DE102015224756A1

DE102015224756A1 - Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102015224756A1
Application number: DE102015224756.2A
Authority: DE
Inventors: Till Deubel; Peter Rehbein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-14

Abstract

Der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung (1), insbesondere einer Hydraulikventil-Anordnung, die zumindest ein Ventilgehäuse (2) und mindestens eine Elektronik-Komponente (3) mit einer Elektronik-Komponentenbasis (4) umfasst, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a) schichtweises Aufbauen des Ventilgehäuses (2) auf einem Untergrund (7), b) schichtweises Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis (4), wobei die Elektronik-Komponentenbasis (4) mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung, insbesondere einer Hydraulikventil-Anordnung, und umfasst eine Ventilanordnung.
Eine entsprechend hergestellte Ventilanordnung findet insbesondere Anwendung bei Hydraulikblöcken, die genutzt werden, um ein unter Hochdruck stehendes Fluid, insbesondere Öl, zu fördern. Die Ventilanordnung findet insbesondere Anwendung bei Ventilgehäuseblöcken beziehungsweise Ventilen, die bislang ein Gehäuse aus metallischem Gussmaterial aufweisen. Das Ventil wird üblicherweise auf einen Steuerblock aufgeschraubt und ist an einer Anschlussfläche mit einer im Steuerblock ausgebildeten hydraulischen Leitung verbunden. An die Anschlussflächen des Ventils münden Fluidkanäle.
Es ist bekannt, Hydraulikblöcke aus dem Vollmaterial zu fertigen. Hierbei werden die Strömungskanäle und Passungen beispielsweise mittels Bohren und/oder Schleifen hergestellt. Nachteilig bei der Herstellung solcher Hydraulikblöcke aus Vollmaterial sind der hohe Materialaufwand, das hohe Gewicht des Hydraulikblocks, der hohe Nachbearbeitungsaufwand und die mangelnde Gestaltungsfreiheit bei der äußeren Formgebung und beim Verlauf der Kanäle im Innern des Hydraulikblocks.
Um ein modernes, elektronisch angesteuertes Hydraulikventil betreiben zu können, muss das Hydraulikventil mit einem Elektronikmodul verbunden werden. Ein solches Elektronikmodul umfasst beispielsweise eine Platine und/oder Leiterplatten, mindestens einen Anschluss und ein Gehäuse. Zum Zusammensetzen des Elektronikmoduls und zum Verbinden des Elektronikmoduls mit dem Hydraulikventil sind regelmäßig unhandliche und aufwändige Montagevorgänge erforderlich. Hierzu zählen beispielsweise das Zusammensetzen der Leiterplatten und/oder der Platine mit dem Anschluss und dem Gehäuse sowie das Montieren des Elektronikmoduls an dem Ventilgehäuse des Hydraulikventils. Beim Zusammensetzen bzw. Montieren des Elektronikmoduls an dem Ventilgehäuse ist regelmäßig ein Aufschrauben des Elektronikmoduls auf das Ventilgehäuse, ein Abdichten zwischen diesen Komponenten und ein Verkabeln des Elektronikmoduls mit den Stellkomponenten des Hydraulikventils, z. B. mit elektronisch angesteuerten Magneten des Hydraulikventils, erforderlich.
Eine derart, mit einem Hydraulikventil und einem Elektronikmodul zusammengesetzte Hydraulikventil-Anordnung benötigt an ihrem Einbauort einen relativ großen Bauraum. Es hat sich zudem gezeigt, dass sich insbesondere bei stark vibrationsbelasteten Ventilen die Verbindung zwischen Ventilgehäuse und Elektronikmodul mit der Betriebsdauer lockern kann, was zu einem schnelleren Verschleiß der Hydraulikventil-Anordnung oder sogar zu einem ungewünschten Ausfall des Hydraulikventils führen kann.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung angegeben werden, das eine kostengünstige und materialschonende Herstellung ermöglicht. Das Verfahren soll insbesondere die Herstellung einer kompakten Ventilanordnung mit einer hohen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des inneren Verlaufs der Kanäle ermöglichen. Insbesondere soll die Ventilanordnung so herstellbar sein, dass ein Montageaufwand stark reduziert wird. Darüber hinaus soll das Verfahren die Herstellung einer, insbesondere gegenüber Vibrationsbelastungen, sehr robusten Ventilanordnung ermöglichen.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung aufzeigt. Die in der Beschreibung angeführten Merkmale charakterisieren die Erfindung weiter, wobei diese in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung, insbesondere einer Hydraulikventil-Anordnung, die zumindest ein (schichtweise aufgebautes) Ventilgehäuse und mindestens eine Elektronik-Komponente mit einer (schichtweise aufgebauten) Elektronik-Komponentenbasis umfasst, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:

a) schichtweises Aufbauen des Ventilgehäuses auf einem Untergrund,
b) schichtweises Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis,

Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis (insbesondere eine Platine bzw. Leiterplatte) mit dem Ventilgehäuse zu einem integrierten Bauteil verbunden. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, bei dem die hydraulischen Funktionen und die elektrischen Funktionen in einem Bauteil, insbesondere der Ventilanordnung bzw. dem Ventilgehäuse, integriert werden. Der vorgeschlagenen Lösung liegt insbesondere die Idee zugrunde, ein Ventilgehäuse und eine Elektronik-Komponentenbasis (Platine bzw. Leiterplatte) für die Ansteuerelektronik zur Betätigung des Ventils in aufeinander folgenden Bearbeitungsschritten jeweils per Additive Manufacturing herzustellen.
Die oben angedeutete Reihenfolge der Verfahrensschritte a) und b) ergibt sich bei einem regulären Ablauf des Verfahrens. Einzelne Verfahrensschritte können zeitgleich nacheinander und/oder parallel durchgeführt werden. Bevorzugt wird Schritt a) mehrfach hintereinander bzw. wiederholt ausgeführt, insbesondere bevor Schritt b) (erstmalig) ausgeführt wird. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass in Schritt a) zunächst mindestens eine, bevorzugt mehrere, Ventilgehäuse-Schicht(en) des Ventilgehäuses aufgebaut wird bzw. werden, bevor Schritt b) ausgeführt wird. Besonders bevorzugt wird Schritt a) solange wiederholt ausgeführt, bis das Ventilgehäuse (fertig) aufgebaut ist, insbesondere bevor Schritt b) (erstmalig) ausgeführt wird.
Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis mit dem Ventilgehäuse stoffschlüssig bzw. kohäsiv verbunden. Besonders bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis dadurch (stoffschlüssig bzw. kohäsiv) mit dem Ventilgehäuse verbunden, dass zumindest ein Teilbereich bzw. ein Abschnitt der Elektronik-Komponentenbasis direkt bzw. unmittelbar auf einem Bereich des Ventilgehäuses generativ aufgebaut (aufgedruckt) wird. Sollte die Elektronik-Komponentenbasis ein (zuvor und/oder separat) bereitgestelltes Leiterplatten-Substrat umfassen, so kann dieses (manuell oder automatisiert) auf einem Bereich des Ventilgehäuses aufgeklebt werden.
Der Untergrund kann beispielsweise ein Behälterboden eines Behälters sein, in dem das Ventilgehäuse schichtweise bzw. generativ gefertigt wird. Wenn bereits eine Ventilgehäuse-Schicht aufgebaut wurde, kann der Untergrund auch die Oberfläche einer in einem vorangehenden Bearbeitungsschritt aufgebauten Ventilgehäuse-Schicht sein. Wenn ein Überschichten mit elektrisch leitfähigem Material erfolgen soll, kann der Untergrund beispielsweise auch eine Oberfläche eines Elektronik-Bauelements und/oder der Elektronik-Komponentenbasis sein.
Bei dem (regelmäßig metallischen) Ventilgehäuse handelt es sich insbesondere um einen Ventilblock beziehungsweise einen Steuerblock für eine Ventilanordnung einer hydraulischen Anlage. Das Ventilgehäuse kann innenliegend eine (einzelne) Hydraulikleitung oder mehrere Hydraulikleitungen umfassen. Bevorzugt weist das Ventilgehäuse (innenliegend) einen Leitungsabschnitt einer Hydraulikleitung mit mindestens einem Kanal auf.
Der hier vorgeschlagenen Lösung liegt insbesondere die Idee zugrunde, generative Fertigungsverfahren (z. B. 3D-Druck, EBM (Electron Beam Melting), SLM (Selektives Laserschmelzen), SLS (Selektives Lasersintern), LAM (Laser Additive Manufacturing) oder dergleichen) zu nutzen, um eine Ventilanordnung mit einer hohen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des inneren Verlaufs der Kanäle in dem Ventilgehäuse herstellen zu können. Insbesondere um den Montageaufwand der Ventilanordnung stark zu reduzieren, sollen die vorzugsweise für den Betrieb bzw. die Ansteuerung der Ventilanordnung benötigten Elektronik-Komponenten zumindest teilweise generativ auf dem bzw. in dem Ventilgehäuse gefertigt (schichtweise aufgebaut) werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, die bekannten, unhandlichen und aufwändigen Montagevorgänge eines Elektronikmoduls auf dem bzw. mit dem Ventilgehäuse (Aufschrauben, Abdichten, Verkabeln etc.) zu vermeiden. Das Verfahren ermöglicht auch, dass unhandliche und aufwändige Montagevorgänge des Elektronikmoduls (Zusammensetzten aus Leiterplatten, Anschlüssen, Gehäuse, etc.) entfallen können oder zumindest stark vereinfacht werden.
Die hier vorgeschlagene Lösung bietet insbesondere den Vorteil, dass das Ventilgehäuse inklusive der Elektronik-Komponente (Ansteuerelektronik) mit generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden kann. Dabei kann die Ventilanordnung als ein kombiniertes Bauteil (Kombi-Bauteil bzw. Hybrid-Bauteil), umfassend das Ventilgehäuse und die mindestens eine Elektronik-Komponente, generativ bzw. schichtweise gefertigt werden. An die (generative) Fertigung der Ventilanordnung können sich noch mechanische Nachbearbeitungsschritte und/oder (händische oder automatisierte) Montagevorgänge anschließen, beispielsweise eine Nachbearbeitung der Bohrungen für die Kanäle und/oder eine Nachbearbeitung der hydraulischen Anschlussflächen des Ventilgehäuses und/oder eine Montage eines Ventilschiebers und/oder eine Montage von mindestens einem Betätigungselement, insbesondere mindestens eines (Betätigungs-)Magneten. Die hier vorgeschlagene Lösung ermöglicht insbesondere die schnelle Fertigung von Prototypen. Gleichwohl kann die hier vorgeschlagene Lösung zur effizienten Fertigung kleiner Stückzahlen bzw. zur Produktion von Ventilanordnungen mit hoher Varianz dienen, wie dies beispielsweise bei speziellen Industrieventilen und/oder kundenspezifischen Lösungen erforderlich sein kann.
Vorzugsweise entsteht mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren eine Ventilanordnung, bei der zumindest die Elektronik-Komponentenbasis (Leiterplatte) der Elektronik-Komponente, bevorzugt flächig und mit hoher mechanischer Stabilität, auf einer Oberfläche des Ventilgehäuses aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, ist. Dadurch kann das Verfahren die Herstellung einer, insbesondere gegenüber Vibrationsbelastungen, sehr robusten Ventilanordnung und/oder platzsparenden Bauform der Ventilanordnung ermöglichen.
Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren findet insbesondere ein sogenanntes „rapid prototyping“ oder auch „generatives“ bzw. „adaptives“ Verfahren zur Herstellung von Festkörpern Anwendung. Hierunter sind insbesondere „solid free form fabrication methods“ verstanden, die Methoden zur Herstellung des Bauteils unmittelbar aus Computerdaten, z. B. CAD-Daten, betreffen, wie insbesondere das sogenannte Elektronstrahlschmelzen (Electron Beam Melting, EBM), die Stereolithographie, das selektive Lasersintern (SLS), das selektive Laserschmelzen (SLM) und dergleichen.
Besonders bevorzugt wird der Schritt a) des Verfahrens als selektives Laserschmelzen (SLM) oder Elektronstrahlschmelzen (EBM) ausgeführt, ganz besonders bevorzugt als selektives Laserschmelzen (SLM). Beim SLM-Verfahren handelt es sich um ein „rapid prototyping“ Verfahren, das ausschließlich für die Fertigung von Metall verwendet wird. Wie beim 3D-Druck werden die Bauteile im Schichtbauverfahren aufgebaut (auch „additive manufacturing“ genannt). Die Herstellung der Bauteile erfolgt mit dem Laserstrahlschmelzen.
Anders als beim Selektiven Lasersintern (SLS) wird beim Selektiven Laserschmelzen (SLM) das Materialpulver nicht gesintert. Beim SLM-Verfahren wird das Materialpulver direkt an dem Bearbeitungspunkt durch die Wärmeenergie eines Laserstrahls lokal aufgeschmolzen. Das Pulvermaterial wird bis knapp unter die Schmelztemperatur erhitzt, wobei dies unter Schutzgas erfolgen kann, damit das Material nicht oxidiert.
Zu diesem Zweck wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgeschlagen, dass das schichtweise Aufbauen des Ventilgehäuses in Schritt a) zumindest die folgenden Zwischenschritte umfasst:

a1) Bereitstellen einer Schicht losen Materials auf dem Untergrund,
a2) Verbinden der Schicht zu einem Festkörper mittels eines hochenergetischen Strahls, der einem vorgegebenen Pfad entlang der Schicht folgt;
a3) Wiederholen der Schritte a1) und a2).

Dabei wird zunächst gemäß Schritt a1) eine Schicht losen Materials auf einem Untergrund bereitgestellt, insbesondere aufgetragen, aufgesprüht und/oder abgelegt. Die Schichthöhe kann hierbei bedarfsorientiert eingestellt werden, wobei die Schichthöhe bevorzugt im Bereich kleiner 1 mm, insbesondere kleiner 0,7 mm [Millimeter] beträgt. Als „loses Material“ kommt insbesondere ein Pulver in Betracht, ganz besonders bevorzugt ein metallisches Pulver. Das Pulver kann eine Körnung im Bereich von 25 µm [Mikrometer] bis 250 µm, bevorzugt von 80 µm bis 155 µm, insbesondere mit einer entsprechenden Korngrößenverteilung, aufweisen. Ganz besonders bevorzugt, insbesondere im Hinblick auf den bevorzugten Hydraulik-Anwendungsbereich, wird ein metallisches Pulver eines Edelstahls eingesetzt. Für das metallische Pulver werden bevorzugt Stähle verwendet, die gut schweißbar sind, beispielsweise V2A, 316L oder ein Werkzeugstahl 1.2709 (X3NiCoMoTi18-9-5) sowie andere gut schweißbare metallische Werkstoffe wie z. B. Ni77Fe14Cu5Mo4. Auch wenn das lose Material grundsätzlich unter bzw. in einem Fluid bereitgestellt werden kann, wird eine Bereitstellung in einer üblichen Umgebungsbedingung (Atmosphäre) bevorzugt.
Gemäß Schritt a2) wird zumindest ein Teil des losen Materials beziehungsweise ein vorgegebener Bereich der Schicht mittels eines hochenergetischen Strahls zu einem Festkörper verbunden. Hierzu dient der hochenergetische Strahl insbesondere dazu, das lose Material zumindest teilweise aufzuschmelzen und mit benachbarten Materialkomponenten eine dauerhafte Verbindung einzugehen. Dies betrifft einerseits das Material der obersten (Deck-)Schicht, sowie gegebenenfalls das Material einer darunter liegenden (Sub-)Schicht, sofern die Schritte a1) und a2) bereits schon mindestens einmal ausgeführt wurden. Üblicherweise kommt als hochenergetischer Strahl ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl zum Einsatz. Der hochenergetische Strahl wird hierbei während des Verbindens entlang eines vorgegebenen (von dem Computer gesteuerten beziehungsweise geregelten) Pfads über bzw. auf der (Deck-)Schicht geführt. Der Pfad kann ununterbrochen sein, es ist aber auch möglich, dass in verschiedenen Bereichen der Schicht separate Pfade mit dem hochenergetischen Strahl abgefahren werden.
Zum Aufbau des gewünschten Ventilgehäuses der Ventilanordnung werden die Schritte a1) und a2) entsprechend der Dimensionen des Ventilgehäuses wiederholt. Auf diese Weise wird übereinander Schicht um Schicht ergänzt und mit dem hochenergetischen Strahl überarbeitet.
In Schritt b) erfolgt ein schichtweises Aufbauen einer Elektronik-Komponentenbasis, vorzugsweise auf einem Schichtabschnitt einer Ventilgehäuse-Schicht bzw. ggf. auf mindestens einer Ventilgehäuse-Schicht, beispielsweise, wenn die Elektronik-Komponentenbasis seitlich auf dem Ventilgehäuse aufgebaut werden soll und dabei ggf. mehrere Ventilgehäuse-Schichten überspannt. Dabei kann die Elektronik-Komponentenbasis in der Art einer Leiterplatte gebildet werden. Die Form und/oder räumliche Ausbreitung der Elektronik-Komponentenbasis, insbesondere der Leiterplatte, kann an eine Außenkontur des Ventilgehäuses angepasst werden. Bevorzugt wird die Form und/oder räumliche Ausbreitung der Elektronik-Komponentenbasis so aufgebaut, dass diese (nur) einen geringen Bauraum benötigt. Hierbei kann die Form und/oder räumliche Ausbreitung der Elektronik-Komponentenbasis auch hinsichtlich thermischer und/oder schwingungstechnischer Aspekte ausgelegt werden. Die Elektronik-Komponentenbasis kann mit mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebaut werden. Hierbei können unterschiedliche, insbesondere elektrisch leitende und elektrisch isolierende, Materialien für die Schichten vorgesehen sein.
Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis (Leiterplatte) mit einem (elektrisch isolierenden) Trägermaterial, insbesondere Leiterplatten-Substrat, aufgebaut, auf dem eine oder mehrere metallische Schichten, insbesondere Kupferschichten, (strukturiert) aufgebaut bzw. aufgebracht, insbesondere aufgedruckt werden. Bei dem Aufbauen der metallischen Schicht können leitfähige Leiterbahnen (Cu-Bahnen) strukturiert auf das Trägermaterial aufgebracht werden. Die Schichtstärke einer solchen metallischen Schicht beträgt bevorzugt zwischen 15 µm und 150 µm und besonders bevorzugt zwischen 18 µm und 70 µm oder sogar zwischen 30 µm und 40 µm [Mikrometer]. Insbesondere für Anwendungen mit höheren elektrischen Strömen sind größere Schichtstärken bevorzugt, wohingegen um dünnere Leiterbahnen zu ermöglichen, geringere Schichtstärken angestrebt werden können. Besonders bevorzugt wird eine isolierende Schicht bzw. Trennschicht, z. B. aus Kunststoff, zwischen dem Ventilgehäuse und dem Trägermaterial oder zwischen dem Ventilgehäuse und einer metallischen Schicht der Elektronik-Komponentenbasis schichtweise aufgebaut, beispielsweise mittels eines 3D-Druckers bzw. einer Hybrid-Druckmaschine.
Bevorzugt wird in Schritt b) sowohl ein (elektrisch isolierendes) Trägermaterial, insbesondere Leiterplatten-Substrat, als auch mindestens eine Leiterbahn schichtweise aufgebaut bzw. generativ gefertigt. Hierbei kann das (elektrisch isolierende) Trägermaterial (direkt bzw. unmittelbar) auf einem Bereich des Ventilgehäuses aufgebaut werden oder es wird zunächst eine isolierende Trennschicht auf dem Bereich des Ventilgehäuses aufgebaut, auf der anschließend das Trägermaterial aufgebaut wird. Anschließend kann mindestens eine elektrisch leitfähige Leiterbahn (Cu-Bahn) auf dem Trägermaterial aufgebaut werden. Die mindestens eine Leiterbahn kann als mindestens eine strukturierte, metallische Schicht aufgebracht bzw. aufgebaut werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Elektronik-Komponentenbasis mit einem (zuvor und/oder separat, manuell oder automatisiert) bereitgestellten Leiterplatten-Substrat aufgebaut wird, wobei auf das bereitgestellte Leiterplatten-Substrat mindestens eine Leiterbahn schichtweise aufgebaut wird. Besonders bevorzugt wird im Falle eines bereitgestellten Leiterplatten-Substrats in Schritt b) zunächst eine (elektrisch isolierende) Verbindungsschicht bzw. Klebeschicht auf einem Bereich des Ventilgehäuses schichtweise bzw. generativ aufgebaut. Auf die Verbindungsschicht bzw. Klebeschicht kann das bereitgestellte Leiterplatten-Substrat manuell oder automatisiert aufgebracht werden.
Besonders bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis (Leiterplatte), insbesondere ein Trägermaterial (Leiterplatten-Substrat) der Elektronik-Komponentenbasis, mit mindestens einer mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatte gefertigt. Für entsprechende Leiterplatten bzw. Leiterplatten-Substrate auf Epoxidharz-Basis ist auch die Materialbezeichnung „FR4“ gebräuchlich. Dabei kann in Schritt b) bzw. b1) das Epoxidharz auf dem Schichtabschnitt der Ventilgehäuse-Schicht schichtweise aufgebaut bzw. generativ aufgetragen werden. Die Glasfasermatte kann händisch oder automatisiert in die aufgebaute Epoxidharz-Schicht eingebracht bzw. eingelegt und/oder aufgebracht bzw. aufgelegt werden. Besonders bevorzugt werden sowohl die Epoxidharz-Schicht, als auch die darin und/oder darauf angeordnete Glasfasermatte, insbesondere parallel, generativ bzw. adaptiv gefertigt. Eine solche Ausgestaltung mit einer mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatte weist insbesondere eine gute Kriechstromfestigkeit, gute Hochfrequenzeigenschaften sowie eine geringe Wasseraufnahme auf.
Als Materialien für die Elektronik-Komponentenbasis (Leiterplatte), insbesondere für das Trägermaterial (Leiterplatten-Substrat), können auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise Polyimide (PI), Polyamide (PA), Polytetrafluorethylen (PTFE), Aluminiumoxid bzw. Keramik, insbesondere für Hochfrequenzanwendungen, sowie Polyesterfolie oder kupferkaschierte Polyimid-Folie, insbesondere für flexible Leiterplatten. Eine mit PA, PI oder vergleichbaren Kunststoffen aufgebaute Elektronik-Komponentenbasis kann vorzugsweise mit Füllstoffen, z. B. Fasern, Gewebe, gebildet werden. Zum beispielhaften Vorgehen beim schichtweisen Aufbau einer solchen Kunststoff-Elektronik-Komponentenbasis wird insbesondere auf die vorstehenden Ausführungen zum schichtweisen Aufbau der Elektronik-Komponentenbasis auf Epoxidharz-Basis Bezug genommen.
Vorzugsweise wird zumindest die Elektronik-Komponentenbasis der mindestens einen Elektronik-Komponente, besonders bevorzugt (nahezu) die gesamte Elektronik-Komponente, schichtweise und/oder generativ aufgebaut. Dabei kann eine Schicht mit einem elektrisch isolierenden Material (z. B. Kunststoff, Keramik) und/oder mit einem elektrisch leitenden Material auf einem Untergrund bereitgestellt, insbesondere aufgetragen, aufgesprüht, abgelegt und/oder aufgedruckt, werden. Der Untergrund betrifft hier zunächst bzw. in einem ersten Zwischenschritt einen Bereich des Ventilgehäuses, insbesondere einen Schichtabschnitt einer Ventilgehäuse-Schicht bzw. ggf. eine seitliche Außenseite des Ventilgehäuses. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die erste Schicht der Elektronik-Komponentenbasis direkt bzw. unmittelbar auf einen Bereich einer Oberfläche einer bzw. ggf. mindestens einer zuvor aufgebauten Ventilgehäuse-Schicht aufgetragen bzw. aufgebaut werden. Vorzugsweise wird dann zumindest die Elektronik-Komponentenbasis der Elektronik-Komponente Schicht für Schicht aufgebaut. Hierbei betrifft der Untergrund jeweils die in einem vorgelagerten Zwischenschritt gefertigte Schicht der Elektronik-Komponentenbasis. Bevorzugt werden auch zumindest einzelne, besonders bevorzugt alle, Elektronik-Bauelemente der mindestens einen Elektronik-Komponente schichtweise bzw. generativ gefertigt. Besonders bevorzugt werden die Elektronik-Bauelemente direkt bzw. unmittelbar mit und/oder auf der Elektronik-Komponentenbasis schichtweise bzw. generativ gefertigt.
Als generatives Fertigungsverfahren für das Aufbauen der Elektronik-Komponente, insbesondere der Elektronik-Komponentenbasis, wird bevorzugt ein 3D-Druck-Verfahren, insbesondere ein Mehrkomponenten-3D-Druck-Verfahren, verwendet. Vorzugsweise erfolgt in Schritt b) ein Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis mittels eines (Mehrkomponenten-)3D-Druckers. Vorzugsweise werden hier Epoxide oder Thermoplaste, wie beispielsweise Polyamide oder Polyimide, mit oder ohne Fasern verwendet. Alternativ oder kumulativ kann zum Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis und/oder zum Aufbauen mindestens eines Elektronik-Bauelements zumindest eines der folgenden Fertigungsverfahren dienen: monolithische Fertigung, Wafer-on-Wafer-Methode, Die-on-Wafer-Methode oder Die-on-Die-Methode. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Elektronik-Komponentenbasis und/oder mindestens ein Elektronik-Bauelement in der Art eines 3D-integrierten Schaltkreises zu fertigen.
Ein besonderer Vorteil der hier vorgestellten Lösung besteht darin, eine Ventilanordnung, insbesondere ein Servoventil, ein Proportionalventil oder dergleichen, „aus einem Guss“ herzustellen, d.h. in einem „Additive Manufacturing“ Verfahren. Das bedeutet insbesondere, dass die elektrischen und elektronischen oder elektromagnetischen Funktionen während der Herstellung appliziert werden können. Dies kann zweistufig erfolgen durch konventionelle additive Verfahren, wie EBM (Electron Beam Melting) oder LBM (Laser Beam Melting) und im Anschluss wird eine Leiterplatten-Druck-Technologie angewandt oder es wird ein universeller 3D-Drucker bzw. eine Hybrid-Druckmaschine eingesetzt, der sowohl Metalle als auch Leiterplatten/Bauelemente darstellen kann (einstufig). Ein Hybrid-Servoventil hätte also in einer hybriden Herstellungstechnologie die hydraulischen Funktionen und die elektrischen Funktionen in dem Bauteil integriert.
Bevorzugt werden die Schritte a) und b) mit unterschiedlichen generativen Fertigungsmaschinen durchgeführt. Dabei kann ein (eventuell mehrfacher) Transfer des schichtweise entstehenden, dreidimensionalen Gebildes von einer ersten generativen Fertigungsmaschine zu einer zweiten generativen Fertigungsmaschine zwischen den Schritten a) und b) erfolgen und umgekehrt. Bevorzugt ist die erste generative Fertigungsmaschine dazu vorgesehen und eingerichtet ein selektives Laserschmelzen durchzuführen. Die zweite generative Fertigungsmaschine ist vorzugweise ein (Mehrkomponenten-)3D-Drucker bzw. eine (Mehrkomponenten) Hybrid-Druckmaschine.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis in Schritt b) zumindest die folgenden Zwischenschritte umfasst:

b1) Aufbringen einer Schicht elektrisch isolierenden Materials auf einem Bereich des Ventilgehäuses, insbesondere zum Erzeugen einer Isolierschicht bzw. Trennschicht und/oder zum Erzeugen eines Leiterplatten-Substrats,
b2) Aufbringen einer (strukturierten) Schicht elektrisch leitfähigen Materials auf der in Schritt b1) erzeugten Schicht, insbesondere zum Erzeugen von elektrischen Leiterbahnen auf der in Schritt b1) erzeugten Schicht.

Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis in Schritt b) auf einem Bereich des Ventilgehäuses schichtweise aufgebaut. Ein solcher Bereich kann ein Schichtabschnitt einer Ventilgehäuse-Schicht und/oder ein Abschnitt bzw. Teilbereich einer Innenoberfläche des Ventilgehäuses oder ein Abschnitt bzw. Teilbereich einer Außenoberfläche des Ventilgehäuses sein. Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis auf einer seitlichen Außenoberfläche und/oder einer oben liegenden Außenoberfläche schichtweise aufgebaut. Wenn die Elektronik-Komponentenbasis auf einem Schichtabschnitt einer Ventilgehäuse-Schicht aufgebaut wird, kann das Ventilgehäuse nach dem und/oder parallel zu dem Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis schichtweise weiter aufgebaut werden. Hierbei können die Schritte a) und b) des Verfahrens zumindest teilweise parallel ablaufen.
Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis in Schritt b) auf einer Außenoberfläche oder einer Innenoberfläche des Ventilgehäuses aufgebaut. Die Außenoberfläche betrifft hier eine nach außen weisende Oberfläche des Ventilgehäuses, demgegenüber die Innenoberfläche eine nach innen weisende Oberfläche des Ventilgehäuses betrifft. Bevorzugt wird die Elektronik-Komponentenbasis auf einer Außenoberfläche des bereits fertig aufgebauten Ventilgehäuses aufgebaut. Wenn die Elektronik-Komponentenbasis auf einer Innenoberfläche aufgebaut wird, so kann die Elektronik-Komponentenbasis in einem Hohlraum des (fertig aufgebauten) Ventilgehäuses angeordnet werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das schichtweise Aufbauen des Ventilgehäuses und das schichtweise Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis mit einer Hybrid-Druckmaschine bzw. einem Hybrid-Drucker durchgeführt werden. Bevorzugt werden das Ventilgehäuse und die Elektronik-Komponentenbasis mit derselben Hybrid-Druckmaschine bzw. demselben Hybrid-Drucker schichtweise aufgebaut. Unter einer Hybrid-Druckmaschine ist insbesondere ein Mehrkomponenten-3D-Drucker bzw. Kombinationsdrucker zu verstehen. Die Hybrid-Druckmaschine ist vorzugsweise zur Durchführung eines kombinierten generativen Fertigungsverfahrens bzw. eines „Additive Manufacturing“-Verfahrens vorgesehen und eingerichtet. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass sich die Hybrid-Druckmaschine dadurch auszeichnet, dass sie sowohl metallische und/oder elektrisch leitfähige Schichten (z. B. aus Stahl und/oder Kupfer) als auch isolierende Schichten (z. B. aus Epoxid-Harz und/oder Kunststoff, insbesondere Polyimid, Polyamid oder dergleichen) aufbringen kann. Die Hybrid-Druckmaschine ist insbesondere dazu vorgesehen und eingerichtet, sowohl ein metallisches Gehäuse bzw. mehrere metallische Gehäuse-Schichten als auch eine Leiterplatte (Platine) und/oder Elektronik-Bauelemente (einstufig) zu drucken. Besonders bevorzugt werden das Ventilgehäuse und die Elektronik-Komponente, umfassend die Elektronik-Komponentenbasis (Leiterplatte bzw. Platine) und die Elektronik-Bauelemente, in einem kombinierten bzw. integrierten (Hybrid-)Druck-Prozess hergestellt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in einem Schritt c) zumindest ein (manuelles oder automatisiertes) Bestücken der Elektronik-Komponentenbasis mit (zuvor und/oder separat) bereitgestellten Elektronik-Bauelementen oder ein schichtweises Aufbauen von Elektronik-Bauelementen auf der Elektronik-Komponentenbasis erfolgt. Die Elektronik-Bauelemente werden bevorzugt als sogenannte oberflächenmontierte Bauelemente (Surface-Mount Device, SMD) bereitgestellt. Solche SMD-Bauelemente haben im Gegensatz zu Bauelementen der Durchsteckmontage (Through Hole Technology, THT oder sogenannten Press-Fits), den sogenannten „bedrahteten Bauelementen“, keine Drahtanschlüsse, sondern werden mittels elektrisch leitfähiger, insbesondere lötfähiger, Anschlussflächen (direkt) auf der Elektronik-Komponentenbasis (Leiterplatte) angeordnet, insbesondere auf diese gelötet. Eine solche Anordnung wird auch als Flachbaugruppe bezeichnet.
Alternativ oder kumulativ zu einem Bestücken mit bereitgestellten Elektronik-Bauelementen können zumindest einzelne (weitere) Elektronik-Bauelemente, insbesondere elektrische Widerstände, auf der Elektronik-Komponentenbasis generativ aufgebaut, insbesondere aufgedruckt, werden. Wenn das Ventilgehäuse, die Elektronik-Komponentenbasis und einzelne Elektronik-Bauelemente generativ aufgebaut werden sollen, so können diese vorzugsweise gemeinsam mittels einer Hybrid-Druckmaschine schichtweise aufgebaut werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Elektronik-Bauelemente, insbesondere SMD-Bauelemente, zumindest miteinander oder mit der Elektronik-Komponentenbasis zumindest mittels eines thermischen Fügeverfahrens oder durch ein Überschichten mit elektrisch leitfähigem Material verbunden werden. Als thermisches Fügeverfahren wird hier bevorzugt ein (Weich-)Löt-Verfahren durchgeführt. Bevorzugte Löt-Verfahren sind hier das sogenannte „Reflow“ bzw. Reflow-Löten. Besonders bevorzugt können mehrere Lötstellen gemeinsam in einem Ofen erwärmt und verbunden werden. Das Überschichten kann durch ein Überdrucken mit einem elektrisch leitfähigen Material oder mit einem der Verfahren erfolgen, die oben im Zusammenhang mit dem Schritt a) aufgezeigt wurden.
Besonders bevorzugt wird kurz vor, während oder kurz nach dem Bestücken in Schritt c) ein Fügemittel, insbesondere eine Lotpaste, additiv bzw. schichtweise auf die Elektronik-Komponentenbasis und/oder die Elektronik-Bauelemente aufgebracht bzw. aufgedruckt. Ein Aufdrucken des Fügemittels auf die Elektronik-Komponentenbasis und/oder die Elektronik-Bauelemente kann ebenfalls mittels der Hybrid-Druckmaschine erfolgen. Das Fügemittel dient dem thermischen Fügen der Elektronik-Bauelemente mit der Elektronik-Komponentenbasis. Hierzu kann, insbesondere anschließend an ein Aufbringen des Fügemittels und/oder an ein Bestücken der Elektronik-Komponentenbasis mit den Elektronik-Bauelementen, eine Wärmebehandlung zum thermischen Fügen erfolgen. Hierzu kann beispielsweise ein Reflow-Löten vorgesehen sein oder es kann eine Behandlung der Lötstellen mit einem hochenergetischen Strahl, insbesondere Laserstrahl oder Elektronenstrahl, erfolgen. Besonders bevorzugt wird das aufgebrachte bzw. aufgedruckte Fügemittel mittels des in Schritt a2) verwendeten, hochenergetischen Strahls, der vorzugsweise in der Hybrid-Druckmaschine generiert wird, aufgeschmolzen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest auf Teilbereichen einer Außenseite bzw. Außenoberfläche der Ventilanordnung eine Abdeckung schichtweise aufgebaut wird. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Abdeckung die Ventilanordnung zumindest teilweise umgibt. Bevorzugt umfasst die Abdeckung mindestens eine Kunststofflage und mindestens eine Metalllage. Hierbei können die Kunststofflage(n) als Isolation und/oder vibrationsfeste Einbettung und die Metalllage(n) zur Erhöhung der Stabilität der Ventilanordnung und zur EMV-Abschirmung (Elektro-Magnetische Verträglichkeit) dienen. Eine solche Abdeckung ermöglicht in vorteilhafter Weise, eine Ventilanordnung mit hoher IP-Schutzklasse (nach DIN EN 60529) zu erhalten.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Ventilanordnung, insbesondere Hydraulikventil-Anordnung, vorgeschlagen, zumindest umfassend:

– ein schichtweise aufgebautes Ventilgehäuse, und
– mindestens eine Elektronik-Komponente mit einer schichtweise aufgebauten Elektronik-Komponentenbasis;

Bevorzugt ist die Ventilanordnung nach einer der hier vorgeschlagenen Ausführungsvarianten des Verfahrens hergestellt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Ventilgehäuse mit einem metallischen Material gebildet ist, wobei die Elektronik-Komponentenbasis mindestens eine Isolierschicht und mindestens eine Leitschicht umfasst und wobei zumindest eine der Isolierschichten eine Außenoberfläche oder eine Innenoberfläche des Ventilgehäuses kontaktiert.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Ventilanordnung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Besonders bevorzugt ist es, eine Ventilanordnung wie sie vorstehend erläutert wird, zur Förderung einer unter Hochdruck stehenden Hydraulikflüssigkeit zu verwenden. Eine solche Ventilanordnung kann auch als Hydraulikblock bezeichnet werden. An beziehungsweise in der Ventilanordnung können weitere (separate) Leitungsabschnitte, Ventile, Filter und dergleichen angeschlossen beziehungsweise gebildet werden. Die bevorzugte Anwendung der Ventilanordnung kann anhand folgender Charakteristika veranschaulicht werden:

– Hydraulikflüssigkeit: Öl
– Beispielhafter, maximaler Arbeitsdruck: 50 bis 400 bar (statisch oder dynamisch)
– Beispielhafter, maximaler Volumenstrom: bis 100 l/min [Liter pro Minute]
– Typischer Arbeitstemperaturbereich: –30 bis +120 °C
– Typischer Viskositätsbereich: 2,8–500 mm²/s [Quadratmillimeter pro Sekunde]

Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es ist darauf hinzuweisen, dass gleiche Bauteile in den verschiedenen Figuren stets mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen schematisch:
1: eine Ventilanordnung in einer Schnittdarstellung,
2: eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Ventilgehäuses,
3: einen ersten Schritt eines Prozesses zur Herstellung einer Ventilanordnung,
4: einen zweiten Schritt des Prozesses zur Herstellung der Ventilanordnung,
5: einen dritten Schritt des Prozesses zur Herstellung der Ventilanordnung, und
6: einen vierten Schritt des Prozesses zur Herstellung der Ventilanordnung,
7: Draufsicht auf eine Ventilanordnung,
8: eine Schnittdarstellung der Ventilanordnung aus 7,
9: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ventilanordnung,
10: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ventilanordnung.
1 zeigt schematisch eine Ventilanordnung 1 in einer Schnittdarstellung. Die Ventilanordnung 1 betrifft hier eine Hydraulikventil-Anordnung und umfasst ein schichtweise aufgebautes Ventilgehäuse 2 und eine Elektronik-Komponente 3, die eine schichtweise aufgebaute Elektronik-Komponentenbasis 4 und mehrere Elektronik-Bauelemente 8 hat. Es ist zu erkennen, dass die Elektronik-Komponentenbasis 4 auf einem Schichtabschnitt 5 einer Ventilgehäuse-Schicht 6 schichtweise aufgebaut ist. Die Ventilgehäuse-Schicht 6 betrifft gemäß der Darstellung nach 1 eine Außenseite bzw. Außenoberfläche des Ventilgehäuses 2. Auf dem Ventilgehäuse 2 ist zum Schutz der Elektronik-Komponente 3 ein Deckel 15 montiert.
In 1 ist die Ventilanordnung 1 beispielhaft als ein magnetbetätigbares Wege-Schiebe-Ventil dargestellt. Die Ventilanordnung 1 ist nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren hergestellt. In dem Inneren des Ventilgehäuses 2 der Ventilanordnung 1 ist eine (gegebenenfalls verzweigte) Hydraulikleitung 17 geformt. Die hier veranschaulichte Hydraulikleitung 17 tritt an zwei Stellen des Ventilgehäuses 2 aus. Dort ist jeweils ein Leitungsabschnitt 18 gebildet, der einen Kanal 19 hat.
Zur Veranschaulichung soll kurz die Funktionsweise des in 1 dargestellten magnetbetätigbaren Wege-Schiebe-Ventils erläutert werden. Seitlich zu dem Ventilgehäuse 2 sind zwei Magnete 20 vorgesehen, mit deren Hilfe ein zentral im Ventilgehäuse 2 angeordneter Steuerschieber 21 bewegbar ist. Der Steuerschieber 21 ist beidseits jeweils über einen von den Magneten 20 verfahrbaren Stößel 22 und gegen eine Rückstellfeder 23 vorgespannt verschiebbar. Im unbetätigten Zustand wird der Steuerschieber 21 durch die Rückstellfedern 23 in einer Mittelstellung oder in einer gewünschten Ausgangsstellung gehalten. Die Betätigung des Steuerschiebers 21 erfolgt über die gezielt schaltbaren Magnete 20. Die von den Magneten 20 erzeugte Kraft wirkt über die Stößel 22 auf den Steuerschieber 21 und schiebt diesen aus seiner Ruhelage in die gewünschte Endstellung. Dadurch wird die geforderte Volumenstromrichtung, je nach Wunsch, frei. Nach Deaktivieren des Magneten 20 wird der Steuerschieber 21 durch die Rückstellfedern 23 wieder in seine Ruhelage geschoben.
Die Ansteuerung der Magnete 20 erfolgt hier mittels der Elektronik-Komponente 3, die hier in der Art einer elektronischen Steuereinheit bildet ist. Zur Weiterleitung von Steuersignalen von der Elektronik-Komponente 3 zu den Magneten 20 ist in dem Deckel 15 ein Anschluss 9 gehalten, der über Signal-Leitungen 16 die Elektronik-Komponente 3 mit den Magneten 20 verbindet.
2 zeigt schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Ventilgehäuses. Eine solche oder ähnliche Anordnung ist grundsätzlich auch zur Durchführung des Schritts a) bzw. der Zwischenschritte a1), a2) und a3) des hier vorgestellten Verfahrens zur Herstellung einer Ventilanordnung geeignet, beispielsweise zum schichtweisen Aufbau des (metallischen) Ventilgehäuses 2. Zu diesem Zweck ist ein Behälter 24 mit einem mittels einer Verschiebevorrichtung 25 (vertikal) bewegbaren Untergrund 7 ausgeführt. Auf diesen Untergrund 7 kann eine Schicht 27 losen Materials 28 mittels des Füllapparats 29 abgelegt werden. Ist die vorgegebene Schichthöhe erreicht, wird ein hochenergetischer Strahl 30, der in einem Strahlgenerator 31 erzeugt und gegebenenfalls mittels einer Optik 32 abgelenkt wird, hin zu dem losen Material 28 geführt. Dabei überstreicht der hochenergetische Strahl 30 einen vorgegebenen Pfad 33 entlang der Schicht 27, wobei das lose Material 28 zumindest teilweise aufgeschmolzen und mit dem benachbarten Material verbunden wird. Auf diese Weise kann nun Schicht 27 für Schicht 27 sukzessive ein gewünschter Festkörper 34 erzeugt werden. Die einzelnen Prozesse beziehungsweise Apparaturen der Anordnung können mittels einer Kontrolleinheit 35 und hierfür geeigneten Datenleitungen 36 gesteuert werden, so dass die gewünschte Bauteilgeometrie erreicht wird. Insbesondere gibt die Kontrolleinheit 35 aufgrund ihr zur Verfügung stehenden CAD-Daten die Bewegungen des Füllapparats 29, des hochenergetischen Strahls 30 (z. B. über die Optik 32) und des Untergrunds 7 gezielt vor.
In 3 ist schematisch ein erster Schritt eines beispielhaften Prozesses zur Herstellung einer Ventilanordnung 1 veranschaulicht. Es ist gezeigt, dass die in 2 veranschaulichte Anordnung zum schichtweisen Aufbauen des Ventilgehäuses 2 verwendet werden kann. Hierbei werden mehrere Ventilgehäuse-Schichten 6 (Schicht für Schicht) in dem mit dem losen Material 28 befüllten Behälter 24 und auf dem Untergrund 7 aufgebaut. Hierzu wird der hochenergetische Strahl 30 mittels der Optik 32 entsprechend der zu erzeugenden dreidimensionalen Geometrie des Ventilgehäuses 2 gelenkt. Es werden in dem Ventilgehäuse 2 die Kanäle 19 des Leitungsabschnitts 18 geformt.
4 veranschaulicht schematisch einen zweiten Schritt des beispielhaften Prozesses zur Herstellung der Ventilanordnung 1. Hier erfolgt das schichtweise Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis 4 (wie eine Leiterplatte bzw. eine Platine) auf einem Bereich des Ventilgehäuses (2), nämlich dem Schichtabschnitt 5 der Ventilgehäuse-Schicht 6. Das schichtweise Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis 4 wird hier beispielhaft mit einem 3D-Drucker 37 durchgeführt. Der 3D-Drucker 37 bringt eine Schicht elektrisch isolierenden Materials 38 auf dem Schichtabschnitt 5 der Ventilgehäuse-Schicht 6 auf. Damit wird eine Isolierschicht 11 der Elektronik-Komponentenbasis 4 aufgedruckt. Anschließend wird eine Schicht elektrisch leitendes Material 39 auf die zuvor erzeugte Isolierschicht 11 aufgedruckt und damit eine Leitschicht 12 der Elektronik-Komponentenbasis 4 erzeugt. Die Elektronik-Komponentenbasis 4 wird stoffschlüssig bzw. kohäsiv mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden.
5 zeigt schematisch einen dritten Schritt des beispielhaften Prozesses zur Herstellung der Ventilanordnung 1. Hier erfolgt ein Bestücken der Elektronik-Komponentenbasis 4 mit (zuvor bzw. separat) bereitgestellten Elektronik-Bauelementen 8. Bei den Elektronik-Bauelementen 8 handelt es sich um sogenannte SMD-Bauelemente 40. Beispielhaft sind die SMD-Bauelemente 40 hier auf die Leitschicht 12 der Elektronik-Komponentenbasis 4 gelötet. Zudem wird ein Anschluss 9 auf der Ventilgehäuse-Schicht 6 befestigt und mit einer Signal-Leitung 16 mit der Elektronik-Komponentenbasis 4 verbunden. Die Elektronik-Komponentenbasis 4 und die Elektronik-Bauelemente 8 bilden gemeinsam die Elektronik-Komponente 3.
In 6 ist ein vierter Schritt des beispielhaften Prozesses zur Herstellung der Ventilanordnung 1 gezeigt. Hier wird das Ventilgehäuse 2 weiter mittels des Strahls 30 schichtweise aufgebaut. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die auf der Ventilgehäuse-Schicht 6 aufgebaute bzw. angeordnete Elektronik-Komponente 3 mittels der in 2 veranschaulichten Anordnung (generativ bzw. schichtweise) umbaut und überbaut. Dadurch wurde die Elektronik-Komponentenbasis 4 hier beispielhaft auf eine Innenoberfläche des Ventilgehäuses 2 aufgebaut.
7 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht auf eine Ventilanordnung 1. Auf einer Außenoberfläche 13 eines schichtweise aufgebauten Ventilgehäuses 2 ist eine Elektronik-Komponentenbasis 4 einer Elektronik-Komponente 3 schichtweise aufgebaut. Auf der Elektronik-Komponentenbasis 4 sind mehrere Elektronik-Bauelemente 8 schichtweise aufgebaut. Auf der Elektronik-Komponentenbasis 4 ist zudem ein Anschluss 9 angeordnet. Beispielhaft ist der Anschluss 9 hier in der Art eines Pin-Steckers ausgeführt. Dieser kann mittels sogenannter Press-Fit-Pins mit der Elektronik-Komponentenbasis 4 verbunden sein. Die Elektronik-Komponentenbasis 4 ist hier als eine Leiterplatte 41 ausgeführt.
In 8 ist schematisch eine Schnittdarstellung der Ventilanordnung 1 aus 7 gezeigt (siehe Schnitt 8-8 in 7). In den 7 und 8 ist erkennbar, dass die eine Elektronik-Komponentenbasis 4 bildende Leiterplatte 41 im Zentrum mit einer Ausnehmung 42 gebildet ist. Dies soll verdeutlichen, dass die räumliche Form und die flächige Ausbreitung der Elektronik-Komponentenbasis 4 grundsätzlich an die Außenkontur des Ventilgehäuses 2 anpassbar sind, wodurch die Ventilanordnung 1 insgesamt sehr kompakt gestaltet werden kann. So kann beispielsweise eine Ausnehmung 42 der Leiterplatte 41 dazu dienen einen Vorsprung des Ventilgehäuses 2 oder ein an dem Ventilgehäuse 2 zu befestigendes Anbauteil aufzunehmen. Die kreisförmigen Konturen der Leiterplatte 41 sind hier nur beispielhaft. Die Leiterplatte 41 ist hier beispielhaft mit einem schichtweise aufgebauten Trägermaterial 43 gebildet, auf dem die Elektronik-Bauelemente 8 ebenfalls schichtweise aufgebaut sind. Beispielhaft umfasst das Trägermaterial 43 hier eine mit einem Epoxidharz getränkte Glasfasermatte.
9 veranschaulicht schematisch eine Schnittdarstellung einer weiteren Ventilanordnung 1. Hier ist eine Leiterplatte 41, die eine Elektronik-Komponentenbasis 4 darstellt, beispielsweise auf einer seitlichen Außenoberfläche 13 eines Ventilgehäuses 2 schichtweise aufgebaut. Die Leiterplatte 41 ist mit Elektronik-Bauelementen 8 und einem Anschluss 9 bestückt. Hierzu wurden die Elektronik-Bauelemente 8 und der Anschluss 9 auf die schichtweise aufgebaute Leiterplatte 41 gelötet. Im Bereich einer Öffnung eines im Ventilgehäuse 2 liegenden Kanals 19 ist eine Ausnehmung 42 in der Leiterplatte 41 vorgesehen.
10 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer weiteren Ventilanordnung 1. Hier ist beispielhaft gezeigt, dass ein schichtweise aufgebautes Ventilgehäuse 2 und eine auf dem Ventilgehäuse 2 schichtweise aufgebaute Elektronik-Komponente 3 mit einer Abdeckung 10 geschützt sein können. Die Abdeckung 10 ist hier zumindest teilweise auf einer Außenseite 26 der Ventilanordnung 1 schichtweise aufgebaut. Die Abdeckung 10 umfasst eine Kunststofflage 44 und eine Metalllage 45. Hierbei dient die Kunststofflage 44 als Isolation und vibrationsfeste Einbettung der Ventilanordnung 1. Die Metalllage dient zur Erhöhung der Stabilität und zur EMV-Abschirmung der Ventilanordnung 1.
Damit ist ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung angegeben, das die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Das Verfahren ermöglicht eine kostengünstige und materialschonende Herstellung einer Ventilanordnung. Weiterhin ermöglicht das Verfahren insbesondere die Herstellung einer kompakten Ventilanordnung mit einer hohen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des inneren Verlaufs der Kanäle. Insbesondere ist die Ventilanordnung so herstellbar, dass ein Montageaufwand stark reduziert wird. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren die Herstellung einer, insbesondere gegenüber Vibrationsbelastungen, sehr robusten Ventilanordnung.
Bezugszeichenliste

1: Ventilanordnung
2: Ventilgehäuse
3: Elektronik-Komponente
4: Elektronik-Komponentenbasis
5: Schichtabschnitt
6: Ventilgehäuse-Schicht
7: Untergrund
8: Elektronik-Bauelement
9: Anschluss
10: Abdeckung
11: Isolierschicht
12: Leitschicht
13: Außenoberfläche
14: Innenoberfläche
15: Deckel
16: Signal-Leitung
17: Hydraulikleitung
18: Leitungsabschnitt
19: Kanal
20: Magnet
21: Steuerschieber
22: Stößel
23: Rückstellfeder
24: Behälter
25: Verschiebevorrichtung
26: Außenseite
27: Schicht
28: loses Material
29: Füllapparat
30: Strahl
31: Strahlgenerator
32: Optik
33: Pfad
34: Festkörper
35: Kontrolleinheit
36: Datenleitung
37: 3D-Drucker
38: isolierendes Material
39: leitendes Material
40: SMD-Bauelement
41: Leiterplatte
42: Ausnehmung
43: Trägermaterial
44: Kunststofflage
45: Metalllage

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 Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60529 [0042]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung (1), die zumindest ein Ventilgehäuse (2) und mindestens eine Elektronik-Komponente (3) mit einer Elektronik-Komponentenbasis (4) umfasst, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a) schichtweises Aufbauen des Ventilgehäuses (2) auf einem Untergrund (7), b) schichtweises Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis (4), wobei die Elektronik-Komponentenbasis (4) mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Aufbauen des Ventilgehäuses (2) in Schritt a) zumindest die folgenden Zwischenschritte umfasst: a1) Bereitstellen einer Schicht (27) losen Materials (28) auf dem Untergrund (7), a2) Verbinden der Schicht (27) zu einem Festkörper (34) mittels eines hochenergetischen Strahls (30), der einem vorgegebenen Pfad (33) entlang der Schicht (27) folgt; a3) Wiederholen der Schritte a1) und a2).
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis (4) in Schritt b) zumindest die folgenden Zwischenschritte umfasst: b1) Aufbringen einer Schicht elektrisch isolierenden Materials (38) auf einem Bereich des Ventilgehäuses (2), b2) Aufbringen einer Schicht elektrisch leitfähigen Materials (39) auf der in Schritt b1) erzeugten Schicht.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das schichtweise Aufbauen des Ventilgehäuses (2) und das schichtweise Aufbauen der Elektronik-Komponentenbasis (4) mit einer Hybrid-Druckmaschine durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in einem Schritt c) zumindest ein Bestücken der Elektronik-Komponentenbasis (4) mit bereitgestellten Elektronik-Bauelementen (8) oder ein schichtweises Aufbauen von Elektronik-Bauelementen (8) auf der Elektronik-Komponentenbasis (4) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei die Elektronik-Bauelemente (8) zumindest miteinander oder mit der Elektronik-Komponentenbasis (4) zumindest mittels eines thermischen Fügeverfahrens oder durch ein Überschichten mit elektrisch leitfähigem Material verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorgehenden Patentansprüche, wobei zumindest auf Teilbereichen einer Außenseite (26) der Ventilanordnung (1) eine Abdeckung (10) schichtweise aufgebaut wird.
Ventilanordnung (1), zumindest umfassend: – ein schichtweise aufgebautes Ventilgehäuse (2), und – mindestens eine Elektronik-Komponente (3) mit einer schichtweise aufgebauten Elektronik-Komponentenbasis (4); wobei die Elektronik-Komponentenbasis (4) mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 8, wobei die Ventilanordnung (1) mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei das Ventilgehäuse (2) mit einem metallischen Material gebildet ist, wobei die Elektronik-Komponentenbasis (4) mindestens eine Isolierschicht (11) und mindestens eine Leitschicht (12) umfasst und wobei zumindest eine der Isolierschichten (11) eine Außenoberfläche (13) oder eine Innenoberfläche (14) des Ventilgehäuses (2) kontaktiert.