, im Allgemeinen ein Hall-Sensor, wird hierzu gemeinsam mit den erforderlichen elektronischen Bauelementen auf einer Platine angebracht, die dann in geeigneter Weise in einer Öffnung des Gehäuses befestigt wird. Danach erfolgt das Umgießen des Sensors und der Platine mit einer geeigneten Masse. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in der
DE 10 2007 034 099 A1 beschrieben ist, wird die Platine mit den daran angebrachten elektronischen Bauelementen einschließlich des Sensors direkt in das Gehäuse bei dessen Herstellung eingegossen. Derartige Gehäuse müssen verständlicherweise aus harten Kunststoffen hergestellt sein.
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Beide bekannte Herstellungsverfahren sind verhältnismäßig aufwendig und lassen sich schlecht automatisieren.
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Vorrichtungen der hier interessierenden Art, insbesondere Fahrwerksensoren, sind Massenprodukte. Hier kommt es sehr stark auf die Kosten an, wobei auch Bruchteile eines Cents eine Rolle spielen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die insgesamt kostengünstiger herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das signalerfassende Element als Teil eines Lead-frame ausgebildet und in ein an dem Gehäuse befestigtes Halteteil, das aus einem Duroplast-Kunststoff besteht, eingespritzt ist.
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Erfindungsgemäß wird also das signalerfassende Element nicht mehr auf einer herkömmlichen Platine aufgebaut, sondern als Teil eines Lead-frame gestaltet. In dieser Form ist das signalerfassende Element besonders einfach einzugießen. Hierzu wird ein besonderer Kunststoff, nämlich ein Duroplast, eingesetzt. Zum Spritzen von Duroplast-Kunststoffen werden nur verhältnismäßig kleine Drucke benötigt, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der elektronischen Bauelemente einschließlich des signalerfassenden Elements beim Spritzen gering gehalten wird. Zwar erreicht der Duroplast beim Spritzvorgang eine Temperatur von beispielsweise 270° C. Durch geeignete Verfahrensführung lässt sich aber erreichen, dass diese verhältnismäßig hohe Temperatur keinen schädlichen Einfluss auf die elektronischen Baukomponenten ausübt.
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Insgesamt ist die Ausgestaltung des signalerfassenden Elements als Teil eines Lead-frames und die Einbettung dieser Einheit in einen Duroplast-Kunststoff sehr viel kostengünstiger, als dies bei dem bekannten Umgießen einer die elektronische Baukomponenten tragenden Platine der Fall war.
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Das Halteteil ist mit einem Bereich in eine Öffnung des Gehäuses eingeschoben und dort verrastet. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem erfindungsgemäß als gesondertes Teil hergestellten Halteteil geschieht so in einfacher Weise, ebenfalls leicht automatisierbar.
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An das Halteteil kann eine Steckerwanne einstückig angeformt sein, in deren Innenraum die mit den Anschlussfahnen des Lead-frames verbundenen Steckerkontakte hineinragen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen Fahrwerksensor.
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Der dargestellte und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Fahrwerksensor umfasst ein Gehäuse 2 aus einem korrosionsbeständigen und schlagfesten Kunststoff, das im Wesentlichen als nach oben offener Becher ausgebildet ist. Die obere Öffnung des inneren Hohlraums 19 des Gehäuses 2 ist von einem sich nach oben erstreckenden Ringkragen 3 umgeben.
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An die innere Mantelfläche des Hohlraumes 19 Gehäuses 2 ist im Zweikomponenten-Verfahren ein Einsatz 4 aus verhältnismäßig weichem, elastischem Kunststoff angespritzt. Dieser Einsatz 4 erstreckt sich über den Kragen 3 nach oben hinaus und umgibt diesen, so dass sich eine feste Verbindung zwischen dem Einsatz 4 und dem Gehäuse 2 ergibt.
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Durch den Einsatz 4 erstreckt sich von oben bis unten ein rotationssymmetrischer Aufnahmeraum 5, der in drei Abschnitte 5a, 5b und 5c unterteilt ist. Der oberste Abschnitt 5a ist konisch, sich nach unten verjüngend, ausgebildet. An diesen schließt sich nach unten ein kugelkalottenförmiger Bereich 5b an, der seinerseits, weiter nach unten, durch einen kreiszylindrischen Bereich 5c fortgesetzt wird.
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In den Aufnahmeraum 5 des Einsatzes 4 ist von oben her ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnetes Bedienelement in weiter unten beschriebener Weise eingerastet. Das Bedienelement 6 umfasst in einer Weise, wie dies aus der oben genannten
DE 10 2007 034 099 A1 bekannt ist, einen Hebelarm 7, der allerdings in der Zeichnung so gedreht ist, dass seine Längserstreckung senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Das freie Ende dieses Hebelarmes 7 trägt eine Kugel, die ihrerseits über ein Gestänge mit einer Komponente des Fahrwerkes, beispielsweise mit einem Querlenker, verbunden ist.
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An den Hebelarm 7 ist unter etwa rechtem Winkel eine Drehwelle 8 einstückig angespritzt. Die Drehwelle 8 ist in ähnlicher Weise in drei Abschnitte unterteilt, wie der Aufnahmeraum 5 des Einsatzes 4. Das heißt, dass die Drehwelle 8 oben, an den Hebelarm 7 anschließend, zunächst einen sich konisch nach unten verjüngenden Abschnitt 8a aufweist, dem weiter nach unten, ein kugeliger Abschnitt 8b folgt. An den Abschnitt 8b wiederum schließt sich ein Abschnitt 8c mit kreiszylindrischer Mantelfläche an, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Abschnittes 5c des Hohlraumes 5 ist. Der unterste Abschnitt 8d der Drehwelle 8 ist wiederum als Kreiszylindermantelfläche gestaltet, wobei jedoch der Radius gegenüber dem Abschnitt 8c vergrößert ist.
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Wie sich aus der Zeichnung ergibt, liegen im montierten Zustand die Abschnitte 8a, 8b und 8d der Drehwelle 8 an den benachbarten Abschnitten 5a, 5b und 5c des Einsatzes 4 an. Die Dimensionierungen sind dabei so, dass die Anlage unter einer gewissen Pressung des Materials des Einsatzes 4 erfolgt. Im Bereich 8b der Drehwelle 8 dagegen besteht zwischen der Drehwelle 8 und dem Einsatz 4 ein Freiraum, wodurch die beim Verdrehen der Drehwelle 8 wirkenden Reibungskräfte verringert werden.
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In die untere Stirnseite der Drehwelle 8 ist eine Ausnehmung 9 eingeformt, in welcher ein Linearmagnet 10 befestigt, beispielsweise eingeklebt, ist.
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Das Bedienelement 6 wird am Gehäuse 2 dadurch montiert, dass die Drehwelle 8 in den Aufnahmeraum 5 des Einsatzes 4 von oben her eingeschoben wird. Dabei weitet der kugelförmige Bereich 8b der Drehwelle 8 zunächst die Bereiche 5a, 5b des Aufnahmeraumes 5 des Einsatzes 4 etwas radial auf, was auf Grund der Elastizität des Materials, aus dem der Einsatz 4 besteht, möglich ist. Gleichzeitig trägt die Kugelform des Bereiches 8b dazu bei, dass sich die Drehwelle 8 in dem Aufnahmeraum 5 selbst zentriert. Hat der Abschnitt 8b der Drehwelle 8 den Abschnitt 5b des Aufnahmeraumes 5 des Einsatzes 4 erreicht, so federt der obere Bereich des Einsatzes 4 radial nach innen in die Position zurück, die in der Zeichnung dargestellt ist und in der die Bereiche 8a, 8b und 8c der Drehwelle 8 an den Bereichen 5a, 5b und 5c des Aufnahmeraumes 5 des Einsatzes 4 unter Vorspannung anliegen.
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Mit der geschilderten Art der Verbindung zwischen dem Bedienelement 6 und dem Gehäuse 2 wird mehreres gleichzeitig erreicht. Zum ersten ist diese Verbindung eine Art Rastung, die maschinell leicht und schnell durchgeführt werden kann. Der Einsatz 4 bildet zudem eine Dichtung, welche das Eindringen von Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses 2, insbesondere zum Magneten 10, verhindert. Die Gleitführung der Drehwelle 8 in dem Einsatz 4 ist auf Grund der Materialpaarung reibungsarm. Schließlich sorgt der Einsatz 4 dafür, dass in dem Fahrwerksensor 1 keine aus harten Werkstoffen gefertigte Komponenten direkt aneinandergrenzen, was zu unerwünschten Geräuschen führen könnte.
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Das Gehäuse 2 des Fahrwerksensors 1 besitzt in dem unterhalb des Hohlraums 19 liegenden Bereich eine Öffnung 11, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Hohl raums erstreckt. In diese Öffnung 11 ist ein plattenför miger Bereich 12a eines Halteteiles 12 eingeschoben und dort verrastet. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsarten möglich. Das Halteteil 12 ist ein aus einem Duroplasten hergestelltes Spritzteil. Direkt in den plattenförmigen Bereich 12a eingespritzt ist ein Lead-frame 20. Dieser trägt einen Sensorkern 13 mit einem magnetfeldempfindlichen Element, beispielsweise einer vier Hall-Sensoren umfassenden Brücke, wie diese aus dem schon zitierten Stande der Technik bekannt ist. Der Lead-frame 20 trägt außerdem die zur Beschaltung des Sensor kerns 13 erforderlichen elektronischen Bauteile 15 und ist mit Anschlussfahnen (nicht erkennbar) versehen, die ihrerseits mit Steckerkontakten 17 verbunden sind. Die Steckerkontakte 17 erstrecken sich in den Innenraum 18 einer Steckerwanne 19, die einstückig an dem plattenförmigen Bereich 12a des Halteteiles 12 angeformt ist und bei montiertem Halteteil 12 seitlich des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Steckerkontakte 17 können kundenspezifisch ausgebildet sein, während der Lead-frame 20 mit den Komponenten 13 und 15 als identisches Modul für unterschiedliche kundenspezifische Produkte verwendet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist also das beim Stande der Technik als bestückte Leiterplatte ausgebildete Sensorelement durch eine Lead-frame-Anordnung 20 ersetzt, die eine einfachere Verbindungstechnik ermöglicht. Die Lead-frame-Anordnung 20 ist nicht nur preiswert, sondern auch leicht handhabbar, was den Einspritzvorgang in das Halteteil 12 erleichtert.
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Dieses Einspritzen wird insbesondere dadurch möglich, dass für das Halteteil 12 ein Duroplast-Kunststoff eingesetzt wird. Beim Einspritzen treten zwar Temperaturen bis zu 270°C auf. Durch geeignete Verfahrensführung ist es jedoch möglich, dass die temperaturempfindlichen Elemente auf der Lead-frame-Anordnung 20 hierdurch nicht beschädigt werden. Wesentlich ist, dass bei Verwendung von Duroplast Drücke ausreichen, die erheblich niedriger als diejenige sind, die bei der Verarbeitung von Thermoplast eingesetzt werden müssen. Dies trägt entscheidend dazu bei, dass die Lead-frame-Anordnung 20 beim Einspritzen nicht beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil des Materials Duroplast ist, dass dieses im Gegensatz zum Thermoplast im Laufe der Zeit kein Wasser aufnimmt.
