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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Sensorvorrichtung.
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Aus der
WO 2009/092 478 A1 ist ein Sensor bekannt, der zweistufig hergestellt wird. Zunächst wird in einem ersten Spritzvorgang ein kernartiges Einlegeteil hergestellt. In einem zweiten Spritzvorgang wird das Einlegeteil umspritzt. Das Einlegeteil ist in einem für den zweiten Spritzvorgang verwendeten Spritzgießwerkzeug längs verschiebbar und/oder verdrehbar in einem Werkzeugeinsatz gehalten. Dadurch ist es möglich, dass das Einlegeteil in seiner Position innerhalb der Baugruppe veränderlich anordenbar ist. Das Verfahren und insbesondere das dazu erforderliche Spritzgießwerkzeug zur Herstellung eines derartigen Sensors sind aufwändig und deshalb kostenintensiv. Nachteilig ist ferner, dass die Außen-Geometrie der Baugruppe durch das Spritzgießwerkzeug vorgegeben ist. Ein derartiges Verfahren ist hinsichtlich der Geometrie der Baugruppe nicht flexibel. Bei veränderten Rahmenbedingungen ist es erforderlich, das Spritzgießwerkzeug zu ändern oder ein anderes Spritzgießwerkzeug zur Verfügung zu stellen, um eine geänderte Geometrie der Baugruppe zu ermöglichen. Derartige Maßnahmen sind kostenintensiv.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Sensorvorrichtung derart zu schaffen, dass die Sensorvorrichtung flexibel und unkompliziert an verschiedene Anwendungen anpassbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 angegeben. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Sensorvorrichtung zweiteilig ausgeführt ist. Die Sensorvorrichtung umfasst eine Sensorbaugruppe und einen Adapter zum Anordnen der Sensorbaugruppe in einer festgelegten Sensorposition. Bei der Sensorbaugruppe ist ein Sensor in einem Einbettungsmaterial eingebettet. Die Sensorbaugruppe ermöglicht eine hohe Funktionsintegration und ist insofern ein komplex gestaltetes Bauteil. Die Sensorbaugruppe weist eine unkomplizierte Außengeometrie auf. Insbesondere ist die Sensorbaugruppe mit einer Regelgeometrie ausgeführt. Insbesondere ist die Geometrie der Sensorbaugruppe standardisiert. Eine derartige Sensorbaugruppe kann in hohen Stückzahlen vergleichsweise kostenreduziert und damit kosteneffizient hergestellt werden. Die Sensorbaugruppe wird auch als Sensorpille bezeichnet. Das Kunststoff-Spritzgusswerkzeug zur Herstellung der Sensorpille ist also auch für Sensoren, die in verschiedenen Sensoranwendungen eingesetzt werden sollen, identisch. Der Werkzeuginvest für die Sensorpille ist vergleichsweise reduziert. Der Adapter ist beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt. Der Adapter kann eine komplexe, insbesondere dreidimensional gestaltete Geometrie aufweisen. Der Adapter dient zur geeigneten Positionierung der Sensorbaugruppe in einer bestimmten Anwendung. Der Adapter soll die Sensorbaugruppe an einem Bauteil in einer Sensoranwendung platzieren. Der Adapter wird in einer vergleichsweise reduzierten Stückzahl im Vergleich zu der Sensorbaugruppe hergestellt. Die Sensorbaugruppe ist mit dem Adapter zur Sensorvorrichtung verbunden. Als Verbindungsverfahren dienen insbesondere Verfahren, die automatisiert durchgeführt werden können. Dies können beispielsweise lösbare Verbindungen wie Schraubverbindungen oder unlösbare Verbindungen wie Klebeverbindungen oder kraft- und formschlüssige Verbindungen durch Verstemmen beispielsweise bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen sein. Es sind weitere, an sich gängige Verbindungsverfahren zur Verbindung von Sensorbaugruppe und Adapter zur Sensorvorrichtung möglich wie beispielsweise Schnapp- oder Rastverbindungen. Als weitere Verbindungsverfahren dienen beispielsweise Nieten und/oder Eingießen. Die Sensorvorrichtung ist ein Bauteil. Die Sensorvorrichtung ist einstückig ausgeführt. Dadurch, dass der Adapter als vergleichsweise unkompliziertes Kunststoff-Spritzgussbauteil variabel an eine veränderte Rahmenbedingung angepasst und neu hergestellt werden kann, kann die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung flexibel und kosteneffektiv hergestellt werden. Insbesondere kann die Sensorpille in großen Stückzahlen und insbesondere unabhängig von der späteren Sensoranwendung und konkreten Randbedingungen hergestellt werden, um die Sensorbaugruppe anschließend mit einem speziell für die Sensoranwendung entwickelten Adapter zur Sensorvorrichtung zu kombinieren. Eine Randbedingung für eine Sensoranwendung kann sich daraus ergeben, dass eine Sensorvorrichtung für einen neuen Bauraum benötigt wird, wenn beispielsweise Geschwindigkeitssensoren die jeweilige Geschwindigkeit unterschiedlich großer Drehräder erfassen sollen. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Sensorvorrichtung jeweils individuell an einen geänderten Bauraum angepasst, also neu konstruiert werden muss. Für die Herstellung der neu konstruierten Sensorvorrichtung ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, die Sensorpille selbst neu zu konstruieren und/oder die Einbindung des Sensors in der Sensorvorrichtung neu zu konstruieren. Es ist ausreichend, wenn ein Adapter konstruiert wird, der an die geänderten Randbedingungen angepasst ist, wobei die Verbindung mit der Sensorpille aufgrund der standardisierten Geometrie der Sensorpille unkompliziert und vereinfacht ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sensorvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der von Patentanspruch 1 abhängigen Ansprüche.
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Vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem der Adapter eine Sensorbaugruppe mit Aufnahme zum Aufnehmen der Sensorbaugruppe in einer definierten Position aufweist. Die Sensorbaugruppe ist definiert und sicher an dem Adapter positioniert. Eine unbeabsichtigte Verlagerung des Sensors und der Sensorbaugruppe ist ausgeschlossen.
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Vorteilhaft ist eine Sensorvorrichtung, bei der die Sensorbaugruppe mit dem Sensor verbundene elektrische Leiter aufweist. Als elektrische Leiter dienen insbesondere flexible Litzen. Ein Sensor kann beispielsweise ein bedrahteter handelsüblicher Sensor sein, der beispielsweise zum Erfassen von Drehzahl-, Weg- und/oder Positionssignalen dient. Der Sensor kann auch ein SMD-Bauteil auf einer bestückten Leiterplatte sein.
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Insbesondere ist der Sensor auf einem Trägerelement, das insbesondere aus Kunststoff hergestellt ist, montiert.
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Vorteilhaft ist eine Sensorvorrichtung, bei der der Sensor kunststoffumspritzt ist. Der Sensor ist definiert und sicher in der Sensorbaugruppe angeordnet. Die Sensorbaugruppe eignet sich sehr gut für weiterverarbeitende Fertigungsschritte, insbesondere für die nachfolgende, insbesondere vollautomatisierte Montage der Sensorvorrichtung.
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Vorteilhaft ist eine Sensorvorrichtung, bei der der Adapter mindestens ein Befestigungselement zum Befestigen an einem Gegenstand aufweist. Ein Befestigungselement kann beispielsweise eine Durchgangsbohrung sein, mittels der der Adapter auf einem Befestigungsbolzen an einem Bauteil definiert aufgesetzt werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Sensorbaugruppe in einer definierten Lage zu dem mindestens einen Befestigungselement an dem Adapter festgelegt ist.
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Vorteilhaft ist eine Sensorvorrichtung, bei der der Adapter einen integrierten Kabelkanal für elektrische Leiter der Sensorbaugruppe aufweist. Die elektrischen Leiter der Sensorbaugruppe können dann vorteilhaft geschützt in dem integrierten Kabelkanal des Adapters verlegt sein. Die elektrischen Leiter der Sensorbaugruppe sind durch den Kabelkanal geschützt.
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Vorteilhaft ist eine Sensorvorrichtung, bei der die Sensorbaugruppe mit dem Adapter fest verbunden ist. Dadurch ist gewährleistet, dass ein unbeabsichtigtes Lösen der Teile der Sensorvorrichtung ausgeschlossen ist. Ein Anwender muss lediglich die Sensorvorrichtung als einteilige Komponente handhaben und für eine Sensoranwendung einbauen.
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Vorteilhaft ist eine Sensorvorrichtung, bei der die Sensorbaugruppe mit dem Adapter lösbar verbunden ist. Insbesondere ist die Sensorbaugruppe mit dem Adapter lösbar und fest verbunden. Eine derartige Verbindungsform ist beispielsweise eine Schraubverbindung. Dadurch, dass die Verbindung lösbar ist, ist es möglich, auch nach erfolgter Montage die Sensorbaugruppe von dem Adapter zu demontieren, also wieder zu lösen. Dadurch sind Reparaturarbeiten vereinfacht. Beispielsweise ist es möglich, wenn nur eine der Komponenten, also beispielsweise die Sensorbaugruppe oder der Adapter, beschädigt ist, nur die jeweils beschädigte Komponente zu tauschen. Die nicht beschädigte Komponente kann weiterhin verwendet werden. Aufgrund der standardisierten Geometrien von Sensorbaugruppe und Adapter ist eine Kombination von Austauschteilen unkompliziert möglich.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung umfasst die Verfahrensschritte Einbetten eines Sensors in einem Einbettungsmaterial zu einer Sensorbaugruppe, Herstellen eines Adapters zum Anordnen der Sensorbaugruppe in einer Sensorposition für eine Sensoranwendung und Verbinden der Sensorbaugruppe mit dem Adapter zu der Sensorvorrichtung. In Folge der zweiteiligen Ausführung der Sensorvorrichtung ergibt sich eine unabhängige Herstellung der Komponenten voneinander. Die Herstellung der Sensorbaugruppe, also das Einbetten des Sensors in dem Einbettungsmaterial, ist funktionell, zeitlich und räumlich unabhängig von dem Herstellen des Adapters möglich. Insbesondere ist es denkbar, Sensorbaugruppen in einer großen Stückzahl vorzufertigen und für die Montage mit einem Adapter in Abhängigkeit von der jeweiligen Sensoranwendung zur Verfügung zu stellen. Aufgrund des Herstellverfahrens nach einem modularen Prinzip, das auch als Baukastenprinzip bezeichnet werden könnte, sind die Entwicklungszeiten für die Sensorvorrichtungen reduziert. Die Sensorbaugruppe muss nur ein einziges Mal entwickelt und anschließend hergestellt werden. Der jeweilige Adapter muss lediglich hinsichtlich seiner Konstruktion mit Blick auf geometrische Merkmale entwickelt werden. Funktionelle Merkmale sind für den Adapter im Wesentlichen überflüssig. Der Adapter muss lediglich geeignet sein, die standardisierte Außenform der Sensorbaugruppe aufnehmen zu können.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel angegebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Adapters gemäß 1,
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3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie III-III in 1, und
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4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Einander entsprechende Teile und Signale sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstandes sein.
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1 bis 3 zeigen eine Sensorvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Sensorvorrichtung 1 ist mehrteilig ausgeführt und umfasst eine Sensorbaugruppe 2 und einen Adapter 3 zum Anordnen der Sensorbaugruppe 2 in einer definierten Sensorposition für eine dafür vorgesehene Sensoranwendung.
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Der Adapter 3 ist als Kunststoff-Spritzgussbauteil in der Form eines Sockels ausgeführt. Der Adapter 3 weist eine im Wesentlichen dreieckförmige Fußplatte 4 auf, in der in den Eckenbereichen der Dreiecksform jeweils eine Durchgangsbohrung 5 zum Befestigen an einem Gegenstand vorgesehen sind. Die Fußplatte 4 dient zum Aufsetzen auf einer Unterlage. In einer senkrechten Richtung erstreckt sich von der Fußplatte 4 ein Säulenabschnitt 6, der eine der Fußplatte 4 ähnliche, dreieckförmige Kontur aufweist. An einer oberen, der Fußplatte 4 abgewandten Deckfläche 8 sind jeweils in den Eckenbereichen, sich senkrecht von der Deckfläche 8 erstreckende Haltezapfen 7 vorgesehen. In der Deckfläche 8 und an einer der Seitenflächen des Säulenabschnitts 6 ist eine Aussparung als Sensorbaugruppenaufnahme 9 zum Aufnehmen der Sensorbaugruppe 2 an dem Adapter 3 vorgesehen.
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Im Bereich der Fußplatte 4 und abschnittsweise an einer Seitenwand des Säulenabschnitts 6, insbesondere an derselben Seitenwand, an der auch die Sensorbaugruppenaufnahme 9 vorgesehen ist, ist eine Kabelführungsausnahme 10 vorgesehen.
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Die Sensorbaugruppe 2 umfasst ein Trägerelement 11, das insbesondere aus Kunststoff hergestellt ist. Auf das Trägerelement 11 kann der eigentliche Sensor 12 montiert und anschließend mit Kunststoff als Einbettungsmaterial 13 umspritzt werden. Das in Form gespritzte Einbettungsmaterial 13 ist in der Explosionsdarstellung explizit dargestellt. Das in Form gespritzte Einbettungsmaterial 13 wird im Folgenden als Sensorumspritzung bezeichnet.
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Bei dem Sensor 12 handelt es sich um einen Hall-Sensor, der bedrahtet ist, also mit flexiblen Litzen 14 kontaktiert ist. Hierzu ist zwischen dem Sensor 12 und den Litzen 14 eine Schweißfahne 15 angeordnet. Diese Schweißfahne 15 ist an ihrem einen Ende 15a mit dem Sensor 12 verschweißt und an ihrem anderen Ende 15b mit der Litze 14 vercrimpt. Der Sensor 12 kann in eine dafür vorgesehene Schiebeaufnahme 16 an dem Trägerelement 11 eingeschoben und dort befestigt werden. Gleichzeitig sind an einer Vertikalwand des Trägerelements 11 Klemmhalterungen 17 für die Leitungsdrähte des Sensors 12 vorgesehen.
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Insbesondere aus der Darstellung in 3 ergibt sich, dass die Sensorumspritzung 13 mit zu den Haltezapfen 7 korrespondierenden Durchgangsbohrungen 18 aufgesteckt werden kann. Dazu können die Innendurchmesser der Durchgangsbohrungen 18 kleiner ausgeführt sein als die Außendurchmesser der Haltezapfen 7, so dass die Sensorbaugruppe 2, die also den Sensor 12, das Trägerelement 11 und die Sensorumspritzung 13 umfasst, einteilig auf die Haltezapfen heiß oder kalt verstemmt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Haltezapfen 7 zumindest abschnittsweise ein Außengewinde aufweisen, so dass die Sensorbaugruppe mit der Sensorumspritzung 13 auf die Haltezapfen 7 aufgesetzt und mittels Befestigungsmuttern festgeschraubt wird. Die Sensorumspritzung 13 ist im Wesentlichen deckelförmig ausgeführt und weist einen Nasenvorsprung 19 auf, der der Leitungsführung der Leitungen des Sensors 12 entspricht. Die Leitungen des Sensors 12 sind durch den Nasenvorsprung 19 vor äußeren Einflüssen geschützt.
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In dem Adapter 3 ist innerhalb des Säulenabschnitts 6 eine Kabelführung, also ein Kabelkanal, integriert. Das bedeutet, dass die elektrischen Leitungen des Sensors 12 zumindest größtenteils innerhalb des Adapters 3, insbesondere des Säulenabschnitts 6, geführt und dadurch geschützt sind.
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Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung näher erläutert. Zunächst werden ein Trägerelement 11 und ein Sensor 12 zur Verfügung gestellt. Der Sensor 12 wird an dem Trägerelement 11 montiert, beispielsweise aufgesteckt und geklemmt. Anschließend wird das so vormontierte Sensorelement in ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug eingelegt und dort mittels einer Kunststoffmasse umspritzt. Dadurch wird eine Sensorbaugruppe 2 geschaffen, bei der der Sensor 12 in einer definierten Position festgelegt ist. Die Sensorbaugruppe 2 weist definierte Anschlussmaße beispielsweise in Form der Durchgangsbohrungen 18 für Haltezapfen 7 auf. Die so hergestellte Sensorbaugruppe 2 kann zwischengelagert und für eine spätere Montage zu der Sensorvorrichtung verwendet werden.
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Unabhängig von der Sensorbaugruppe 2 wird ein Adapter 3 beispielsweise als Kunststoffspritzgussbauteil hergestellt. Der Adapter 3 ist unkompliziert herstellbar. Insbesondere sind eine Funktionsintegration und insbesondere das Verbinden mehrerer verschiedener Werkstoffe nicht erforderlich. In einem anschließenden Montageschritt werden der Adapter 3 und die Sensorbaugruppe 2 zu der Sensorvorrichtung 1 miteinander verbunden. Die Sensorvorrichtung 1 ist flexibel an eine Sensoraufgabe anpassbar, indem ein erforderlicher Adapter beispielsweise aus einer Vielzahl vorhandener Standardadapter ausgewählt wird. Dadurch, dass die Sensorbaugruppe 2 standardisierte Anschlussmaße aufweist, ist die Sensorbaugruppe 2 mit einer Vielzahl von Adaptern verbindbar. Die Gestaltungsvielfalt der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist groß.
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4 zeigt eine 1 entsprechende perspektivische Ansicht einer Sensorvorrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Ausgestaltung der Sensorbaugruppe 2 mit Trägerelement 11, Sensor 12 und Einbettungsmaterial 13 in Form der Sensorumspritzung sind identisch ausgeführt wie bei der Sensorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei lediglich die Leitungsführung der elektrischen Leitungen des Sensors 12 angepasst ist. Wesentlicher Unterschied der Sensorvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung des Adapters 21. Die Grundform, d. h. die im Wesentlichen dreieckförmige Kontur der Fußplatte 22, entspricht der der Fußplatte des ersten Ausführungsbeispiels. Wesentlicher Unterschied ist die Höhe des Adapters 21, also die Erstreckung entlang einer senkrechten Richtung von der Fußplatte 22. Der Adapter 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine geringere Höhe auf als der Adapter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dadurch ist der Sensor 12 der Sensorvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bezogen auf die Befestigungselemente 5, 22 des Adapters 21 in einer anderen Position als bei dem Adapter 3 der Sensorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensorvorrichtung
- 2
- Sensorbaugruppe
- 3
- Adapter
- 4
- Fußplatte
- 5
- Befestigungselement
- 6
- Säulenabschnitt
- 7
- Haltezapfen
- 8
- Deckfläche
- 9
- Sensorbaugruppenaufnahme
- 10
- Kabelführungsausnahme
- 11
- Trägerelement
- 12
- Sensor
- 13
- Einbettungsmaterial
- 14
- Litze
- 15
- Schweißfahne
- 15a
- Verbindungspunkt Schweißfahne Sensor
- 15b
- Verbindungspunkt Schweißfahne Sensor Litze
- 16
- Schiebeaufnahme
- 17
- Klemmhalterung
- 18
- Durchgangsbohrung
- 19
- Nasenvorsprung
- 20
- Sensorvorrichtung
- 21
- Adapter
- 22
- Fußplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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